CN112547787A - 一种便携式修复污染土壤的等离子体装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式修复污染土壤的装置及方法，所述装置包括：气体吸入装置、地极、可收放式下铜板、可伸缩式金属粉碎器、可移动式催化部件、支撑脚架、出气口、可移动式电源、电机、电极连接上端口、电极连接下端口、上铜板；取土后在上下铜板形成的空间内利用等离子体进行降解土壤中的污染物，催化部件上的催化剂可起到辅助催化作用，本发明所公开的便携式修复污染土壤的等离子体装置和方法具有便于携带、成本低的优点，可有针对性地对小型局部受污染土壤进行治理。

Description

一种便携式修复污染土壤的等离子体装置及方法

技术领域

本发明涉及土壤污染修复技术领域，尤其涉及一种便携式修复污染土壤的等离子体装置及方法。

背景技术

土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，使遭受污染的土壤恢复正常功能的技术措施，是一个对人类生存十分重要的工程。

上世纪50年代以来，我国的工业企业进入了快速发展的阶段。但由于我国工业生产的工艺相对落后、经营管理粗放、环保设施不完善等原因，造成了比较严重的土地污染，对土地资源的可持续性开发以及人类的活动构成了较严重的威胁。目前国内外使用的主流修复技术通常按照处置地点分为原位修复技术和异位修复技术。对美国多年的修复项目进行统计，选择异位修复技术的项目占到一多半，且选择异位修复技术的项目完成率达到80％，是选择原位修复技术项目完成率的2倍左右。

目前国内外常用的异位修复技术主要有：物理分离、稳定化/固化技术、水洗淋洗技术、异位焚烧技术、异位热处理技术、异位化学氧化/还原技术、异位微生物修复技术等。需要将污染土壤由污染场地挖取后转移至专门修建的处置场是异位修复技术的共同特点。如上的土壤的异位修复技术中，大多数技术路线的核心工艺，均需要将污染土壤与相应物料按照精确比例进行充分的混合。例如：物理分离技术需要将污染土壤与分离载体进行充分混合；稳定化固化技术的工艺路线中需要将污染土壤与稳定化/固化药剂进行充分的混合；水洗淋洗工艺需要将污染土壤与水和淋洗剂进行充分混合；异位化学氧化/还原技术需要将污染土壤与氧化/还原药剂进行充分的混合；异位微生物堆修复需要将微生物菌种培养液与污染土壤进行充分混合。

而目前广泛被使用的异位处理设备在该环节均存在相应的约束性：(1)固定式设备对于修复场地的基础条件要求较高，基建成本较高，基建材料的回收利用率较低，存在相对较高的资源浪费；(2)进口自移动式处理设备也存在处理工艺的适用范围相对狭窄且设备使用成本昂贵的问题。因此发展可移动式异位土壤修复设备成为适应国内土壤修复市场条件的技术发展方向。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种便携式修复污染土壤的等离子装置，提供了一种便携式修复污染土壤的等离子体装置，该装置具有便于携带、成本低的优点。

本发明提供的便携式修复污染土壤的等离子体装置，所述装置包括：气体吸入装置、地极、可收放式下铜板、可伸缩式金属粉碎器、可移动式催化部件、支撑脚架、出气口、可移动式电源、电机、电极连接上端口、电极连接下端口、上铜板；

所述电极连接上端口与上铜板相连；所述电极连接下端口与下铜板相连，下铜板与上铜板之间可形成放电区间；

所述地极与所述装置的所有负极相连，输出电流接地形成闭合电路；

所述下铜板为两个，两个下铜板可以实现取土，取土后下铜板会收合回到初始位置，所述初始位置被设置为下铜板与上铜板之间具有预设间距且下铜板与上铜板平行的位置，所述可移动式催化部件设置在上下铜板之间，用于负载催化剂；在利用等离子体进行降解土壤中的污染物过程中，催化部件上的催化剂可起到辅助催化作用，电离产生的高能活性基团与催化剂复合形成能量更高、活性更强的基团提高降解效率。

