CN105057326A - 一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，该装置包括加热控制系统、设置在加热控制系统中的热脱附管、与热脱附管传动连接的转动控制系统以及设置在热脱附管两端的进气管路系统及出气管路系统，所述的热脱附管的内壁上设有多个齿形抄板，并且所述的热脱附管与出气管路系统相连的一端还设有多孔粉尘过滤网，所述的出气管路系统与外部尾气吸收系统相连通。与现有技术相比，本发明整体结构简单、紧凑，密封性好，采用加热控制系统与转动控制系统可以实现加热、转动的自动化控制，操作简单，大大提高了工作效率，经济实用，热能利用率高，修复成本大幅度降低。

Description

一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置。

背景技术

近年来，随着现代工业的快速发展和城市化进程的加快，我国出现了大量的搬迁或即将关停的化工企业。然而，由于这些企业在以往的生产运营中，由于环保意识不强，管理不善等原因，导致大量的有毒有害物质，特别是有机污染物进入到土壤中，出现了严重的场地土壤污染问题。

土壤中的有机污染物大部分是有挥发性的，并且具有“致畸”、“致癌”、“致突变”等“三致”效应，严重威胁人类的身体健康和环境安全。近年来，由于环境突发事故的集中出现和人们自身环保意识的提高，环境污染的治理越来越受到社会的关注，并进行大量的研究。

目前，对于被挥发性有机物污染土壤的修复技术主要有淋洗技术、蒸汽浸提技术、等离子体修复、热脱附技术等。溶剂淋洗技术主要适用于渗透性较好的土壤。然而，淋洗液需要后续处理，这样容易造成二次污染。气相抽提技术运行成本较低，且不破坏土壤结构，适合修复小面积的挥发性有机污染土壤，但是，需要解决抽提过程中出现的拖尾效应。等离子体修复具有对污染物无选择性、修复速率快等特点，但是该技术运行成本高、设备昂贵限制了它的使用。

土壤热解吸技术是一种高效的有机污染土壤修复技术，该技术通过直接或间接热交换，将受污染的土壤加热到一定的温度，使其中的有机污染物气化而与土壤分离。常用的加热方法有电阻加热、射频加热和热传导加热等。热解吸技术具有操作简单可行、设备可移动、管理方便、可处理的污染物范围宽、处理后的土壤可再利用并且可以显著减少二噁英的生成等显著优点，近年来成为人们广泛研究的土壤修复技术之一。

中国专利CN202447364公开了一种污染土壤处理设备，该设备包括处理设备壳体及可从壳体内进出的土壤陈列车，壳体和土壤陈列车内均设有热气输送管道，利用高温热量对污染土壤进行加热、吹扫。壳体和土壤陈列车之间采用滑轮滑轨机构连接，壳体外侧设有可对土壤陈列车进行翻转的液压撑杆。经该专利所述的设备预处理后的土壤进入热解析设备后，可以节省烘干土壤的能耗，也可以使得有效停留时间增加，提高修复效率，因此，该专利所述的设备能极大地提高土壤的修复速度，有效降低修复能耗，节约了成本，且操作简单，实用性强，但其密封性较差，脱附出的挥发性有机物-氯代烃等很容易进入到大气中，产生二次污染。

专利CN202447365公开了一种被易挥发性有机物污染土壤的处理设备，该修复设备包括通过管道和引风机依次串联的燃烧机、燃烧室、土壤处理系统、氧化反应池、活性炭吸附塔和烟囱，土壤处理系统内部设有处理系统排气管道，处理系统排气管道上设有排气孔，氧化还原反应池内部设有反应池排气管道，反应池排气管道上设有排气微孔。该专利所述的易挥发性污染土壤的修复设备，结构简单，同时结合化学方法处理尾气，适用于被高浓度易挥发性污染物污染的土壤，但其热能利用率低，修复成本较高。

