CN110732551A - 一种有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体地说是一种有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，包括土壤前处理仓、传输装置、微波处理单元、高压脉冲放电处理单元、尾气收集处理单元和中央控制系统，其中土壤前处理仓的出料口设于传输装置的输入端，微波处理单元和高压脉冲放电处理单元可升降地设于传输装置上侧，微波处理单元内设有微波加热源，高压脉冲放电处理单元内设有高压脉冲反应器，微波处理单元和高压脉冲放电处理单元产生废气通过尾气收集处理单元抽取排放，传输装置、微波处理单元、高压脉冲放电处理单元、尾气收集处理单元均通过中央控制系统控制。本发明通过微波加热和高压脉冲放电复合作用对有机污染物进行分解实现土壤清洁。

Description

一种有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备

技术领域

本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体地说是一种有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备。

背景技术

随着我国工业化的日益发展和城市化的不断推进以及对《斯德哥尔摩国际公约》工作进程的逐渐加深，近几年已开始逐步关闭搬迁一大批化工企业，进而留下大量被废弃的化工污染场地。场地污染与一般的土壤污染不同，场地污染具有点源污染特征，其污染区域通常不大，但污染负荷高，污染物毒性大，而土地的后续商业化开发需要对污染场地进行快速修复。目前场地污染土壤修复技术主要有化学法、物理法和生物法，这些方法大多存在耗时过长、处理对象单一、修复过程不易控制、治理过程中存在二次污染等问题，因此寻找一种适用范围广、快捷有效、经济可行、操作灵活的治理方法势在必行。

现有技术中有研究利用微波的特殊加热方式来迅速提高土壤温度以促进污染物降解，从而实现土壤修复，同时微波加热具有选择性，其直接作用于土壤中的极性污染物和水分子等吸波物质，将大量节约能量输出，对于化工污染场地土壤中种类繁多、毒性大、浓度高的污染物是一种非常理想的修复技术。然而微波修复在实际修复工程中极少应用，原因是土壤无法有效吸收微波，必须添加微波吸收材料才能够有效使用微波来对土壤进行加热，这就使得使用微波来进行热脱附变得非常困难，并且少数污染物因其特殊结构，在微波作用下较难去除。

现有技术中也有将尖端高压脉冲放电技术应用于处理土壤有机污染物，电极间强大的电场能激发气体发生电离或迁移，产生高能电子，与此同时产生·OH，·H，·O等活性自由基和H₂O2，O3等活性粒子，产生的活性自由基和活性粒子作用于污染土壤，由于其强氧化性，能使污染物迅速氧化分解。虽然尖端高压放电通过强大电场产生的活性自由基和活性粒子对难降解污染物有良好的降解效果，也具有快速高效，无二次污染的特点，但其能耗较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，通过微波加热和高压脉冲放电复合作用对土壤中的有机污染物进行分解，达到使土壤清洁的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，包括土壤前处理仓、传输装置、微波处理单元、高压脉冲放电处理单元、尾气收集处理单元和中央控制系统，其中土壤前处理仓的出料口设于传输装置的输入端，微波处理单元和高压脉冲放电处理单元沿着传输方向依次可升降地设于传输装置上侧，所述微波处理单元内部设有微波加热源，所述高压脉冲放电处理单元内部设有高压脉冲反应器，所述微波处理单元和高压脉冲放电处理单元内部产生废气通过尾气收集处理单元抽取排放，所述传输装置、微波处理单元、高压脉冲放电处理单元、尾气收集处理单元均通过所述中央控制系统控制。

所述微波处理单元包括第一壳体、微波加热源、第一高度调节器和第一减震器，其中第一壳体上窄下宽且上端通过第一减震器安装于对应工位仓体的顶棚上，第一高度调节器的输出端与第一壳体上端固连，微波加热源设于第一壳体内部，在第一壳体下端一侧设有测温探头。

所述高压脉冲放电处理单元包括第二壳体、高压脉冲反应器、第二高度调节器和第二减震器，其中第二壳体上窄下宽且上端通过第二减震器安装于对应工位仓体的顶棚上，第二高度调节器的输出端与第二壳体上端固连，高压脉冲反应器设于第二壳体内部。

所述土壤前处理仓内设有一个搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌锅、搅拌叶、搅拌电机和底座，其中搅拌锅设于底座上，所述搅拌锅上侧设有进料口，搅拌叶设于所述搅拌锅中，搅拌电机设于底座中，且所述搅拌叶通过搅拌电机驱动转动，所述搅拌电机通过所述中央控制系统控制启停，在所述搅拌锅下端一侧设有所述出料口。

