适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置及方法

摘要

本发明公开了适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置及方法，该装置包括污染物脱附装置、臭氧输送管路、气流输送管路、微泡沫发生装置和废气废液收集装置，臭氧输送管路与污染物脱附装置的臭氧入口连接，为其提供臭氧用以氧化焦化土壤中的有机污染物；气流输送管路与污染物脱附装置的气流入口连接，为其提供气流用以实现土壤流态化、沸腾化；微泡沫发生装置与泡沫入口连接；废气废液收集装置分别与废液出口、废气出口连接；脱附方法分三阶段：(1)臭氧氧化及土壤“沸腾化”，启动臭氧输送管路、气流输送管路；(2)表面活性剂微泡沫洗脱，关闭臭氧输送管路、气流输送管路，启动微泡沫发生装置；(3)废气废液收集。

权利要求

1.适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置，其特征在于：包括污染物脱附装置、臭氧输送管路、气流输送管路、微泡沫发生装置和废气废液收集装置，所述污染物脱附装置包括底盘，所述底盘由支架和固定于支架中心的漏斗形凹槽组成，且漏斗形凹槽的底面设有气流入口、泡沫入口和废液出口；所述支架的上部设有洗脱反应室，所述洗脱反应室底部设有多孔承托板，所述多孔承托板上设有若干个微孔、若干个气流分支口，所述若干个气流分支口的下端分别通过气流支管与气流入口出气端连接，所述气流分支口的上面设有气流循环挡板，所述气流循环挡板的底部固定在多孔承托板上；所述洗脱反应室的顶部设有顶盖；所述顶盖上设有臭氧入口、泡沫回流口和废气出口，所述污染物脱附装置设置在超声振动容器内；所述臭氧输送管路包括臭氧发生器，所述臭氧发生器的气体输入端与氧气瓶连接，气体输出端通过臭氧管路与臭氧入口连接，臭氧管路上设有第一单向阀，为污染物脱附装置提供臭氧用以氧化焦化土壤中的有机污染物；所述气流输送管路包括第一空气泵，所述第一空气泵通过气流管路与气流入口连接，为污染物脱附装置提供气流用以实现土壤流态化、沸腾化；所述微泡沫发生装置包括发泡剂输送管路和空气输送管路，所述发泡剂输送管路包括蠕动泵，所述蠕动泵的输入口通过液体管路伸入表面活性剂容器内，所述蠕动泵的输出端通过液体管路与三通的第一端连接，且在蠕动泵与三通的液体管路上设有第二单向阀；所述空气输送管路包括第二空气泵，所述第二空气泵通过气体管路与三通的第二端连接，所述三通的第三端通过泡沫管路与多孔固结砂芯的一端连接，所述多孔固结砂芯的另一端通过泡沫管路与泡沫缓冲容器的下端连接，所述泡沫缓冲容器的上端通过泡沫管路与泡沫入口连接，同时泡沫缓冲容器的上端通过泡沫回流管路与泡沫回流口连接，并泡沫回流管路上设有第三单向阀；所述废气废液收集装置包括废气收集瓶和废液吸收瓶，所述废气收集瓶通过废气管路与废气出口连接，所述废液吸收瓶通过废液管路与废液出口连接，并在废液管路上设有真空泵。

2.根据权利要求1所述的适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置，其特征在于：所述臭氧输送管路中的第一单向阀与臭氧入口之间的臭氧管路设有第一流量计，用于计量臭氧流量；所述气流输送管路中的第一空气泵与气流入口之间的气流管路上设有第二流量计，用于计量第一空气泵的流量；所述发泡剂输送管路中的第二单向阀与三通的第一端之间的液体管路上设有第三流量计，用于计量表面活性剂的流量；所述空气输送管路中的第二空气泵与三通的第二端之间的气体管路上设有第四流量计，用于计量第二空气泵的流量；在所述真空泵与废液出口的废液管路上设有第一阀门，在所述泡沫缓冲容器与泡沫入口的管路上设有第二阀门。

3.根据权利要求1所述的适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置，其特征在于：所述气流循环挡板为伞状；所述微孔孔径小于0.1mm，若干个微孔与若干个气流分支口相互间隔，均匀分布在多孔承托板上；所述气流入口的出气端设有与气流分支口数量相等的小接口，所述若干个气流分支口的下端分别通过气流支管与气流入口出气端的小接口连接。

