CN112355045A - 一种流化床式dbd等离子体有机物污染土壤修复系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统即工艺，包括依序连接的干燥机、球磨粉碎机、螺旋式输送机、流化床等离子体反应器、旋风分离器、流光等离子体反应器和电除尘反应器；流化床等离子体反应器包括流化床腔体、流化床顶盖以及设置在流化床腔体底部的进料仓，进料仓的底部设有储料仓；流化床腔体内设有呈阵列布置的多个DBD反应管；旋风分离器的进料口与流化床顶盖上的出气口连接；进料仓的侧壁设有土壤进料口和二次进料口，旋风分离器的出料口与二次进料口连接；旋风分离器上部的出气口与流光等离子体反应器连接。利用本发明，解决了现有修复工艺效率低，存在二次污染等问题，可用于工业上大规模修复污染土壤。

Description

一种流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统及工艺

技术领域

本发明属于有机污染土壤修复技术领域，具体涉及一种流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统及工艺。

背景技术

随着我国经济的快速发展，城市工业的“三废”排放、大量化学农药的使用、交通尾气的排放以及城市垃圾的焚烧，使得大量持久性有机污染物进入到土壤中，并通过植物-土壤体系进入到人体中，对人体健康产生严重影响和巨大危害。持久性有机物对土壤的污染越来越引起人们的重视。

持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants，简称POPs)是指具有生物积累性、环境持久性、远距离迁移性以及高毒性四个重要特点的天然或人工合成的有机物。POPs大致可分为有机氯杀虫剂、工业化学品以及化工生产中的杂质衍生物三类，如滴滴涕、毒杀芬、多氯联苯、多氯二苯并二噁英、六六六等。由于其会对人体健康造成严重影响，必须对被持久性有机物污染的土壤进行妥善处理。

目前对土壤中的POPs的常用修复技术主要有物理吸附技术、水泥窑技术、光催化氧化技术、微生物修复技术和热焚烧技术等，但这些技术仅是将污染物进行转移或者容易产生二次污染，并不能从根本上解决污染问题。

公开号为CN102357521A的中国专利文献公开了一种连续的持久性有机污染土壤直接热脱附的方法，经过破碎处理的污染土壤由无轴螺旋给料机连续的送入回转式热脱附器内，在热脱附器内土壤与轻油燃烧器燃烧产生的热烟气直接接触换热，使持久性有机废物挥发出来。经过热脱附处理的土壤经喷湿降温后，由回转式出渣机连续排出。热脱附气体在二燃室内1200℃的高温下充分裂解、燃烧，经烟气处理系统净化达标后排放。

上述修复方法具有效率高、无二次污染的优点，但是能耗较大，成本高，不适用于大规模修复污染场地。

发明内容

本发明提供了一种流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统及工艺，解决了现有修复工艺效率低、存在二次污染等问题，可用于工业上大规模修复污染土壤。

一种流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，包括依序连接的干燥机、球磨粉碎机、螺旋式输送机、流化床等离子体反应器、旋风分离器、流光等离子体反应器和电除尘反应器；

所述的干燥机通过传送带与球磨粉碎机连接；所述的流化床等离子体反应器包括流化床腔体、设置在流化床腔体上部的流化床顶盖以及设置在流化床腔体底部的进料仓，所述进料仓的底部设有储料仓；所述的流化床腔体内设有呈阵列布置的多个DBD反应管，DBD反应管与流化床腔体内的竖直气流通道平行；

所述旋风分离器的进料口与流化床顶盖上设置的出气口连接；所述进料仓的侧壁设有土壤进料口和二次进料口，所述旋风分离器的出料口与二次进料口连接；所述旋风分离器上部的出气口与流光等离子体反应器连接。

本发明的处理对象可以是土壤，但不限于土壤，可以是其它颗粒物、粉尘等。

进一步地，所述流化床等离子体反应器的进料仓与储料仓之间设有可拆卸的不锈钢滤网。

进一步地，所述储料仓的底部设有进气口，侧壁设有储料仓出料口；所述储料仓的进气口与风机连接，用于将进料仓的土壤吹至流化床腔体进行反应；所述的储料仓出料口与储料罐连接。