所述传输装置包括传输电机、传输带和传动组件，所述传输带两端设有传输辊，且其中一个传输辊通过所述传输电机驱动旋转，所述传输电机通过所述传动组件传递转矩。

所述传输电机设于土壤前处理仓内，所述传动组件为皮带传动组件，其中皮带传动组件的主动轮安装于传输电机的输出轴上，从动轮安装于传输装置的一个传输辊轴端；所述传输装置的输出端设有一个接收车。

所述尾气收集处理单元包括抽气装置和尾气处理系统，其中高压脉冲放电处理单元上部设有一空腔，且所述空腔通过一个通气管与所述微波处理单元内部连通，所述抽气装置输入端通过一个排气管与所述空腔内部连通，所述抽气装置的输出管路与所述尾气处理系统相连。

所述尾气处理系统包括冷凝装置和吸附装置，所述抽气装置、冷凝装置和吸附装置依次通过管路相连，所述吸附装置的输出管路与一个排气口相连。

所述中央控制系统、土壤前处理仓、微波处理单元和高压脉冲放电处理单元分别设于不同的工位仓体中，且所述微波处理单元的工位仓体两侧设有隔热层。

所述中央控制系统包括信号采集系统、模拟量模块、可编程控制器及工控机。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明中的微波处理单元通过微波辐射对待修复污染土壤进行加热，使污染物发生挥发，分解或固定，然后再利用高压脉冲放电处理单元通过高压脉冲放电将部分有机污染物分解，形成易降解的小分子有机污染物或者污染气体，可以快速处理污染土壤且节省能耗。

2、本发明设有土壤前处理仓，其利用搅拌装置将污染土壤破碎，使其粒径处理为后续设备可利用的大小，并可根据土壤的不同性状和修复目标，通过进料口向土壤中添加强化剂，增强土壤吸波性能。

3、本发明设有尾气收集处理系统用于收集微波处理单元和高压脉冲放电处理单元处理过程中产生的气体并进行处理，避免污染环境。

4、本发明将土壤前处理仓、微波处理单元、高压脉冲放电处理单元和尾气收集处理系统集成于一体，并通过中央控制系统控制，提高了污染土壤的自动处理水平，对土壤进行高效有效修复的同时也可以避免对环境和人体造成损害。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中的微波处理单元示意图，

图3为图1中的高压脉冲放电处理单元示意图。

其中，1为微波处理单元，2为高压脉冲放电处理单元，3为土壤前处理仓，4为抽气装置，5为尾气处理系统，6为中央控制系统，7为传输装置，8为微波加热源，9为通气管，10为第一壳体，11为测温探头，12为第一高度调节器，13为第一减震器，14为高压脉冲反应器，15为排气管，16为冷凝装置，17为吸附装置，18为排气口，19为搅拌叶，20为搅拌锅，21为出料口，22为搅拌电机2，23为底座，24为传输电机，25为主动轮，26为从动轮，27为传输带，28为接收车，29为隔热层，30为进料口,31为第二壳体，32为第二高度调节器，33为第二减震器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括土壤前处理仓3、传输装置7、微波处理单元1、高压脉冲放电处理单元2、尾气收集处理单元和中央控制系统6，其中土壤前处理仓3的出料口21设于传输装置7的输入端上侧，微波处理单元1和高压脉冲放电处理单元2沿着传输方向依次可升降地设于传输装置7上侧，所述微波处理单元1内部设有微波加热源8，所述高压脉冲放电处理单元2内部设有高压脉冲反应器14，所述微波处理单元1和高压脉冲放电处理单元2内部废气通过尾气收集处理单元抽取排放，所述传输装置7、微波处理单元1、高压脉冲放电处理单元2、尾气收集处理单元均通过所述中央控制系统6控制。

如图1所示，所述中央控制系统6、土壤前处理仓3、微波处理单元1和高压脉冲放电处理单元2分别设于相互独立的不同的工位仓体中，且所述微波处理单元1的工位仓体两侧设有隔热层29用于隔绝微波加热处理时的高温，避免高温影响前侧的土壤前处理仓3和后侧的高压脉冲放电处理单元2。