据以上分析可以发现，目前污染土壤热脱附装置存在的问题主要为热能利用率低及密封性差两方面，这两方面问题的妥善解决，有助于降低修复的成本并可以避免由于挥发性污染物泄露到大气中引起的二次污染。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能有效降低能耗，并提高处理效率及热能利用率的用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，该装置包括加热控制系统、设置在加热控制系统中的热脱附管、与热脱附管传动连接的转动控制系统以及设置在热脱附管两端的进气管路系统及出气管路系统，所述的热脱附管的内壁上设有多个齿形抄板，并且所述的热脱附管与出气管路系统相连的一端还设有多孔粉尘过滤网，所述的出气管路系统与外部尾气吸收系统相连通；

在进行污染土壤修复时，将待处理的污染土壤置于热脱附管中，并通过进气管路系统向热脱附管中通入气体，通过加热控制系统设定热脱附温度，启动加热控制系统对热脱附管进行加热，再启动转动控制系统并设定热脱附管转速，此时，热脱附管在转动控制系统的带动下开始转动，在转动过程中，热脱附管内壁上的多个齿形抄板带动污染土壤翻转，使污染土壤与气体充分接触，污染土壤中的有机污染物在加热与气体吹扫的双重作用下，快速从污染土壤中脱出，并跟随气体经多孔粉尘过滤网过滤后，再由出气管路系统进入外部尾气吸收系统，最后经外部尾气吸收系统吸附后达标排放。

所述的装置安装在可自由移动的工作平台上，并且所述的工作平台的左、右两侧还分别设有第一支座及第二支座。

所述的齿形抄板共设有5个，并呈半圆形布设在热脱附管的内壁上，所述的热脱附管中还设有可移动的半圆形不锈钢瓦片，在工作状态下，所述的半圆形不锈钢瓦片中装填有待处理的污染土壤。

所述的加热控制系统包括设置在工作平台上的温控仪、管式电阻炉以及设置管式电阻炉中的热电偶，所述的温控仪通过电路分别与管式电阻炉及热电偶连接。

所述的热脱附管通过热脱附管支架设置在管式电阻炉中。

所述的出气管路系统、进气管路系统分别设置在第一支座及第二支座上，并且所述的热脱附管的左、右两端分别通过第一法兰、第二法兰与出气管路系统及进气管路系统固定连接。

所述的出气管路系统包括出气管、依次与出气管连接的第一动密封内套管、第一动密封以及第一动密封外套管，该第一动密封外套管通过第一法兰与热脱附管的左端固定连接；

所述的进气管路系统包括进气管、依次与进气管连接的第二动密封内套管、第二动密封以及第二动密封外套管，该第二动密封外套管通过第二法兰与热脱附管的右端固定连接。

所述的第一法兰及第二法兰内均设有用于保证连接处密封的密封垫片。

所述的第一动密封内套管通过第一卡板固定在第一支座上，所述的第一动密封的一端套设在第一动密封内套管上，并通过机械挤压密封，另一端通过螺纹连接固定在第一动密封外套管内，所述的第一动密封外套管通过第一轴承支座设置在第一支座上；

所述的第二动密封内套管上设有压力表，并通过第二卡板固定在第二支座上，所述的第二动密封的一端套设在第二动密封内套管上，并通过机械挤压密封，另一端通过螺纹连接固定在第二动密封外套管内，所述的第二动密封外套管通过第二轴承支座设置在第二支座上，并且所述的第二动密封外套管内还设有气体再分布器。

所述的第一动密封外套管、第二动密封外套管均通过销钉分别固定在第一轴承支座及第二轴承支座上，这样可以防止第一动密封外套管、第二动密封外套管左右滑动。

所述的第一动密封与第一动密封内套管及第一动密封外套管的连接处均设有第一O型密封圈；

所述的第二动密封与第二动密封内套管及第二动密封外套管的连接处均设有第二O型密封圈。

所述的转动控制系统包括设置在工作平台上的步进电机、与步进电机转动轴连接的主动轮、与第二动密封外套管固定连接传动轮以及套设在主动轮与传动轮上的传动皮带；

在工作状态下，所述的步进电机通过传动皮带带动第二动密封外套管转动，此时，与第二动密封外套管固定连接的热脱附管随之转动。

所述的转动控制系统还包括与步进电机电连接的转速调节器、正/反转切换按钮以及急停开关。

在实际加土过程中，先从热脱附管中抽出半圆形不锈钢瓦片，放置在瓦片支架上，将待处理的污染土壤均匀装填在半圆形不锈钢瓦片上后，再整体装入放在热脱附管支架上的热脱附管中。