4.根据权利要求1所述的适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置，其特征在于：所述洗脱反应室顶端与顶盖之间设有100目的尼龙网；所述洗脱反应室与顶盖、洗脱反应室与底盘均采用活动连接。

5.根据权利要求1所述的适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置，其特征在于：所述多孔固结砂芯的孔径为0.01mm。

6.根据权利要求1所述的适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置，其特征在于：所述废气收集瓶内设有活性炭；所述废液吸收瓶内设有废液吸收剂。

7.利用权利要求1‑6任一项所述的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)污染土壤铺设：打开顶盖，将待脱附的焦化场地污染土壤平铺在洗脱反应室底部的多孔承托板上；

(2)臭氧氧化及土壤“沸腾化”：开启臭氧输送管路中的臭氧发生器，臭氧发生器输出的臭氧由臭氧入口进入洗脱反应室，调节臭氧流量，对焦化场地污染土壤中的有机物进行氧化；同时启动气流输送管路的第一空气泵，第一空气泵将空气从气流入口送入若干个气流分支口，并通过气流循环挡板均匀布风，调节气流输送管路的空气流量实现土壤“沸腾化”；

(3)表面活性剂微泡沫洗脱：关闭臭氧发生器、第一空气泵，确保第一阀门关闭，开启泡沫管路上的第二阀门，开启发泡剂输送管路中的蠕动泵，泵入表面活性剂溶液，同时启动空气输送管路的第二空气泵输出空气，通过三通使表面活性剂溶液与空气混合，控制第二空气泵输出的空气与泵入的表面活性剂溶液的气液比，使微泡沫在多孔固结砂芯处产生，并暂时储存于泡沫缓冲容器中，然后由泡沫入口注入污染物脱附装置，待其充满整个洗脱反应室后，关闭蠕动泵、第二空气泵和第二阀门，开启第一阀门，将脱附装置置于超声振动容器中，开启超声振动容器的超声振动，进行焦化场地污染土壤有机物的脱附，其中所述第一阀门设置在真空泵与废液出口的废液管路上，所述第二阀门设置在泡沫缓冲容器与泡沫入口的管路上；

(4)废气废液收集：洗脱过程中的废气由废气出口进入废气收集瓶，通过活性炭进行吸附；

待洗脱结束，关闭超声振动容器的超声振动；打开真空泵，将洗脱过程产生的废液通过真空泵抽出，并由废液收集瓶收集，采用废液吸收剂进行消泡和污染物的处理。

8.根据权利要求7所述的利用沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法，其特征在于：所述(2)臭氧氧化及土壤“沸腾化”中，臭氧输送管路中臭氧流量为0.1～0.3L/min；气流输送管路中的空气流量为90～120L/min；所述臭氧氧化及土壤“沸腾化”的实施时间为2～5min。

9.根据权利要求7所述的利用沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法，其特征在于：所述(3)表面活性剂微泡沫洗脱中，第二空气泵输出的空气与泵入的表面活性剂溶液的气液比为3.3～20:1；所述超声振动容器的超声振动频率为40KHz；所述开启超声振动容器的超声振动，进行焦化场地污染土壤有机物的脱附时间为30～60min。

10.根据权利要求7所述的利用沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法，其特征在于：所述(1)污染土壤铺设中的焦化场地污染土壤平铺厚度不超过气流循环挡板高度的2/3。

说明书

适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及污染场地土壤修复技术，具体涉及一种适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置及方法。

背景技术

[0002] 在污染土壤的修复过程中，由于多环芳烃具有很强的亲油亲脂性，一旦产生污染将很难对污染介质进行修复，且水溶解度低、正辛醇水分配系数大，易于在生物体内和脂类
物质中富集。目前国内外对土壤多环芳烃污染修复技术的研究较为广泛，在现有的土壤修
复技术中，化学淋洗法由于操作简单、成本低、修复效果好被广泛应用于有机污染土壤修
复。但在淋洗过程中容易发生孔道效应，即淋洗液优先沿渗透性好的土壤孔道流动，受土壤
渗透性影响大，易产生固定通道流，导致污染物不能得到有效去除，修复效果不理想，且淋
洗液消耗量大。

[0003] 为解决化学淋洗存在的诸多问题，目前已有发明提出利用微泡沫冲洗技术代替化学淋洗。微泡沫是泡沫发生时直径在数百纳米到10微米之间的泡沫，比表面积大，传质效率
高，在水中停留时间长，可产生大量自由基。此外，由于泡沫流量可以通过压力梯度来控制，
因此泡沫输送更易控制注入的流体量，从而最大程度地减少污染物扩散。