所述电机用于为可伸缩式金属粉碎器提供动力，所述可伸缩式金属粉碎器上端与上铜板连接；在两个下铜板下端部相接后且下铜板与上铜板夹角大于30度时所述可伸缩式金属粉碎器运转对采集的土壤进行粉碎预处理，当下铜板收缩至与上铜板夹角为30度后可伸缩式金属粉碎器停止运转，自动收缩回到初始位置，所述可伸缩式金属粉碎器的初始位置被设置为当下铜板回到初始位置后可伸缩式金属粉碎器下端与下铜板表面接触；由此所述可伸缩式金属粉碎器在下铜板回到初始位置后立于上下铜板间起到连通作用防止电流击穿；

所述气体吸入装置用于将空气通入上下铜板形成的空间内，在处理污染土壤的过程中产生的气体通过出气口排出；

所述可移动式电源用于给所述便携式修复污染土壤的等离子体装置提供电源；所述支撑脚架用于支撑所述土壤修复装置。

作为本发明的一个优选实施方式，所述气体流通装置包括鼓风机、连通管、流量计、进气口、出气口；所述鼓风机用于将空气集中鼓入连通管中，所述连通管依次连接鼓风机、流量计与进气口，所述流量计用于调整进气流量，鼓风机吸入的气体依次通过连接管和进气口进入上下铜板形成的空间中。

作为本发明的一个优选实施方式，所述可移动式催化部件为可移动式催化层，可在上下铜板之间移动。层状结构可使得催化剂分散地更均匀。

作为本发明的一个优选实施方式，所述上铜板为正极，所述下铜板为负极，所述可伸缩式金属粉碎器为可伸缩式不锈钢粉碎器。不锈钢材料硬度和刚性满足使用要求、成本低且不易生锈，基本不需要维护。

作为本发明的一个优选实施方式，所述支撑脚架为相互独立的可伸缩式支撑脚架。当在野外移动采集土壤时在路基不平的情况下，依靠相互独立的课伸缩式支撑脚架的可伸缩性，依然可以保证系统的稳定性。所述支撑脚架上还可以设置有轮子便于移动，所述轮子优选为万向轮。

作为本发明的一个优选实施方式，所示土壤修复装置还包括两个绝缘把手，所述绝缘把手设置在所述土壤修复装置的左右侧面。绝缘把手用于移动装置且安全。

本发明还提供了一种土壤修复方法，其使用上述的便携式修复污染土壤的等离子体装置，所述方法包括以下步骤：

通过气体吸入装置向系统内输入气体再打开可收放式下铜板；下铜板向地面伸长，下铜板下端插入土壤预设距离后向中间转动合并，当两块下铜板下端接触相接时下铜板向上移动并转动合并，直到回到预设高度且与上铜板平行；

当两块下铜板下端接触相接时，打开电机，可伸缩式金属棒粉碎器开始伸长并进行土壤破碎预处理，当下铜板收合与平面形成角度为30度时，关闭电机，可伸缩式不锈钢棒粉碎器收缩回到初始位置；所述可伸缩式金属粉碎器的初始位置被设置为为当下铜板回到初始位置后可伸缩式金属粉碎器下端与下铜板表面接触；

当下铜板完全收合回到初始位置与上铜板平行时，打开上铜板所连接的电源开关，上下铜板通过金属粉碎器的连接，所述可移动式催化部件上设置有催化剂，进行电离降解，电离降解过程中产生的气体通过出气口排出。

作为本发明的一个优选实施方式，在电离降解的过程中，所述可移动式催化剂部件在上铜板和土壤组成的空间内上下移动。上下移动以达到最佳电离效果。

本发明所公开的便携式修复污染土壤的等离子体装置和方法具有便于携带、成本低的优点，可有针对性地对小型局部受污染土壤进行治理。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一具体实施例的整体结构示意图。

其中：

1.鼓风机；2.连通管；3.流量计；4.地极；5.进气口；6.可收缩式下铜板；7.可伸缩式金属粉碎器；8.可移动式催化部件；9.支撑脚架；10.出气口；11.绝缘把手；12.可移动式电源；13.电机模块；14.电极连接上端口；15.上铜板。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，为本发明的便携式修复污染土壤的等离子体装置的结构示意图，图中可移动式催化层8上的椭圆形表示催化剂。