本发明中，加热控制系统可以程序升温，并且管式电阻炉的加热温度范围为25-800℃；步进电机的转速可在0-60r/min的范围内调节。

本发明装置主要通过加热控制系统及转动控制系统分别控制热脱附温度及热脱附管转速，而在工作状态下，热脱附管由管式电阻炉加热并在步进电机的带动下转动。由于热脱附管内壁设置有齿形抄板，在转动过程中能带动污染土壤翻转，使污染土壤与由一侧通入的气体充分接触。污染土壤中的有机污染物在加热及气体吹扫的双重作用下，能快速从土壤中脱出进入气相，并由气体载带流出热脱附管。热脱附管中装有多孔粉尘过滤网，在吹扫过程中进入气相中的微小粒径土壤颗粒，经过滤网过滤后，流出热脱附管，再经尾气吸收系统吸附后达标排放。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)由于在热脱附管中设置呈半圆形分布多个齿形抄板，在热脱附管转动过程中，可带动污染土壤转动，使其与吹扫气体充分接触，有效提高了热能的利用效率；

2)由于将加热控制系统与转动控制系统结合使用，在处理挥发性有机污染的过程中，可以边加热边旋转，在加热过程中污染土壤与吹扫气充分接触，使气体快速脱附进入到气相中，大大提高了污染土壤的修复效率；

3)整体结构简单、紧凑，密封性好，采用加热控制系统与转动控制系统可以实现加热、转动的自动化控制，操作简单，大大提高了工作效率，经济实用，热能利用率高，修复成本大幅度降低。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明装置中热脱附管内部结构示意图；

图3为本发明装置中多孔粉尘过滤网结构示意图；

图4为本发明装置中气体再分布器结构示意图；

图5为本发明装置中热脱附管支架结构示意图；

图6为本发明装置中瓦片支架结构示意图；

图中标记说明：

1、热脱附管，2、齿形抄板，3、多孔粉尘过滤网，4、工作平台，51、第一支座，52、第二支座，6、温控仪，7、管式电阻炉，8、热电偶，91、第一法兰，92、第二法兰，93、密封垫片，10、出气管，11、第一动密封内套管，12、第一动密封，13、第一动密封外套管，14、进气管，15、第二动密封内套管，16、第二动密封，17、第二动密封外套管，18、第一卡板，19、第一轴承支座，20、第二卡板，21、第二轴承支座，22、压力表，23、气体再分布器，24、步进电机，25、传动皮带，26、转速调节器，27、正/反转切换按钮，28、急停开关，29、热脱附管支架，30、瓦片支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1、3及4所示，一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，包括加热控制系统、设置在加热控制系统中的热脱附管1、与热脱附管1传动连接的转动控制系统以及设置在热脱附管1两端的进气管路系统及出气管路系统，热脱附管1的内壁上设有多个齿形抄板2，并且热脱附管1与出气管路系统相连的一端还设有多孔粉尘过滤网3，出气管路系统与外部尾气吸收系统相连通，本实施例装置安装在可自由移动的工作平台4上，并且工作平台4的左、右两侧还分别设有第一支座51及第二支座52。

如图2所示，齿形抄板2共设有5个，并呈半圆形布设在热脱附管1的内壁上，热脱附管1中还设有可移动的半圆形不锈钢瓦片，在工作状态下，半圆形不锈钢瓦片中装填有待处理的污染土壤。

加热控制系统包括设置在工作平台4上的温控仪6、管式电阻炉7以及设置管式电阻炉7中的热电偶8，温控仪6通过电路分别与管式电阻炉7及热电偶8连接，热脱附管1设置在管式电阻炉7中。

如图5所示，热脱附管1通过热脱附管支架29设置在管式电阻炉7中。

本实施例装置中，出气管路系统、进气管路系统分别设置在第一支座51及第二支座52上，并且热脱附管1的左、右两端分别通过第一法兰91、第二法兰92与出气管路系统及进气管路系统固定连接。