[0004] 研究表明稳定的泡沫表面活性剂气液混合体系可更高效地修复有机污染土壤，大大减少污染土壤的处理成本，现已有利用表面活性剂泡沫冲洗技术去除土壤污染物的发
明，例如名称为一种表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的系统及方法的
专利(CN 108607879 A)，该方法是将药剂混合物经过泡沫发生系统产生泡沫，加压输送到
反应系统与土壤中污染物反应，达到降解有机污染物的目的，反应后的泡沫混合物通过回
收处理系统回收再利用。该系统适用于土壤原位修复，但表面活性剂吸附在土壤上则难以
去除，同时无法确定土壤中是否有泡沫残留。在原位注入的过程中，由于泡沫注入时受土壤
挤压，容易破裂而恢复液体状态，依然无法避免化学淋洗法存在的诸多问题。

[0005] 现有发明中多针对微泡沫发生装置进行改进，微泡沫脱附装置较少且不够成熟，泡沫注入不均匀，例如公布号为CN 102371268 B的发明专利，名称为一种用于多氯联苯污
染土壤修复的表面活性剂泡沫冲洗技术，该发明使用表面活性剂和氮气制造异位泡沫，通
过控制泡沫气液比、粒径来控制泡沫的性质，并通过加压注入的方式进行泡沫冲洗。此项发
明中，泡沫在土柱中稳定性较差，仅在柱顶端一段距离内以泡沫的形态稳定存在，在土柱底
端几乎等同于化学淋洗的作用，依然受孔道效应的影响，且该技术对泡沫稳定性要求较高，
操作过程繁琐，耗时较长。

发明内容

[0006] 针对现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种一种适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置及方法，采用臭氧氧化、气流冲击使土壤“沸腾化”与超声振动协
同技术，实现土壤多环芳烃等有机物的去除。

[0007] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

[0008] 适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置，包括污染物脱附装置、臭氧输送管路、气流输送管路、微泡沫发生装置和废气废液收集装置，所述污染物脱附装置包括
底盘，所述底盘由支架和固定于支架中心的漏斗形凹槽组成，且漏斗形凹槽的底面设有气
流入口、泡沫入口和废液出口；所述支架的上部设有洗脱反应室，所述洗脱反应室底部设有
多孔承托板，所述多孔承托板上设有若干个微孔、若干个气流分支口，所述若干个气流分支
口的下端分别通过气流支管与气流入口出气端连接，所述气流分支口的上面设有气流循环
挡板，所述气流循环挡板的底部固定在多孔承托板上；所述洗脱反应室的顶部设有顶盖；所
述顶盖上设有臭氧入口、泡沫回流口和废气出口，所述污染物脱附装置设置在超声振动容
器内；所述臭氧输送管路包括臭氧发生器，所述臭氧发生器的气体输入端与氧气瓶连接，气
体输出端通过臭氧管路与臭氧入口连接，臭氧管路上设有第一单向阀，为污染物脱附装置
提供臭氧用以氧化焦化土壤中的有机污染物；所述气流输送管路包括第一空气泵，所述第
一空气泵通过气流管路与气流入口连接，为污染物脱附装置提供气流用以实现土壤流态
化、沸腾化；所述微泡沫发生装置包括发泡剂输送管路和空气输送管路，所述发泡剂输送管
路包括蠕动泵，所述蠕动泵的输入口通过液体管路伸入表面活性剂容器内，所述蠕动泵的
输出端通过液体管路与三通的第一端连接，且在蠕动泵与三通的液体管路上设有第二单向
阀；所述空气输送管路包括第二空气泵，所述第二空气泵通过气体管路与三通的第二端连
接，所述三通的第三端通过泡沫管路与多孔固结砂芯的一端连接，所述多孔固结砂芯的另
一端通过泡沫管路与泡沫缓冲容器的下端连接，所述泡沫缓冲容器的上端通过泡沫管路与
泡沫入口连接，同时泡沫缓冲容器的上端通过泡沫回流管路与泡沫回流口连接，并泡沫回
流管路上设有第三单向阀；所述废气废液收集装置包括废气收集瓶和废液吸收瓶，所述废
气收集瓶通过废气管路与废气出口连接，所述废液吸收瓶通过废液管路与废液出口连接，
并在废液管路上设有真空泵。