如图2所示，所述微波处理单元1包括第一壳体10、微波加热源8、第一高度调节器12和第一减震器13，其中微波处理单元1的第一壳体10上窄下宽且上端通过第一减震器13安装于对应工位仓体的顶棚上，第一高度调节器12的输出端与壳体10上端固连，所述第一高度调节器12用于调整微波处理单元1与传输装置7间的高度，所述第一减震器13用于吸收引起的振动，微波加热源8设于第一壳体10内部，在第一壳体10下侧出口端一侧设有测温探头11用于实时监测温度。本实施例中，所述微波加热源8的生产厂家为沃特塞恩电子技术有限公司，其型号为WSPS-2450-200M，所述第一高度调节器12为德州瑞烁减速机有限公司生产的螺旋升降机，所述第一减震器13的生产厂家为贝尔金减振设备制造(昆山)有限公司，其型号为弹簧式减振器ME型，所述测温探头11为红外测温探头，其厂家为德国欧普士，型号为PI640。

如图3所示，所述高压脉冲放电处理单元2包括第二壳体31、高压脉冲反应器14、第二高度调节器32和第二减震器33，其中高压脉冲放电处理单元2的第二壳体31上窄下宽且上端通过第二减震器33安装于对应工位仓体的顶棚上，第二高度调节器32的输出端与第二壳体31上端固连，高压脉冲反应器14设于第二壳体31内部。所述第一高度调节器32和第二减震器33的型号和作用与微波处理单元1相同，所述高压脉冲反应器14用于释放等离子体以分解污染土壤中的污染物，本实施例中，所述高压脉冲反应器14的生产厂家为大连太斯曼科技有限公司，型号为P60KV-D-RSG-Ⅱ。

如图1所示，所述土壤前处理仓3内设有一个搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌锅20、搅拌叶19、搅拌电机22和底座23，其中搅拌锅20设于底座23上侧，所述搅拌锅20上侧设有进料口30，搅拌叶19设于所述搅拌锅20中，搅拌电机22设于底座23中，且所述搅拌叶19通过搅拌电机22驱动转动，所述搅拌电机22通过所述中央控制系统6控制启停，在所述搅拌锅20下端一侧设有出料口21。所述搅拌装置将污染土壤破碎，使其粒径处理为后续设备可利用的大小，并可根据土壤的不同性状和修复目标，通过进料口30向土壤中添加强化剂，增强土壤吸波性能。

如图1所示，所述传输装置7包括传输电机24、传输带27和传动组件，所述传输带27两端设有传输辊，且其中一个传输辊通过所述传输电机24驱动旋转，所述传输电机24通过所述传动组件传递转矩，在传输装置7的输出端设有一个接收车28，处理后的土壤落入所述接收车28中。

如图1所示，所述传输电机24设于土壤前处理仓3内且设于所述搅拌装置的底座23上，所述传动组件为皮带传动组件，其中主动轮25安装于传输电机24的输出轴上，从动轮26安装于传输装置7的一个传输辊轴端。

如图1所示，所述尾气收集处理单元包括抽气装置4和尾气处理系统5，其中高压脉冲放电处理单元2的第二壳体31上部设有一空腔，高压脉冲反应器14设于所述空腔下侧，所述空腔通过一个通气管9与所述微波处理单元1的第一壳体10内部相通，所述抽气装置4输入端通过一个排气管15与所述高压脉冲放电处理单元2的空腔内部相通，所述空腔用于防止微波和等离子体泄露和向外扩散，对设备整体起保护作用，所述微波处理单元1和高压脉冲反应器14产生的废气均先排入所述空腔中，然后再通过所述抽气装置4抽出。本实施例中，所述抽气装置4为成都新为诚科技有限公司生产的VAY8828型真空泵。

如图1所示，所述尾气处理系统5包括冷凝装置16和吸附装置17，所述抽气装置4的输出管路与所述冷凝装置16相连，所述冷凝装置16输出管路与吸附装置17相连，所述吸附装置17的输出管路与一个排气口18相连。所述冷凝装置16用于冷却污染气体，所述吸附装置17用于吸附污染气体内的颗粒，处理后的气体经排气口18排出。本实施例中，所述冷凝装置16为山东金岳换热设备有限公司生产的蒸发式冷凝器，所述吸附装置I7的生产厂家为河北广绿环保设备有限公司，型号为HP-D-K。

所述中央控制系统6包括信号采集系统、模拟量模块、可编程控制器及工控机，信号采集系统将采集到的信号传输给模拟量模块，模拟量模块进行电信号转换后将数据传输给可编程控制器，可编程控制器进行数据分类整合后将数据传输给工控机，所述工控机控制土壤前处理仓3内的搅拌装置、传输装置7、微波处理单元1、高压脉冲放电处理单元2和尾气收集处理单元的工作。所述中央控制系统还包括端子箱，所述信号采集系统、土壤前处理仓3、传输装置7、微波处理单元1、高压脉冲放电处理单元2和尾气收集处理单元通过导线与端子箱电连接，所述端子箱通过导线与可编程控制器电连接，所述信号采集系统通过端子箱将信号传输给模拟量模块，所述模拟量模块通过数据线与可编程控制器连接，所述中央控制系统及信号采集系统依托在电控柜上。所述信号采集系统、模拟量模块、可编程控制器、工控机和端子箱均为本领域公知技术。