进一步地，所述的螺旋式输送机上方设有料斗，可加入添加剂，用于协同修复污染土壤。

进一步地，所述的添加剂为还原剂(零价金属、金属氢化物等)、Lewis碱(碱类、碱土金属氧化物)、中性物质(二氧化硅、氧化铝等)、氧化剂(过硫酸盐等)等四大类。

进一步地，所述的流化床腔体为桶状容器，其桶壁采用不锈钢材料。

所述的DBD反应管由同轴设置的高压电极、绝缘介质和低压电极组成；所述的高压电极设置在绝缘介质的内部，所述的低压电极呈六边形均匀分布在绝缘介质外围；所述高压电极和低压电极采用金属材料，所述的绝缘介质采用陶瓷介质。气体通过不锈钢滤网后将土壤吹至流化状态，流化状态的土壤在DBD反应管中上下移动进行处理。

进一步地，所述的流光等离子体反应器采用线筒式结构，流光等离子体反应器中的高压电极采用金属材料，线筒间距约为10cm。

进一步地，所述的电除尘反应器设有三个分区，分别对应前端、中端和末端三个电场；每个电场采用线板式结构，线板间距15cm，每个分区采用独立的负高压直流电源；前端电场采用高压大电流供电，末端电场采用高压小电流供电。

电除尘反应器用于将旋风分离器无法分离的小颗粒土壤收集下来，电除尘反应器的出口通过废气管线连接引风机。

本发明还提供了一种流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复工艺，使用上述流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，包括以下步骤：

(1)干燥机将污染土壤干燥至接近105℃，除去吸附在土壤中的水分后，通过传送带送入球磨粉碎机；

(2)球磨粉碎机将干燥后的土壤研磨至粒径＜1mm后，通过螺旋式输送机送入流化床等离子体反应器进行反应；

(3)将待修复的土壤吹至流化状态，进入流化床等离子体反应器的DBD反应管进行降解，废气和其中夹带的土壤进入旋风分离器内，粒径稍大的土壤颗粒会沉降下来，通过旋风分离器的出料口进入流化床等离子体反应器的二次进料口，而无法与废气分离的土壤颗粒和废气一起从旋风分离器的出气口排入流光等离子体反应器；

(4)流光等离子体反应器将旋风分离器排出的废气进行二次等离子体处理，将部分土壤脱附释放的持久性有机物废气降解，之后废气进入到电除尘反应器内；

(5)电除尘反应器将旋风分离器无法分离的小颗粒土壤收集下来，并将经过净化处理的废气排入空气；

(6)将进料仓与储料仓之间的不锈钢滤网移开，处理后的土壤会降至出料口，通过传送带进入储料罐。

本发明将流化床和低温等离子体结合在一起，既强化了传质过程又引入活性自由基加速污染土壤降解；流光等离子体和电除尘反应器共同作用于修复土壤产生的废气，将废气净化至达到排行标准，其工艺具有流程简单，修复效果良好，无二次污染和环境友好等特点。

附图说明

图1为本发明一种流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统的结构示意图；

图2为图1中流化床等离子体反应器的结构示意图。

图中：1-干燥机；2-球磨粉碎机；3-料斗；4-螺旋式输送机；5-流化床等离子体反应器；6-旋风分离器；7-流光等离子体反应器；8-电除尘反应器；9-风机；10-风机；11-储料罐；51-出气口；52-DBD反应管；53-土壤进料口；54-二次进料口；55-不锈钢滤网；56-出料口；57-出气口；521-高压电极；522-绝缘介质；523-低压电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1所示，一种流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，包括干燥机1、球磨粉碎机2、螺旋式输送机4、流化床等离子体反应器5、旋风分离器6、流光等离子体反应器7、电除尘反应器8和储料罐11。

其中，干燥机1用于将污染土壤干燥至接近105℃，除去吸附在土壤中的水分。

球磨粉碎机2用于将干燥后的土壤研磨至粒径＜1mm。

螺旋式输送机4上方设有料斗3，可加入添加剂，用于协同修复污染土壤。添加剂可以为还原剂(零价金属、金属氢化物等)、Lewis碱(碱类、碱土金属氧化物)、中性物质(二氧化硅、氧化铝等)、氧化剂(过硫酸盐等)等四大类。

