[发明专利]一种超临界CO2流体修复有机污染土壤的装置及修复方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护污染治理技术领域，特别涉及一种超临界CO₂流体修复有机污染土壤的装置及修复方法。

背景技术

随着我国生产力的不断提高，工农业等产业的迅速发展，各种污染物被排放到空气、水体及土壤中。而土壤作为各种污染物的最终归宿，富集了大量各种污染物，土壤中污染物的大量蓄积已成为主要环境问题之一。

在近几年来，我国煤化工等行业发展极为迅速，这些企业在生产过程产生的污染物对环境和人体健康会造成危害。在我国的工业企业土壤的污染较为严重。例如在焦化厂的生产中，煤是主要原料，在煤干馏生产焦炭过程中，会有大量的有机物排出并冷凝为煤焦油，在以煤焦油为原料加工各种化工产品的过程中会有有机污染物大量排放，是环境中有机污染物的主要来源之一。随着国家不断的调整产业结构，很多煤化工厂区由市区变迁到了郊区，由搬迁所引发的场地再利用的问题日益显著，企业搬迁后遗留场地的环境问题亟待解决。

土壤修复按照修复地点的区别可分为有“原位”和“异位”两种修复方式。原位修复是在污染土壤的原地进行，比较常用的方法是洗涤、通风和生物降解。这种修复方法的特点是成本较低和处理方便。异位修复则为挖掘污染区域的土壤后运输到修复地点再进行处理处置，这种方法的优点是能够完全控制处理处置的过程。无论是原位修复还是异位修复按照修复的原理都可分为4种修复技术：物理、化学、生物技术和这三种方法的联合修复。物理修复技术的优势是简单有效，便于实施。然而，热处理对污染土壤的影响很大，一些物理修复方法在使用上也需要一些外在条件。化学修复技术适合用于处理紧急污染事故，但是缺点是修复成本很高。生物修复技术的投资较少，但是修复周期较长。

超临界流体是指物质处于其临界温度和临界压力以上而形成的一种特殊状态的流体，目前广泛应用于从石油渣油中回收油品、从咖啡中提取咖啡因、从啤酒花中提取有效成分等工业中，实现了超临界流体萃取技术从理论研究、中小水平向大规模产业化的转变。在超临界条件下，某些流体，如二氧化碳等的粘度系数很小，有利于溶质的扩散，因而具有很好的质量传递特征。同时具有较小的表面张力，易于进入到土壤或沉积物的微细孔隙中，从而将有机物很快地萃取出来。

超临界流体（Supercritical Fluids, SCFs）是一种温度高于临界温度、压力高于临界压力的流体，如CO₂在温度高于31.05 ℃，压力高于7.4 MPa时，就成为超临界CO₂流体。在超临界状态时，流体的溶解能力和扩散能力都比较强，流体兼有气体和液体的一些特性，许多性质介于气体和液体的性质之间，如密度、粘度、扩散系数、介电常数、溶剂化能力等。许多物质在流体中的溶解度可以在一定范围内通过流体压力和温度进行调节，特别是在临界点附近这种调节作用尤为显著。超临界CO₂（SC-CO₂）和超临界水（c=374.1 K，c=21.8 MPa）是目前应用最广泛的超临界流体。超临界CO₂除具有超临界流体的一般性质外，还具有价格便宜、无毒、不易燃、无污染、容易循环利用等优点，作为绿色介质被广泛接受CO₂因其临界条件比水更易达到，经济要求相对较低，是超临界流体萃取最常用的介质。

超临界CO₂萃取是指在超临界状态下，将超临界CO₂与待分离的物质接触，通过控制体系的压力和温度使其选择性地萃取其中某组分，然后通过温度或压力的变化，降低超临界流体的密度，进而改变萃取物在超临界流体中的溶解度，实现萃取物质的分离。超临界流体再行压缩后也可以循环使用。压力和温度是超临界流体萃取中十分重要的2个参数。

污染物在超临界CO₂中的溶解度大小是决定萃取效率的重要因素。由于 CO₂ 的非极性特征和低介电常数，许多强极性物质、盐类物质和高分子物质的溶解度不大。改善剂是一种很少量的溶剂，然而它能在超临界CO₂萃取土壤中有机物的过程中大大地改善样品母质中被吸附的有机物的萃取性，或者能大大地增加这些被吸附的有机物在超临界CO₂液体中的溶解性。因此应用中通常加入少量改善剂，增强CO₂的溶解能力。因此，在超临界CO₂萃取体系中，选择恰当有效、环境毒性低的改善剂十分重要。

除了温度和压力条件以及改善剂以外，萃取土壤中污染物的效率还与污染物本身、土壤的性质和超临界CO₂的性质有关，同时也与这三者之间的相互作用有关。