其中，出气管路系统包括出气管10、依次与出气管10连接的第一动密封内套管11、第一动密封12以及第一动密封外套管13，该第一动密封外套管13通过第一法兰91与热脱附管1的左端固定连接；进气管路系统包括进气管14、依次与进气管14连接的第二动密封内套管15、第二动密封16以及第二动密封外套管17，该第二动密封外套管17通过第二法兰92与热脱附管1的右端固定连接。

第一动密封内套管11通过第一卡板18固定在第一支座51上，第一动密封12的一端套设在第一动密封内套管11上，并通过机械挤压密封，另一端通过螺纹连接固定在第一动密封外套管13内，第一动密封外套管13通过第一轴承支座19设置在第一支座51上；第二动密封内套管15上设有压力表22，并通过第二卡板20固定在第二支座52上，第二动密封16的一端套设在第二动密封内套管15上，并通过机械挤压密封，另一端通过螺纹连接固定在第二动密封外套管17内，第二动密封外套管17通过第二轴承支座21设置在第二支座52上，并且第二动密封外套管17内还设有气体再分布器23。

第一动密封12与第一动密封内套管11及第一动密封外套管13的连接处均设有第一O型密封圈；第二动密封16与第二动密封内套管15及第二动密封外套管17的连接处均设有第二O型密封圈。

转动控制系统包括设置在工作平台4上的步进电机24、与步进电机24的转动轴连接的主动轮、与第二动密封外套管17固定连接的传动轮以及套设在主动轮与传动轮上的传动皮带25；

在工作状态下，步进电机24通过传动皮带25带动第二动密封外套管17转动，此时，与第二动密封外套管17固定连接的热脱附管1随之转动。

转动控制系统还包括与步进电机24电连接的转速调节器26、正/反转切换按钮27以及急停开关28。

在实际加土过程中，先从热脱附管1中抽出半圆形不锈钢瓦片，放置在瓦片支架30上，如图6所示，将待处理的污染土壤均匀装填在半圆形不锈钢瓦片上后，再整体装入放在热脱附管支架29上的热脱附管1中。

本实施例装置中，加热控制系统可以程序升温，并且管式电阻炉7的加热温度范围为25-800℃；步进电机24的转速可在0-60r/min的范围内调节。

实际工作中，在进行污染土壤修复时，将待处理的污染土壤置于热脱附管1中，并通过进气管路系统向热脱附管1中通入气体，通过加热控制系统设定热脱附温度，启动加热控制系统对热脱附管1进行加热，再启动转动控制系统并设定热脱附管1转速，此时，热脱附管1在转动控制系统的带动下开始转动，在转动过程中，热脱附管1内壁上的多个齿形抄板2带动污染土壤翻转，使污染土壤与气体充分接触，污染土壤中的有机污染物在加热与气体吹扫的双重作用下，快速从污染土壤中脱出，并跟随气体经多孔粉尘过滤网3过滤后，再由出气管路系统进入外部尾气吸收系统，最后经外部尾气吸收系统吸附后达标排放。

实施例2：

本实施例中，齿形抄板2共设有6个，并呈半圆形布设在热脱附管1的内壁上。其余同实施例1。

实施例3：

本实施例中，齿形抄板2共设有8个，并呈半圆形布设在热脱附管1的内壁上。其余同实施例1。

实施例4：

本实施例中，齿形抄板2共设有10个，并呈半圆形布设在热脱附管1的内壁上。其余同实施例1。

实施例5：

本实施例中，齿形抄板2共设有12个，并呈半圆形布设在热脱附管1的内壁上。其余同实施例1。

Claims (10)

1.一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，其特征在于，该装置包括加热控制系统、设置在加热控制系统中的热脱附管(1)、与热脱附管(1)传动连接的转动控制系统以及设置在热脱附管(1)两端的进气管路系统及出气管路系统，所述的热脱附管(1)的内壁上设有多个齿形抄板(2)，并且所述的热脱附管(1)与出气管路系统相连的一端还设有多孔粉尘过滤网(3)，所述的出气管路系统与外部尾气吸收系统相连通；