[0009] 臭氧的氧化能力强，降解有机污染物的速度高，反应条件温和，无二次污染物。超声振动可利用毛细作用的原理去除土壤微孔中含有的多环芳烃，利用超声波使表面活性剂
微泡沫乳液振动、分解，形成更小的液滴以便于移动，通过气流冲击实现土壤“沸腾化”而高
效洗脱污染物质。本发明引入超声振动，并且通入臭氧，将氧化与微泡沫淋洗结合，以期达
到更高的有机物去除率，减少淋洗液的使用量。

[0010] 进一步地，所述臭氧输送管路中的第一单向阀与臭氧入口之间的臭氧管路设有第一流量计，用于计量臭氧流量；所述气流输送管路中的第一空气泵与气流入口之间的气流
管路上设有第二流量计，用于计量第一空气泵的流量；所述发泡剂输送管路中的第二单向
阀与三通的第一端之间的液体管路上设有第三流量计，用于计量表面活性剂的流量；所述
空气输送管路中的第二空气泵与三通的第二端之间的气体管路上设有第四流量计，用于计
量第二空气泵的流量。

[0011] 再进一步地，所述气流循环挡板为伞状；所述微孔孔径小于0.1mm，若干个微孔与若干个气流分支口相互间隔，均匀分布在多孔承托板上；在所述真空泵与废液出口的废液
管路上设有第一阀门，在所述泡沫缓冲容器与泡沫入口的管路上设有第二阀门。

[0012] 更进一步地，所述洗脱反应室顶端与顶盖之间设有100目的尼龙网；所述洗脱反应室与顶盖、洗脱反应室与底盘均采用活动连接。

[0013] 更进一步地，所述多孔固结砂芯孔径为0.01mm。

[0014] 更进一步地，所述废气收集瓶内设有活性炭；所述废液吸收瓶内设有废液吸附剂。

[0015] 利用所述的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法，包括以下步骤：

[0016] (1)污染土壤铺设：打开顶盖，将待脱附的焦化场地污染土壤平铺在洗脱反应室底部的多孔承托板上；

[0017] (2)臭氧氧化及土壤“沸腾化”：开启臭氧输送管路中的臭氧发生器，臭氧发生器输出的臭氧由臭氧入口进入洗脱反应室，调节臭氧流量，对焦化场地污染土壤中的有机物进
行氧化；同时启动气流输送管路的第一空气泵，第一空气泵将空气从气流入口送入若干个
气流分支口，并通过气流循环挡板均匀布风，控制第一空气泵的流量实现土壤“沸腾化”，同
时加速挥发性有机物向废气出口逸散；

[0018] (3)表面活性剂微泡沫洗脱：关闭臭氧发生器和第一空气泵，确保第一阀门关闭，开启泡沫管路上的第二阀门，开启发泡剂输送管路中的蠕动泵，泵入表面活性剂溶液，同时
启动空气输送管路的第二空气泵输出空气，通过三通使表面活性剂溶液与空气混合，控制
第二空气泵输出的空气与泵入的表面活性剂溶液的气液比，使微泡沫在多孔固结砂芯处产
生，并暂时储存于泡沫缓冲容器中，然后由泡沫入口注入污染物脱附装置，待其充满整个洗
脱反应室后，关闭蠕动泵、第二空气泵和第二阀门，开启第一阀门，将脱附装置置于超声振
动容器中，开启超声振动容器的超声振动，进行焦化场地污染土壤有机物的脱附，其中所述
第一阀门设置在真空泵与废液出口的废液管路上，所述第二阀门设置在泡沫缓冲容器与泡
沫入口的管路上。在污染物脱附过程中适时进行泡沫的补充。

[0019] (4)废气废液收集：洗脱过程中的废气由废气出口进入废气收集瓶，通过活性炭进行吸附；

[0020] 待洗脱结束，关闭超声振动容器的超声振动；打开真空泵，将洗脱过程产生的废液通过真空泵抽出，并由废液收集瓶收集，采用废液吸收剂进行消泡和污染物的处理，所述废
液吸收剂为多环芳烃降解菌悬液。

[0021] 本发明提供的适用于焦化场地的沸腾式高效微泡沫脱附技术，对不同性质的污染物采取分阶段去除方法：通过臭氧实现脱附前的氧化和杀菌；针对挥发性有机物，利用气流
冲击使装置内的土壤实现“沸腾化”，土壤颗粒持续运动的过程加强挥发性气体的布朗运
动，使其更快速地脱离土壤介质。将表面活性剂溶液变换为微泡沫，在超声振动下利用微泡
沫对污染土壤进行浸渍，降低淋洗液流动速度的同时提高整体的波及效率，避免发生类似
于土柱淋洗中产生的孔道效应，节省淋洗液使用量。

