CN105964666B - 一种土壤修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种土壤修复方法，包括如下步骤，向污染区域注入水蒸汽；采用气流携带磁性吸附材料的方式，将所述磁性吸附材料通过竖直注入的气道和水平延伸井的气道推送到所述污染区域；其中，所述竖直注入井为若干个，水平延伸井设置在至少一个所述竖直注入井上，所述竖直注入井连通地面和污染区域。采用流体输送的方式，可以使磁性吸附材料快速地运输至污染区域内部，并与磁性金属相结合，同时采用流体输送，可以对较大的污染区域进行操作，从而避免了现有技术中，将磁性吸附材料与含有重金属的土壤相互搅拌所带来的效率低、均匀性差且不适于大规模去除的技术缺陷，从而提高了磁性吸附材料的吸附效率。

Description

一种土壤修复方法
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种土壤中重金属的去除方法。
背景技术
重金属是土壤环境典型的污染物类型，其典型代表如镉、汞、铅、砷等，普遍具有分布广、隐蔽性强和危害严重的特点，由重金属污染导致的水俣病、神经***损伤等疾病严重危害着人们的健康。因此，对土壤中的重金属进行治理与去除是近年环境领域的重点关注问题。
目前常用的重金属污染土壤修复技术主要包括植物修复技术和电化学技术。植物修复技术一年的重金属去除效率一般仅在10％-15％左右，修复效率较低。电化学修复技术中，采用电化学方法对土壤中的金属离子进行阴极提取，但这类方法对于设备的要求比较高，并且，由于重金属化学性质相对稳定，导致电化学反应速度较慢，所以不利于对大区域的金属离子进行去除。
专利文献CN102319725A公开了一种去除土壤中重金属的磁选方法，首先向经过调节含水率后的土壤中均匀投加磁性吸附材料，然后定期对土壤和磁性吸附材料进行搅拌，使该磁性吸附材料充分吸附土壤中的重金属，然后再用磁选的方式将磁性吸附材料吸出，从而完成对重金属的去除。该方法在处理过程中需要经常进行搅拌，并加水保持土壤湿度，比较适用于将小面积土壤挖出后进行操作，对于大规模的土壤污染，由于污染物位于土壤下方，同时土壤污染面积较大，导致很难做到将污染物与吸附材料和水分混合在一起，从而无法保证修复的均匀性，并且修复效率低。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中土壤中重金属污染物去除方法效率低、均匀性差且不适于大规模去除的技术缺陷。
因此，本发明提供一种土壤修复方法，包括如下步骤，向污染区域注入水蒸汽；采用气流携带磁性吸附材料的方式，将所述磁性吸附材料通过竖直注入的气道和水平延伸井的气道推送到所述污染区域；其中，所述竖直注入井为若干个，水平延伸井设置在至少一个所述竖直注入井上，所述竖直注入井连通地面和污染区域。
采用的所述磁性吸附材料为活性炭和CuFe2O4的混合物。
所述活性炭与所述CuFe2O4的比例为1：1.2-1.6之间。
在向污染区域注入水蒸汽的步骤中，水蒸汽注入结束后，污染区域的含水量在15％-18％之间。
在向污染区域注入水蒸汽的步骤之后，还包括向污染区域中注入酸性溶液，使所述污染区域的pH值维持在3-5之间。
同时，本发明提供一种土壤修复装置，包括：若干个竖直注入井，所述竖直注入井连通地面和污染区域，所述竖直注入井上设置气道；若干个水平延伸井，连通设置在至少一个所述竖直注入井上，所述水平延伸井上设置气道；注入设备，伸入所述竖直注入井中，用于注入磁性吸附材料。
所述注入设备包括主管，所述主管管体上设有若干第一气孔；以及水平支管，至少为一套，所述水平支管与所述主管连通设置，所述水平支管上设置若干第二气孔。
