技术领域
[0001] 本发明属于土壤处理技术领域，特别涉及一种土壤污染预处理装置。
相关背景技术
[0002] 有机污染物通过泄漏、渗透等方式进入土壤中，导致环境污染。这些有机物质可能具有毒性、致癌性或持久性，对生态系统和人类健康构成威胁。污染泥浆的处理是环保领域的一个重要课题，直接影响水体、土壤及周边生态环境。
[0003] 目前，土壤污染的修复方法主要有物理、化学和生物修复技术。然而，这些传统修复方法存在以下主要问题：
[0004] 第一、效率低：传统方法通常需要较长时间才能显著降低土壤污染物浓度，难以满足实际应用中的紧迫需求。
[0005] 第二、成本高：许多修复方法需要昂贵的设备和试剂，整体修复成本较高，限制了大规模应用。
[0006] 第三、二次污染：某些方法在修复过程中可能产生二次污染，如化学试剂残留或处理废液不达标排放，进一步污染环境。
[0007] 现有的土壤污染的修复方法中，没有对土壤进行充分预处理。土壤中含有较多废弃物，使用现有方式对土壤进行处理时，废弃物会影响土壤处理效果。现有的土壤污染的修复方法中，没有对土壤进行充分淋洗和调和，在后续阶段无法充分分离气、液、固，导致土壤处理效果不佳。
具体实施方式
[0031] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0032] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033] 如图1～图3所示，本实施例的土壤污染预处理装置，包括从上到下依次连接有含废土壤进料口1、废弃物向下挤压腔2、土壤向下挤压腔3和除废土壤出料口4，土壤向下挤压腔3的顶部连接有拱形的废弃物格网5，土壤向下挤压腔3内连接有隔离筒6，隔离筒6中安装有提升搅拌装置7，隔离筒6的下部伸入有喷入淋洗液和调和液体的液体管路8，提升搅拌装置7的下部连接有微气泡液体喷入装置9。
[0034] 本发明的拱形的废弃物格网5将土壤中的废弃物进行阻挡，从而仅土壤穿过废弃物格网5，废弃物沿拱形的废弃物格网5滑动到废弃物向下挤压腔2的内壁。废弃物在废弃物向下挤压腔2的内壁被向下挤压，进而排出装置，避免废弃物影响土壤后续处理效果。
[0035] 本发明的土壤向下挤压腔3将土壤向下挤压，而到达土壤向下挤压腔3底部的部分土壤会被提升搅拌装置7提升到隔离筒6内，再从隔离筒6的顶部重新排入土壤向下挤压腔3的上部。提升搅拌装置7在提升土壤时还对土壤进行搅拌，从而部分土壤实现循环搅动。
[0036] 隔离筒6的下部伸入有喷入淋洗液和调和液体的液体管路8，以在土壤中加入淋洗液和调和液。提升搅拌装置7的下部连接有微气泡液体喷入装置9，以向土壤中喷入微气泡液体。由于部分土壤在土壤向下挤压腔3与隔离筒6之间循环移动且充分搅动，则淋洗液与调和液能与土壤充分混合，微气泡液体也与土壤充分混合，从而土壤在装置内得到充分预处理，提高进入下一工序的土壤的处理效果。
[0037] 其中，所述废弃物向下挤压腔2与土壤向下挤压腔3之间设置有废弃物台阶板21，废弃物台阶板21上连接有若干废弃物排出管路22。废弃物格网5伸进废弃物向下挤压腔2内，以便将废弃物排到废弃物向下挤压腔2的内壁。在拱形的废弃物格网5的阻挡和导向作用下，土壤中的废弃物沿废弃物向下挤压腔2被挤压到废弃物台阶板21，再由若干废弃物排出管路22排出装置，实现土壤中废弃物的可靠分离，避免废弃物影响土壤后续处理效果。
[0038] 更进一步，所述废弃物格网5上安装有振动器51。振动器51能使废弃物格网5上的废弃物滑向废弃物向下挤压腔2的内壁，避免废弃物在废弃物格网5上堵塞。废弃物格网5通过柔性连接装置52连接于土壤向下挤压腔3的顶部。
[0039] 其中，所述废弃物向下挤压腔2的内壁上设置有废弃物向下挤压上部螺旋23和废弃物向下挤压下部螺旋24，废弃物向下挤压上部螺旋23的螺旋齿的高度和废弃物向下挤压下部螺旋24的螺旋齿的高度。废弃物向下挤压上部螺旋23的螺旋齿更小，废弃物容易进入其挤压空间内，从而从废弃物格网5上滑落的废弃物能被顺利地挤压到废弃物向下挤压下部螺旋24。废弃物向下挤压下部螺旋24的螺旋齿更大，其挤压效果更好，从而废弃物能可靠地被挤压到废弃物台阶板21上，进而从废弃物排出管路22排出，避免废弃物无法进入废弃物排出管路22的情况。