[0022] 进一步地，所述(2)臭氧氧化及土壤“沸腾化”中，臭氧输送管路中臭氧流量为0.1～0.3L/min；气流输送管路中的空气流量为90～120L/min；所述臭氧氧化及土壤“沸腾化”
的实施时间为2～5min。

[0023] 再进一步地，所述(3)表面活性剂微泡沫洗脱中，第二空气泵输出的空气与泵入的表面活性剂溶液的气液比为3.3～20:1；所述超声振动容器的超声振动频率为40KHz；所述
开启超声振动容器的超声振动，进行焦化场地污染土壤有机物的脱附时间为30～60min。

[0024] 更进一步地，所述(1)污染土壤铺设中的焦化场地污染土壤平铺厚度不超过气流循环挡板高度的2/3。

[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0026] 1、本发明可实现分阶段处理易挥发性有机物和吸附于土壤上的有机物，通过气流输送管路输入的气流使土壤呈现“沸腾化”，气流循环挡板保证了气流的均匀分布，通过气
流的作用去除易挥发性有机物。

[0027] 2、将表面活性剂以微泡沫的形式应用于焦化场地污染土壤异位修复，表面活性剂与土壤中的污染物充分接触，污染物的溶出效率高，淋洗时间缩短，成本低。通过多孔固结
砂芯能够产生大小均匀且性质稳定的泡沫，可通过更换砂芯产生孔径不同的泡沫。

[0028] 3、本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的设计保证了对土壤无死角洗脱，通过多孔固结砂芯及多孔承托板实现微泡沫均质化，污染物洗脱过程中泡沫充满整个洗脱反
应室，将土壤无死角的充分浸没；超声振动使土壤与泡沫充分接触，提高了污染物的脱附效
率。同时，该装置设有废气废液收集装置，可有效避免二次污染。

附图说明

[0029] 图1是本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的结构示意图。

[0030] 图2是本沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置中支架、漏斗形凹槽和多孔承托板的结构示意图。

[0031] 其中，1‑氧气瓶，2‑臭氧发生器，3‑第一单向阀，4‑第一流量计，5‑第一空气泵，6‑第二流量计，7‑表面活性剂容器，8‑蠕动泵，9‑第二单向阀，10‑第三流量计，11‑三通，12‑第
二空气泵，13‑第四流量计，14‑多孔固结砂芯，15‑泡沫缓冲容器，16‑支架，17‑漏斗形凹槽，
18‑气流入口，19‑泡沫入口，20‑废液出口，21‑臭氧入口，22‑泡沫回流口，23‑废气出口，24‑
多孔承托板，25‑气流循环挡板，26‑洗脱反应室，27‑超声振动容器，28‑真空泵，29‑废液吸
收瓶，30‑废气收集瓶，31‑第一阀门，32‑第二阀门，33‑第三单向阀，34‑微孔，35‑气流分支
口，36‑顶盖。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