本发明的工作原理为：

本发明工作时，污染土壤先由土壤前处理仓3内的搅拌装置处理粉碎，使其粒径处理为后续设备可利用的大小，并可根据土壤的不同性状和修复目标，通过进料口向土壤中添加强化剂，增强土壤吸波性能，然后土壤输出落于设于传输装置7的托盘上，中央控制系统6控制传输装置7启动开始传输，当托盘传输至微波处理单元1下方后停止，中央控制系统6调节微波处理单元1高度，使微波处理单元1的第一壳体10下端开口与托盘贴合，然后中央控制系统6控制启动微波加热源8，同时中央控制系统6控制尾气收集处理单元中的抽气装置4启动持续抽气，土壤处理完毕后停止抽气并使土壤冷却至室温，然后微波处理单元1升起，土壤托盘继续通过传输装置7送至高压脉冲放电处理单元2下方，高压脉冲放电处理单元2通过中央控制系统6调整高度使其第二壳体31下端开口与托盘贴合，然后中央控制系统6控制启动高压脉冲反应器14，期间尾气收集处理单元同样启动持续抽气，处理完毕后停止抽气且高压脉冲放电处理单元2升高，土壤通过传输装置7驱动输出落入接收车28中。

下面例举几个应用例说明本发明的技术效果。

应用例1是针对十溴联苯醚污染土壤的修复。

选择十溴联苯醚污染土壤作为修复对象，测得十溴联苯醚污染土壤的浓度为260.47mg/kg。对照组无处理；实验组1只采用微波处理，功率设置为2880W，处理40min；实验组2只采用高压脉冲放电电压设置为40kV，处理时间40min；实验组3为本发明采用微波高压脉冲复合处理，将污染土壤倒入土壤前处理仓3，通过中央控制系统6控制启动搅拌装置，搅拌时间设置10min，然后打开出料口21使土壤落入托盘中，然后中央控制系统6启动传输带27将托盘缓慢传送至微波处理单元1下方后停止运行，通过中央控制系统6启动微波处理单元1调节高度并使其第一壳体10与托盘贴合开始进行微波处理，功率设置为2880W，处理30min，期间通过中央控制系统打开抽气装置4持续抽气，并通过红外测温记录土壤温度，达到设定时间后停止抽气，待土壤恢复至室温后，微波处理单元1升起，然后传输带27启动将托盘传送至高压脉冲放电处理单元2下方后停止运行，通过中央控制系统6调节其高度使其第二壳体31与托盘贴合并开始高压脉冲处理，电压设置为40kV，处理时间30min后，处理完毕后高压脉冲放电处理单元2上升，传输带27将土壤送至接收车28中。

本发明可以快速处理十溴联苯醚污染土壤，既可节省能耗，又能使土壤清洁，结果见附表1，其处理效果大大提高。

附表1不同处理前后十溴联苯醚浓度变化

应用例2是针对芘污染土壤的修复。

选择芘污染土壤作为修复对象，测得芘污染土壤的浓度为853.57mg/kg。对照组无处理；实验组1采用微波处理，功率设置为1920W，处理80min；实验组2采用高压脉冲放电电压设置为30kV，处理时间80min；实验组3为本发明采用微波高压脉冲复合处理，将污染土壤倒入土壤前处理仓3，通过中央控制系统启动搅拌装置，搅拌时间设置10min，处置后关闭程序并打开出料口21，使土壤落入托盘中，然后中央控制系统6控制传输带27启动，将托盘缓慢传送至微波处理单元1下方后停止运行，中央控制系统6控制调节微波处理单元1高度使其第一壳体10与托盘贴合并开始微波处理，功率设置为1920W，处理60min，期间中央控制系统6控制打开抽气装置4持续抽气，并通过红外测温记录土壤温度，达到设定时间后停止抽气，待土壤恢复至室温后，微波处理单元1上升，传输带27运行将托盘传送至高压脉冲放电处理单元2下方后停止运行，中央控制系统6调节高压脉冲放电处理单元2高度使其第二壳体31与托盘贴合并开始高压脉冲处理，电压设置为30kV，处理时间20min后，处理完毕后高压脉冲放电处理单元2上升，托盘通过传输带27送至接收车28中。