[0040] 具体地，所述提升搅拌装置7上安装有传动轮71，传动轮71上传动连接有用于驱动传动轮71转动的提升搅拌动力装置72。提升搅拌动力装置72驱动传动轮71转动，传动轮71带动提升搅拌装置7转动，从而通过螺旋的方式将土壤在隔离筒6内进行提升和搅拌，实现部分土壤在土壤向下挤压腔3和隔离筒6之间循环并搅拌。隔离筒6通过固定架63固定于土壤向下挤压腔3内。
[0041] 提升搅拌动力装置72可包括电机，电机的输出端连接诶减速器，减速器的输出端连接主动带轮，主动带轮与传动轮71之间通过带传动连接。并且，提升搅拌装置7的上部和下部均可设置传动轮71，以提高提升搅拌装置7转动过程中的平稳性。
[0042] 其中，所述土壤向下挤压腔3的内壁上设置有土壤向下挤压螺旋31。土壤在土壤向下挤压腔3和隔离筒6之间循环的过程中，土壤向下挤压腔3和隔离筒6的外壁之间土壤能沿土壤向下挤压螺旋31向下移动，避免土壤堵塞通道。
[0043] 具体地，所述微气泡液体喷入装置9包括分液盘91，分液盘91固定于提升搅拌装置7的底部，分液盘91的底部连接有微气泡液体进液管路92，分液盘91的边缘设置有若干与微气泡液体进液管路92连通的微气泡液体喷头93。微气泡液体进液管路92将微气泡液体引入分液盘91，分液盘91上的若干微气泡喷头将微气泡液体均匀喷出，从而使微气泡液体与土壤充分混合。
[0044] 微气泡液体从微气泡液体喷头93喷出，根据含废土壤进料口1的土壤污染情况具体确定：COD<1000mg/L，氧气作为微气泡气体；COD>1000mg/L，臭氧作为微气泡气体。
[0045] 为方便土壤进入隔离筒6，所述隔离筒6的底部设置有喇叭形循环开口61，液体管路8伸进喇叭形循环开口61内，隔离筒6的顶部设置有若干泥浆出口62。隔离筒6底部的喇叭形循环开口61能方便土壤进入隔离筒6内，从土壤形成循环，且淋洗液、调和液和微气泡液体能在喇叭形循环开口61处与土壤更加充分地混合。
[0046] 具体地，所述含废土壤进料口1包括喇叭形的进料斗11和缩颈段12，缩径段的直径小于废弃物向下挤压腔2的直径。缩径段和废弃物向下挤压腔2之间的台阶具有阻挡作用，以阻挡从含废土壤进料口1进入的含有废弃物的土壤。
[0047] 其中，所述淋洗液包括表面活性剂、螯合剂、pH调节剂和生物表面活性剂；表面活性剂的质量浓度为0.5～1.5％，螯合剂的质量浓度为0.3～0.8％，pH调节剂的pH为7～8，生物表面活性剂的质量浓度为0.1～0.3％；淋洗液的温度为30～35℃。通过合理配置淋洗液，并控制淋洗液的温度，土壤得到充分且有效的预处理。
[0048] 具体地，淋洗液配方为：
[0049] 1)表面活性剂：新型表面活性剂(如烷醇酰胺、烷基多糖苷、甲基酯磺酸盐、烷基酯醇酰基乙醇胺)通常具有较好的溶解性和表面活性，同时在较宽的pH范围内稳定；具体浓度：0.5～1.5％(w/w)；
[0050] 2)螯合剂：EDTA；具体浓度：0.3～0.8％(w/w)；
[0051] 3)pH调节剂：使用柠檬酸或氢氧化钠调节淋洗液的pH，使其在最佳工作范围内(pH为7～8)；
[0052] 4)生物表面活性剂：如鼠李糖脂、表面活性肽、脂肽类表面活性剂、磷脂类表面活性剂及甘油单酯；具体浓度：0.1～0.3％(w/w)。
[0053] 上述淋洗液配方在污染土壤处理领域具有一定的创新性，具体体现在以下几个方面：
[0054] 1)新型表面活性剂的使用：
[0055] 配方中提到的烷醇酰胺、烷基多糖苷、甲基酯磺酸盐等新型表面活性剂具有较好的溶解性和表面活性，并且在较宽的pH范围内稳定。这些特性使其在土壤淋洗过程中能更高效地溶解和去除污染物，与传统的表面活性剂相比具有一定优势。
[0056] 2)生物表面活性剂的引入：
[0057] 配方中使用的鼠李糖脂、脂肽类表面活性剂等生物表面活性剂是生物降解性好的天然产品，具有低毒性和环境友好性。这些生物表面活性剂能够有效降低表面张力，增加污染物的生物可利用性，从而提高去除效率。同时，生物表面活性剂的使用也有助于减少化学处理对环境的二次污染。
[0058] 3)多组分协同作用：
[0059] 该配方通过结合化学表面活性剂、螯合剂、生物表面活性剂和pH调节剂，形成了一种多组分协同作用的系统。每种成分在特定条件下发挥其最大效能，通过相互作用进一步增强了对不同类型有机污染物的去除效果。
[0060] 4)温和操作条件：
[0061] 使用相对温和的操作条件(如温度在30‑35℃之间，pH在7‑8之间)不仅有助于保持系统的稳定性，同时也降低了能耗和处理成本。这与一些传统处理方法相比具有更高的环境友好性和经济效益。