[0033] 实施例1

[0034] 如图1所示，适用于焦化场地的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置包括污染物脱附装置、臭氧输送管路、气流输送管路、微泡沫发生装置和废气废液收集装置，所述污染物脱
附装置包括底盘，所述底盘由支架16和固定于支架中心的漏斗形凹槽17组成，且漏斗形凹
槽的底面设有气流入口18、泡沫入口19和废液出口20，所述气流入口的出气端设有若干个
小接口；所述支架的上部设有洗脱反应室26，所述洗脱反应室26底部设有多孔承托板24，所
述多孔承托板24上设有若干个微孔34、设有与小接口数量相等的气流分支口35，所述气流
分支口35的下端通过气流支管与气流入口18出气端的小接口连接，所述气流分支口35的上
面设有气流循环挡板25，所述气流循环挡板25的底部固定在多孔承托板24上；所述洗脱反
应室26的顶部设有顶盖36；所述顶盖36上设有臭氧入口21、泡沫回流口22和废气出口23，所
述污染物脱附装置设置在超声振动容器27内；所述臭氧输送管路包括臭氧发生器2，所述臭
氧发生器2的气体输入端与氧气瓶1连接，气体输出端通过臭氧管路与臭氧入口21连接，臭
氧管路上设有第一单向阀3和第一流量计4用于计量臭氧流量，为污染物脱附装置提供臭氧
用以氧化焦化土壤中的有机污染物；所述气流输送管路包括第一空气泵5，所述第一空气泵
5通过气流管路与气流入口18连接，并在该气流管路上设有第二流量计6用于计量第一空气
泵的流量，为污染物脱附装置提供气流用以实现土壤流态化、沸腾化；所述微泡沫发生装置
包括发泡剂输送管路和空气输送管路，所述发泡剂输送管路包括蠕动泵8，所述蠕动泵8的
输入口通过液体管路伸入表面活性剂容器7内，所述蠕动泵8的输出端通过液体管路与三通
11的第一端连接，且在蠕动泵8与三通11的液体管路上设有第二单向阀9和第三流量计10，
用于计量表面活性剂的流量；所述空气输送管路包括第二空气泵12，所述第二空气泵12通
过气体管路与三通11的第二端连接，并在该气体管路上设有第四流量计13，用于计量第二
空气泵的流量；所述三通11的第三端通过泡沫管路与多孔固结砂芯14的一端连接，所述多
孔固结砂芯14的另一端通过泡沫管路与泡沫缓冲容器15的下端连接，所述泡沫缓冲容器15
的上端通过泡沫管路与泡沫入口19连接，并在该泡沫管路上设有第二阀门32，同时泡沫缓
冲容器15的上端通过泡沫回流管路与泡沫回流口22连接，并在泡沫回流管路上设有第三单
向阀33；所述废气废液收集装置包括废气收集瓶30和废液吸收瓶29，所述废气收集瓶30通
过废气管路与废气出口23连接，所述废液吸收瓶29通过废液管路与废液出口20连接，并在
废液管路上设有真空泵28，真空泵28与废液出口的废液管路上设有第一阀门31。

[0035] 其中，所述气流循环挡板25为伞状；所述微孔34孔径小于0.1mm，若干个微孔34与若干个气流分支口35相互间隔，均匀分布在多孔承托板24上。

[0036] 所述洗脱反应室顶端与顶盖之间设有100目的尼龙网；所述洗脱反应室26与顶盖36采用螺丝连接，也可以用螺栓结构、螺纹旋紧连接；洗脱反应室26与底盘采用螺丝连接，
也可以螺栓结构、采用螺纹旋紧连接；

[0037] 所述多孔固结砂芯14的孔径为0.01mm。

[0038] 所述废液吸收瓶29内设有废液吸收剂，可以根据脱附地污染物成分进行选择废液吸收剂；本实施例中废液吸收剂为多环芳烃降解菌悬液，所述废气收集瓶30内设有活性炭。

[0039] 利用本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法中涉及到臭氧输送管路中臭氧流量、气流输送管路中的空气流量、发泡剂输送管路中的气液比、超声振
动等的参数，在下面的实施例2‑4中主要验证本发明的土壤污染脱附方法对多环芳烃的洗
脱效果，同时比较气流通入使土壤“沸腾化”后，多环芳烃去除效果的变化、不同气液比形成
的泡沫稳定性以及对多环芳烃的增溶效果、超声振动作用对污染物洗脱效果的影响。泡沫
稳定性采用半衰期法进行测定，多环芳烃含量通过高效液相色谱仪(HPLC)测定。

[0040] 实施例2

[0041] 利用本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法，首先对脱附装置进行组装：

[0042] ①臭氧输送管路连接：采用硅胶管依次连接氧气瓶1、臭氧发生器2、第一单向阀3、第一流量计4，与臭氧入口21连接；

[0043] ②气流输送管路连接：采用硅胶管连接第一空气泵5、第二流量计6，与气流入口18连接；

[0044] ③泡沫发生装置连接：将选定的表面活性剂溶液加入表面活性剂容器7中，蠕动泵8一端伸入表面活性剂溶液，另一端用硅胶管依次连接第二单向阀9、第三流量计10，之后连
接至三通11的第一端；将第二空气泵12、第四流量计13依次用硅胶管连接后接往三通11的
第二端；三通11的第三端接口由硅胶管依次连接至多孔固结砂芯14、泡沫缓冲容器15下端，
与泡沫入口19；

[0045] ④污染物脱附装置连接：气流入口18出气端的小接口通过细管连接多孔承托板24上的气流分支口35，将底盘与洗脱反应室26通过螺栓结构拧紧，在洗脱反应室26内铺设一
层过筛的焦化场地污染土壤，在洗脱反应室26顶端和顶盖36的之间夹有一层100目尼龙网，
将顶盖36与洗脱反应室26通过螺栓结构拧紧，将脱附装置置于超声振动容器27内。