流化床等离子体反应器5材质采用不锈钢材料，如图2所示，流化床等离子体反应器5包括流化床腔体、设置在流化床腔体上部的流化床顶盖以及设置在流化床腔体底部的进料仓，进料仓的底部设有储料仓。

流化床顶盖上设有出气口51，进料仓的侧壁分别设有土壤进料口53和二次进料口54，储料仓的侧壁设有出料口56，储料仓的下部设有进气口57。

进料仓和储料仓之间设有可移动的不锈钢滤网55，土壤进料口53和二次进料口54在不锈钢滤网55的上方，出料口56在不锈钢滤网55的下方，进气口57连接风机10，气体通过不锈钢滤网55后将土壤吹至流化状态，流化床等离子体反应器5内部主体部分(即流化床腔体)内设有呈阵列分布的多个DBD反应管52。

旋风分离器进料口61与流化床等离子体反应器5的出气口51连接，分离出废气中夹带的土壤，粒径稍大的土壤颗粒会沉降下来，通过旋风分离器6的出料口63进入流化床等离子体反应器5的二次进料口54，无法与废气分离的土壤颗粒和废气一起从旋风分离器6的出气口62排出。

流光等离子体反应器7将旋风分离器6出气口62排出的废气进行二次等离子体处理，因为持久性有机物具有半挥发性的特点，气流运动可使土壤发生脱附解吸反应，释放出部分持久性有机物。

电除尘反应器8用于将旋风分离器6无法分离的小颗粒土壤收集下来。

储料罐11与流化床等离子体反应器5的出料口53连接，待土壤处理完将不锈钢滤网55移开，使得土壤降至出料口53，通过传送带进入储料罐11。

进一步地，如图2所示，DBD反应管52采用线管结构，高压电极521和低压电极523是金属材料，可是不锈钢材料但不限于不锈钢材料，绝缘介质522采用高性能陶瓷材料，低压电极523呈六边形均匀分布在绝缘介质522周围，DBD反应管52与进出气口形成的竖直气流通道平行，流化状态的土壤在DBD反应管52中上下移动。

进一步地，流光等离子体反应器7采用线筒式结构，其内部的高压电极采用金属材料，可是不锈钢材料但不限于不锈钢材料，线筒间距约为10cm。

进一步地，电除尘反应器8采用小分区结构，设有三电场，每个电场采用线板式结构，其内部的高压电极为金属材料，可是不锈钢材料但不限于不锈钢材料，线板间距15cm，高压电极同极距间距10cm，每个分区采用独立的负高压直流电源。前端电场采用高压大电流供电，收集大部分大颗粒物，末电场采用高压小电流供电，避免离子风引起的湍流使颗粒物反弹。

进一步地，电除尘反应器8出口通过废气管线连接引风机9，将经过净化处理的废气排入空气。

本发明的工作过程如下：

首先被污染的土壤经过干燥机1除去水分后，通过传送带进入球磨粉碎机2内，把大粒径的土壤研磨至粒径＜1mm，然后污染土壤进入螺旋式输送机4，同时螺旋式输送机4上方的料斗3内的添加剂可以添加到土壤中，起到协同修复的作用，其次螺旋式输送机4将污染土壤推入土壤进料口53，进入流化床等离子体反应器5开始反应。这一过程为：风机10将空气通过进气口57鼓入流化床等离子体反应器5内，空气通过不锈钢滤网55后将土壤吹至流化状态，进入DBD反应管52进行降解，废气和其中夹带的土壤通过与出气口51连接的旋风分离器的进料口61进入旋风分离器6内，粒径稍大的土壤颗粒会沉降下来，通过旋风分离器6的出料口63进入流化床等离子体反应器5的二次进料口54，而无法与废气分离的土壤颗粒和废气一起从旋风分离器6的出气口63排入流光等离子体反应器7；接着流光等离子体反应器7将旋风分离器6排出的废气进行二次等离子体处理，将部分土壤脱附释放的持久性有机物废气降解；之后废气进入到电除尘反应器8内，将旋风分离器6无法分离的小颗粒土壤收集下来，电除尘反应器8连接引风机9，将经过净化处理的废气排入空气；最后，将不锈钢滤网55移开，处理后的土壤会降至出料口56，通过传送带进入储料罐11。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，其特征在于，包括依序连接的干燥机、球磨粉碎机、螺旋式输送机、流化床等离子体反应器、旋风分离器、流光等离子体反应器和电除尘反应器；

