CN109304350A - 一种去除农田土壤中有机氯农药成分的土壤修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去除农田土壤中有机氯农药成分的土壤修复装置。该系统包括原土料斗、鼓风分选机、振动筛分机、磁力筛分机、研磨粉碎机、热脱附‑等离子裂解反应器、余热交换器、水洗净化塔、引风机、调节式喷淋塔、余热烘干机、修复土壤储仓。本装置创造性的利用了被土壤吸附的有机氯农药成分，会在受热后发生脱附解吸现象，以蒸汽形式挥发到空气中，再将该蒸汽导入高温等离子体火焰中，利用高温等离子体火焰所特有的催化裂解作用，使有机氯农药分子键发生断裂，并裂解为小分子物质，可经净化处理后排放。同时，经过热脱附‑等离子裂解净化处理后的土壤，可重复应用于农业生产中。

Description

一种去除农田土壤中有机氯农药成分的土壤修复装置

技术领域

本发明涉及一种去除农田土壤中有机氯农药成分的土壤修复装置，属于环境保护中的土壤修复领域。

背景技术

有机氯农药是用于防治植物病、虫害的组成成分中含有有机氯元素的有机化合物，其主要成分为以苯为原料和以环戊二烯为原料的两大类。前者如使用最早、应用最广的杀虫剂DDT和六六六，以及杀螨剂三氯杀螨砜、三氯杀螨醇等，杀菌剂五氯硝基苯、百菌清、道丰宁等；后者如作为杀虫剂的氯丹、七氯、艾氏剂等。此外以松节油为原料的莰烯类杀虫剂、毒杀芬和以萜烯为原料的冰片基氯也属于有机氯农药。

有机氯农药在人类生产生活中发挥了重大的作用，但其生物毒性及难以降解的特性又使其成为一种严重的环境污染物。它具有化学性质稳定、不易分解、残留期长、不易溶于水、易溶于脂肪和有机溶剂等特点，可通过大气和水环境介质迁移而使全球受到污染，并可通过食物链的生物放大作用，最终危害人类健康。研究发现，北京地区有机氯农药类物质平均含量高达77.7μg/kg，超出了土壤环境质量一级标准（GB l5618-1995）50μg/kg；浙江省有机氯农药类物质平均值为34.4μg/kg，其中最高值超过了土壤环境质量二级标准500μg/kg；甚至在南极地区也发现了0.12~2.8μg/kg的DDT残留，常年不化的冰层内也检出了0.04ng/kg的DDT。

有机氯农药在土壤中的环境行为主要有吸附、渗滤、扩散、挥发、降解等。其中渗滤、扩散和挥发过程都会进一步扩大污染范围，使治理变得更加困难。为了保障农产品的质量，对一些污染严重的地区，应采取适当的技术修复受到污染的土壤，因此，受有机氯农药污染土壤的修复技术近年来受到普遍关注。

治理有机氯农药污染的方法有很多种，如化学法、物理法和生物法。其中物理法和化学法，如焚烧、电化学法等都普遍存在着处理成本高、易造成二次污染、去除效果差等缺点，而生物法则主要利用微生物对有机氯农药的特异性降解机理进行降解，该法处理效果明显，在降解残留农药过程中发挥着重要作用，成为目前治理残留农药污染的主要手段之一。己报道的能够降解有机氯农药的微生物有细菌、真菌、放线菌、藻类等，大多数来自土壤微生物类群。细菌由于其生化上的多种适用能力以及容易诱发突变菌株从而占据了降解微生物的主要位置。

有机氯农药微生物降解发生在一个复杂的环境体系中，因此影响因素众多。这些因素可以分为内因和外因两种，内因指有机氯农药的分子结构，包括化学结构的复杂程度、氯取代基位置、氯原子的数量、相关基团的存在等，不同的有机氯农药就有不同的生物降解性。外因指微生物和有机氯农药所处的外部环境，如溶解氧、温度、pH 值、碳源、氮源和光照因素等，这些因素的变化都可能影响微生物的正常酶代谢活动，从而影响有机氯农药的生物降解效率。