[0062] 受污染土壤材料制备：
[0063] 土壤取样：取未受污染土壤，按照一定比例制备受污染土壤材料。土壤样品经干燥后过2mm筛网。
[0064] 土壤预处理：在实验开始前，将土壤均匀混合，测定土壤的基本理化性质(如pH、有机质含量等)。
[0065] 淋洗过程：在室温下，将配制好的淋洗液与土壤按固液比1:5混合(如100g土壤加入500mL淋洗液)，调整pH，搅拌反应60分钟。使用恒温水浴控制温度。
[0066] 分离：淋洗后使用离心机(3000rpm，10分钟)分离液相与固相，收集上清液用于污染物浓度分析。
[0067] 淋洗液回收：上清液中的表面活性剂可通过膜过滤或其他技术回收，以减少环境负担。
[0068] 残留分析：淋洗后的土壤干燥后测定残留的污染物浓度。
[0069] 实施例1：中度有机污染和中度重金属污染土壤：
[0070] 土壤背景：
[0071] 有机污染物(如多环芳烃，PAHs)：初始浓度100mg/kg；
[0072] 重金属污染物(如铅，Pb)：初始浓度300mg/kg。
[0073] 淋洗液配方：
[0074] 表面活性剂(烷醇酰胺)：1.0％(w/w)；
[0075] 螯合剂(EDTA)：0.5％(w/w)；
[0076] pH调节剂：柠檬酸，pH调整至7.5；
[0077] 生物表面活性剂(鼠李糖脂)：0.2％(w/w)。
[0078] 温度：32℃。
[0079] 结果：
[0080] 有机污染物浓度：淋洗后减少至15mg/kg(去除率85％)；
[0081] 重金属污染物浓度：淋洗后减少至60mg/kg(去除率80％)。
[0082] 对比普通化学淋洗：
[0083] 普通化学淋洗(仅使用EDTA作为螯合剂，未使用表面活性剂)去除率分别为60％(PAHs)和65％(Pb)。
[0084] 分析原因：表面活性剂与生物表面活性剂的协同作用增强了对有机污染物的溶解和迁移能力，同时提高了EDTA对重金属的螯合效果。
[0085] 实施例2：重度有机污染和轻度重金属污染土壤：
[0086] 土壤背景：
[0087] 有机污染物(如石油烃，TPH)：初始浓度500mg/kg；
[0088] 重金属污染物(如镉，Cd)：初始浓度50mg/kg。
[0089] 淋洗液配方：
[0090] 表面活性剂(甲基酯磺酸盐)：1.5％(w/w)；
[0091] 螯合剂(EDTA)：0.7％(w/w)；
[0092] pH调节剂：氢氧化钠，pH调整至8.0；
[0093] 生物表面活性剂(表面活性肽)：0.3％(w/w)。
[0094] 温度：34℃。
[0095] 结果：
[0096] 有机污染物浓度：淋洗后减少至50mg/kg(去除率90％)；
[0097] 重金属污染物浓度：淋洗后减少至10mg/kg(去除率80％)。
[0098] 对比普通化学淋洗：
[0099] 普通化学淋洗(仅使用EDTA)去除率分别为70％(TPH)和50％(Cd)。
[0100] 分析原因：高效表面活性剂结合生物表面活性剂显著提高了对高浓度有机污染物的去除率，同时氢氧化钠调节的碱性条件有利于重金属的溶解。
[0101] 实施例3：轻度有机污染和重度重金属污染土壤：
[0102] 土壤背景：
[0103] 有机污染物(如苯，Benzene)：初始浓度50mg/kg；
[0104] 重金属污染物(如砷，As)：初始浓度500mg/kg。
[0105] 淋洗液配方：
[0106] 表面活性剂(烷基多糖苷)：0.5％(w/w)；
[0107] 螯合剂(EDTA)：0.8％(w/w)；
[0108] pH调节剂：柠檬酸，pH调整至7.0；
[0109] 生物表面活性剂(甘油单酯)：0.1％(w/w)。
[0110] 温度：30℃。
[0111] 结果：
[0112] 有机污染物浓度：淋洗后减少至10mg/kg(去除率80％)；
[0113] 重金属污染物浓度：淋洗后减少至100mg/kg(去除率80％)。
[0114] 对比普通化学淋洗：
[0115] 普通化学淋洗去除率分别为50％(Benzene)和60％(As)。
[0116] 分析原因：虽然有机污染物初始浓度低，但由于使用了合适的表面活性剂和螯合剂组合，进一步优化了去除率。对于重金属污染，EDTA的高效螯合作用显著提升了重金属的去除率。
[0117] 本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
