一种被白磷污染的土壤或底泥的处理方法及其装置与流程

本发明涉及污染土壤复原的技术领域，尤其涉及一种被白磷污染的土壤或底泥的处理方法及其装置。

背景技术：

白磷又称黄磷，是一种剧毒化学品。一些生产白磷的企业将副产物磷泥倾倒至附近的农田或池塘中，造成土壤或底泥的白磷污染；部分磷化工企业搬迁以后，旧的场地上的土壤中也经常存在较为严重的白磷污染。然而，白磷的燃点极低，40℃即可自燃；白磷的半致死剂量仅为50mg，是传统毒药砒霜致死毒性的两倍。可见，在未经修复的白磷污染场地进行新的土地利用项目如地产开发等，存在很大的消防和健康风险。

cn106345798a公开了一种被黄磷污染土壤的处理方法，通过物理方式先将被黄磷污染土壤搅拌为泥浆状并做合理的筛分，通过化学反应的原理，首先使用氧化剂对黄磷颗粒进行活化，提高黄磷颗粒的比表面积，提高其表面活性后，再使用歧化反应剂通过歧化反应等过程将高毒的黄磷转化成无毒的磷酸盐；即，在被白磷污染的土壤中加入过量的氧化剂将白磷氧化成磷酸，剩余的白磷再用歧化剂(碱)反应变成五氧化二磷。但是，该技术方案的缺点在于：氧化剂的用量高达土壤本身质量的1～5％，歧化剂(碱)的用量高达土壤质量的2～10％；而过量的氧化剂和歧化剂(碱)的使用不只是推高了修复成本，更大的问题在于破坏了土壤的有机质和酸碱平衡，使土壤丧失支持植物生长的能力；另外，歧化过程还会产生磷化氢剧毒气体，使得该技术方案存在很大安全健康风险。

鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种被白磷污染的土壤或底泥的处理方法，该方法可有效将土壤或底泥中的白磷转化成五价磷酸盐。本发明的另一目的在于提供一种装置，该装置可用来实现上述处理方法。

具体地，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种被白磷污染的土壤或底泥的处理方法，将被白磷污染的土壤或底泥与水混合后，加热并稳定在40～100℃，同时以含氧的气源曝气。

本发明意外发现，将被白磷污染的土壤或底泥与水混合后进行上述处理，即可将白磷转化为五价磷酸盐，进而实现被白磷污染的土壤或底泥的处理；同时，五价磷酸盐作为有益的肥料留在土壤或底泥中，实现了资源化利用。

为进一步提高白磷的去除率，本发明对处理条件进行了优化，具体如下：

作为优选，以ml/g计，所述被白磷污染的土壤或底泥与水的液固比为1：1～5：1。

作为优选，将被白磷污染的土壤或底泥与水混合后，加热并稳定在60～90℃，同时以含氧的气源曝气1～48h。

针对本发明的反应体系，当被白磷污染的土壤或底泥与水的液固比为1：1～5：1(ml/g)、加热至60～90℃并曝气1～48h时，白磷的去除率更高。

作为优选，所述含氧的气源为空气或氧气。

作为优选，所述曝气的方式为鼓风曝气和/或射流曝气；

作为优选，所述曝气在搅拌下进行；所述搅拌的速率为50～500rpm；在水热曝气的同时进行搅拌，可使白磷与含氧的气源充分接触，进而快速的转化为五价磷酸盐。

作为优选，向曝气后的处理物中加入氧化剂。

本发明还发现，向曝气后的处理物中加入氧化剂，可去除土壤或底泥中残留的少量白磷。

进一步地，所述氧化剂选自高锰酸钾、双氧水、次氯酸钠、二氧化氯、氯气、过硫酸盐中的一种或几种。

更进一步地，以所述被白磷污染的土壤或底泥的总质量为基准，所述氧化剂的用量为0.1～10g/kg。

针对本发明的反应体系，与之相适配的氧化剂如上所述，且当氧化剂的用量为0.1～10g/kg时，可将土壤或底泥中残留的少量白磷去除干净。

作为优选，所述处理方法还包括向经过曝气处理后的土壤或底泥中加入熟石灰的步骤。

作为优选，所述处理方法还包括向经过氧化剂氧化后的土壤或底泥中加入熟石灰的步骤。

在上述技术方案中，向土壤或底泥中加入熟石灰可调节土壤或底泥的酸碱度值，使土壤或底泥最大程度上恢复其被污染前状态。

作为优选，以所述被白磷污染的土壤或底泥的总质量为基准，白磷的浓度为0.01～100g/kg。

本发明提供的处理方法尤其适用于被上述浓度白磷污染的土壤或底泥。

如此，即实现了对被白磷污染的土壤或底泥的处理；处理后的泥水经固液分离后即可得到干净的土壤或底泥，分离得到的水还可以反复多次循环使用；所述固液分离的方式可选用本领域的常规方法，如离心机分离、板框压滤、带式压滤、叠螺机分离等。

