CN102527709B - 污染土壤的超临界流体修复处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污染土壤的超临界流体修复处理系统，属于环境岩土工程领域。污染土壤的超临界流体修复处理系统主要由进料装置、萃取装置、卸料装置组成。该修复处理系统可对污染土壤进行超临界流体萃取修复，避免了环境的二次污染；同一设备、同一修复过程可实现不同污染成分的同时萃取，萃取范围广；实现了土壤萃取修复的连续化操作，降低了修复成本；立式螺条搅拌器增强了土壤渗透性能，增加了与萃取剂接触面积和接触机会，提高了萃取效率；萃取过程中无空气混入，且无萃取剂流失，保证了萃取剂的纯度，避免了萃取剂的损失；处理过程智能化控制，实现了对不同污染成分萃取参数的智能控制，处理成本最小化，设备正常运行得到保障。

Description

污染土壤的超临界流体修复处理系统

技术领域

本发明涉及一种污染土壤的超临界流体修复处理系统，主要用于有机污染土壤的快速异位修复处理，属于环境岩土工程领域。

背景技术

随着我国工农业的迅速发展，各种污染物，特别是有机污染物被排放到空气、水体及土壤中。土壤作为各种污染物的最终归宿，污染物的大量蓄积已成为其主要污染问题之一。污染物进入土壤后，不仅影响植物的生长发育及生物群落的变化，导致粮食产量和质量的下降，对农产品安全构成严重威胁，还会对地表水、地下水等造成次生污染。有毒污染物经食物链进入人体，进一步危害人类健康。近年来，我国土壤污染问题日益凸现，由土壤污染引发的农产品质量安全问题和群体性事件逐年增多。因此，修复污染土壤已经成为近几十年来环境科学领域的重要课题，研发新型经济高效的污染土壤修复技术和相关设备是改善我国环境质量的迫切要求，也是世界科技的研究热点。

过去几十年中，人们通过各种手段试图修复被有机污染物污染的土壤。由于各种原因，这些方法并不十分成功。80年代后期，部分学者将注意力集中到超临界流体上。超临界流体是指物质处于其临界温度和临界压力以上而形成的一种特殊状态的流体，目前广泛应用于从石油渣油中回收油品、从咖啡中提取咖啡因、从啤酒花中提取有效成分等工业中，实现了超临界流体萃取技术从理论研究、中小水平向大规模产业化的转变。在超临界条件下，某些流体，如二氧化碳等的粘度系数很小，有利于溶质的扩散，因而具有很好的质量传递特征。同时具有较小的表面张力，易于进入到土壤或沉积物的微细孔隙中，从而将有机物很快地萃取出来。因此，采用超临界流体萃取修复污染土壤是可行的，且具有萃取时间短、溶剂用量少、操作方便、萃取效率高、无环境污染，且可通过改变萃取条件实现高选择性萃取等特点。

目前，国内外已有少数学者开展了超临界流体修复污染土壤的相关研究。例如，Snyder等人采用超临界萃取技术萃取了土壤、沙子粉土和江河沉积物中有机氯、有机磷酸脂；Erkey等人采用超临界二氧化碳流体萃取了土壤中的有机化合物；Ashraf等研究了温度对土壤样品中酚类化合物萃取效率的影响。但目前尚无相关设备的研发，致使超临界流体修复污染土壤的研究尚停留在理论研究和室内试验阶段，更无相关的规模性模拟试验和工程实施。因此，开发污染土壤的超临界流体修复处理设备，对于促进污染土壤的超临界流体修复技术的发展和推动其工程应用具有重要的意义。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用超临界流体进行污染土壤异位修复处理的系统。

