一种不同深度土层的污染土壤动态深度修复方法及其装置与流程

本发明涉及土壤污染修复，具体涉及一种不同深度土层的污染土壤动态深度修复方法及其装置。

背景技术：

1、土壤影响到我们吃的食物、饮用的水、呼吸的空气、我们的健康和地球上所有生物的健康。没有健康的土壤，我们将无法生产粮食。由于人口急剧增长以及工业、农业活动等因素，特别是固体废物向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中，导致土壤遭受污染。

2、土壤中除含有无机污染物外，更含有大量的有机污染物，对生态系统产生影响，危害人体健康。土壤中有机污染物按溶解性难易可分成为两类：①易分解类，如：有机磷农药、三氯乙醛；②难分解类，如：有机氯等。部分有机污染物在生物和非生物，特别是微生物的作用下，可转化为无害物质，但仍然有相当一部分，不易转化，造成农作物减产，并在植物中残留，成为植物残毒。

3、污染土壤通常采用异位修复和原位修复技术。针对有机污染土壤，异位修复技术清除污染较为彻底，但在实施过程中对地块扰动较大，异味扰民问题突出，污染土转运过程中存在二次污染扩散和污染转移风险。原位修复技术相对而言对地块的扰动较小，二次污染相对易于控制，但由于大部分有机污染物分布在黏性土中，有机污染物在黏性土中的强吸附性导致其修复处理难度大、高浓度污染区域污染易反弹拖尾，导致其普遍存在修复周期长、修复费用高昂、管理难度大的问题。同时，污染土壤受污染深度变化较大，现有的有机污染土壤修复技术，修复治理深度通常受限于开挖深度、药剂注入井的建设深度等，不利于现场灵活动态调整，严重制约了污染土壤的修复治理效率。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种不同深度土层的污染土壤动态深度修复方法及其装置。

2、本发明的技术方案为：一种不同深度土层的污染土壤动态深度修复方法，包括以下步骤：

3、s1、污染土壤改良

4、s1-1、清理污染场地土壤表层杂物，然后将对污染土壤进行深翻松土处理，深翻深度为30～50cm，然后将深翻松土处理后的污染土壤在自然条件下晾晒3～5天，得到预处理土壤；

5、s1-2、向步骤s1-1所得预处理土壤中均匀喷洒土壤改良剂，并在土壤改良剂表面覆盖3～8cm的浮土，保持2～6天，得到改性土壤；其中，土壤改良剂的喷洒量为0.15～0.3kg/亩；

6、s2、建立修复体系

7、s2-1、检测污染土壤场地各个区域的污染物浓度，并根据污染物浓度在污染土壤场地开挖相应深度的处理井；其中，处理井的开挖深度与污染物浓度之间的关系式为：h＝0.8×c；

8、式中，h为处理井的开挖深度/m，c为染物浓度指标mg/m2；

9、s2-2、向步骤s2-1所得处理井内注入修复药剂，然后布设石墨电极棒；其中，修复药剂的注入量为单位体积污染土壤中污染物体积的3～8倍；修复药剂由氯化亚铁溶液、硼氢化钾溶液、壳聚糖溶液、聚乙烯醇溶液按照体积比2:1:3:5复配而成；其中，氯化亚铁溶液的体积浓度为45％，硼氢化钾溶液的体积浓度为38％，壳聚糖溶液的体积浓度为32％，聚乙烯醇溶液的体积浓度为59％；

10、s3、动态修复

11、向步骤s2-2中石墨电极棒施加频率为100～250khz、电场强度为0.5～1.2v/cm的交流电，控制通电时长为1.5～3h/次，每天通电3～6次，直至污染物浓度降至设定目标。

12、进一步地，步骤s1-1完成后，在预处理土壤周围进行堆垄，堆垄高度高于堆垄内污染土壤20～25cm，并在堆垄内污染土壤底部铺设吸水树脂层；通过堆垄以及铺设吸水树脂层，能够有效避免土壤中有机污染物向深处和堆垄外侧渗透扩散。

13、进一步地，步骤s2-1中，根据污染场地污染物浓度确定处理井的开挖密度，其中，处理井的开挖密度为2～6个/m2；根据污染场地污染物浓度设置不同密度的处理井，有利于提高污染场地的修复治理效率。

14、进一步地，步骤s2-2中，修复药剂的制备方法为：按比例称取氯化亚铁溶液、硼氢化钾、壳聚糖、聚乙烯醇，将聚糖溶于聚乙烯醇中，然后加入氯化亚铁溶液，通入氮气除氧0.5～1.2h，最后加入硼氢化钾，搅拌反应1～3h，即可得到修复药剂；通过本发明所制备的修复药剂，对土壤中的有机污染物具有较强的吸附性，同时具有较高的反应活性，提高了修复药剂作用的持久性。

15、进一步地，步骤s1-2中，土壤改良剂由于牡蛎壳细粉、黄腐酸、草炭土、大豆酶、去离子水按照重量比7:6:4:1:13复配而成；通过加入上述配比的土壤改良剂，不仅能够改善土壤结构，同时还能平衡土壤中的营养指标。

