權(quán)利要求書： 1.一種基于同軸型DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤修復(fù)裝置，其特征在于，包括載氣系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、等離子體電源（5）和濾氣裝置（8）；所述反應(yīng)系統(tǒng)包括管式反應(yīng)器（7）、高壓電極（3）和低壓電極（6）；所述高壓電極（3）與等離子體電源（5）的高壓輸入端連接，所述低壓電極（6）與等離子體電源（5）的接地端連接；所述高壓電極（3）固定于管式反應(yīng)器（7）的軸心處；所述低壓電極（6）為環(huán)狀，固定于管式反應(yīng)器（7）的外壁上；所述反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)放置有待處理的污染土壤；所述的載氣系統(tǒng)用于為反應(yīng)系統(tǒng)提供反應(yīng)所需氣體；所述的濾氣裝置（8）用于過濾反應(yīng)產(chǎn)生的氣體中攜帶的少量副產(chǎn)物；

所述高壓電極（3）固定于管式反應(yīng)器（7）的軸心處，具體為：高壓電極（3）的一端通過設(shè)于管式反應(yīng)器（7）端部的密封塞固定，另一端通過設(shè)于管式反應(yīng)器（7）軸心處的同軸圓環(huán)片（12）進行固定；所述同軸圓環(huán)片（12）內(nèi)徑與高壓電極（3）的外徑相同，外徑與管式反應(yīng)器（7）的內(nèi)徑相同，同軸圓環(huán)片（12）上還均勻分布有若干小孔，用于保證空氣的流通和均勻性；

所述待處理的污染土壤的兩側(cè)放置有石英棉。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同軸型DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤修復(fù)裝置，其特征在于，所述載氣系統(tǒng)為反應(yīng)系統(tǒng)提供的反應(yīng)所需氣體為含氧氣的氣體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于同軸型DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤修復(fù)裝置，其特征在于，所述載氣系統(tǒng)包括空氣泵（1）和氣體流量計（2），所述空氣泵（1）連接氣體流量計（2）后，接入管式反應(yīng)器（7）側(cè)面的入口端。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同軸型DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤修復(fù)裝置，其特征在于，所述濾氣裝置（8）中裝有二氯甲烷與甲醇的混合液。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同軸型DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤修復(fù)裝置，其特征在于，所述管式反應(yīng)器（7）采用石英玻璃或剛玉材質(zhì)，其壁厚為2?3mm；所述高壓電極（3）和低壓電極（6）采用不銹鋼材質(zhì)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同軸型DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤修復(fù)裝置，其特征在于，所述等離子體電源（5）為正弦交流電源，其輸入電壓0?250連續(xù)可調(diào)，輸出電壓

0?30k連續(xù)可調(diào)，放電頻率5?20kHz連續(xù)可調(diào)。

7.一種基于同軸型DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤修復(fù)方法，其特征在于，污染土壤的修復(fù)基于如權(quán)利要求1?6任一項所述的裝置實現(xiàn)，所述方法包括以下步驟：S1、污染土壤的獲取與預(yù)處理：微塑料污染土壤樣品采集自填埋場的礦化垃圾中，對土壤樣品進行分選后置于烘箱中烘干，研磨過篩網(wǎng)備用；

S2、土壤中微塑料污染物的分析：使用熱重分析技術(shù)測定填埋場土壤中的有機污染物含量；使用熱解?氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對微塑料污染物進行定性分析；

S3、污染土壤的修復(fù)：a）將待修復(fù)的污染土壤裝填至管式反應(yīng)器（7）中，裝上密封塞（4）將反應(yīng)裝置密封；管式反應(yīng)器（7）入口連接氣體流量計（2），出口連接濾氣裝置（8）；b）啟動空氣泵（1），調(diào)節(jié)氣體流量計（2），使空氣流量穩(wěn)定并滿足使用需求；閉合電路，調(diào)節(jié)等離子體電源（5）的輸入電壓和放電頻率，至高壓電極（3）與低壓電極（6）之間形成穩(wěn)定的絲狀流光放電，開始對土壤中的微塑料污染物進行等離子體處理；c)斷開等離子體電源（5），關(guān)閉空氣泵（1），取出修復(fù)后的土壤。