其技术解决方案为：

污染土壤的超临界流体修复处理系统由进料装置、萃取装置、卸料装置、减压阀、第一加热器、气体分离仓、污染物收集器、超细过滤器、活性炭过滤器、气态萃取剂储存罐、冷凝器、液态萃取剂储存罐、液态萃取剂泵、第二加热器、催化剂储存罐、气泵、阀门、管道组成，进料装置由第一真空泵和进料罐构成，进料罐和第一真空泵之间管道连接，连接管道上设置有阀门，进料罐上部设置有进料口，进料口上方设置有进料密封盖，进料密封盖上设置有第一泄压阀，进料罐底部设置有第一落料口，第一落料口上设置有进料阀，萃取装置由电动机、萃取罐、温度传感器、压力传感器和立式螺条搅拌器构成，立式螺条搅拌器设置在萃取罐内，立式螺条搅拌器转轴和电动机连接，萃取罐的内壁上设置有温度传感器和压力传感器，萃取罐上部和进料罐上的第一落料口固定连接，萃取罐底部设置有第二落料口，第二落料口上设置有卸料阀，卸料装置由卸料罐和第二真空泵构成，卸料罐和第二真空泵之间管道连接，连接管道上设置有阀门，卸料罐上部和萃取罐上的第二落料口固定连接，卸料罐下部设置有出料口，出料口上设置有出料密封盖，出料密封盖上设置有第二泄压阀，萃取罐顶部通过管道依次经减压阀、第一加热器、气体分离仓、阀门、超细过滤器、活性炭过滤器、阀门、气态萃取剂储存罐、阀门、冷凝器、阀门、液态萃取剂储存罐、液态萃取剂泵、阀门、第二加热器、阀门、催化剂储存罐和阀门回接至萃取罐的底部，萃取罐侧壁上方设置有连接气态萃取剂储存罐的管道，连接管道上设置有阀门，卸料罐侧壁上方通过管道依次经阀门、气泵连接至超细过滤器，卸料罐侧壁下方通过管道连接至气态萃取剂储存罐，连接管道上设置有阀门。

所述的进料罐、萃取罐和卸料罐的底部分别为圆锥体。

所述的气体分离仓下方设置有污染物收集器，气体分离仓和污染物收集器之间管道连接，管道上设置有阀门。

由于采用了以上技术方案，本发明的污染土壤的超临界流体修复处理系统实现了污染土壤的异位快速修复，具有如下的技术特点和优点：

1.于其它污染土壤修复方法相比，由于采用了对环境无污染的超临界流体进行土壤修复，避免了环境的二次污染。

2.针对不同的污染成分，可以通过采用不同萃取剂和催化剂，或控制萃取剂流体的温度和压力既可以把土壤中不同污染成分按照溶解度的大小先后提取出来，同一设备、同一修复过程可实现不同污染成分的同时萃取，萃取范围广，修复效率高。

3.在萃取装置前后分别设置了进料装置和卸料装置，并用进料阀和卸料阀隔开，进料、萃取和卸料过程互不干扰，实现了土壤萃取修复的连续化操作，节省了萃取剂，降低了修复成本。

4.萃取罐中设置的立式螺条搅拌器，可使污染土壤上下翻转、打散和混合搅拌，增强了土壤渗透性能，增加了与萃取剂接触面积和接触机会，提高了萃取效率。

5.设置了抽真空装置和用于气体回收的气泵和管道，在整个萃取过程中，无空气混入萃取剂中，且无萃取剂流失到空气中，保证了萃取剂的纯度，也避免了萃取剂的损失。

6.萃取器中的温度传感器和压力传感器与计算机相连，处理过程的智能化控制优化了处理仓内压力和温度等参数，实现了对不同污染成分萃取参数的智能控制，使处理成本最小化，并可及时反馈装置的运行情况，以便对异常情况进行及时处理，使得设备的正常运行得到了有力保障。

