本发明属于污染土壤修复技术领域，具体涉及一种洗脱与氧化降解于一体的有机污染土壤的修复装置与方法。
背景技术
近年来，随着城市化的进行，大批农药生产厂、化工厂等企业相继关闭或搬迁，留下大量的污染场地，其中的有机污染物通过迁移、扩散对周围环境造成污染。这些场地在二次开发过程中，残留在土壤中的有机污染物随时可能会成为“化学定时炸弹”，对环境安全和人群健康产生严重的威胁，研究开发安全、高效，适用于我国场地的土壤修复技术已变得刻不容缓。
土壤修复技术按实施方式可分为原位修复和异位修复，其中异位修复是将污染土壤挖掘出来，运送到特定的地点或反应器内，通过不同方法进行处理的修复方法。超声波修复技术是一种新型的环境友好技术，其主要净化机理是在超声场的作用下，存在于液体中的空化核表现出振荡、成长、收缩乃至崩溃等一系列动力学过程，可利用空化泡崩溃产生的冲击波和射微流所导致的机械效应、热效应和化学效应，改变土壤的颗粒结构，增加土壤颗粒间的摩擦，并对吸附在土壤上的污染物进行物理解吸作用、絮凝沉淀作用和化学降解作用，从而使污染物从土壤颗粒上解吸到液相中；超声波自身还会产生自由基，通过化学降解和热解作用对有机污染物进行降解去除。
活化过硫酸盐氧化法是基于过硫酸盐在不同的活化条件下产生具有强氧化性的硫酸根自由基(so4-·，氧化还原电位e0＝2.6v)，对各种有机污染物进行氧化降解的一种新型高级氧化技术，在污染治理领域具有独特的优势和应用前景。但目前常用的活化因子如过渡金属、热、紫外光等方式均存在成本高、实用性差的问题，阻碍了该技术的进一步应用。
技术实现要素：
针对国内对有机污染场地修复技术的需求，为了改善现有修复技术的不足，本发明提供了一种利用超声波洗脱与活化过硫酸盐氧化于一体的有机污染土壤的修复装置与方法，通过超声波的空化效应提高土壤中有机污染物的洗脱效率，将其解吸到液相中，同时利用超声波作为活化因子活化过硫酸盐产生强氧化性的so4-·，对进入液相的有机污染物进行高效氧化降解，同时结合超声波自身的降解作用，达到有效去除土壤中污染物的目的。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种洗脱与氧化降解于一体的有机污染土壤的修复装置，包括罐体和顶板；所述罐体的某一侧上部设置有溢流口，同侧或另一侧下部设置有排水口，底部设置有排泥口；所述顶板位于罐体的顶部，与罐体形成相对密闭的空间；所述顶板上设有供进液管导入的孔道，所述进液管的一侧与储液罐相连，另一侧通过顶板上的孔道进入罐体内部；所述顶板上设有土壤进料口，所述土壤进料口与罐体内部腔体相通，土壤进料口的下方设置有土壤筛；所述顶板上设有搅拌电机，所述搅拌电机与搅拌轴相连，所述搅拌轴伸入罐体的内部，搅拌轴上设有搅拌桨；所述罐体的底部设有超声波发生器，用于对罐体内的物质进行超声处理。
优选地，所述罐体的最上沿与顶板接触处设有一层防噪垫圈，所述防噪垫圈用于将顶板与罐体形成相对密闭的处理体系。
优选地，所述溢流口、排水口和排泥口均设有控制阀门。
优选地，所述进液管在罐体外与计量泵相连。
优选地，所述土壤筛的孔径为0.5-3.0mm；所述搅拌桨为1个或多个。
优选地，所述罐体采用不锈钢防腐材质制成。