[0046] ⑤废气废液收集装置连接：将废气收集装置与设置在顶盖36上的废气出口23连接。连接废液收集瓶、真空泵，与废液出口20连接。

[0047] 脱附装置组装好后，在整个脱附过程中，洗脱反应室26为密闭空间。

[0048] 土壤污染脱附方法具体包括以下步骤：

[0049] (1)污染土壤铺设：采集太原市某焦化场地污染土壤，冻干，研磨并过2mm筛，将土壤平铺在洗脱反应室底部的多孔承托板上，且土壤平铺厚度不超过气流循环挡板高度的2/
3；

[0050] (2)臭氧氧化及土壤“沸腾化”：开启臭氧输送管路中的臭氧发生器，臭氧发生器输出的臭氧由臭氧入口进入洗脱反应室，调节臭氧流量为0.3L/min，对焦化场地污染土壤中
的有机物进行氧化；同时启动气流输送管路的第一空气泵，第一空气泵将空气从气流入口
送入若干个气流分支口，并通过气流循环挡板均匀布风，调节气流输送管路的空气流量为
90L/min，实现土壤“沸腾化”；臭氧氧化及土壤“沸腾化”实施时间为3min；

[0051] (3)表面活性剂微泡沫洗脱：关闭臭氧发生器、第一空气泵，确保第一阀门关闭，开启泡沫管路上的第二阀门，开启发泡剂输送管路中的蠕动泵，泵入表面活性剂溶液(表面活
性剂溶液为浓度为20mmol/L的吐温80水溶液)，同时启动空气输送管路的第二空气泵输出
空气，通过三通使表面活性剂溶液与空气混合，控制第二空气泵输出的空气与泵入的表面
活性剂溶液的气液比为3.3：1，使微泡沫在多孔固结砂芯处产生，并暂时储存于泡沫缓冲容
器中，然后由泡沫入口注入污染物脱附装置，待其充满整个洗脱反应室后，关闭蠕动泵、第
二空气泵和第二阀门，开启第一阀门，将脱附装置置于超声振动容器中(超声振动频率为
40KHz)，开启超声振动容器的超声振动，进行焦化场地污染土壤有机物(多环芳烃)的脱附，
在污染物脱附过程中适时进行泡沫的补充，脱附时间为30min；其中所述第一阀门设置在真
空泵与废液出口的废液管路上，所述第二阀门设置在泡沫缓冲容器与泡沫入口的管路上；

[0052] (4)废气废液收集：洗脱过程中的废气由废气出口进入废气收集瓶，通过活性炭进行吸附；

[0053] 待洗脱结束，关闭超声振动容器的超声振动；打开真空泵，将洗脱过程产生的废液通过真空泵抽出，并由废液收集瓶收集，采用废液吸收剂(废液吸附剂为多环芳烃降解菌悬
液)进行消泡和污染物的处理。

[0054] 采用高效液相色谱仪(HPLC)测定对脱附后的土壤进行多环芳烃含量测定，测定参数设置如下：

[0055] 流动相A为超纯水，流动相B为乙腈。梯度洗脱程序设置为：0～2.0min，流动相A、B体积比(VA:VB)＝3:7；2.0～28.0min，VA:VB＝1:9；28.0～28.5min，VA:VB＝3:7；28.5～
35.0min，VA:VB＝3:7。进样量10μL，柱温35℃，流速1mL/min。测试结果见表1所示。

[0056] 实施例3

[0057] 利用本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法的步骤同实施例2，区别仅在于：调节气流输送管路的流量为120L/min，待脱附结束，同样采用高效液相
色谱仪(HPLC)测定对脱附后的土壤进行多环芳烃含量测定，测定参数设置同实施例2。测试
结果见表1所示。

[0058] 实施例4

[0059] 利用本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法的步骤同实施例2，区别仅在于：调节气流输送管路的流量为0L/min，即不使“沸腾化”进行土壤污染脱
附。待脱附结束，同样采用高效液相色谱仪(HPLC)测定对脱附后的土壤进行多环芳烃含量
测定，测定参数设置同实施例2。测试结果见表1所示。

[0060] 表1：

[0061]

