CN110404377A - 地下工程氡气吸附处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体吸附技术领域，公开一种地下工程氡气吸附处理装置，包括用于吸附氡或解吸氡的活性炭床、将含氡空气送入活性炭床的空气压缩机，活性炭床设有至少两个，相邻活性炭床之间安装有节流阀，节流阀各端部与活性炭床之间的连接管道上接有排气管道，含氡空气在被压缩后通过电磁阀送入一个或多个活性炭床进行氡气吸附，从进行氡气吸附的活性炭床中出来的空气一部分通过排气管道排出、另一部分通过节流阀进入相邻的一个或多个活性炭床进行氡气解吸，从进行氡气解吸的活性炭床出来的气体通过电磁阀送入一压缩装置进行加压，压缩装置另一端还设有可对氡气进行衰变的加压贮存用活性炭床，气体经过加压贮存用活性炭床进行氡气衰变后直排至外界。

Description

地下工程氡气吸附处理装置

技术领域

本发明属于气体吸附技术领域，具体地，涉及一种地下工程氡气吸附处理装置。

背景技术

目前，地下工程空气中氡气的吸附一般采用物理吸附法，空气中的氡浓度单位为Bq/m³，表示1秒钟内一立方米空气中发生放射性衰变的氡原子个数，一立方米空气约有2.68×10²⁵个分子，因此即使是氡浓度较高的10000 Bq/m³含氡空气，氡气原子数与空气分子数之比也是很小的，人居环境中的空气氡浓度降低到规定的行动水平200-400 Bq/m³，需要使用大量的活性炭才能有效的捕捉吸附氡原子，达到预期的处理效果，此外活性炭除了吸附氡气，还会吸附氮气等气体，进一步导致活性炭物理吸附法的处理效率低下。

活性炭物理吸附氡气，属于分子间的范德华力作用，存在易饱和、易脱附并导致二次污染等问题，加上氡气衰变会释放出带有放射性的氡子体，被人体吸入后会对人体形成内照射，因此活性炭物理吸附法无法彻底处理氡气及其子体。

氡气属于放射性气体，半衰期为3.82天，因此活性炭吸附氡气之后还需要保存3-4个半衰期，衰变完全之后才能进行安全解吸和排放，目前用活性炭贮存衰变效率不高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种可实现氡气吸附剂实时再生、对氡气持续吸附的地下工程氡气吸附处理装置。

本发明的技术方案是：一种地下工程氡气吸附处理装置，包括用于吸附氡或解吸氡的活性炭床、将含氡空气送入活性炭床的空气压缩机，活性炭床设有至少两个，相邻活性炭床之间安装有节流阀，节流阀各端部与活性炭床之间的连接管道上接有排气管道，含氡空气在被压缩后通过电磁阀送入一个或多个活性炭床进行氡气吸附，从进行氡气吸附的活性炭床中出来的空气一部分通过排气管道排出、另一部分通过节流阀进入相邻的一个或多个活性炭床进行氡气解吸，从进行氡气解吸的活性炭床出来的气体通过电磁阀送入一压缩装置进行加压，压缩装置另一端还设有可对氡气进行衰变的加压贮存用活性炭床，气体经过加压贮存用活性炭床进行氡气衰变后直排至外界。

本发明进一步的技术方案是：活性炭床为2个，电磁阀为四位二通电磁阀。

本发明进一步的技术方案是：空气压缩机和电磁阀之间还设有用于对含氡空气进行冷凝的冷凝器。

本发明更进一步的技术方案是：冷凝器和电磁阀之间设置有干燥管对含氡空气进行干燥。

本发明进一步的技术方案是：电磁阀和压缩装置之间还设有真空泵。

本发明更进一步的技术方案是：真空泵和压缩装置之间设有缓冲罐。

本发明再进一步的技术方案是：加压贮存用活性炭床设置数量为2，压缩装置和加压贮存用活性炭床之间设有用于切换气体流向线路的电磁切换阀。

本发明还进一步的技术方案是：加压贮存用活性炭床的气体排出端处还设有氡气检测仪。

本发明进一步的技术方案是：活性炭床的活性炭为蜂窝状活性炭。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1）利用至少两个活性炭床分别进行加压吸附、降压解吸，完成周期性循环吸附与解吸操作，实现了真空变压吸附中吸附剂（活性炭）的实时“再生”，不需要停机更换炭床内的活性炭，能持续对空气中的氡气进行吸附，使氡与空气分离，同时也使得活性炭的使用寿命增长；