所述水平支管为复合套管，所述复合套管包括若干个嵌套连接的圆管，若干个嵌套连接的圆管具有同一轴线，不同内径。
若干个嵌套连接的圆管中，水平方向上最靠近所述主管的圆管的内径最大，最远离所述主管的圆管的内径最小。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的土壤修复方法，包括如下步骤，向污染区域注入水蒸汽；采用气流携带磁性吸附材料的方式，将所述磁性吸附材料通过竖直注入的气道和水平延伸井的气道推送到所述污染区域；其中，所述竖直注入井为若干个，水平延伸井设置在至少一个所述竖直注入井上，所述竖直注入井连通地面和污染区域。
通过向污染区域注入水蒸汽，可以提高土壤的含水率，有利于土壤颗粒适度分散，为后期磁性吸附材料的吸附创造条件。通过采用气流携带磁性吸附材料的方式，将所述磁性吸附材料推送到所述污染区域，可以使磁性吸附材料快速地运输至污染区域内部，并与磁性金属相结合；通过竖直注入井的气道和水平延伸井的气道注入磁性吸附材料，可以对较大的污染区域进行操作，均匀性好，提高了磁性吸附材料的吸附效率。
2.本发明提供的土壤修复方法，采用的所述磁性吸附材料为活性炭和CuFe2O4的混合物，所述活性炭与所述CuFe2O4的比例为1：1.2-1.6之间。
CuFe2O4具有磁性，能够吸附土壤中的磁性金属，如镉、砷、铁、铅等元素，使二者成为磁性金属团；活性炭材料的孔隙度较高，形成的磁性金属团在流体的作用下与活性炭相遇后，活性炭中的空隙将容纳磁性金属团，从而使磁性金属固定在活性炭当中，提高吸附效果。
3.本发明提供的土壤修复方法，在向污染区域注入水蒸汽的步骤中，蒸汽注入结束后，污染区域的含水量在15％-18％之间。
土壤中保持一定的含水率，有利于土壤颗粒适度分散，可加强重金属离子与活性炭吸附材料的充分接触，增大吸附面积。
4.本发明提供的土壤修复方法，在向污染区域注入水蒸汽的步骤之后，还包括向污染区域中注入酸性溶液，使所述污染区域的pH值维持在3-5之间。
大部分重金属离子在酸性条件下更容易发生溶解和迁移，有利于对土壤中磁性金属的聚集，从而容易与CuFe2O4之间发生反应，有利于磁性金属离子的去除。
5.本发明提供的土壤修复装置，包括：若干个竖直注入井，所述竖直注入井连通地面和污染区域，所述竖直注入井上设置气道；若干个水平延伸井，连通设置在至少一个所述竖直注入井上，所述水平延伸井上设置气道；注入设备，伸入所述竖直注入井中，用于注入携带磁性吸附材料。
所述注入设备携带有磁性吸附材料，通过竖直注入井和水平注入井，可以使磁性吸附材料最大程度的与气道中的磁性重金属相结合。
6.本发明提供的土壤修复装置，所述注入设备包括主管，所述主管管体上设有若干第一气孔；以及水平支管，至少为一套，所述水平支管与所述主管连通设置，所述水平支管上设置若干第二气孔。
通过主管和水平支管，使得磁性吸附材料的注入范围包括了竖直和水平两个方向，从而有效增大了吸附材料的吸附面积，提高了磁性吸附材料与土壤中磁性重金属的结合效率。
7.本发明提供的土壤修复装置，所述水平支管为复合套管，所述复合套管包括若干个嵌套连接的圆管，若干个嵌套连接的圆管具有同一轴线，不同内径。若干个嵌套连接的圆管中，水平方向上最靠近所述主管的圆管的内径最大，最远离所述主管的圆管的内径最小。
嵌套设置的支管可以更好地利用圆管内部的空间，使用时，将内径较小的内部圆管拉伸出来，增加磁性吸附材料的作用面积，同时采用嵌套方式有利于对支管的安装与运输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的提供的实施方式中所述注入设备的结构示意图；
附图标记说明：
