CN111457407A - 异位模块化土壤修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种异位模块化土壤修复装置，涉及土壤修复领域，解决了异位土壤修复装置能耗高的问题。该装置包括进料装置、阴燃反应装置和尾气处理装置，进料装置的出料口与阴燃反应装置的进料口连接，阴燃反应装置包括反应室，反应室内设置有加热装置，反应室上设置有注气口、抽提口和用于输出清洁土壤的出料仓，注气口用于向反应室内注入空气以使空气由加热装置加热后与有机污染土壤发生阴燃反应；抽提口与尾气处理装置相连接，尾气处理装置用于对尾气进行处理后排放。本发明的该装置高浓度有机污染土壤能发生阴燃反应且阴燃反应可在短时间内发生之后关闭加热装置，阴燃反应可持续进行直至污染土壤处理达标，可节约能耗，缩短修复周期。

Description

异位模块化土壤修复装置

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，尤其是涉及一种异位模块化土壤修复装置。

背景技术

保护土壤环境是维护生态平衡和推进生态建设的重要内容，关系到社会经济的可持续发展。但是由于化石燃料的燃烧、石油的泄漏、工业污水和污泥的农用、工农业固体废物的堆放以及农药的广泛使用，致使多环芳烃、有机氯和有机磷农药等有机污染物直接或间接进入土壤环境，并因脂溶性易被土壤颗粒吸附而长时间残留于土壤中。这些有机物中有不少是致癌、致畸或致突变物质，存留于土壤中不仅可以使农作物减产甚至绝收，而且还可以通过植物或动物进入食物链，给人类生存和健康带来严重影响。因而土壤有机污染物的修复研究和治理技术开发亦是当前国内外环境保护研究的热点。

针对有机污染土壤，异位修复是常用的修复措施。其中，已公开的现有修复技术中，异位热脱附是普遍的异位修复手段之一。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：目前异位修复技术及装置存在设备数量多、体积大、模块化水平低，尤其对于高浓度有机污染的土壤，存在能耗高、处理周期长、修复效率低下等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异位模块化土壤修复装置，以解决现有技术中存在的土壤修复装置能耗高的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种异位模块化土壤修复装置，包括进料装置、阴燃反应装置和尾气处理装置，其中：

所述进料装置的出料口与所述阴燃反应装置的进料口连接，所述阴燃反应装置包括反应室，所述反应室内设置有加热装置，所述反应室上设置有注气口、抽提口和用于输出清洁土壤的出料仓，所述注气口用于向所述反应室内注入空气以使空气由所述加热装置加热后与有机污染土壤发生阴燃反应；所述抽提口与所述尾气处理装置相连接，所述尾气处理装置用于对所述反应室内的尾气进行抽提并经处理后排放。

优选的，所述加热装置为加热板，其设置于所述反应室的底部，所述注气口设置于所述反应室的底端。

优选的，所述注气口的数量为多个，其均匀排布于所述加热板的下部；所述注气口通过注气管道连接有注气接口，所述注气接口设置于所述反应室上用于与供气装置连接。

优选的，所述尾气处理装置包括回流单元和尾气处理单元，所述反应室上设置有回流注口，其中：

所述回流单元包括回流管道以及设置于所述回流管道上的引风机和调节阀，所述回流管道通过回流接口与所述回流注口连接；

当所述尾气处理装置抽提出的未反应有机物气体含量较多时，所述回流单元将气体经所述引风机通过所述回流注口注入所述反应室内；当抽提出的尾气有机气体含量较少时，气体经所述尾气处理单元进行气液分离后处理排放。

优选的，所述尾气处理单元包括冷凝装置和气液分离器，其中：

所述冷凝装置的进料口与所述抽提口连接且所述冷凝装置用于对高温尾气降温；

所述气液分离器的出气口依次连接有活性炭箱、抽提风机，尾气中有机气体经所述活性炭箱吸附后经所述抽提风机由烟囱排出；

所述气液分离器的出液口连接有废液处理装置。

优选的，所述废液处理装置为废液储存罐，且其上设置有用于处理有机废液的修复药剂注药口。

优选的，所述进料装置的进料口处连接有土壤筛分装置，所述土壤筛分装置用于将土壤中的杂物与土壤分离。

优选的，所述进料装置包括上料机和水平送料机，所述水平送料机的出料口与所述反应室内连通，其中：所述上料机连接所述土壤筛分装置的出料口和所述水平送料机的进料口，所述水平送料机包括进料斗、与所述进料斗连接的送料仓、电机以及与电机连接的旋转杆，所述旋转杆位于所述送料仓内，土壤能在所述送料仓内所述旋转杆的推动下进入所述反应室。