本发明还提供一种装置；所述装置可用来实现上述处理方法。

具体而言，所述装置包括：

水热曝气反应池；以及，

热源提供装置，所述热源提供装置用来为所述水热曝气反应池提供热源，

气源提供装置，所述气源提供装置通过管道与所述水热曝气反应池的进口连接，用来为所述水热曝气反应池提供气源，

烟气吸收装置，所述烟气吸收装置通过管道与所述水热曝气反应池的出口连接，用来吸收所述水热曝气反应池产生的烟气。

利用上述装置处理被白磷污染的土壤或底泥时，水热曝气反应池中产生的热气通过管道回流至水热曝气反应池，用以继续加热和曝气，充分利用并节省水热曝气所需要的热量和能量的同时，热气中少量的五氧化二磷烟气被水热曝气反应池中的水再次吸收。

本发明中，所述烟气吸收装置可吸收从水热曝气反应池中溢出的部分五氧化二磷烟气；可选用水或碱性水溶液作为烟气吸收装置的吸收液。

本发明的有益效果在于：

本发明通过对处理方法的调整，即可轻松去除土壤或底泥中的白磷，且去除率达到99.5％以上。

附图说明

图1为本发明提供的装置的示意图；

图中：1、水热曝气反应池；2、热源提供装置；3、气源提供装置；4、烟气吸收装置。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

实施例1

本实施例提供一种被白磷污染的土壤的处理方法，包括如下步骤：

取白磷污染浓度为10g/kg的污染土壤100g和200ml水于500ml的圆底机械搅拌反应器内。将反应器放入集热式恒温加热搅拌器中，温度稳定在70～80℃，搅拌转速200rpm。将连接气泵的气管插入反应器底部曝气4h，反应器的出口通过胶管连接一个盛有200ml碱液(氢氧化钠浓度为10％)的吸收器，曝气4h结束后再向土壤悬液中加入1.0g/kg的高锰酸钾继续反应4h。土壤样品经离心并冷冻干燥，测定水热曝气后、高锰酸钾氧化处理后土壤样品中白磷的浓度。分析表明水热曝气4小时后土壤中白磷的剩余浓度为68mg/kg，白磷去除率高达99.3％；再经高锰酸钾氧化处理后白磷的剩余浓度为21mg/kg，白磷总去除率高达99.8％。

实施例2

本实施例提供一种被白磷污染的土壤的处理方法，包括如下步骤：

取白磷污染浓度为10g/kg的污染土壤1吨和2立方水于5立方的圆底机械搅拌反应罐内。电热套加热温度稳定在80～85℃，转速200rpm。将连接鼓风机的真空管插入反应器底部曝气10h，反应器的出口通过胶管连接一个盛有200l碱液(氢氧化钠浓度为10％)的吸收器，曝气10h结束后再向土壤悬液中加入1.0g/kg的高锰酸钾继续反应4h。土壤样品经离心并冷冻干燥，测定水热曝气后、高锰酸钾氧化处理后土壤样品中白磷的浓度。分析表明水热曝气10小时后土壤中白磷的剩余浓度为89mg/kg，白磷去除率高达99.1％；再经高锰酸钾氧化处理后白磷的剩余浓度为26mg/kg，白磷总去除率高达99.7％。

实施例3

本实施例提供一种被白磷污染的底泥的处理方法，包括如下步骤：

取白磷污染浓度为5g/kg的污染底泥100g和200ml水于500ml的圆底机械搅拌反应器内。将反应器放入集热式恒温加热搅拌器中，温度稳定在80～85℃，搅拌转速200rpm。将连接气泵的气管插入反应器底部曝气4h，反应器的出口通过胶管连接一个盛有200ml碱液(氢氧化钠浓度为10％)的吸收器，曝气4h结束后再向土壤悬液中加入0.5g/kg的双氧水继续反应8h。土壤样品经离心并冷冻干燥，测定水热曝气后、高锰酸钾氧化处理后土壤样品中白磷的浓度。分析表明水热曝气4小时后土壤中白磷的剩余浓度为34mg/kg，白磷去除率高达93.2％；再经高锰酸钾氧化处理后白磷的剩余浓度为10mg/kg，白磷总去除率高达99.8％。

实施例4

本实施例提供一种装置，该装置可用来实现实施例1～3的处理方法；

具体而言，如图1所示，所述装置包括：

水热曝气反应池1；以及，

热源提供装置2，所述热源提供装置用来为所述水热曝气反应池提供热源，

气源提供装置3，所述气源提供装置通过管道与所述水热曝气反应池的进口连接，用来为所述水热曝气反应池提供气源，

烟气吸收装置4，所述烟气吸收装置通过管道与所述水热曝气反应池的出口连接，用来吸收所述水热曝气反应池产生的烟气。

对比例1

本对比例提供一种被白磷污染的土壤的处理方法，与实施例1的区别仅在于：不进行加热，将反应器直接在室温(15℃)下曝气4h。

测定结果表明，土壤中白磷的剩余浓度高达7.6g/kg；可见，室温下曝气白磷的去除率仅为24％。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。