目前，现有的有机氯农药微生物降解技术存在效率低、技术复杂、菌种筛选条件要求高、影响因素众多，成本高等不足。因此，有必要摆脱现有的技术思路，开辟出治理土壤中有机氯农药污染，实现土壤修复的新途径，进而开发一种全新形式的去除土壤中有机氯农药的土壤修复技术。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种去除农田土壤中有机氯农药成分的土壤修复装置，该系统包括原土料斗、鼓风分选机、振动筛分机、磁力筛分机、研磨粉碎机、热脱附-等离子裂解反应器、余热交换器、水洗净化塔、引风机、调节式喷淋塔、余热烘干机、修复土壤储仓等；其中，待修复的含有机氯农药成分的农田土壤集中储存于原土料斗中，在此进行集中收集并完成初步稳定过程，原土料斗中的待修复土壤通过螺旋提升输送机输送至鼓风分选机，在此去除土壤中的塑料、纸张等低密度、大体积杂物，鼓风分选机的出口通过传送带连接振动筛分机，在此去除土壤中较高密度、大粒径的杂质，振动筛分机的出口通过传送带连接磁力筛分机，在此去除土壤中的金属杂质，磁力筛分机的出口通过传送带连接研磨粉碎机，在此将土壤研磨至粒径小于10mm，研磨粉碎机的出口通过传送带连接热脱附-等离子裂解反应器，热脱附-等离子裂解反应器的出料口通过传送带连接调节式喷淋塔，在此进行进一步淋洗净化，去除可溶性杂质，调节式喷淋塔的出口通过传送带连接余热烘干机，在此将经淋洗土壤中所含的水分烘干去除，余热烘干机的出口通过传送带连接修复土壤储仓，经修复后的土壤外运再利用，同时，热脱附-等离子裂解反应器的废气出口通过废气管线连接余热交换器，在此收集废气中的剩余热量，使废气温度降低，余热交换器的出口通过废气管线连接水洗净化塔，废气在此经过水洗净化并进一步降温，水洗净化塔的出口通过废气管线连接引风机，将经过净化处理的尾气排空，同时，余热交换器所收集到的剩余热量通过热力管线输送至余热烘干机加以利用。其中，热脱附-等离子裂解反应器材质采用Q345R合金钢，其外层包覆有玻璃纤维保温隔热层，其左上部设有土壤进料口，右下部设有土壤出料口，反应器内部主体部分左右交错安装有5条传送带，底部并排安装有6部电热鼓风机，电热鼓风机上方设有防护网，反应器顶部排烟管道处安装有3支等离子炬，可产生高温等离子火焰，等离子炬的相对位置上安装有陶瓷防火挡板；经过研磨粉碎处理后的细颗粒土壤，通过热脱附-等离子裂解反应器左上部的进料口进入到反应器内部，在5条传送带的驱动下，以“S形”路径做逐步向下运动，同时，反应器底部的6部电热鼓风机开启，在反应器内部产生一股由下向上的热空气流，使土壤受热发生脱附解吸反应，释放出其中的有机氯农药成分，并以蒸汽的形态逐渐上升至反应器顶部排烟管道处，此时，位于排烟管道处的3支等离子炬开启，产生高温等离子火焰，利用高温等离子火焰所特有的催化裂解作用，使有机氯农药分子键发生断裂，并裂解为小分子物质，从而有效去除有机氯农药成分，经过等离子火焰处理后的废气由反应器顶部的排烟管道排出，进入下一废气处理工序；同时，经过热脱附解吸处理后的土壤，通过反应器右下部的土壤出料口离开反应器，进入下一土壤处理工序；其中，余热交换器的作用是将热脱附-等离子裂解反应器产生的废气引入其中，回收利用其所携带的剩余热量，使废气温度得以降低，并且可以将回收的热能输送至余热烘干机中加以利用；其中，水洗净化塔的作用是将经过余热交换器降温后的废气进行水洗净化，进一步除去其中的有害物质；其中，调节式喷淋塔的作用是将经过热脱附-等离子裂解反应器处理后的土壤进行淋洗，进一步除去其中的可溶性杂质。