一种洗脱与氧化降解于一体的有机污染土壤的修复方法，采用上述修复装置，将污染土壤经过预处理后，通过土壤进料口进入罐体内部；向储液罐加入洗脱液，开启搅拌电机，转速在50-80转/分；调节超声输出频率在50-200khz之间，超声输出功率在100-300w之间，开启超声波发生装置；超声波处理1-2小时后，通过储液罐向罐体中添加一定量的氧化剂过硫酸盐，保证罐体内一定的水土比和液相高度；在上述超声及搅拌处理条件下继续处理1-2小时，完成对污染土壤的洗脱和氧化降解；处理后的液相通过罐体侧面排液口排放，处理后的土壤通过罐体底部的排泥口排出，进一步脱水处理即可。
进一步地，所述洗脱液包括阴离子型、非离子型或阴-非离子混合型表面活性剂，其总浓度为3-6g/l。
优选地，所述添加的过硫酸盐为过一硫酸盐(hso5－)或过二硫酸盐(s2o82－)；添加的过硫酸盐可为溶液，也可为固体粉末。
进一步地，所述添加的过硫酸盐包括过硫酸钠和过硫酸钾；其添加方式包括一次性添加或分批等量添加，分批添加次数在2-3次之间，每次添加时间间隔在20-30分钟，其添加过硫酸盐的总含量视污染程度而定，过硫酸盐与污染物摩尔比在10：1以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明处理污染土壤方法简单易行，操作方便，无二次污染，处理装置主要构件为罐体、罐体顶板、超声装置及搅拌装置，结构简单，操作方便，占地面积小，可实现污染土壤修复技术的便捷化和实用化的目的。在罐体和顶板之间设置一层防噪垫圈，可有效隔离超声与电动装置工作时产生的噪音，保持室内良好的工作环境。该方法可根据处理的污染土壤的性质及处理要求，对洗脱剂类型及种类、氧化剂的添加浓度及方式、超声功率及时间、水土比、搅拌转速等进行设置和调节，达到提高处理效率，节约处理成本的目的。该方法实现了将超声波洗脱处理与活化过硫酸盐氧化处理同时在一个装置内进行的目标，简化了处理工艺。
(2)本发明中超声波起到解吸附、活化过硫酸盐、降解污染物的三重作用。超声波可通过空化效应协助表面活性剂大幅度提升污染物从土壤颗粒的解吸效果，降低污染物在土壤中的残留，提高处理效率，克服了传统振荡洗脱处理时间长，震荡不均匀的问题。对于洗脱进入液相的污染物，超声波既可通过活化过硫酸盐产生的so4-·氧化降解，也能通过自身产生的热解效应和自由基效应进行氧化降解。超声波作为活化因子一定程度上改善了金属离子活化过硫酸盐时导致的药剂混合不均的问题，减少了化学试剂的使用，同时也避免了金属离子对so4-·的消耗，提高了活化产生自由基的效率。同时，超声波作为活化因子处理土壤，可有效避免其他活化方式如金属离子、碱、紫外光及热等方式活化处理后土壤中仍会有污染物残留的问题。
(3)本发明对污染场地土壤中的有机农药、多环芳烃、石油烃等各种有机物均具有很好的氧化去除效果，应用范围较广。
附图说明
图1是本发明所提供的一种洗脱与氧化降解于一体的有机污染土壤的修复装置的结构示意图。
附图标记说明：1、罐体；2、顶板；3、储液罐；4、计量泵；5、进液管；6、土壤进料口；7、土壤筛；8、搅拌电机；9、搅拌轴；10、搅拌桨；11、超声波发生器；12、溢流口；13、排水口；14、控制阀门；15、防噪垫圈；16、排泥口。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明提供了一种洗脱与氧化降解于一体的有机污染土壤的修复装置，包括罐体1和顶板2；所述罐体1的某一侧上部设置有溢流口12，同侧或另一侧下部设置有排水口13，底部设置有排泥口16；所述顶板2位于罐体1的顶部，与罐体1形成相对密闭的空间；所述顶板2上设有供进液管5导入的孔道，所述进液管5的一侧与储液罐3相连，另一侧通过顶板2上的孔道进入罐体1内部；所述顶板2上设有土壤进料口6，所述土壤进料口6与罐体1内部腔体相通，土壤进料口6的下方设置有土壤筛7；所述顶板2上设有搅拌电机8，所述搅拌电机8与搅拌轴9相连，所述搅拌轴9伸入罐体1的内部，搅拌轴9上设有搅拌桨10；所述罐体1的底部设有超声波发生器11，用于对罐体1内的物质进行超声处理。