优选的，该装置还包括有监测组件，所述监测组件包括：

设置于所述反应室内的温度传感器，其用于监测所述反应室内的温度；

设置于相应气体管道内的流量计，其用于监测对应管道内的气体流量；

用于监测管道内压力的气压传感器；

用于监测抽提尾气中有机物含量的尾气监测组件，当所述尾气监测组件监测到尾气中有机物含量较多时，开启所述回流单元；当尾气中CO、CO₂含量突然升高且波动较小，尾气中有机物含量较少时，开启所述尾气处理单元。

优选的，该装置还包括有中控单元，所述中控单元与所述监测组件连接，所述中控单元包括有用于显示数据的显示器和用于启停操作的操作平台。

本发明提供的异位模块化土壤修复装置，与现有技术相比，具有如下有益效果：上料装置将污染土壤输送至反应室内，向反应室内注入的空气受到加热装置加热作用后，以热空气的形式注入至土壤层中；在反应室中有机污染土壤空隙中的氧含量及土壤温度满足阴燃条件时，有机污染土壤会发生无火焰形式的自维持式的燃烧反应，即阴燃反应。上述装置可节约大量污染土壤修复成本，阴燃反应可在短时间内发生(一般在12-24小时)，之后可关闭加热装置，仅通过注气阴燃反应即可发生，直至污染土壤处理达标。相对异位热脱附技术，本装置可节约大量能耗。阴燃一般反应7-10天，污染物即可处理达标，节约高浓度有机污染物处理时间。且阴燃反应发生后反应室内的气体能经尾气处理装置处理后排放，更加节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明异位模块化土壤修复装置中阴燃反应装置的结构示意图；

图2是尾气处理装置的结构示意图；

图3是显示器与操作台的布置结构示意图；

图4是本发明异位模块化土壤修复装置的工作流程示意图。

图中：

阴燃修复模块：1、土壤筛分装置；2、上料机；3、反应室；4、回流注口；5、抽提口；6、注气口；7、加热板；8、出料仓；9、注气接口；10、回流接口；11、水平送料机；

尾气处理装置：12、引风机；13、冷凝器；14、气液分离器；15、废液储存罐；16、活性炭箱；17、抽提风机；18、烟囱；19、调节阀；

20、瞭望台；21、显示器；22、操作平台。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

参见图1-图4所示，图1是本发明异位模块化土壤修复装置中阴燃反应装置的结构示意图；图2是尾气处理装置的结构示意图；图3是显示器与操作台的布置结构示意图；图4是本发明异位模块化土壤修复装置的工作流程示意图。

本实施例提供了一种异位模块化土壤修复装置，其包括进料装置、阴燃反应装置和尾气处理装置，其中：

进料装置的出料口与阴燃反应装置的进料口连接，阴燃反应装置包括反应室3，反应室3内设置有加热装置，反应室3上设置有注气口6、抽提口5和用于输出清洁土壤的出料仓8，注气口6用于向反应室3内注入空气以使空气由加热装置加热后与有机污染土壤发生阴燃反应；

抽提口5与尾气处理装置相连接，尾气处理装置用于对反应室3内的尾气进行抽提并经处理后排放。

上述送料装置、阴燃反应装置及出料仓8共同组成阴燃修复模块。阴燃反应完成后，土壤修复达标，通过出料仓8将清洁的土壤送出反应室3，清洁土壤清运至出料斗，由出料斗送出阴燃修复模块，进行统一处理。

本实施例的异位模块化土壤修复装置，具体操作方式为：高浓度有机污染土壤经送料装置送至反应室3中，开启反应室3下端的加热装置，空气从反应室3下端注入至污染土壤中，注入的空气受到加热装置加热作用后，以热空气的形式注入至土层中。注入热空气的同时保证抽提口5打开，对反应室3的气体进行抽提，使得反应室3中形成空气流动。在反应室3中有机污染土壤空隙中的氧含量及土壤温度满足阴燃条件时，有机污染土壤会发生无火焰形式的自维持式的燃烧反应，即阴燃反应。