[0062] 由实施例2‑4的数据可以看出，在挥发性有机物去除阶段的气流输送管路中空气流量为0时，仅进行泡沫洗脱，多环芳烃去除率较低；“沸腾化”过程可以增强土壤的运动，提
高多环芳烃的去除效率。

[0063] 实施例5

[0064] 利用本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法的步骤同实施例2，区别仅在于：调节气流输送管路的空气流量为100L/min，臭氧流量为0.2L/min；氧化
及土壤“沸腾化”实施时间为2min；脱附时间为40min；待脱附结束，同样采用高效液相色谱
仪(HPLC)测定对脱附后的土壤进行多环芳烃含量测定，测定参数设置同实施例2。测试结果
见表2所示。

[0065] 实施例6

[0066] 利用本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法的步骤同实施例2，区别仅在于：调节气流输送管路的空气流量为100L/min，臭氧流量为0.2L/min；控制
第二空气泵输出的空气与泵入的表面活性剂溶液的气液比为10：1氧氧化及土壤“沸腾化”
实施时间为2min；脱附时间为40min；待脱附结束，同样采用高效液相色谱仪(HPLC)测定对
脱附后的土壤进行多环芳烃含量测定，测定参数设置同实施例2。测试结果见表2所示。

[0067] 实施例7

[0068] 利用本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法的步骤同实施例2，区别仅在于：调节气流输送管路的空气流量为100L/min，臭氧流量为0.2L/min；控制
第二空气泵输出的空气与泵入的表面活性剂溶液的气液比为20：1氧氧化及土壤“沸腾化”
实施时间为2min；脱附时间为40min；待脱附结束，同样采用高效液相色谱仪(HPLC)测定对
脱附后的土壤进行多环芳烃含量测定，测定参数设置同实施例2。测试结果见表2所示。

[0069] 表2：

[0070]

[0071] 由实施例5‑7的数据可以看出，泡沫发生过程中，气液比不同导致多环芳烃的去除率存在差异，这说明泡沫发生时的气液比是影响泡沫性质关键因素。在一定范围内，随着气
液比的降低(即表面活性剂含量增加)，多环芳烃去除率升高。

[0072] 实施例8

[0073] 利用本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法的步骤同实施例2，区别仅在于：调节气流输送管路的空气流量为120L/min，臭氧流量为0.1L/min；臭氧
氧化及土壤“沸腾化”实施时间为5min；脱附时间为60min；待脱附结束，同样采用高效液相
色谱仪(HPLC)测定对脱附后的土壤进行多环芳烃含量测定，测定参数设置同实施例2。测试
结果见表3所示。

[0074] 实施例9

[0075] 利用本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法的步骤同实施例2，区别仅在于：调节气流输送管路的空气流量为120L/min；臭氧流量为0.1L/min；未采
用超声振动；臭氧氧氧化及土壤“沸腾化”实施时间为5min；脱附时间为60min；待脱附结束，
同样采用高效液相色谱仪(HPLC)测定对脱附后的土壤进行多环芳烃含量测定，测定参数设
置同实施例2。测试结果见表3所示。

[0076] 实施例10

[0077] 利用本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法的步骤同实施例2，区别仅在于：臭氧流量为0；调节气流输送管路的空气流量为120L/min；臭氧氧化及
土壤“沸腾化”实施时间为5min；脱附时间为60min；待脱附结束，同样采用高效液相色谱仪
(HPLC)测定对脱附后的土壤进行多环芳烃含量测定，测定参数设置同实施例2。测试结果见
表3所示。

[0078] 实施例11

[0079] 利用本发明的沸腾式微泡沫土壤污染脱附装置的土壤污染脱附方法的步骤同实施例2，区别仅在于：臭氧流量为0；调节气流输送管路的空气流量为120L/min；未采用超声
振动；臭氧氧氧化及土壤“沸腾化”实施时间为5min；脱附时间为60min；待脱附结束，同样采
用高效液相色谱仪(HPLC)测定对脱附后的土壤进行多环芳烃含量测定，测定参数设置同实
施例2。测试结果见表3所示。

[0080] 表3：

[0081]

[0082] 由实施例8‑11的数据可以看出，在无臭氧通入、无超声振动的情况下，仅进行土壤“沸腾化”和泡沫洗脱，多环芳烃去除率达到28.2％，而传统的用吐温80表面活性剂淋洗实
验中，多环芳烃去除率仅为25.7％左右，说明泡沫洗脱提高了多环芳烃去除率，在添加臭氧
和超声振动作用后，进一步加强了多环芳烃的去除效果。