在进行污染土壤修复时，将待处理的污染土壤置于热脱附管(1)中，并通过进气管路系统向热脱附管(1)中通入气体，通过加热控制系统设定热脱附温度，启动加热控制系统对热脱附管(1)进行加热，再启动转动控制系统并设定热脱附管(1)转速，此时，热脱附管(1)在转动控制系统的带动下开始转动，在转动过程中，热脱附管(1)内壁上的多个齿形抄板(2)带动污染土壤翻转，使污染土壤与气体充分接触，污染土壤中的有机污染物在加热与气体吹扫的双重作用下，快速从污染土壤中脱出，并跟随气体经多孔粉尘过滤网(3)过滤后，再由出气管路系统进入外部尾气吸收系统，最后经外部尾气吸收系统吸附后达标排放。

2.根据权利要求1所述的一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，其特征在于，所述的装置安装在可自由移动的工作平台(4)上，并且所述的工作平台(4)的左、右两侧还分别设有第一支座(51)及第二支座(52)。

3.根据权利要求2所述的一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，其特征在于，所述的齿形抄板(2)共设有5个，并呈半圆形布设在热脱附管(1)的内壁上，所述的热脱附管(1)中还设有可移动的半圆形不锈钢瓦片，在工作状态下，所述的半圆形不锈钢瓦片中装填有待处理的污染土壤。

4.根据权利要求2所述的一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，其特征在于，所述的加热控制系统包括设置在工作平台(4)上的温控仪(6)、管式电阻炉(7)以及设置管式电阻炉(7)中的热电偶(8)，所述的温控仪(6)通过电路分别与管式电阻炉(7)及热电偶(8)连接，所述的热脱附管(1)设置在管式电阻炉(7)中。

5.根据权利要求2所述的一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，其特征在于，所述的出气管路系统、进气管路系统分别设置在第一支座(51)及第二支座(52)上，并且所述的热脱附管(1)的左、右两端分别通过第一法兰(91)、第二法兰(92)与出气管路系统及进气管路系统固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，其特征在于，

所述的出气管路系统包括出气管(10)、依次与出气管(10)连接的第一动密封内套管(11)、第一动密封(12)以及第一动密封外套管(13)，该第一动密封外套管(13)通过第一法兰(91)与热脱附管(1)的左端固定连接；

所述的进气管路系统包括进气管(14)、依次与进气管(14)连接的第二动密封内套管(15)、第二动密封(16)以及第二动密封外套管(17)，该第二动密封外套管(17)通过第二法兰(92)与热脱附管(1)的右端固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，其特征在于，

所述的第一动密封内套管(11)通过第一卡板(18)固定在第一支座(51)上，所述的第一动密封(12)的一端套设在第一动密封内套管(11)上，并通过机械挤压密封，另一端通过螺纹连接固定在第一动密封外套管(13)内，所述的第一动密封外套管(13)通过第一轴承支座(19)设置在第一支座(51)上；

所述的第二动密封内套管(15)上设有压力表(22)，并通过第二卡板(20)固定在第二支座(52)上，所述的第二动密封(16)的一端套设在第二动密封内套管(15)上，并通过机械挤压密封，另一端通过螺纹连接固定在第二动密封外套管(17)内，所述的第二动密封外套管(17)通过第二轴承支座(21)设置在第二支座(52)上，并且所述的第二动密封外套管(17)内还设有气体再分布器(23)。

8.根据权利要求6或7所述的一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，其特征在于，

所述的第一动密封(12)与第一动密封内套管(11)及第一动密封外套管(13)的连接处均设有第一O型密封圈；

所述的第二动密封(16)与第二动密封内套管(15)及第二动密封外套管(17)的连接处均设有第二O型密封圈。

9.根据权利要求6所述的一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，其特征在于，所述的转动控制系统包括设置在工作平台(4)上的步进电机(24)、与步进电机(24)的转动轴连接的主动轮、与第二动密封外套管(17)固定连接的传动轮以及套设在主动轮与传动轮上的传动皮带(25)；

在工作状态下，所述的步进电机(24)通过传动皮带(25)带动第二动密封外套管(17)转动，此时，与第二动密封外套管(17)固定连接的热脱附管(1)随之转动。

10.根据权利要求9所述的一种用于被挥发性有机物污染土壤修复的装置，其特征在于，所述的转动控制系统还包括与步进电机(24)电连接的转速调节器(26)、正/反转切换按钮(27)以及急停开关(28)。