2）节流阀输送气体至活性炭床进行氡气解吸后，吹扫出来的混合气体中氡气浓度相对于原始混合气体浓度变高，即氡气被浓缩，这也将有利于提高后续加压贮存用活性炭床的吸附贮存衰变效率，活性炭在高压吸附环境下动态吸附系数变大，即单位活性炭吸附量能得到提高，极大的减少贮存衰变用活性炭的量；

3）设置两个加压贮存用活性炭床，同时通过电磁切换阀对各活性炭床的工作进行控制，在任一加压贮存用活性炭床发生吸附饱和后立即启动另一加压贮存用活性炭床进行贮存衰变工作；

4）加压贮存用活性炭床的气体排出端设置氡气快速检测仪，可实时提示两个加压贮存用活性炭床对氡气的衰变切换，确保最终排放至外界的气体为干净空气；

5）活性炭使用蜂窝状活性炭，有效减少解吸过程中活性炭阻力，即减少了解吸用干净空气使用量。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

图1为实施例1所述的氡气吸附装置的结构示意图；

图2a为图1中活性炭床对氡气进行吸附和解吸的上半周期工作原理示意图；

图2b为图1中活性炭床对氡气进行吸附和解吸的下半周期工作原理示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的地下工程氡气吸附处理装置，其包括用于吸附氡或解吸氡的多个活性炭床11、将含氡空气从源头送入活性炭床的空气压缩机2，活性炭床11为至少两个，相邻活性炭床之间安装有节流阀12，以便气流在相邻活性炭床之间流通；节流阀12各端部与活性炭床11之间的连接管道上接有排气管道13，含氡空气在被空气压缩机2压缩后通过电磁阀14送入一个或多个活性炭床11进行氡气吸附，此后，从进行氡气吸附的活性炭床11中出来的空气一部分通过排气管道13排出（被活性炭床吸附后的空气为干净空气）、另一部分通过节流阀12进入相邻的一个或多个活性炭床11进行氡气解吸，该排气管道13上设置有阀门（见图2a和图2b中标号75和76），以备不同的活性炭床11进行吸附操作时其对应排气管道上的阀门打开进行干净空气的排放；再之后，从进行氡气解吸的活性炭床出来的气体则由电磁阀14送入一压缩装置3进行加压，压缩装置3另一端还设有可对氡气进行衰变的加压贮存用活性炭床41（事实上，加压贮存用活性炭床主要是在高压情况下使活性炭的吸附系数增加，吸附的量更多），气体经过加压贮存用活性炭床进行氡气衰变后即可直排至外界，完成含氡空气的氡气净化去除。

本实施例主要克服现有技术中活性炭床无法实现对氡气的持续吸附缺陷，通过设置多个活性炭床，活性炭床可既进行氡气吸附又可进行氡气解吸，多个活性炭床分别在吸附氡气和解吸氡气过程中循环，即同一时间，部分活性炭床在吸附氡气，而部分活性炭床则在解吸氡气，从而实现活性炭床中的活性炭持续“再生”，使得氡气的吸附得以持续进行，无需像传统吸附装置一般需要停机更换活性炭。

具体地，本实施例的活性炭床11为2个，相应地，电磁阀14为四位二通电磁阀，只设置两个活性炭床即可完全实现氡气的吸附和解吸循环过程，为装置整体节约成本。

为使进入活性炭床的含氡空气质量较佳，避免湿度过大而导致活性炭吸水堵塞，失去对氡气的吸附效果，因此还需对含氡空气水分进行吸收，本吸附装置在空气压缩机2和电磁阀14之间还依次设有用于对含氡空气进行冷凝的冷凝器5、对含氡空气进行干燥的干燥管6，经过冷凝器5和干燥管6进行处理后，含氡空气处于干燥状态，利于活性炭迅速对氡进行吸附。