1-主管；2-第一气孔；3-第二气孔；4-圆管
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种土壤修复方法，包括如下步骤，向污染区域注入水蒸汽；采用气流携带磁性吸附材料的方式，将所述磁性吸附材料通过竖直注入的气道和水平延伸井的气道推送到所述污染区域；其中，所述竖直注入井为若干个，水平延伸井设置在至少一个所述竖直注入井上，所述竖直注入井连通地面和污染区域。
通过向污染区域注入水蒸汽，可以提高土壤的含水率，有利于土壤颗粒适度分散，为后期磁性吸附材料的吸附创造条件。通过采用气流携带磁性吸附材料的方式，将所述磁性吸附材料推送到所述污染区域，可以使磁性吸附材料快速地运输至污染区域内部，并与磁性金属相结合；通过竖直注入井的气道和水平延伸井的气道注入磁性吸附材料，可以对较大的污染区域进行操作，均匀性好，提高了磁性吸附材料的吸附效率。
作为优选的实施方式，采用的所述磁性吸附材料为活性炭和CuFe2O4的混合物，且所述活性炭与所述CuFe2O4的比例为1：1.2-1.6之间。
具体的，CuFe2O4具有磁性，能够吸附土壤中的磁性金属，如镉、砷、铁、铅等元素，使二者成为磁性金属团；活性炭材料的孔隙度较高，形成的磁性金属团在流体的作用下与活性炭相遇后，活性炭中的空隙将容纳磁性金属团，从而使磁性金属固定在活性炭当中，提高吸附效果。
作为替换，所述CuFe2O4可以采用其它磁性材料，如MnFe2O4等材料，这类材料同样具有磁性，可以吸附土壤中的磁性重金属。
作为优选的实施方式，在向污染区域注入水蒸汽的步骤中，蒸汽注入结束后，污染区域的含水量在15％-18％之间，例如15％、16％以及18％等。
土壤中保持一定的含水率，有利于土壤颗粒适度分散，可加强重金属离子与活性炭吸附材料的充分接触，增大吸附面积。
具体的，在所述污染区域注入水蒸汽的步骤中，水蒸汽通过所述竖直注入井从外界进入地下，并通过水平延伸井扩散到污染区域的水平区域。
作为优选的实施方式，在向污染区域注入水蒸汽的步骤之后，还包括向污染区域中注入酸性溶液，使所述污染区域的pH值维持在3-5之间。
大部分重金属离子在酸性条件下更容易发生溶解和迁移，有利于对土壤中磁性金属的聚集，从而容易与CuFe2O4之间发生反应，有利于磁性金属离子的去除。
具体的，所述酸性溶液可以与水蒸汽同步注入到污染区域中。采用的酸性溶液可以为容易发生气化的盐酸溶液，或者是溶液挥发的有机酸，有机酸通常具有易挥发性，在完成对土壤中磁性重金属的吸附之后，可以对污染区域进行加热，使得有机酸受热从土壤中挥发出去。
实施例2
本实施例提供一种土壤修复装置，包括：若干个竖直注入井，所述竖直注入井连通地面和污染区域，所述竖直注入井上设置气道；若干个水平延伸井，连通设置在至少一个所述竖直注入井上，所述水平延伸井上设置气道；注入设备，伸入所述竖直注入井中，用于注入携带磁性吸附材料。
所述注入设备携带有磁性吸附材料，通过竖直注入井和水平注入井，可以使磁性吸附材料在竖直注入井与水平注入井内最大程度的与气道中的磁性重金属相结合。
作为优选的实施方式，如图1所示，所述注入设备包括主管1，所述主管1管体上设有若干第一气孔2；以及水平支管，至少为一套，所述水平支管与所述主管1连通设置，所述水平支管上设置若干第二气孔3。
具体地，开有若干第二气孔3的支管与所述主管1连通、并水平设置，当所述管道用于磁性吸附材料的注入时，可以有效增大整体的注入面积，从而提高了对于气体的抽提效率以及抽提能力。
在具体注入过程中，磁性吸附材料首先通过主管1从地面进入地下，然后从若干第一气孔2中流出，进入竖直气道当中。水平支管连接在主管1上，磁性吸附材料从所述第一气孔2中流出进入水平支管内部，并从水平支管上开设的第二气孔3处流出进入水平气道中，使整个污染区域中分布磁性吸附材料。