本发明的污染土壤修复处理系统结构合理、操作简单、使用方便、无二次污染、处理成本低、效率高、适用范围广，经其处理的被污染土壤净化程度可达95％以上。

附图说明

附图1是本发明污染土壤的超临界流体修复处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细描述：见附图

污染土壤的超临界流体修复处理系统由进料装置、萃取装置、卸料装置、减压阀20、第一加热器21、气体分离仓22、污染物收集器23、超细过滤器24、活性炭过滤器25、气态萃取剂储存罐26、冷凝器27、液态萃取剂储存罐31、液态萃取剂泵30、第二加热器29、催化剂储存罐28、气泵32、阀门、管道组成，进料装置由第一真空泵1和进料罐5构成，进料罐5和第一真空泵1之间管道连接，连接管道上设置有阀门，进料罐5上部设置有进料口4，进料口4上方设置有进料密封盖3，进料密封盖3上设置有第一泄压阀2，进料罐5底部设置有第一落料口6，第一落料口6上设置有进料阀7，萃取装置由电动机8、萃取罐9、温度传感器10、压力传感器11和立式螺条搅拌器12构成，立式螺条搅拌器12设置在萃取罐9内，立式螺条搅拌器12转轴和电动机8连接，由电动机8控制立式螺条搅拌器12的开启和关闭，萃取罐9的内壁上设置有温度传感器10和压力传感器11，温度传感器10和压力传感器11分别由缆线与电脑连接，可随时获得萃取罐9内的温度和压力参数，同时电脑与第二加热器29和液态萃取剂泵30连接，以控制萃取罐9内的温度和压强，萃取罐9上部和进料罐5上的第一落料口6固定连接，萃取罐9底部设置有第二落料口13，第二落料口13上设置有卸料阀14，卸料装置由卸料罐16和第二真空泵15构成，卸料罐16和第二真空泵15之间管道连接，连接管道上设置有阀门，卸料罐16上部和萃取罐9上的第二落料口13固定连接，卸料罐16下部设置有出料口17，出料口17上设置有出料密封盖18，出料密封盖18上设置有第二泄压阀19，萃取罐9顶部通过管道依次经减压阀20、第一加热器21、气体分离仓22、阀门、超细过滤器24、活性炭过滤器25、阀门、气态萃取剂储存罐26、阀门、冷凝器27、阀门、液态萃取剂储存罐31、液态萃取剂泵30、阀门、第二加热器29、阀门、催化剂储存罐28和阀门回接至萃取罐9的底部，形成修复系统的萃取剂主循环回路，萃取罐9侧壁上方设置有连接气态萃取剂储存罐26的管道，连接管道上设置有阀门，用于给萃取罐9内充入萃取气体，卸料罐16侧壁上方通过管道依次经阀门、气泵32连接至超细过滤器24，用于卸料罐16内萃取气体的回收利用，卸料罐16侧壁下方通过管道连接至气态萃取剂储存罐26，连接管道上设置有阀门，用于给卸料罐16充入萃取气体。进料罐5、萃取罐9和卸料罐16的底部分别为圆锥体，便土壤的排出。气体分离仓22下方设置有污染物收集器23，气体分离仓22和污染物收集器23之间管道连接，管道上设置有阀门。

污染土壤的超临界流体修复处理系统的工作原理：

1.关闭所有阀门，打开进料罐5上的进料密封盖3和进料阀7，填入适量待处理的污染土壤，使其经过进料罐5后进入萃取罐9中，关闭进料密封盖3。打开第一真空泵1与进料罐5之间管道上的阀门和第二真空泵15与卸料罐16之间管道上的阀门。启动第一真空泵1和第二真空泵15，将进料罐5、萃取罐9和卸料罐16中的空气抽空后，再关闭上述两阀门，以免空气混入萃取剂中。关闭第一真空泵1、第二真空泵15和进料阀7。打开萃取罐9侧壁上方连接于气态萃取剂储存罐26的管道上的阀门，打开卸料罐16侧壁下方连接于气态萃取剂储存罐26的管道上的阀门，使萃取罐9和卸料罐16内气体压力与气态萃取剂储存罐26内气体压力平衡后再关闭两阀门。

2.打开冷凝器27及冷凝器27与液态萃取剂储存罐31之间管道上的阀门，使气态萃取剂储存罐26中气态萃取剂经冷凝器27冷凝为液态后存储在液态萃取剂储存罐31中。

3.打开连接于萃取罐9底部与液态萃取剂泵30之间的管道上的阀门以及连接于萃取罐9顶部与气态萃取剂储存罐26之间的管道上的阀门和减压阀20。启动液态萃取剂泵30，使液态萃取剂经第二加热器29加热至超临界状态后，夹带催化剂储存罐28中的催化剂进入萃取罐9中。

4.打开电动机8，启动立式螺条搅拌器12，搅拌土壤，使土壤与萃取剂充分接触。此时可通过温度传感器10和压力传感器11获得萃取罐9中的温度和压力参数，并经电脑传给第二加热器29和液态萃取剂泵30，以控制适当的萃取剂温度和压力。

5.溶解有污染物的超临界萃取剂经减压阀20减压，并由第一加热器21适当加热后变为气态，在气体分离仓22中与污染物分离，污染物被收集在污染物收集器23中，而气态萃取剂经超细过滤器24和活性炭过滤器25过滤后重新进入气态萃取剂储存罐26或经冷凝器27冷凝后储存在液态萃取剂储存罐31中，参与下一次循环萃取。