上述装置可节约大量污染土壤修复成本，阴燃反应可在短时间内发生(一般在12-24小时)，之后可关闭加热装置，仅通过注气阴燃反应即可发生，直至污染土壤处理达标。相对异位热脱附技术，本装置可节约大量能耗。阴燃一般反应7-10天，污染物即可处理达标，节约高浓度污染物处理时间，提高土壤修复的效率。且反应室3内的气体能经尾气处理装置处理后排放，防止尾气携带有机物进入大气中，更加节能环保。

应当理解的是，本发明只针对高浓度有机污染土壤有效，即土壤TPH浓度＞6000-8000ppm以上，PAHs＞6000ppm以上；具有显著降低能耗的优点。

作为可选的实施方式，参见图1所示，本实施例的加热装置为加热板7，其设置于反应室3的底部，加热板7可以通电加热；注气口6设置于反应室3的底端。

为了便于空气充分经过加热板7加热，作为可选的实施方式，参见图1所示，注气口6的数量为多个，其均匀排布于加热板7的下部；注气口6通过注气管道连接有注气接口9，注气接口9设置于反应室3上用于与供气装置连接。

上述供气装置可以为注气风机，通过注气风机向通过注气口6向反应室3内注入空气。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上进行的改进，参见图1和图2所示，图2中引风机所在的回流管道与图1中的回流接口连接经管道与回流注口连通，另外连接冷凝装置的管道，其另一端(图中左端)与图1中的抽提口连接。

尾气处理装置包括回流单元和尾气处理单元，反应室3上设置有回流注口4，其中：

回流单元包括回流管道以及设置于回流管道上的引风机12和调节阀19，回流管道通过回流接口10与回流注口4连接；

当尾气处理装置抽提出的未反应有机物气体含量较多时，打开调节阀19，回流单元开启，回流单元将气体经引风机12通过回流注口4注入反应室3内；当抽提出的尾气有机气体含量较少时，调节阀19关闭回流单元暂停，气体经尾气处理单元进行气液分离后处理排放。

其中，用于判定尾气中有机气体含量多少的限值由本领域内技术人员考虑实际情况并根据污染物浓度、反应周期等计算，其具体数值不做限定。

上述尾气处理装置从反应室3内抽提出来的尾气分两种，一种是还未发生阴燃反应时抽提出来的土壤气，此时土壤气中含有有机物成分；本发明通过回流单元，即通过引风机12将抽提出来的土壤气通过回流注口4重新注入至反应室3中，直至阴燃反应发生。另一种是发生阴燃反应后的抽提出来的阴燃反应产生的CO₂、CO、H₂0及很少量的有机污染气体，进入后续的尾气处理单元处理后排放。

上述回流单元的设置能够进一步保证阴燃反应的发生，便于后续尾气处理。回流单元的设置，使得该装置无需设置二次燃烧室对有机废气二次处理，通过反应室配合调节阀19和引风机12即可实现有机气体的二次处理，节约大量能耗，节能环保。

作为可选的实施方式，参见图2所示，本实施例中的尾气处理单元包括冷凝装置和气液分离器14，其中：冷凝装置可采用现有技术中的冷凝器；

阴燃反应发生时抽提的尾气为高温气体(400℃以上)，为减少对后续风机及其他设备的损坏，冷凝器13的进料口与抽提口5连接且冷凝器用于对高温尾气降温；经过降温后的气体进入气液分离器14中进行气液分离，以便于后续相应装置分别对废气和废液进行分别处理。

气液分离器14的出气口依次连接有活性炭箱16、抽提风机17，尾气经活性炭箱16吸附后经抽提风机17由烟囱18排出；尾气经过活性炭箱16对少量的有机废气及不完全燃烧产生的CO进行吸附，处理后的清洁气体经过抽提风机17由烟囱18直接排出，减少污染。气液分离器14的出液口连接有废液处理装置。

其中，上述气液分离器为现有的成熟技术，在此对其结构不做赘述。

作为可选的实施方式，本实施例中的废液处理装置为废液储存罐15，且其上设置有用于处理有机废液的修复药剂注药口。其中，上述修复药剂可以为能够与有机废液发生氧化或还原反应的氧化剂或还原剂。经气液分离器14处理后的有机废水排入至废液储存罐15中，通过添加氧化药剂处理有机污染废液。