本发明可以快速处理芘污染土壤，既可节省能耗，又能使土壤清洁，结果见附表2，其处理效果大大提高。

附表2不同处理前后芘浓度变化

Claims (10)

1.一种有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，其特征在于：包括土壤前处理仓(3)、传输装置(7)、微波处理单元(1)、高压脉冲放电处理单元(2)、尾气收集处理单元和中央控制系统(6)，其中土壤前处理仓(3)的出料口(21)设于传输装置(7)的输入端，微波处理单元(1)和高压脉冲放电处理单元(2)沿着传输方向依次可升降地设于传输装置(7)上侧，所述微波处理单元(1)内部设有微波加热源(8)，所述高压脉冲放电处理单元(2)内部设有高压脉冲反应器(14)，所述微波处理单元(1)和高压脉冲放电处理单元(2)内部产生废气通过尾气收集处理单元抽取排放，所述传输装置(7)、微波处理单元(1)、高压脉冲放电处理单元(2)、尾气收集处理单元均通过所述中央控制系统(6)控制。

2.根据权利要求1所述的有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，其特征在于：所述微波处理单元(1)包括第一壳体(10)、微波加热源(8)、第一高度调节器(12)和第一减震器(13)，其中第一壳体(10)上窄下宽且上端通过第一减震器(13)安装于对应工位仓体的顶棚上，第一高度调节器(12)的输出端与第一壳体(10)上端固连，微波加热源(8)设于第一壳体(10)内部，在第一壳体(10)下端一侧设有测温探头(11)。

3.根据权利要求1所述的有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，其特征在于：所述高压脉冲放电处理单元(2)包括第二壳体(31)、高压脉冲反应器(14)、第二高度调节器(32)和第二减震器(33)，其中第二壳体(31)上窄下宽且上端通过第二减震器(33)安装于对应工位仓体的顶棚上，第二高度调节器(32)的输出端与第二壳体(31)上端固连，高压脉冲反应器(14)设于第二壳体(31)内部。

4.根据权利要求1所述的有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，其特征在于：所述土壤前处理仓(3)内设有一个搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌锅(20)、搅拌叶(19)、搅拌电机(22)和底座(23)，其中搅拌锅(20)设于底座(23)上，所述搅拌锅(20)上侧设有进料口(30)，搅拌叶(19)设于所述搅拌锅(20)中，搅拌电机(22)设于底座(23)中，且所述搅拌叶(19)通过搅拌电机(22)驱动转动，所述搅拌电机(22)通过所述中央控制系统(6)控制启停，在所述搅拌锅(20)下端一侧设有所述出料口(21)。

5.根据权利要求1所述的有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，其特征在于：所述传输装置(7)包括传输电机(24)、传输带(27)和传动组件，所述传输带(27)两端设有传输辊，且其中一个传输辊通过所述传输电机(24)驱动旋转，所述传输电机(24)通过所述传动组件传递转矩。

6.根据权利要求5所述的有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，其特征在于：所述传输电机(24)设于土壤前处理仓(3)内，所述传动组件为皮带传动组件，其中皮带传动组件的主动轮(25)安装于传输电机(24)的输出轴上，从动轮(26)安装于传输装置(7)的一个传输辊轴端；所述传输装置(7)的输出端设有一个接收车(28)。

7.根据权利要求1所述的有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，其特征在于：所述尾气收集处理单元包括抽气装置(4)和尾气处理系统(5)，其中高压脉冲放电处理单元(2)上部设有一空腔，且所述空腔通过一个通气管(9)与所述微波处理单元(1)内部连通，所述抽气装置(4)输入端通过一个排气管(15)与所述空腔内部连通，所述抽气装置(4)的输出管路与所述尾气处理系统(5)相连。

8.根据权利要求7所述的有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，其特征在于：所述尾气处理系统(5)包括冷凝装置(16)和吸附装置(17)，所述抽气装置(4)、冷凝装置(16)和吸附装置(17)依次通过管路相连，所述吸附装置(17)的输出管路与一个排气口(18)相连。

9.根据权利要求1所述的有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，其特征在于：所述中央控制系统(6)、土壤前处理仓(3)、微波处理单元(1)和高压脉冲放电处理单元(2)分别设于不同的工位仓体中，且所述微波处理单元(1)的工位仓体两侧设有隔热层(29)。

10.根据权利要求1所述的有机污染土壤微波及高压脉冲放电复合修复设备，其特征在于：所述中央控制系统(6)包括信号采集系统、模拟量模块、可编程控制器及工控机。

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