6.污染土壤处理完成后，关闭所有阀门、电动机和气泵。打开卸料阀14，使处理后的土壤进入卸料罐16中。打开连接于卸料罐16侧壁上方和超细过滤器24之间的管道上的阀门和气泵32以及活性炭过滤器25与气态萃取剂储存罐26之间的阀门，将萃取罐9和卸料罐16中的萃取剂抽入气态萃取剂储存罐26中回收后，再关闭上述阀门。

7.关闭卸料阀14，经第二泄压阀19泄压后，打开出料密封盖18，使土壤从出料口17排出，关闭出料密封盖18。此时，可先后打开进料阀7和第一泄压阀2，对进料罐5和萃取罐9泄压后，将新的待处理土壤填入萃取罐9中，开始下一次萃取。

循环上述工作，既可实现污染土壤的连续萃取。在整个萃取过程中，无空气混入萃取剂中，且无萃取剂流失到空气中，保证了萃取剂的纯度，也避免了萃取剂的损失。

Claims (3)

1.污染土壤的超临界流体修复处理系统，其特征在于：所述的污染土壤的超临界流体修复处理系统由进料装置、萃取装置、卸料装置、减压阀(20)、第一加热器(21)、气体分离仓(22)、污染物收集器(23)、超细过滤器(24)、活性炭过滤器(25)、气态萃取剂储存罐(26)、冷凝器(27)、液态萃取剂储存罐(31)、液态萃取剂泵(30)、第二加热器(29)、催化剂储存罐(28)、气泵(32)、阀门、管道组成，进料装置由第一真空泵(1)和进料罐(5)构成，进料罐(5)和第一真空泵(1)之间管道连接，连接管道上设置有阀门，进料罐(5)上部设置有进料口(4)，进料口(4)上方设置有进料密封盖(3)，进料密封盖(3)上设置有第一泄压阀(2)，进料罐(5)底部设置有第一落料口(6)，第一落料口(6)上设置有进料阀(7)，萃取装置由电动机(8)、萃取罐(9)、温度传感器(10)、压力传感器(11)和立式螺条搅拌器(12)构成，立式螺条搅拌器(12)设置在萃取罐(9)内，立式螺条搅拌器(12)转轴和电动机(8)连接，萃取罐(9)的内壁上设置有温度传感器(10)和压力传感器(11)，萃取罐(9)上部和进料罐(5)上的第一落料口(6)固定连接，萃取罐(9)底部设置有第二落料口(13)，第二落料口(13)上设置有卸料阀(14)，卸料装置由卸料罐(16)和第二真空泵(15)构成，卸料罐(16)和第二真空泵(15)之间管道连接，连接管道上设置有阀门，卸料罐(16)上部和萃取罐(9)上的第二落料口(13)固定连接，卸料罐(16)下部设置有出料口(17)，出料口(17)上设置有出料密封盖(18)，出料密封盖(18)上设置有第二泄压阀(19)，萃取罐(9)顶部通过管道依次经减压阀(20)、第一加热器(21)、气体分离仓(22)、阀门、超细过滤器(24)、活性炭过滤器(25)、阀门、气态萃取剂储存罐(26)、阀门、冷凝器(27)、阀门、液态萃取剂储存罐(31)、液态萃取剂泵(30)、阀门、第二加热器(29)、阀门、催化剂储存罐(28)和阀门回接至萃取罐(9)的底部，萃取罐(9)侧壁上方设置有连接气态萃取剂储存罐(26)的管道，连接管道上设置有阀门，卸料罐(16)侧壁上方通过管道依次经阀门、气泵(32)连接至超细过滤器(24)，卸料罐(16)侧壁下方通过管道连接至气态萃取剂储存罐(26)，连接管道上设置有阀门。

2.如权利要求1所述的污染土壤的超临界流体修复处理系统，其特征在于：所述的进料罐(5)、萃取罐(9)和卸料罐(16)的底部分别为圆锥体。

3.如权利要求1所述的污染土壤的超临界流体修复处理系统，其特征在于：所述的气体分离仓(22)下方设置有污染物收集器(23)，气体分离仓(22)和污染物收集器(23)之间管道连接，管道上设置有阀门。

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