作为可选的实施方式，参见图1所示，进料装置的进料口处连接有土壤筛分装置1，土壤筛分装置1用于将土壤中的杂物与土壤分离。

其中，上述土壤筛分装置1为现有技术中的成熟技术，在此对其结构不做赘述。上述土壤筛分装置1可对进行异位修复的土壤进行筛分，将土壤中石块、塑料制品、建筑垃圾等有效筛分出来，保证进行修复的仅有有机污染土壤，防止手机石块等杂物损坏后续设备。

作为可选的实施方式，参见图1所示，本实施例的进料装置包括上料机2和水平送料机11，水平送料机11的出料口与反应室3内连通，其中：上料机2连接土壤筛分装置1的出料口和水平送料机11的进料口，上料机2可以为皮带上料机2，其作为现有的成熟技术，在此对其结构不做赘述，可直接由市场上购得；

水平送料机11包括进料斗，进料斗呈漏斗状；与进料斗连接的送料仓、电机以及与电机连接的旋转杆，旋转杆位于送料仓内，上述旋转杆上还可设置螺旋叶片(未示出)土壤能在送料仓内旋转杆的推动下进入反应室3。其中，上述水平送料机11为常用于本领域内上料操作的装置。

上述皮料机及水平送料机11可将污染土壤自动送入反应室3，减少人为操作。

实施例3

本实施例是在上述实施例的基础上进行的改进，参见图1-图4所示，本实施例的异位模块化土壤修复装置还包括有监测组件，监测组件包括：

设置于反应室3内的温度传感器，其用于监测反应室3内的温度；

设置于相应气体管道内的流量计，其用于监测对应管道内的气体流量；

用于监测管道内压力的气压传感器；

用于监测抽提尾气中有机物含量的尾气监测组件，当尾气监测组件监测到尾气中有机物含量较多时，开启回流单元；当尾气中CO、CO2含量突然升高且波动较小，尾气中有机物含量较少时，开启所述尾气处理单元。

其中，上述温度传感器、流量计、气压传感器、尾气监测组件均为现有技术，可直接由市场上购得，在此对其结构不做赘述。具体的，如可采用WRP-130温度传感器、LUGBDN50气体流量计、YZ1301压力传感器，采用CEMS烟气在线监测仪作为尾气监测组件监测尾气中的有机物气体含量和CO、CO₂含量。

上述温度传感器可监测反应室3中土壤的温度，当土壤温度温度由100-200℃快速升温至400-600℃，说明阴燃反应发生；气体流量计监测反应室3中的注气流量，监测抽提气体流量，保证阴燃反应室3氧气充足，活性炭罐及时更换；压力传感器用于监测各管道压力，保证系统压力范围正常；尾气在线监测组件，通过监测尾气中有机物含量判断是否需要回流，通过监测尾气中CO、CO₂变化，进一步判断阴燃反应是否发生。

作为可选的实施方式，该装置还包括有中控单元，中控单元与监测组件连接，中控单元包括有用于显示数据的显示器21和用于启停操作的操作平台22。

上述中控单元的操作平台22内包括有控制模块，该控制模块通过与温度传感器连接，根据接收到温度传感器的温度信号，对加热板7进行远程启停操作；通过与压力传感器连接，根据接收到的风压信号，对引风机12、抽提风机17等风机运行风压进行调节；通过与流量计连接，根据接收到的流量信号，对引风机12、抽提风机17等风机的运行流量进行调节；通过与尾气监测组件连接，根据有机物含量调控回流单元的开启或闭合。上个监测组件与控制模块的连接方式为本领域的成熟技术，本领域内技术人员可按照常规操作连接。

参见图4所示，本发明通过阴燃修复模块可节约大量污染土壤修复成本，阴燃反应可在短时间内发生(一般在12-24小时)，之后可关闭加热板7，仅通过注气阴燃反应即可发生，直至污染土壤处理达标。相对异位热脱附技术，本技术可节约大量能耗。阴燃一般反应7-10天，污染物即可处理达标，节约高浓度污染物处理时间。

反应室中产生的尾气，当有机污染物含量较高时，可通过打开调节阀，经回流单元注入至阴燃反应室3中进行处理，无需设置二次燃烧室对有机废气二次处理，节约大量能耗。当有机污染物含量较少时，通过气液分离器14处理，之后分别经尾气处理单元和废液处理装置分别对废气、废液进行处理，处理工艺简单有效，节约处理成本。

