本发明涉及污染土壤技术修复领域,具体为一种环境治理污染土壤修复方法。
背景技术:
1、随着工业化进程的加速,土壤污染问题日益严重。目前:土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层,其厚度一般在2m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力,并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。由于人口急剧增长,工业迅猛发展,固体废物不断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,导致了土壤污染。凡是妨碍土壤正常功能,降低作物产量和质量,还通过粮食、蔬菜,水果等间接影响人体健康的物质,都叫做土壤污染物。随着我国经济的发展,我国土壤状况每日俱下,其污染形势总体严峻,部分地区土壤污染严重。但是土壤污染形成原因复杂,治理困难,暂无可以实现对土壤污染进行分类并进行有效修复的方案。
2、常规的污染土壤修复方法如挖掘替换法、稳定化固化法需要大量挖掘污染土并进行处置,治理费用高且对周围生态环境有较大干扰,研发效率低,成本高,对环境干扰大。为此,需要设计相应的技术方案给予解决。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足,本发明提供了一种环境治理污染土壤修复方法,解决了需要大量挖掘污染土并进行处置,治理费用高且对周围生态环境有较大干扰,研发效率低,成本高,对环境干扰大的技术问题。
2、为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种环境治理污染土壤修复方法,方法步骤包括如下:
3、s1、对污染场地进行原位混匀,使用机械混匀装置对土壤进行充分翻混,形成均匀的土壤混合体系;
4、s2、向混合土壤体系中加入细长型固体助剂,所述细长型固体助剂表面具有大量羟基,为天然棉纤维或磁纳米棒,以0.5-2wt%的质量分数加入土壤中,并继续混匀使其分散均匀;
5、所述天然棉纤维助剂:平均直径为15-20μm,平均长度为0.5-1mm,加入量为0.8%质量分数;
6、所述磁纳米棒助剂:平均直径为50-80nm,平均长度为600-800nm,加入量为1.2%质量分数;
7、s3、使用喷灌系统向混合土壤体系喷洒1-5wt%的多官能团交联剂溶液,交联剂溶液浸润土壤体系,所述交联剂具有双烯键的丙烯酸酯或具羟基和醛基的间苯二酚;
8、s4、交联剂在土壤中发生与粘土矿物和细长型固体助剂表面羟基的交联反应,在土壤固相中迅速形成三维交联聚合物网络;
9、所述交联反应包括以下步骤:
10、交联剂分子具有两个或两个以上的反应基团,丙烯酸类交联剂通常含有两个羧基;
11、交联剂分子与粘土矿物和助剂表面的羟基发生加成反应,一端的羧基与羟基如下反应:
12、r-cooh+ho-r'→r-coo-r';
13、同一交联剂分子的另一端羧基继续与其他粘土表面或助剂分子的羟基发生反应,形成一条共价链:
14、r-coo-r'-cooh+ho-r"→r-coo-r'-coo-r";
15、一个交联剂分子可以同时与多个粘土表面羟基和助剂表面羟基反应,形成三维交联网络:
16、r-coo-r'-coo-r"-cooh+ho-r”'→r-coo-r'-coo-r"-coo-r”';
17、s5、在形成的聚合物网络中吸附和捕获污染物质,使其与土壤矿物质结合;
18、s6、启动振动装置对处理过的土壤施加振动,以促进污染物吸附在矿物颗粒表面并沉降;
19、s7、最后采用简易圆拱工程对沉降相进行原位固化,或者进行重新回填封存。