作为变型，所述水平支管可以与所述主管1之间呈一定角度设置，二者之间的夹角可以在0-90度之间。
作为优选的实施方式，所述水平支管为复合套管，所述复合套管包括若干个嵌套连接的圆管4，若干个嵌套连接的圆管4具有同一轴线，不同内径。
若干个嵌套连接的圆管4中，水平方向上最靠近所述主管1的圆管4的内径最大，最远离所述主管1的圆管4的内径最小。
嵌套设置的支管可以更好地利用圆管4内部的空间，使用时，将内径较小的内部圆管4拉伸出来，增加的磁性吸附材料的作用面积，同时采用嵌套方式有利于对支管的安装与运输
作为优选的实施方式，若干个嵌套连接的圆管4中，水平方向上最靠近所述主管1的圆管4的内径最大，最远离所述主管1的圆管4的内径最小。
具体地，通过上述设置方式，方便在抽提时在支管的延伸方向上形成压力梯度，最远处的圆管4的内径最小，负压较强，便于抽提；并且，从远到近形成压力梯度，便于气相污染物向着主管1的方向运动，能够保证最远处的圆管4的抽提效果，提高抽提能力和抽提效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种土壤修复方法，其特征在于，包括如下步骤，
向污染区域注入水蒸汽；
采用气流携带磁性吸附材料的方式，将所述磁性吸附材料通过竖直注入井的气道和水平延伸井的气道推送到所述污染区域；
其中，所述竖直注入井为若干个，水平延伸井设置在至少一个所述竖直注入井上，所述竖直注入井连通地面和污染区域；
注入设备，伸入所述竖直注入井中，用于注入磁性吸附材料；所述注入设备包括
主管(1)，所述主管管体上设有若干第一气孔(2)；以及
水平支管，至少为一套，水平支管连接在主管(1)上与所述主管连通设置，所述水平支管的侧壁上设置若干第二气孔(3)，磁性吸附材料从所述第一气孔(2)中流出进入水平支管内部，并从水平支管上开设的第二气孔(3)处流出进入水平气道中。
2.根据权利要求1所述的土壤修复方法，其特征在于，采用的所述磁性吸附材料为活性炭和CuFe2O4的混合物。
3.根据权利要求2所述的土壤修复方法，其特征在于，所述活性炭与所述CuFe2O4的比例为1：1.2-1.6之间。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的土壤修复方法，其特征在于，向污染区域注入水蒸汽的步骤中，水蒸汽注入结束后，污染区域的含水量在15％-18％之间。
5.根据权利要求4所述的土壤修复方法，其特征在于，在向污染区域注入水蒸汽的步骤之后，还包括
向污染区域中注入酸性溶液，使所述污染区域的pH值维持在3-5之间。
6.一种土壤修复装置，其特征在于，包括：
若干个竖直注入井，所述竖直注入井连通地面和污染区域，所述竖直注入井上设置气道；
若干个水平延伸井，连通设置在至少一个所述竖直注入井上，所述水平延伸井上设置气道；
注入设备，伸入所述竖直注入井中，用于注入磁性吸附材料；所述注入设备包括
主管(1)，所述主管的管体上设有若干第一气孔(2)；以及
水平支管，至少为一套，所述水平支管与所述主管连通设置，所述水平支管的侧壁上设置若干第二气孔(3)。
7.根据权利要求6所述的土壤修复装置，其特征在于，所述水平支管为复合套管，所述复合套管包括若干个嵌套连接的圆管(4)，若干个嵌套连接的圆管(4)具有同一轴线，不同内径。
8.根据权利要求7所述的土壤修复装置，其特征在于，若干个嵌套连接的圆管中，水平方向上最靠近所述主管的圆管的内径最大，最远离所述主管的圆管的内径最小。
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