压缩装置3为压缩泵，电磁阀14和压缩泵3之间还设有真空泵15，真空泵可增加抽力，以便及时将解吸氡气的活性炭床中的气流吸取进入加压贮存用活性炭床，使氡的解吸过程更快更彻底。

总的来说，四位二通电磁阀、两个活性炭床、节流阀和真空泵组成了本吸附装置的真空变压吸附部分来进行物理的吸附和解吸循环处理，浓缩含氡空气的同时实现吸附剂再生。此处指出的含氡空气的浓缩是指：从四位二通电磁阀输入的氡浓度稳定，而经过真空变压吸附部分处理后，一部分干净空气通过排气管道外排，另一部分干净空气通过节流阀进入解吸氡气的活性炭床去吹扫吸附了氡气的活性炭，而解吸出来的氡气和该部分干净空气混合，氡气的比例增加了，氡气浓度升高，所以说氡气浓缩了。含氡空气的浓缩将有利于提高后续加压贮存用活性炭床对氡气的衰变效率，因为活性炭在高压吸附环境下动态吸附系数会变大，即单位活性炭吸附量能得到提高，同时也减少加压贮存用活性炭床中活性炭的使用量。

真空变压吸附是利用吸附剂对不同气体组分吸附效果随压力变化而变化的吸附特性，通过周期性的压力变化实现气体的分离，即两个活性炭床分别进行加压吸附、降压解吸，周期性循环吸附与解吸操作来实现吸附剂再生后的重复利用，以实现从含氡空气中分离出氡气的过程；其中加压吸附的压力由压缩泵提供，降压解吸是由四位二通电磁阀的开合放气来实现的。

真空变压吸附的工作原理如附图2( a)和图2( b)所示，图中:71～76表示阀门（实际上71～74分别是四位二通电磁阀上的阀通道）；Φ是质量流率;λ是用来解吸的气流与进入活性炭床吸附的总气流的质量流率比值。通过节流阀控制气流方向，一个周期分为两个气流走向相反的半周期，图2( a)、图2( b)分别为上半周期、下半周期，在上半个周期内，阀门71、73、76开启,72、74、75关闭，压缩气体Φ通过阀门73进入右侧活性炭床，升压时该处活性炭对氡的吸附量增加，吸附分离空气中的氡，在压力的作用下，吸附后的一部分干净空气流( 1－λ)·Φ通过阀门76输出到外部环境，另一部分气流λ·Φ则通过节流阀输入左侧活性炭床，并在该处活性炭床降压时将氡从活性炭中脱附并冲洗出来，该处活性炭床出气口位置的真空泵进行抽气，加快氡的解吸速度的同时减少降压解吸气流λ·Φ的量，解吸同时完成了活性炭的再生，并将浓缩后的含氡空气通过阀门71送入加压贮存用活性炭床进行衰变；装置进入下半个周期时，阀门72、74、75开启，71、73、76关闭，两个活性炭床的吸附与解吸角色发生交换，工作状态与上半个周期相反。通过调节阀门开启和关闭的时间间隔控制吸附和解吸时间（当然，这个吸附、解吸时间需要实验确定，以活性炭床11的活性炭为例，活性炭在上半个周期能够有效吸附空气中的氡气，并在下半个周期解吸完全，如此才能持续不断地收集氡气而不发生吸附饱和，吸附时间=解吸时间=阀门切换时间），通过节流阀的开合度控制解吸气流的大小（节流阀的开合度主要是指解吸气流比λ，是用来解吸的气流与进入活性炭床吸附的总气流的质量流率比值，通过节流阀控制解析气流比），通过真空泵运行，加速活性炭深度解吸氡气过程。综合调节使得该真空变压吸附部分能持续稳定运行，即能持续稳定的排放干净空气和浓缩氡气。