16、进一步地，土壤改良剂复配完成后，向土壤改良剂中加入其体重量12～19％的零价纳米铁复合纤维，并利用纺丝设备制备成土壤改良剂纤维网，利用网状的土壤改良剂有利于提高土壤改良剂的分散效果，提高土壤改良剂的作用效果。

17、进一步地，步骤s1-2完成后，调节改性土壤含水率至15～45wt％；通过调节改性土壤的含水率，有利于提高修复药剂在土壤中的迁移速度，从而提高土壤修复治理效率。

18、本发明还提供了一种不同深度土层的污染土壤动态深度修复装置，包括用于对污染土壤进行深翻松土的土壤预处理组件以及用于对污染土壤进行电化学动态修复的电化学修复组件；土壤预处理组件包括底座、行走组件、翻土组件和破碎筒，底座设置有装置箱，行走组件包括行走电机和行走轮，行走电机设置在装置箱内部，行走电机两端均设置有输出轴，且输出轴上均套设有驱动带轮，装置箱内部，且位于行走电机的两侧均转动卡接有连接轴，连接轴上与驱动带轮连接处均设置有连接带轮，连接带轮与驱动带轮之间通过皮带传动；行走轮设置有4个，且均匀分布在底座的两侧，各个行走轮分别通过安装座与底座活动连接；各个行走轮与连接轴之间通过皮带传动；翻土组件包括调节套、活动杆和翻土犁铧，调节套竖直贯穿装置箱和底座，且与装置箱、底座固定连接，调节套上设置有定位销，活动杆活动套设在调节套内部，活动杆上均匀分布有数个定位孔，翻土犁铧活动卡接在活动杆下端；破碎筒设置有两个，两个破碎筒分别通过旋转轴转动卡接在底座下端，且位于行走电机的两侧，旋转轴顶端设置有第一锥齿轮，行走电机输出轴端部是有第二锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合连接。

19、进一步地，装置箱远离翻土犁铧的一侧设置有辅助破碎组件，辅助破碎组件包括破碎箱、破碎电机、破碎齿，破碎箱与装置箱固定连接，破碎电机固定设置在破碎箱内顶部，破碎电机的输出轴上设置有驱动凸轮，破碎齿设置有数个，各个破碎齿沿破碎箱宽度方向均匀分布，其与破碎箱底部活动卡接，各个破碎齿顶端均设置有移动块，各个移动块端部均转动卡接有小带轮，各个小带轮与驱动凸轮之间通过皮带传动，各个移动块通过通过滑杆与破碎箱内壁连接，滑杆上套设有数个复位弹簧，复位弹簧位于相邻两个移动块之间；使用时，利用破碎电机带动驱动凸轮转动，从而使各个移动块在驱动凸轮的作用下往复移动，实现土壤的挤压破碎，从而提高土壤破碎效果，为后续修复治理提供了良好条件。

20、进一步地，破碎筒由数个破碎盘通过连接杆连接而成，各个破碎盘周向均匀分布有数个破碎锥；破碎盘转动过程中，利用破碎锥对翻土犁铧翻起的土块进行横向破碎。

21、本发明的土壤预处理组件的工作原理包括以下步骤：

22、s1、首先将行走电机和破碎电机与外部电源连接；根据需要调节活动杆在调节套内的高度，并通过定位销将活动杆与调节套进行限位固定；

23、s2、利用行走电机带动连接轴旋转，从而带动各个行走轮转动，行走轮转动过程中带动底座和装置箱移动，利用翻土犁铧将污染土壤翻起；同时，行走电机转动过程中，利用第一锥齿轮和第二锥齿轮的啮合作用，带动破碎筒旋转，利用破碎盘上的破碎锥对翻起的土块进行击打破碎；

24、s3、底座和装置箱移动过程中，通过破碎电机带动驱动凸轮转动，从而使各个小带轮旋转，各个移动块在驱动凸轮的作用下往复移动，带动各个破碎齿往复移动，实现污染土壤的挤压破碎。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几点：

26、第一、本发明的方法设计合理，通过在不同深度污染土壤上开挖相应深度的处理井，并根据污染土壤中污染物的浓度向各个处理井中投放不同量的修复药剂，使得污染土壤的吸附效率更好，效果更加彻底，实现了不同深度污染土壤的动态修复治理；

27、第二、本发明的修复药剂配比科学合理，通过本发明制备的修复药剂，对土壤中的有机污染物具有较强的吸附性，同时具有较高的反应活性，提高了修复药剂作用的持久性，修复药剂联合电场作用，有效解决了有机污染土壤电动修复效率的空间差异问题，对提高电动修复有机污染土壤的效率具有促进作用；

28、第三、本发明的土壤预处理装置首先利用翻土犁铧将污染土壤翻起，然后利用旋转的破碎筒对翻起的土块进行初级破碎，最后利用往复移动的破碎齿实现了土壤的精细化破碎，为后续污染土壤的修复治理奠定了良好基础。