所述的干燥机通过传送带与球磨粉碎机连接；所述的流化床等离子体反应器包括流化床腔体、设置在流化床腔体上部的流化床顶盖以及设置在流化床腔体底部的进料仓，所述进料仓的底部设有储料仓；所述的流化床腔体内设有呈阵列布置的多个DBD反应管，DBD反应管与流化床腔体内的气流通道平行；

所述旋风分离器的进料口与流化床顶盖上设置的出气口连接；所述进料仓的侧壁设有土壤进料口和二次进料口，所述旋风分离器的出料口与二次进料口连接；所述旋风分离器上部的出气口与流光等离子体反应器连接。

2.根据权利要求1所述的流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，其特征在于，所述流化床等离子体反应器的进料仓与储料仓之间设有可拆卸的不锈钢滤网。

3.根据权利要求2所述的流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，其特征在于，所述储料仓的底部设有进气口，侧壁设有储料仓出料口；所述储料仓的进气口与风机连接，用于将进料仓的土壤吹至流化床腔体进行反应；所述的储料仓出料口与储料罐连接。

4.根据权利要求1所述的流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，其特征在于，所述的螺旋式输送机上方设有料斗。

5.根据权利要求1所述的流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，其特征在于，所述的流化床腔体为桶状容器，其桶壁采用不锈钢材料。

6.根据权利要求1所述的流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，其特征在于，所述的DBD反应管由同轴设置的高压电极、绝缘介质和低压电极组成；所述的高压电极设置在绝缘介质的内部，所述的低压电极呈六边形均匀分布在绝缘介质外围；所述高压电极和低压电极采用金属材料，所述的绝缘介质采用陶瓷介质。

7.根据权利要求1所述的流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，其特征在于，所述的流光等离子体反应器采用线筒式结构，流光等离子体反应器中的高压电极采用金属材料，线筒间距约为10cm。

8.根据权利要求1所述的流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，其特征在于，所述的电除尘反应器设有三个分区，分别对应前端、中端和末端三个电场；每个电场采用线板式结构，线板间距15cm，每个分区采用独立的负高压直流电源；前端电场采用高压大电流供电，末端电场采用高压小电流供电。

9.根据权利要求1所述的流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，其特征在于，所述电除尘反应器的出口通过废气管线连接引风机。

10.一种流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复工艺，其特征在于，使用权利要求1～9所述的流化床式DBD等离子体有机物污染土壤修复系统，包括以下步骤：

(1)干燥机将污染土壤干燥至接近105℃，除去吸附在土壤中的水分后，通过传送带送入球磨粉碎机；

(2)球磨粉碎机将干燥后的土壤研磨至粒径＜1mm后，通过螺旋式输送机送入流化床等离子体反应器进行反应；

(3)将待修复的土壤吹至流化状态，进入流化床等离子体反应器的DBD反应管进行降解，废气和其中夹带的土壤进入旋风分离器内，粒径稍大的土壤颗粒会沉降下来，通过旋风分离器的出料口进入流化床等离子体反应器的二次进料口，而无法与废气分离的土壤颗粒和废气一起从旋风分离器的出气口排入流光等离子体反应器；

(4)流光等离子体反应器将旋风分离器排出的废气进行二次等离子体处理，将部分土壤脱附释放的持久性有机物废气降解，之后废气进入到电除尘反应器内；

(5)电除尘反应器将旋风分离器无法分离的小颗粒土壤收集下来，并将经过净化处理的废气排入空气；

(6)将进料仓与储料仓之间的不锈钢滤网移开，处理后的土壤会降至出料口，通过传送带进入储料罐。

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