如图1所示，所述便携式修复污染土壤的等离子体装置包括：鼓风机1、连通管2、流量计3、地极4、可收放式下铜板6、可伸缩式金属粉碎器7、可移动式催化部件8、支撑脚架9、出气口10、绝缘把手11、可移动式电源12、电机13、电极连接上端口14、电极连接下端口、上铜板15；

所述鼓风机1用于将空气集中鼓入系统中，所述连通管2用于连接鼓风机1、流量计3与进气口4；所述流量计3用于调整系统进气流量，所述地极4与装置所有负极相连，输出电流接地形成闭合电路；鼓风机产生气体通过进气口进入系统；在处理污染土壤时产生的CO2、水蒸气等通过出气口5排出。

所述电极连接上端口14与上铜板15相连；所述电极连接下端口与下铜板6相连，下铜板6与上铜板15之间可形成放电区间；

所述地极4与所述装置的所有负极相连，输出电流接地形成闭合电路；

所述下铜板6为两个，两个下铜板6可以实现取土，取土后下铜板6会收合回到初始位置，所述初始位置被设置为下铜板6与上铜板15之间具有预设间距且下铜板6与上铜板15平行的位置，所述可移动式催化部件8设置在上下铜板之间，用于负载催化剂；在利用等离子体进行降解土壤中的污染物过程中，催化部件上的催化剂可起到辅助催化作用，电离产生的高能活性基团与催化剂复合形成能量更高、活性更强的基团提高降解效率。

所述电机13用于为可伸缩式金属粉碎器7提供动力，所述可伸缩式金属粉碎器7上端与上铜板15连接；在两个下铜板6下端部相接后且下铜板6与上铜板15夹角大于30度时所述可伸缩式金属粉碎器7运转对采集的土壤进行粉碎预处理，当下铜板6收缩至与上铜板15夹角为30度后可伸缩式金属粉碎器7停止运转，自动收缩回到初始位置，所述可伸缩式金属粉碎器7的初始位置被设置为当下铜板6回到初始位置后可伸缩式金属粉碎器7下端与下铜板6表面接触；由此所述可伸缩式金属粉碎器7在下铜板6回到初始位置后立于上下铜板间起到连通作用防止电流击穿；

所述可移动式电源12用于给所述便携式修复污染土壤的等离子体装置提供电源；所述支撑脚架9用于支撑所述土壤修复装置。

所述可移动式催化部件8为可移动式催化层，可在上下铜板之间移动。层状结构可使得催化剂分散地更均匀。

可选的，所述上铜板为正极，所述下铜板为负极，所述可伸缩式金属粉碎器为可伸缩式不锈钢粉碎器。不锈钢材料硬度和刚性满足使用要求、成本低且不易生锈，基本不需要维护。

可选的，所述支撑脚架9为相互独立的可伸缩式支撑脚架。当在野外移动采集土壤时在路基不平的情况下，依靠相互独立的课伸缩式支撑脚架的可伸缩性，依然可以保证系统的稳定性

本发明还提供了一种修复污染土壤的方法，其使用上述的便携式修复污染土壤的等离子体装置，所述方法包括以下步骤：

通过气体吸入装置向系统内输入气体再打开可收放式下铜板；下铜板向地面伸长，下铜板下端插入土壤预设距离后向中间转动合并，当两块下铜板下端接触相接时下铜板向上移动并转动合并，直到回到预设高度且与上铜板平行；

当两块下铜板下端接触相接时，打开电机，可伸缩式金属棒粉碎器开始伸长并进行土壤破碎预处理，当下铜板收合与平面形成角度为30度时，关闭电机，可伸缩式不锈钢棒粉碎器收缩回到初始位置；所述可伸缩式金属粉碎器的初始位置被设置为为当下铜板回到初始位置后可伸缩式金属粉碎器下端与下铜板表面接触；

当下铜板完全收合回到初始位置与上铜板平行时，打开上铜板所连接的电源开关，上下铜板通过金属粉碎器的连接，所述可移动式催化部件(8)上设置有催化剂，进行电离降解，电离降解过程中产生的气体通过出气口排出。