說明書： 一種基于同軸型DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤修復(fù)裝置及方法

技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于有機污染土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于同軸型DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤修復(fù)裝置及方法。背景技術(shù)[0002] 隨著現(xiàn)代化進程的不斷加快，城市生活垃圾的產(chǎn)生量也逐年遞增。目前，約40％的生活垃圾被填埋處置，其中含有的廢塑料也隨之流入填埋場。在填埋的過程中，廢塑料的破碎和降解導(dǎo)致了大量微塑料顆粒的產(chǎn)生，這些微塑料經(jīng)過數(shù)年的穩(wěn)定期逐漸在填埋場土壤中積累，已成為一個亟待解決的土壤環(huán)境問題。[0003] 微塑料(Microplastics，簡稱MPs)指直徑小于5毫米的塑料碎片和顆粒。由于其難以降解，且粒徑為微米至毫米級別，微塑料極易遷移至土壤和水體，對環(huán)境造成危害。近年來，為了防止二次污染和減少土地占用，多地開始對垃圾填埋場進行開采和利用，該過程可能導(dǎo)致填埋場土壤中的微塑料流入環(huán)境，存在危害人體健康的潛在風(fēng)險，必須對這類土壤進行妥善處理。[0004] 現(xiàn)有的污染土壤修復(fù)技術(shù)主要包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)三大類。物理修復(fù)包括熱解吸、高溫焚燒和蒸汽萃取，存在成本和能耗高等問題；生物修復(fù)包括微生物修復(fù)和植物修復(fù)，存在處理周期長、適應(yīng)面窄等缺點；化學(xué)修復(fù)方法應(yīng)用較廣，主要有土壤洗滌、化學(xué)氧化等手段，傳統(tǒng)的化學(xué)法容易造成二次污染，且成本也較高。因此，開發(fā)一種節(jié)能、高效、環(huán)保的高級氧化技術(shù)是十分必要的。[0005] 介質(zhì)阻擋放電(簡稱DBD)作為產(chǎn)生低溫等離子體的常用技術(shù)，已被證明是一種可用于土壤修復(fù)的高級氧化技術(shù)。其在阻擋介質(zhì)間產(chǎn)生的放電可以激發(fā)出高能電子，高能電子與注入系統(tǒng)的氣體分子(如O2、H2O等)碰撞，通過電離和激發(fā)等反應(yīng)過程生成一些強氧化性物質(zhì)，如·O、O3、·OH等，進而對土壤中的有機污染物實現(xiàn)氧化和降解。公開號為CN104607447A的中國專利文獻公開了一種基于低溫等離子體技術(shù)的多環(huán)芳烴(PAHs)污染土壤修復(fù)裝置，其反應(yīng)器的高低壓電極均為金屬圓盤，為板?板式放電裝置。使用該修復(fù)裝置放電處理芘污染土壤60min后，得到了87.9％的芘去除率。此外，在使用該裝置進行土壤修復(fù)后，還需對修復(fù)后的土壤進行萃取、超聲、離心、過柱操作以去除污染物，整個處理流程較為復(fù)雜。公開號為CN112893435A的中國專利文獻公開了一種持久性有機污染物(POPs)污染土壤的低溫等離子體修復(fù)方法和設(shè)備，該設(shè)備的反應(yīng)器同樣采用了板?板式的放電結(jié)構(gòu)。使用該修復(fù)設(shè)備處理五氯苯污染土壤30min后，污染物的降解率達到84.6％。上述專利中選用的污染土壤含有的都是小分子污染物，且污染物種類單一，方法適用面較窄；且上述專利中提出的等離子體反應(yīng)器均選用板?板式放電結(jié)構(gòu)，待修復(fù)土壤平鋪在反應(yīng)器底部，修復(fù)時等離子體激發(fā)的活性物質(zhì)通過擴散作用進入土層而非直接在土壤中生成，其處理效率和污染物降解效果有待進一步提高。發(fā)明內(nèi)容[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種同軸型介質(zhì)阻擋放電等離子體修復(fù)微塑料污染的填埋場土壤的裝置及方法，所述裝置適用于土壤中高分子聚合有機污染物的處理，擁有操作方便、能耗低、效率高等優(yōu)點，填補了現(xiàn)有修復(fù)技術(shù)對于聚合塑料類污染物處理的空白，解決了現(xiàn)有技術(shù)處理效率低、效果差的問題。[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于同軸型DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤修復(fù)裝置，所述裝置包括管式反應(yīng)器、高壓電極、低壓電極、低溫等離子體電源、載氣系統(tǒng)和濾氣裝置，所述管式反應(yīng)器側(cè)面和底部分別設(shè)有進氣口和出氣口，進氣口與載氣系統(tǒng)連接，出氣口與濾氣裝置連接；所述高壓電極一端由密封塞固定，另一端穿過同軸圓環(huán)片以保證其處于管式反應(yīng)器的軸心；所述低壓電極纏繞固定于管式反應(yīng)器外壁面，所述低壓電極與高壓電極同軸；所述低溫等離子體電源高壓輸出端與高壓電極連接，接地端與低壓電極連接；所述管式反應(yīng)器放置于支撐臺上。[0008] 優(yōu)選地，所述管式反應(yīng)器選用石英玻璃或剛玉材質(zhì)，其壁厚為2?3mm。[0009] 優(yōu)選地，所述支撐臺材質(zhì)選用莫來石。[0010] 優(yōu)選地，所述高壓電極采用304不銹鋼棒。[0011] 優(yōu)選地，所述低壓電極采用不銹鋼網(wǎng)片。[0012] 優(yōu)選地，所述等離子體電源為正弦交流電源，輸入電壓0?250連續(xù)可調(diào)，輸出電壓0?30k連續(xù)可調(diào)，輸出頻率5?20kHz連續(xù)可調(diào)。