本发明中的检测组件可远程监测、调控整个工艺，节约人工成本。此外设置瞭望台20进行检测，保证运行无异常。

本发明将整个装置分成3个模块化装备(如图4所示)，可保证修复工程快速进行，缩短准备时间。此外，将工艺模块化处理，可保证工艺各模块化装备可快速转运至各项目的，以满足项目紧急使用。该装置制作成车载式模块化装备，及3个模块化装备安装在货运车上，装备运行时，各模块无需拆卸运行。当土壤修复工作完成后，各模块装备可直接运输至下一土壤修复项目地。

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种异位模块化土壤修复装置，其特征在于，包括进料装置、阴燃反应装置和尾气处理装置，其中：

所述进料装置的出料口与所述阴燃反应装置的进料口连接，所述阴燃反应装置包括反应室，所述反应室内设置有加热装置，所述反应室上设置有注气口、抽提口和用于输出清洁土壤的出料仓，所述注气口用于向所述反应室内注入空气以使空气由所述加热装置加热后与有机污染土壤发生阴燃反应；

所述抽提口与所述尾气处理装置相连接，所述尾气处理装置用于对所述反应室内的尾气进行抽提并经处理后排放。

2.根据权利要求1所述的异位模块化土壤修复装置，其特征在于，所述加热装置为加热板，其设置于所述反应室的底部，所述注气口设置于所述反应室的底端。

3.根据权利要求2所述的异位模块化土壤修复装置，其特征在于，所述注气口的数量为多个，其均匀排布于所述加热板的下部；所述注气口通过注气管道连接有注气接口，所述注气接口设置于所述反应室上用于与供气装置连接。

4.根据权利要求1或2所述的异位模块化土壤修复装置，其特征在于，所述尾气处理装置包括回流单元和尾气处理单元，所述反应室上设置有回流注口，其中：

所述回流单元包括回流管道以及设置于所述回流管道上的引风机和调节阀，所述回流管道通过回流接口与所述回流注口连接；

当所述尾气处理装置抽提出的未反应有机物气体含量较多时，所述回流单元将气体经所述引风机通过所述回流注口注入所述反应室内；当抽提出的尾气有机气体含量较少时，气体经所述尾气处理单元进行气液分离后处理排放。

5.根据权利要求4所述的异位模块化土壤修复装置，其特征在于，所述尾气处理单元包括冷凝装置和气液分离器，其中：

所述冷凝装置的进料口与所述抽提口连接且所述冷凝装置用于对高温尾气降温；

所述气液分离器的出气口依次连接有活性炭箱、抽提风机，尾气中有机气体经所述活性炭箱吸附后经所述抽提风机由烟囱排出；

所述气液分离器的出液口连接有废液处理装置。

6.根据权利要求5所述的异位模块化土壤修复装置，其特征在于，所述废液处理装置为废液储存罐，且其上设置有用于处理有机废液的修复药剂注药口。

7.根据权利要求1所述的异位模块化土壤修复装置，其特征在于，所述进料装置的进料口处连接有土壤筛分装置，所述土壤筛分装置用于将土壤中的杂物与土壤分离。

8.根据权利要求7所述的异位模块化土壤修复装置，其特征在于，所述进料装置包括上料机和水平送料机，所述水平送料机的出料口与所述反应室内连通，其中：所述上料机连接所述土壤筛分装置的出料口和所述水平送料机的进料口，所述水平送料机包括进料斗、与所述进料斗连接的送料仓、电机以及与电机连接的旋转杆，所述旋转杆位于所述送料仓内，土壤能在所述送料仓内所述旋转杆的推动下进入所述反应室。

9.根据权利要求4所述的异位模块化土壤修复装置，其特征在于，该装置还包括有监测组件，所述监测组件包括：

设置于所述反应室内的温度传感器，其用于监测所述反应室内的温度；

设置于相应气体管道内的流量计，其用于监测对应管道内的气体流量；

用于监测管道内压力的气压传感器；

用于监测抽提尾气中有机物含量的尾气监测组件，当所述尾气监测组件监测到尾气中有机物含量较多时，开启所述回流单元；当尾气中CO、CO₂含量突然升高且波动较小，尾气中有机物含量较少时，开启所述尾气处理单元。

10.根据权利要求9所述的异位模块化土壤修复装置，其特征在于，该装置还包括有中控单元，所述中控单元与所述监测组件连接，所述中控单元包括有用于显示数据的显示器和用于启停操作的操作平台。

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