当然，为解决真空泵15出来的气体流量和压缩泵3的压缩流量不匹配的问题，宜在真空泵15和压缩泵3之间设置一缓冲罐8，经过真空变压吸附后，一部分由活性炭床处理后的干净空气排放至外部环境，另一部分经过分离浓缩的含氡空气则被送至缓冲罐8，再通过压缩泵加压后送至加压贮存用衰变活性炭床进行加压吸附贮存衰变，最后排放出干净的空气，如此可确保后续氡气的吸附衰变有条不紊地进行。

加压贮存用活性炭床41也设置有2个，压缩泵和加压贮存用活性炭床之间设有用于切换气体流向线路的电磁切换阀42，以便从压缩泵处泵送出的气体每次只进入其中一个加压贮存用活性炭床中进行氡气衰变；这样设置的意义是因为氡气在加压贮存用活性炭床中衰变需要时间，同时该活性炭床中的活性炭会发生吸附饱和，而两个加压贮存用活性炭床则可保证在任意一个该种活性炭床吸附饱和后仍始终有一个活性炭床可继续进行氡气衰变工作。

为确保氡气的衰变完全，进而保证排放至外界的气体为干净空气，加压贮存用活性炭床41的气体排出端处还设有氡气快速检测仪9（本实施例中采用美国durridge公司的rad7测氡仪），氡气快速检测仪9一旦检测出氡气超标，说明衰变氡气的加压贮存用活性炭床41已处于吸附饱和状态，需进行活性炭床切换，此时电磁切换阀立即切换至另一加压贮存用活性炭床进行氡气衰变，而该饱和状态的活性炭床需更换活性炭。总的来说，本装置经过系统的变压吸附浓集和后端的加高压处理，加压贮存用活性炭床的吸附量会大大增加，吸附饱和时间也会极大的减少。

活性炭床11的活性炭为蜂窝状活性炭，有效减少解吸过程中活性炭阻力，即减少了解吸用干净空气使用量。

本发明不局限于上述的具体结构或连接方式，只要是具有与本申请基本相同结构或连接方式的吸附处理装置就落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种地下工程氡气吸附处理装置，其特征是：包括用于吸附氡或解吸氡的活性炭床（11）、将含氡空气送入活性炭床的空气压缩机（2），活性炭床（11）设有至少两个，相邻活性炭床之间安装有节流阀（12），节流阀各端部与活性炭床之间的连接管道上接有排气管道（13），含氡空气在被压缩后通过电磁阀（14）送入一个或多个活性炭床（11）进行氡气吸附，从进行氡气吸附的活性炭床中出来的空气一部分通过排气管道（13）排出、另一部分通过节流阀（12）进入相邻的一个或多个活性炭床进行氡气解吸，从进行氡气解吸的活性炭床出来的气体通过电磁阀（14）送入一压缩装置（3）进行加压，压缩装置（3）另一端还设有可对氡气进行衰变的加压贮存用活性炭床（41），气体经过加压贮存用活性炭床进行氡气衰变后直排至外界。

2.根据权利要求1所述的地下工程氡气吸附处理装置，其特征是：活性炭床（11）为2个，电磁阀（14）为四位二通电磁阀。

3.根据权利要求1或2所述的地下工程氡气吸附处理装置，其特征是：空气压缩机（2）和电磁阀（14）之间还设有用于对含氡空气进行冷凝的冷凝器（5）。

4.根据权利要求3所述的地下工程氡气吸附处理装置，其特征是：冷凝器（5）和电磁阀（14）之间设置有干燥管（6）对含氡空气进行干燥。

5.根据权利要求1或2所述的地下工程氡气吸附处理装置，其特征是：电磁阀（14）和压缩装置（3）之间还设有真空泵（15）。

6.根据权利要求5所述的地下工程氡气吸附处理装置，其特征是：真空泵（15）和压缩装置（3）之间设有缓冲罐（8）。

7.根据权利要求6所述的地下工程氡气吸附处理装置，其特征是：加压贮存用活性炭床（41）设置数量为2，压缩装置（3）和加压贮存用活性炭床（41）之间设有用于切换气体流向线路的电磁切换阀（42）。

8.根据权利要求7所述的地下工程氡气吸附处理装置，其特征是：加压贮存用活性炭床的气体排出端处还设有氡气检测仪（9）。