20、优选的,步骤s1中,所述机械混匀装置包括有六轴独立搅拌机构、控制算法驱动的可变方向推进系统、鱼骨式混合仓、高密度间歇脉冲振动系统和可伸缩的活动密封盖板;
21、所述六轴独立搅拌机构包含多个可以独立转动的搅拌轴,每个轴上设置多层交错的叶片,所述控制算法驱动的可变方向推进系统结合gps定位,所述鱼骨式混合仓包含多段互相铰接的仓室,搅拌轴从一端插入并逐段传动实现渐进混合,所述高密度间歇脉冲振动系统在搅拌过程中对混合仓进行强力振动,所述可伸缩的活动密封盖板连接负压系统。
22、优选的,步骤s3中,所述喷灌系统包括有独立喷射系统、螺旋平喷式喷嘴、气动弹力悬臂支架、无人机、土壤湿度检测装置、喷嘴的液流量调节装置和转接头;
23、所述独立喷射系统包含多个可以360度自由转动的喷头;
24、所述螺旋平喷式喷嘴使得旋转的液流能够螺旋扫过土壤表面;
25、所述气动弹力悬臂支架使得螺旋平喷式喷嘴上下弹跳,适应地形高差;
26、所述无人机协同操作模式,独立喷射系统通过程序控制可以自动跟随无人机飞行;
27、运用压力脉冲技术,以交替的高低压模式喷射交联剂溶液;
28、所述土壤湿度检测装置在喷洒过程在线检测土壤湿度,并据所述喷嘴的液流量调节装置实现可变率喷洒,减少溢浪;
29、所述螺旋平喷式喷嘴连接转接头,自动更换不同的喷嘴类型。
30、优选的,所述喷嘴的液流量调节装置包括有调节压强和调节开度;
31、所述螺旋平喷式喷嘴的供液采用变频调压泵,通过plc或人机界面改变供液管道的压强,从而精确控制喷头的液体喷射压力和流量,提高压强可以增加喷雾量,降低压强减小喷雾量;
32、所述螺旋平喷式喷嘴采用电控针阀作为终端控制元件,利用调节针阀的开度可以连续改变量的液体通流面积,从而调节喷头的流量,针阀开度的精确控制可以由步进电机实现。
33、优选的,步骤s3中,所述喷洒1-5wt%的多官能团交联剂溶液可改善理化性质,所述改善理化性质包括有土壤颗粒的渗透性、土壤颗粒的保水性、土壤颗粒的聚集结构、土壤的黏结力/内聚力、交联反应释放部分能量、土壤的缓冲能力、土壤的微观形态、土壤的保肥能力、土壤的吸附作用、土壤的温湿状态、土壤的电化学活性和土壤的介电常数。
34、优选的,步骤s5中,所述聚合物网络用于吸附和捕获的污染物质包括有:重金属污染物、有机污染物、放射性核素、病原微生物、营养盐类污染和各类颗粒污染。
35、优选的,所述重金属污染物包括但不限于铅、镉、铜、铬、汞其中一种或多种,所述有机污染物包括但不限于石油烃类、农药、多环芳烃,所述放射性核素包括但不限于铀、铷、锶,所述病原微生物包括但不限于细菌、病毒、寄生虫,所述营养盐类污染包括但不限于氮、磷化合物,所述各类颗粒污染包括但不限于灰尘、烟炱、微塑料颗粒。
36、优选的,步骤s5中,所述交联聚合物网络处理吸附和捕获的污染物质通过以下几种方式:物理固定、化学结合、促进分解、促进转化、富集污染、减缓释放、屏蔽污染和提高检测效率。
37、优选的,步骤s6中,所述振动装置包括有振动发生器、闭环反馈控制算法、磁悬浮承载系统、锥形振动头、超声附加装置、空气压缩脉冲装置、独立功率供应和稳压系统;
38、所述振动装置的振动方式为:
39、适当控制振动强度,不能过高以免破坏土壤颗粒结构;
40、采用渐进式振动,从弱到强,让土壤逐步适应;
41、监测土壤的变形、沉降参数,调整振动力度;
42、间歇振动,并配合喷淋技术,保持土壤一定湿度;
43、振动后进行修复,添加黏结剂恢复土体结构;
44、主要采用低频振动,高频超声波只起辅助作用;
45、避免在易液化或黏性土壤上使用高强度振动;
46、设定合理的振动时间,不要过长;
47、采用新颖设计的振头,产生渐进式振动波;
48、后期检测土壤理化性质,评估振动影响;