其热脱附-等离子裂解反应器，内部容积为175m³，传送带输送速度为0.3m/s，传送带材质选用EP200型涤棉帆布耐热带。

其热脱附-等离子裂解反应器，等离子炬的工作电压为380V，工作寿命为2000h，每支等离子炬均可单独控制开启或关闭，等离子火焰的温度为8500~9000℃。

本发明的优点在于：

（1）本系统摆脱了现有的有机氯农药污染土壤修复处理工艺，创造性的利用了有机氯农药成分受热易发生脱附解吸作用，通过热处理将有机氯农药成分转化为蒸汽态，再将该蒸汽导入高温等离子体火焰中，利用高温等离子体火焰所特有的催化裂解作用，使有机氯农药分子发生裂解，并转化为小分子物质，从而使土壤彻底得到净化修复，其处理效率可达98.8%。

（2）本系统有针对性的采用了高温等离子体火焰，来对含有较高浓度有机氯农药成分的工艺废气进行处理，能够彻底分解有机氯农药成分，经过处理的尾气不含有毒有害物质。

（3）本系统可根据实际处理土量以及土壤中有机氯农药的实际浓度，现场选择开启1支至3支等离子炬，有效降低了处理能耗。

（4）本系统原理简单易行，设计施工成本较低，并且处理效果较好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。

附图说明

图1是本发明的设备示意图。

图中：1-原土料斗、2-鼓风分选机、3-振动筛分机、4-磁力筛分机、5-研磨粉碎机、6-热脱附-等离子裂解反应器、7-余热交换器、8-水洗净化塔、9-引风机、10-调节式喷淋塔、11-余热烘干机、12-修复土壤储仓

图2是热脱附-等离子裂解反应器的示意图。

61-进料口、62-玻璃纤维保温隔热层、63-传送带、64-电热鼓风机、65-防护网、66-等离子炬、67-高温等离子火焰、68-陶瓷防火挡板、69-出料口。

具体实施方式

如图1所示的去除农田土壤中有机氯农药成分的土壤修复装置，该系统包括1-原土料斗、2-鼓风分选机、3-振动筛分机、4-磁力筛分机、5-研磨粉碎机、6-热脱附-等离子裂解反应器、7-余热交换器、8-水洗净化塔、9-引风机、10-调节式喷淋塔、11-余热烘干机、12-修复土壤储仓等；其中，待修复的含有机氯农药成分的农田土壤集中储存于原土料斗1中，在此进行集中收集并完成初步稳定过程，原土料斗1中的待修复土壤通过螺旋提升输送机输送至鼓风分选机2，在此去除土壤中的塑料、纸张等低密度、大体积杂物，鼓风分选机2的出口通过传送带连接振动筛分机3，在此去除土壤中较高密度、大粒径的杂质，振动筛分机3的出口通过传送带连接磁力筛分机4，在此去除土壤中的金属杂质，磁力筛分机4的出口通过传送带连接研磨粉碎机5，在此将土壤研磨至粒径小于10mm，研磨粉碎机5的出口通过传送带连接热脱附-等离子裂解反应器6，热脱附-等离子裂解反应器6的出料口69通过传送带连接调节式喷淋塔10，在此进行进一步淋洗净化，去除可溶性杂质，调节式喷淋塔10的出口通过传送带连接余热烘干机11，在此将经淋洗土壤中所含的水分烘干去除，余热烘干机11的出口通过传送带连接修复土壤储仓12，经修复后的土壤外运再利用，同时，热脱附-等离子裂解反应器6的废气出口通过废气管线连接余热交换器7，在此收集废气中的剩余热量，使废气温度降低，余热交换器7的出口通过废气管线连接水洗净化塔8，废气在此经过水洗净化并进一步降温，水洗净化塔8的出口通过废气管线连接引风机9，将经过净化处理的尾气排空，同时，余热交换器7所收集到的剩余热量通过热力管线输送至余热烘干机11加以利用。其中，热脱附-等离子裂解反应器6材质采用Q345R合金钢，其外层包覆有玻璃纤维保温隔热层62，其左上部设有土壤进料口61，右下部设有土壤出料口69，反应器内部主体部分左右交错安装有5条传送带63，底部并排安装有6部电热鼓风机64，电热鼓风机64上方设有防护网65，反应器顶部排烟管道处安装有3支等离子炬66，可产生高温等离子火焰67，等离子炬66的相对位置上安装有陶瓷防火挡板68；经过研磨粉碎处理后的细颗粒土壤，通过热脱附-等离子裂解反应器6左上部的进料口61进入到反应器内部，在5条传送带63的驱动下，以“S形”路径做逐步向下运动，同时，反应器底部的6部电热鼓风机64开启，在反应器内部产生一股由下向上的热空气流，使土壤受热发生脱附解吸反应，释放出其中的有机氯农药成分，并以蒸汽的形态逐渐上升至反应器顶部排烟管道处，此时，位于排烟管道处的3支等离子炬66开启，产生高温等离子火焰67，利用高温等离子火焰67所特有的催化裂解作用，使有机氯农药分子键发生断裂，并裂解为小分子物质，从而有效去除有机氯农药成分，经过等离子火焰处理后的废气由反应器顶部的排烟管道排出，进入下一废气处理工序；同时，经过热脱附解吸处理后的土壤，通过反应器右下部的土壤出料口69离开反应器，进入下一土壤处理工序；其中，余热交换器7的作用是将热脱附-等离子裂解反应器6产生的废气引入其中，回收利用其所携带的剩余热量，使废气温度得以降低，并且可以将回收的热能输送至余热烘干机11中加以利用；其中，水洗净化塔8的作用是将经过余热交换器7降温后的废气进行水洗净化，进一步除去其中的有害物质；其中，调节式喷淋塔10的作用是将经过热脱附-等离子裂解反应器6处理后的土壤进行淋洗，进一步除去其中的可溶性杂质。