[0013] 優(yōu)選地，所述載氣系統(tǒng)由空氣泵和氣體流量計組成，所述空氣泵經(jīng)由氣體流量計連接進氣口。當空氣流經(jīng)管式反應(yīng)器時，污染土壤內(nèi)也會充滿空氣，高壓放電激發(fā)出的活性物質(zhì)直接在污染土壤內(nèi)部生成，與其中的微塑料污染物發(fā)生氧化和降解反應(yīng)，產(chǎn)生的二氧化碳和水被氣流帶出反應(yīng)器，實現(xiàn)修復(fù)土壤的目的。[0014] 優(yōu)選地，所述濾氣裝置內(nèi)選用二氯甲烷與甲醇的混合液。[0015] 本發(fā)明還提供了一種基于DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤修復(fù)方法，使用上述處理裝置，包括以下步驟：[0016] (1)污染土壤前處理：將采集到的受微塑料污染的填埋場土壤至于烘箱中(105℃)干燥除去水分，之后研磨過篩網(wǎng)(60目)備用。[0017] (2)土壤中微塑料污染物的分析：使用熱重(TG)分析技術(shù)測定填埋場土壤中的有機污染物含量；使用熱解?氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用(Py?GC/MS)技術(shù)對微塑料污染物進行定性分析。[0018] (3)污染土壤修復(fù)：a)將待修復(fù)污染土壤裝填至管式反應(yīng)器中，裝上密封塞將反應(yīng)裝置密封。管式反應(yīng)器入口連接氣體流量計，出口連接濾氣裝置。b)啟動載氣系統(tǒng)的空氣泵，調(diào)節(jié)氣體流量計，使空氣流量穩(wěn)定并滿足使用需求；閉合電路，調(diào)節(jié)等離子體電源輸入電壓和放電頻率，至高壓電極與低壓電極之間形成穩(wěn)定的絲狀流光放電，開始對土壤中的微塑料污染物進行等離子體處理。c)處理結(jié)束后，斷開等離子體電源，關(guān)閉空氣泵，取出修復(fù)后土壤。[0019] 優(yōu)選地，步驟(2)中所述空氣流量調(diào)至1.5L/min，電源輸入電壓調(diào)至50，放電頻率調(diào)至8.0kHz，等離子體處理的時間為30min。[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：[0021] (1)本發(fā)明將同軸型DBD等離子體技術(shù)用于微塑料土壤的修復(fù)處理，通過直接在土壤內(nèi)部電離空氣生成高活性物質(zhì)(·O、O3、·OH等)，對土壤中所含有的微塑料污染物進行氧化和降解。降解后的產(chǎn)物主要為二氧化碳氣體和水，無二次污染。該處理方法實現(xiàn)了對土壤中難降解微塑料的無害化處理。[0022] (2)本發(fā)明提出的等離子體修復(fù)微塑料污染土壤的方法，通過設(shè)置合理的放電電壓和空氣流量，可以達到快速高效的微塑料去除效果。在輸入電壓為50，空氣流量為1.5L/min的條件下，僅DBD處理5min后污染物的去除率就達到75.8％，處理30分鐘后達到96.5％，微塑料污染物幾乎被完全降解。該處理方法對污染物的去除效率高，反應(yīng)迅速，處理效果好。

[0023] (3)本發(fā)明提出的DBD等離子體土壤修復(fù)裝置，整個反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，占地空間??；等離子體電源工作功率范圍為0?500W，處理過程無需外加熱量、無需催化劑。該處理裝置的能耗相比于熱脫附和焚燒處理低很多，處理成本也較低。

附圖說明[0024] 圖1為本發(fā)明提出的土壤中微塑料污染物的DBD等離子體處理工藝的示意圖；[0025] 圖2為該同軸型DBD土壤修復(fù)裝置反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖；[0026] 圖3為受微塑料污染的填埋場土壤的熱重分析曲線圖；[0027] 圖4為上述污染土壤的Py?GC/MS分析微塑料的色譜結(jié)果圖；[0028] 圖5為電源輸入電壓50，空氣流量1.5L/min的條件下，土壤中微塑料污染物的去除率隨處理時間的變化曲線圖；[0029] 附圖標記說明如下：1?空氣泵；2?氣體流量計；3?高壓電極；4?密封塞；5?等離子體電源；6?低壓電極；7?管式反應(yīng)器；8?濾氣裝置；9?支撐臺；10?石英棉；11?污染土壤；12?同軸圓環(huán)片。具體實施方式[0030] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明做進一步闡述和說明。需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對本發(fā)明不起任何限定作用。[0031] 如圖1所示為本發(fā)明實施例的一種同軸型DBD等離子體修復(fù)微塑料污染土壤的裝置，該裝置包括等離子體電源5、載氣系統(tǒng)、反應(yīng)裝置和濾氣裝置。管式反應(yīng)器7放置在支撐臺9上，高壓電極3處于反應(yīng)器7的軸心位置以保證放電的穩(wěn)定性和均勻性，低壓電極6包裹于土壤反應(yīng)區(qū)的管壁外。高壓電極3與等離子體電源5的高壓輸入端連接，低壓電極與等離子體電源5的接地端連接。密封塞4安裝于反應(yīng)器7的左端開口處，用于密封裝置和固定高壓電極3。空氣泵1通過氣體流量計2連接反應(yīng)器7的入口端(向反應(yīng)器7內(nèi)輸送氧氣)，反應(yīng)器7的出口端連接濾氣裝置8用來過濾土壤修復(fù)產(chǎn)生的氣體中攜帶的微量副產(chǎn)物。[0032] 所述的管式反應(yīng)器7為石英材質(zhì)，管內(nèi)徑為16mm，壁厚2mm，總長500mm。所述高壓電極3和低壓電極6為不銹鋼材質(zhì)，高壓電極棒直徑8mm。所述密封塞4為聚四氟乙烯材質(zhì)。所述濾氣裝置8內(nèi)的溶劑為二氯甲烷與甲醇按體積比1：1配置成的混合液。[0033] 如圖2所示，待修復(fù)的污染土壤11裝填在管式反應(yīng)器7的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，土壤兩側(cè)分別使用石英棉10對其進行固定。高壓電極3穿過同軸圓環(huán)片12的中心，以實現(xiàn)高壓電極3與管式反應(yīng)器7的同軸。同軸圓環(huán)片12上一周均勻分布6個圓孔，保證空氣均勻通過土壤層。[0034] 所述的同軸圓環(huán)片12為不銹鋼材質(zhì)，其內(nèi)徑8mm，外徑16mm，圓環(huán)上小孔直徑為2mm。

[0035] 基于DBD等離子體技術(shù)的微塑料污染土壤的修復(fù)方法，過程為：[0036] (1)填埋場土壤的采集和預(yù)處理：[0037] 采集自江蘇省南京市七子山填埋場的受微塑料污染的土壤，經(jīng)分選除去垃圾碎片、石塊等雜物，在105℃下烘干36h去除水分，將土樣研磨后過60目篩網(wǎng)備用。污染土壤含水率測得為52.7％。[0038] (2)土壤所含微塑料污染物的分析：[0039] a)如圖3所示，對填埋場土壤進行熱重分析后的結(jié)果表明，其在空氣氛圍下的最大失重率達到70.8％，可見其中含有較多的污染物。[0040] b)如圖4所示，使用Py?GC/MS儀器分析對所述填埋場土壤中的有機污染物進行分析，色譜分析結(jié)果中出現(xiàn)了大量的鏈烴和芳烴，如1?辛烯、2,4?二甲基?1?庚烯、苯、甲苯、苯乙烯等，一些典型組分已被標注在色譜圖中。這些組分的出現(xiàn)說明所述土壤樣品中含有大量的微塑料污染，對其進行修復(fù)十分必要。[0041] (3)微塑料污染土壤的等離子體修復(fù)過程：[0042] 將3g所述填埋場土壤裝填在圖2中的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，土壤兩側(cè)用石英棉10固定；參閱圖1，土壤裝填完成后安裝上密封塞4對裝置進行密封；啟動空氣泵1，調(diào)節(jié)氣體流量計2使空氣流量為0.3?3L/min；打開等離子體電源5，調(diào)節(jié)電源輸入電壓為30?70，放電頻率為7.0?

10.0kHz，開始對污染土壤進行DBD等離子體處理。

[0043] 處理結(jié)束后，斷開等離子體電源5，停止空氣泵1，取下密封塞4，從反應(yīng)器7中取出修復(fù)后的土樣，稱得其處理后的重量。將污染土壤的實際重量損失率除以圖3中的理論最大失重率，計算出污染物的去除率。[0044] 如圖5所示，在該實施例的條件下，當空氣流量為1.5L/min，輸入電壓為50，放電頻率為8.0kHz，工作功率為60W時，經(jīng)本發(fā)明裝置處理5min后，微塑料污染物的去除率可達75.8％；在處理30min后，去除率達到了96.5％。而現(xiàn)有方法中，處理30min后污染物的降解率僅能達到84.6％，說明本方法可以快速、高效地修復(fù)微塑料污染土壤。

[0045] 所述的實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限制于以上實施方式。應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和范圍的前提下，可以對本發(fā)明做出修改、替換、變形和改進，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。