[发明专利]一种基于低温等离子体技术的有机污染土壤修复方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于有机污染土壤修复领域，具体内容涉及一种基于低温等离子体技术的有机污染土壤修复方法及装置。

背景技术

土壤是人类赖以生存的物质基础，是最为重要的环境要素之一；然而，土壤又是污染物的载体。近年来，中国土壤污染日趋严重，耕地、城市土壤、矿区土壤均受到不同程度的污染，急需对已污染的土壤进行修复。

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，简称PAHs)是一类具有两个及两个以上苯环且不溶于水的难降解有机污染物，因化石燃料及有机物质的不完全燃烧，广泛存在于大气、水体和土壤中。因其可通过食物链在人体和动物组织中生物累积，对免疫、生殖和内分泌系统等具有毒性效应，最终造成致畸、致癌、致突变的“三致效应”，被美国环境保护署列为“环境优先控制污染物”。土壤中富含有机质，可有效吸附PAHs这类亲脂性较强的有机物，且随着时间的延长，PAHs可在土壤中老化而更难于被生物降解。

目前PAHs污染土壤的修复方法包括物理法、化学法、生物法及它们之间的联合。物理、化学修复法包括气提、热解吸、焚烧、填埋、添加表面活性剂等，存在修复成本昂贵、修复不彻底及易造成二次污染等问题；生物法包括植物修复、微生物修复及植物-微生物联合修复等，主要存在优势菌株难以筛选、修复时间长等问题。基于此，快速、高效的高级氧化技术应运而生。

作为高级氧化技术的一种，低温等离子体内富含多种活性粒子，如离子、电子、激发态的原子、分子及自由基等，从而为等离子体技术通过化学反应处理有机污染物提供了条件。低温等离子体中的脉冲放电等离子体(pulsed discharge plasma,PDP)技术已被证明可以成功用于气相和液相有机污染物的氧化降解，其作用过程产生的氧化性粒子(·OH,·O,H2O2和O3等)可以有效氧化降解有机污染物。因此，可以将该技术引入有机污染土壤修复领域，高效修复有机污染土壤。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于低温等离子体技术的有机污染土壤修复方法及装置，利用脉冲放电过程所产生的高活性物种、臭氧、紫外光效应降解土壤中的PAHs污染物，完成对有机污染土壤的修复。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于低温等离子体技术的有机污染土壤修复装置，其特征在于，包括脉冲电源、电气监测系统、反应器和载气系统，所述反应器包括高压电极、地电极、外筒体和底座，所述高压电极包括第一金属杆和高压端金属网盘，所述地电极包括第二金属杆和接地端金属网盘，所述第一金属杆穿过外筒体上端面连接高压端金属网盘，所述第二金属杆穿过外筒体下端面连接接地端金属网盘；所述外筒体侧壁上部开有进气口，侧壁下部开有出气口；所述脉冲电源的输出端分为两路，一路与电气监测系统相连，另一路通过高压端连接线与第一金属杆相连；所述第二金属杆通过接地端连接线连接电气监测系统，所述载气系统输出端连接进气口。

优选的，所述高压端金属网盘和接地端金属网盘中至少一个可沿反应器的轴上下移动。

优选的，所述高压端金属网盘和接地端金属网盘均为不锈钢网包裹的中心开有螺纹孔的有机玻璃圆盘，所述第一金属杆和第二金属杆均为与所述螺纹孔配合连接的螺纹杆。

优选的，所述高压端金属网盘和接地端金属网盘表面分布有多个小孔。

优选的，所述外筒体为至少一个有机玻璃圆筒叠加而成。

优选的，所述脉冲电源为正极性窄脉冲旋转火花隙式高压电源，峰值电压0-60kV连续可调，脉冲频率0-150Hz连续可调。

优选的，所述电气监测系统包括示波器、高压探头和电流探头，所述高压探头一端与脉冲电源的输出端相连，另一端连接示波器；所述电流探头一端连接接地端连接线，另一端连接示波器。

优选的，所述载气系统由气体流量计和气泵组成，所述气泵通过气体流量计连接进气口。

一种基于低温等离子体技术的有机污染土壤修复方法，包括以下步骤：

(1)污染土壤前处理：原土土壤经分选去除树枝根叶、石块等杂物，在室温下风干后过筛网备用，得待修复污染土壤；

(2)污染土壤修复：a)将待修复污染土壤均匀的铺在反应器中的接地端金属网盘上，调节高压电极和地电极间距，密封反应器；b)启动载气系统的气泵，调节气体流量计，闭合电路，通过控制台调节峰值电压0-60kV，脉冲频率0-150Hz，至高压电极与地电极间形成流光放电，放电处理污染的土壤；c)断开电源，停止气泵，打开反应器，取出修复后土壤；