通过本系统处理后的农田土壤，其有机氯农药成分的去除效率可达98.8%。

去除农田土壤中有机氯农药成分的土壤修复系统，其热脱附-等离子裂解反应器6的内部容积为175m³，传送带63输送速度为0.3m/s，传送带63材质选用EP200型涤棉帆布耐热带。

去除农田土壤中有机氯农药成分的土壤修复系统，其热脱附-等离子裂解反应器6中，等离子炬66的工作电压为380V，工作寿命为2000h，每支等离子炬66均可单独控制开启或关闭，等离子火焰67的温度为8500~9000℃。

Claims (1)

1.一种去除农田土壤中氧化乐果成分的土壤修复装置，其特征在于，该装置包括原土料斗、鼓风分选机、振动筛分机、磁力筛分机、研磨粉碎机、三级微生物喷淋降解反应器、调节式喷淋塔、电热鼓风烘干机、修复土壤储仓等；其中，待修复的含有氧化乐果成分的农田土壤集中储存于原土料斗中，原土料斗中的待修复土壤通过螺旋提升输送机输送至鼓风分选机，鼓风分选机的出口通过传送带连接振动筛分机，振动筛分机的出口通过传送带连接磁力筛分机，磁力筛分机的出口通过传送带连接研磨粉碎机，研磨粉碎机的出口通过传送带连接三级微生物喷淋降解反应器，三级微生物喷淋降解反应器的出料口通过传送带连接调节式喷淋塔，调节式喷淋塔的出口通过传送带连接电热鼓风烘干机，电热鼓风烘干机的出口通过传送带连接修复土壤储仓，经修复后的土壤外运再利用；其中，三级微生物喷淋降解反应器由三组功能相同的反应器依次串联而成，三组反应器均水平安装固定，反应器材质选用铬锰合金钢，其左上部设有土壤进料口，右下部设有土壤出料口，每套反应器上部均设有土壤储料斗，土壤储料斗下方出口处装有旋转输送桨叶，反应器中部左、右两侧各装有8支雾化喷头，反应器底部设有微生物降解反应槽，反应槽下方并排安装有5部电加热装置，每组反应器的出口与入口之间由螺旋提升输送带连接；

其中，每组微生物喷淋降解反应器的体积为180m³，其土壤储料斗可容纳45m³的土壤，其微生物降解反应槽可容纳60m³的土壤，其螺旋提升输送带每分钟可输送1.5m³的土壤；

三级微生物喷淋降解反应器的电加热装置的工作电压为380V，加热温度范围约为30~45℃。