49、综上,通过合理参数设计和控制,可以最大程度降低振动装置对土壤的破坏风险。
50、优选的,步骤s6中,所述简易圆拱工程用于原位固化处理沉降相的简易工程方法包括:
51、在污染场地就地取材,利用固体废弃物煤灰渣和固化剂水泥,配制简易筑堤材料;
52、用简易筑堤材料在污染场地围成一个圆拱形区域,将沉降相封闭在圆拱区内;
53、圆拱的高度视污染深度而定,可形成地上圆拱也可埋于地下,顶部覆盖防水覆盖层;
54、圆拱区内的沉降相进行就地固化,过量施加固化剂或微生物还原固化;
55、一个圆拱区的面积根据污染范围确定,可设置多个圆拱区;
56、圆拱结构本身可发挥围堰作用,也方便后期监测;
57、可修复后对固化体进行二次覆盖封闭。
58、与现有技术相比,本发明的有益效果:在污染土壤体系中构建广泛的化学聚合物网络,可有效固定污染物,修复效果好,而聚合网络的形成又可促进污染物与土壤矿物的沉降沉淀,因此实现了污染物的高效固定与聚集,污染物去除率达到58%以上,大大提升了污染土壤的修复效果,借助沉淀作用聚集污染物,便于后续处理,同时由于整个工艺直接在污染场地进行,避免了大规模的土壤挖掘运输,原位修复过程对周边环境干扰很小,工艺简单,操作方便,修复成本较低。
1.一种环境治理污染土壤修复方法,其特征在于,方法步骤包括如下:
2.根据权利要求1所述的一种环境治理污染土壤修复方法,其特征在于:步骤s1中,所述机械混匀装置包括有六轴独立搅拌机构、控制算法驱动的可变方向推进系统、鱼骨式混合仓、高密度间歇脉冲振动系统和可伸缩的活动密封盖板;
3.根据权利要求1所述的一种环境治理污染土壤修复方法,其特征在于:步骤s3中,所述喷灌系统包括有独立喷射系统、螺旋平喷式喷嘴、气动弹力悬臂支架、无人机、土壤湿度检测装置、喷嘴的液流量调节装置和转接头;
4.根据权利要求3所述的一种环境治理污染土壤修复方法,其特征在于:所述喷嘴的液流量调节装置包括有调节压强和调节开度;
5.根据权利要求1所述的一种环境治理污染土壤修复方法,其特征在于:步骤s3中,所述喷洒1-5wt%的多官能团交联剂溶液可改善理化性质,所述改善理化性质包括有土壤颗粒的渗透性、土壤颗粒的保水性、土壤颗粒的聚集结构、土壤的黏结力/内聚力、交联反应释放部分能量、土壤的缓冲能力、土壤的微观形态、土壤的保肥能力、土壤的吸附作用、土壤的温湿状态、土壤的电化学活性和土壤的介电常数。
6.根据权利要求1所述的一种环境治理污染土壤修复方法,其特征在于:步骤s5中,所述聚合物网络用于吸附和捕获的污染物质包括有:重金属污染物、有机污染物、放射性核素、病原微生物、营养盐类污染和各类颗粒污染。
7.根据权利要求6所述的一种环境治理污染土壤修复方法,其特征在于:所述重金属污染物包括但不限于铅、镉、铜、铬、汞其中一种或多种,所述有机污染物包括但不限于石油烃类、农药、多环芳烃,所述放射性核素包括但不限于铀、铷、锶,所述病原微生物包括但不限于细菌、病毒、寄生虫,所述营养盐类污染包括但不限于氮、磷化合物,所述各类颗粒污染包括但不限于灰尘、烟炱、微塑料颗粒。
8.根据权利要求1所述的一种环境治理污染土壤修复方法,其特征在于:步骤s5中,所述交联聚合物网络处理吸附和捕获的污染物质通过以下几种方式:物理固定、化学结合、促进分解、促进转化、富集污染、减缓释放、屏蔽污染和提高检测效率。
9.根据权利要求1所述的一种环境治理污染土壤修复方法,其特征在于:步骤s6中,所述振动装置包括有振动发生器、闭环反馈控制算法、磁悬浮承载系统、锥形振动头、超声附加装置、空气压缩脉冲装置、独立功率供应和稳压系统;
10.根据权利要求1所述的一种环境治理污染土壤修复方法,其特征在于:步骤s6中,所述简易圆拱工程用于原位固化处理沉降相的简易工程方法包括: