CN101439346A - 一种放电等离子体修复土壤的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种放电等离子体土壤修复的方法及装置,该方法的步骤是,将污染土壤放置于低温等离子体反应器中,在高压放电电极与低压电极之间施加高压,产生放电等离子体,使通过等离子体区域的载气转变成活性气体,降解和矿化土壤中的有机污染物。装置包括由高压电源、高压放电电极、进气口、反应器室、土壤层、出气口和低压电极组成的低温等离子体反应器,高压放电电极与高压电源的高压端子连接,低压电极与高压电源的低压端子连接,或低压电极和高压电源的低压端子同时接地线。本发明可有效降解土壤中有机污染物,在常温常压下进行、工艺流程简单、无二次污染等优点,操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复方法,尤其是一种放电等离子体土壤修复的方法及装置。
背景技术
随着工农业的发展,土壤污染问题越来越突出,尤其是化工厂周边土壤、化工厂搬迁地的土壤,大量化学试剂残留造成这类土壤污染严重,特别是有机污染物,其种类繁多、毒性复杂,其中一部分难降解有机物残留期长,使得这类土壤污染更为严重。土壤污染已经成为制约我国工农业产品贸易和社会可持续发展的重大障碍之一,污染土壤迫切需要修复。
目前,有机物污染土壤修复技术可以分为物理法(换土法、热修复、土壤冲洗技术、气相抽取技术等)、化学法(化学氧化/还原修复技术、化学淋洗、溶剂浸提法、化学脱卤法等)和生物修复法等。物理法常作为一种预处理手段与其它处理方法联合使用;化学法容易造成二次污染等问题;生物法要求被处理物质具有较好的生物可降解性,耗时较长,而且许多微生物体内缺乏有效的生物降解酶。
低温等离子体技术是近年来出现的一种新的高级氧化技术,并首先被应用到环境治理中。放电是低温等离子体产生的主要方法,放电等离子体中有氧化性极强的·OH、·H、·O、O3等活性粒子,并伴随高温热解、紫外辐射、冲击波等效应,有机物在这些综合效应的作用下,最终将降解为CO2、H2O或其它有机物质。低温等离子体技术的突出优点是:结构简单、有机物去除效率高、无二次污染、使用能源清洁等。
发明内容
本发明的目的是提出一种放电等离子体修复土壤的方法及装置,适用于有机物污染的土壤修复,有机物去除效率高,装置结构简单,操作方便。
本发明的技术方案是,一种放电等离子体修复土壤的方法,该方法的步骤是:将污染土壤放置于低温等离子体反应器中,在高压放电电极与低压电极之间施加高压,产生放电等离子体,作用于通过等离子体区域的载气,如空气、氧气或水蒸气等,使载气转变成含有·OH、·H、·O、O3等活性粒子的活性气体,活性气体经过土壤层,通过扩散、吸附、迁移和反应等过程,和放电等离子体产生的高温热解、紫外辐射、冲击波等效应共同作用,降解和矿化土壤中的有机污染物,特别是对持久性有机污染物的处理,达到土壤修复的目的。
实施一种放电等离子体修复土壤的方法的装置,包括由高压电源、高压放电电极、进气口、反应器室、土壤层、出气口和低压电极组成的低温等离子体反应器,高压放电电极与高压电源的高压端子连接,低压电极与高压电源的低压端子连接,或低压电极和高压电源的低压端子同时接地线。
被处理的土壤可以放置于低压电极上;也可以放置于高压放电电极和低压电极之间;第三种方式可以放置于低压电极下方,形成放电等离子体辐射作用于土壤。载气可以从高压放电电极的轴向进入,所谓轴向是气流方向沿高压电极到低压电极的方向即与电场方向平行,经过土层,再通过排气孔排出;也可以从土层上方的径向进入,所谓径向是气流方向垂直高压电极到低压电极的方向即与电场方向垂直,再经过排气口排出,为提高气体的利用率,可以将载气进行循环进入经过土层。所述的高压电源可以采用正负极性直流高压电源、交流高频高压电源或脉冲高压电源。高压电极采用曲率半径较小的实心针或空心针管,所有的针安装在一个平板框架上,并联连接,低压电极采用致密金属网或网孔均匀分布的金属板,构成针-板式电极结构;高压放电电极和低压电极结构,高压电极采用曲率半径较小的芒刺线或金属线结构,所有的放电线并联安装在一个平板框架上,低压电极采用致密金属网或网孔均匀分布的金属板,构成线-板式电极结构。高压放电电极与高压电源的高压输出端连接,低压电极与高压电源的低压端连接,高压电源的接地端与地线相连,或者低压电极与高压电源的低压端同时与地线相连构成回路。土壤层位于低压电极上面或下面,低压电极的网或孔即不能让土壤漏下,也要保证气流通过。所述的电极结构,也包括低压电极采用圆筒式结构,芒刺线或金属线的高压放电电极位于筒的轴上,构成同轴圆筒式的放电等离子体反应器的结构,土壤放置于线-筒之间,高压电源施加在高压电极和低压电极之间,载气从土壤中通过,产生活性气体和土壤中的污染物反应修复土壤。
本发明的有益效果,是在常温常压下进行,处理效果好,装置结构简单,操作方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1是针-板式放电等离子体土壤修复的结构示意图;
图2是线-板式放电等离子体土壤修复的结构示意图;
图3是针型高压放电电极的结构示意图。
图4是线型高压放电电极的结构示意图。
图中:1、高压电源,2、高压放电电极,3、进气口,4、反应器室,5、土层,6、出气口,7、低压电极,8、平板。
具体实施方式
如图1所示,高压放电电极和低压电极结构的针-板式电极实施方式,高压电源1、高压放电电极2、进气口3、反应器室4、土层5、出气口6、致密金属网低压电极7组成的低温等离子体发生器;高压电源1采用脉冲高压电源,高压放电电极2采用空心的医用注射针固定在平板8,分布如图3所示,通过导线将所有医用注射针相连,医用注射针的高压放电电极2与高压电源1的高压端子连接,土层5放置于致密金属网低压电极7上面,致密金属网的低压电极7与地线相连,高压电源1的低压端子与地线连接。当高压电源1给高压放电电极2和低压电极7供电时,载气从医用注射针的针孔进入等离子体区,放电产生的活性粒子(·OH、·H、·O、O3等)进入土层与土壤中的污染物发生反应,使污染物得到降解,尾气穿过土层从出气口排出。
低温等离子发生器的高压放电电极2采用7根12#医用注射针组成,相邻针尖间距15.0mm,反应器室9外径50.0mm、内径40.0mm,5.0g浓度为200mg/kg的五氯酚污染土样放置于金属网低压电极7上,土壤样含水率16.7%,土壤层厚度为2.0mm,针尖到土壤层表面距离10.0mm,载气空气的流量0.6m3/h,脉冲高压电源1输出电压16.8kV,脉冲上升时间12ns,频率50Hz,功率约4W。放电处理30min,土样中五氯酚降解率达到70.8%,处理60min,土样中五氯酚降解率达到87.7%。
Claims (6)
1、一种放电等离子体修复土壤的方法,其特征在于,该方法的步骤是:将污染土壤放置于低温等离子体反应器中,在高压放电电极与低压电极之间施加高压,产生电晕放电等离子体,载气沿低温等离子体发生器轴向或径向进入,通过等离子体中的载气变成活性气体,活性气体和伴随等离子体产生的高温热解、光化学氧化、冲击波等效应共同作用土壤,载气从进气口进入低温等离子体,通过土壤层后排出,降解和矿化土壤中的有机污染物,修复土壤;所述的载气为空气、氧气或水蒸气。
2、实施权利要求1所述一种放电等离子体修复土壤的方法的装置,其特征在于,包括由高压电源(1)、高压放电电极(2)、进气口(3)、反应器室(4)、土壤层(5)、出气口(6)和低压电极(7)组成的低温等离子体反应器,高压放电电极(2)与高压电源(1)的高压端子连接,低压电极(7)与高压电源(1)的低压端子连接,或低压电极和高压电源的低压端子同时接地线。
3、根据权利要求2所述的实施权利要求1所述的一种放电等离子体修复土壤的方法的装置,其特征在于,所述的高压电源可以采用正(负)极性直流高压电源、交流(高频)高压电源或脉冲高压电源。
4、根据权利要求2所述的实施权利要求1所述的一种放电等离子体修复土壤的方法的装置,其特征在于,所述的高压放电电极(2)采用曲率半径较小的实心针或空心针管,并联安装在平板框架上,低压电极(7)采用致密金属网或网口均匀分布的金属板,构成针-板式电极结构,土壤层(5)位于低压电极(7)上面或下面。
5、根据权利要求2所述的实施权利要求1所述的一种放电等离子体修复土壤的方法的装置,其特征在于,所述的高压放电电极(2)采用曲率半径较小的芒刺线或金属线,并联安装在框架上,低压电极(7)采用致密金属网或网孔均匀分布的金属板,构成线-板式电极结构,土壤层(5)位于低压电极(7)上面或下面。
6、根据权利要求2所述的实施权利要求1所述的一种放电等离子体修复土壤的方法的装置,其特征在于,所述的高压放电电极(2)采用曲率半径较小的芒刺线或金属线结构,低压电极(7)采用金属圆筒,构成同轴线-筒式结构,土壤层(5)放置于高压放电电极(2)和低压电极(7)之间。
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