具体地，所述罐体1的最上沿与顶板2接触处设有一层防噪垫圈15，所述防噪垫圈15用于将顶板1与罐体2形成相对密闭的处理体系。
具体地，所述溢流口12、排水口13和排泥口16均设有控制阀门14。
具体地，所述进液管5在罐体1外与计量泵4相连。
具体地，所述土壤筛7的孔径为0.5-3.0mm；所述搅拌桨10为1个或多个。
具体地，所述罐体1采用不锈钢防腐材质制成。
所述修复装置的具体运行方式如下：将有机物污染土壤经去除大块杂质后放入土壤进料口6内，并通过土壤筛7进入罐体1内，土壤的加入量不能高过排水口13。储液罐3内装有配置好的土壤洗脱液，由不同类型及浓度的表面活性剂按一定比例混合组成。洗脱液通过进液管5进入罐体1内和污染土壤混合，其进液速度通过计量泵4控制，洗脱液与土壤按照水(ml)土(g)比控制在5:1-10:1范围内。打开搅拌电机8，设置转速在50-80转/分之间，通过搅拌桨10对污染土壤和洗脱液进行充分搅拌；同时打开超声波发生器11，其功率设定在100-300w，超声频率可设范围在50-200khz，超声及搅拌处理1-2小时之后，可一次性或分批添加一定量的氧化剂过硫酸盐(溶液通过储液罐3加入，粉末通过进料口6加入)进入罐体1内，保证罐体1内液相总高度不超过溢流口12。再继续经过1-2小时超声波处理后关闭系统控制装置，静置一段时间后由排水口13接入的排水管排出氧化处理后的处理水，然后通过排泥口16排出处理后的土壤，经脱水处理后即为清洁土壤。对于污染时间长、污染浓度高的土壤可利用本装置及方法进行多次处理。
实施例1
采用图1所示修复装置。洗脱剂由非离子表面活性剂tween80和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠按1:1比例混合组成。人工配置有机氯农药滴滴涕污染土壤，其中滴滴涕的浓度为3.6mg/kg。将污染土壤通过土壤进料口进入罐体，加入浓度为4.0g/l的洗脱剂，打开超声装置和搅拌机，设置超声功率200w，超声频率100khz，搅拌转速60转/分，连续处理2小时后，加入过硫酸钠溶液，加入的过硫酸盐与滴滴涕摩尔比为20：1，保持水土比为5:1，继续处理2小时。处理结束后测定土壤中滴滴涕的去除率达到78.1％，去除效果良好。
实施例2
人工配置多环芳烃萘模拟污染土壤，萘的浓度为5.82mg/kg。采用同实施例1相同的装置和处理方法处理土壤，经测定一次处理后的土壤中萘的去除率达到84.6％，去除效果良好。
实施例3
配置菲、萘、芘、蒽和苊五种多环芳烃复合污染土壤，在土壤中总浓度为7.73mg/kg。采用同实施例1相同的装置和处理方法，经测定一次处理后的土壤中多环芳烃的总去除率达到70.3％，去除效果良好。
实施例4
污染土壤采用某采油区附近的污染土壤，污染历史较长。经测定，土壤中可用正己烷提取的石油烃的总浓度为20.8mg/kg。采用同实施例1相同的装置和处理方法处理后，经测定石油烃的总去除率达到58.3％；将处理一次后的土壤按同样方法再次处理后，总去除率达到82.3％，去除效果良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。