作为本发明的一个优选实施方式，在电离降解的过程中，所述可移动式催化剂部件在上铜板和土壤组成的空间内上下移动。上下移动以达到最佳电离效果。

以下列举本发明便携土壤修复装置的部分具体实验数据：

此装置的电源在电压为7KV时，功率可达到48W，催化剂选择MOF负载二氧化钛，该催化剂是由TBT(钛酸丁酯)、H2BDC-NH2(二氨基对苯二甲酸)、DMF、MeOH(甲醇)、TiO2组成，其中TiO2均为0.2g,按照DMF与MeOH的比例将负载型催化剂分为1:1型、5:1型、9:1型，在进气流量均为4L/min、电压为7KV电解5分钟的前提下其中1:1型负载型催化剂降解土壤中污染物(包括挥发性有机污染物、农药等)的效率为78.3％、5:1型负载型催化剂降解土壤中污染物的效率为79.5％、9:1型负载型催化剂降解土壤中污染物的效率达到最高86.4％。

本发明所公开的便携式修复污染土壤的等离子体装置和方法具有便于携带、成本低的优点，可有针对性地对小型局部受污染土壤进行治理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种便携式修复污染土壤的等离子体装置，其特征在于：所述便携式修复污染土壤的等离子体装置包括：气体吸入装置、地极(4)、可收放式下铜板(6)、可伸缩式金属粉碎器(7)、可移动式催化部件(8)、支撑脚架(9)、出气口(10)、可移动式电源(12)、电机(13)、电极连接上端口(14)、电极连接下端口、上铜板(15)；

所述电极连接上端口(14)与上铜板(15)相连；所述电极连接下端口与下铜板(6)相连，下铜板(6)与上铜板(15)之间可形成放电区间；

所述地极(4)与所述装置的所有负极相连，输出电流接地形成闭合电路；

所述下铜板(6)为两个，两个下铜板(6)可以实现取土，取土后下铜板(6)会收合回到初始位置，所述初始位置被设置为下铜板(6)与上铜板(15)之间具有预设间距且下铜板(6)与上铜板(15)平行的位置，所述可移动式催化部件(8)设置在上下铜板之间，用于负载催化剂；

所述电机(13)用于为可伸缩式金属粉碎器(7)提供动力，所述可伸缩式金属粉碎器(7)上端与上铜板(15)连接；在两个下铜板(6)下端部相接后且下铜板(6)与上铜板(15)夹角大于30度时所述可伸缩式金属粉碎器(7)运转对采集的土壤进行粉碎预处理，当下铜板(6)收缩至与上铜板(15)夹角为30度后可伸缩式金属粉碎器(7)停止运转，自动收缩回到初始位置，所述可伸缩式金属粉碎器(7)的初始位置被设置为当下铜板(6)回到初始位置后可伸缩式金属粉碎器(7)下端与下铜板(6)表面接触；

所述气体吸入装置用于将空气通入上下铜板形成的空间内，在处理污染土壤的过程中产生的气体通过出气口(10)排出；

所述可移动式电源(12)用于给所述便携式修复污染土壤的等离子体装置提供电源；所述支撑脚架(9)用于支撑所述土壤修复装置。

2.根据权利要求1所述的一种便携式修复污染土壤的等离子体装置：其特征在于：所述气体流通装置包括鼓风机(1)、连通管(2)、流量计(3)、进气口(5)、出气口(10)；所述鼓风机用于将空气集中鼓入连通管中，所述连通管(2)依次连接鼓风机(1)、流量计(3)与进气口(5)，所述流量计(3)用于调整进气流量，鼓风机吸入的气体依次通过连接管和进气口进入上下铜板形成的空间中。

3.根据权利要求1所述的一种便携式修复污染土壤的等离子体装置，其特征在于：所述可移动式催化部件(8)为可移动式催化层，可在上下铜板之间移动。

4.根据权利要求1所述的一种便携式修复污染土壤的等离子体装置，其特征在于：所述上铜板为正极，所述下铜板为负极，所述可伸缩式金属粉碎器为可伸缩式不锈钢粉碎器。

5.根据权利要求1所述的一种便携式修复污染土壤的等离子体装置，其特征在于：所述支撑脚架(9)为相互独立的可伸缩式支撑脚架。

6.根据权利要求1所述的一种便携式修复污染土壤的等离子体装置，其特征在于：所示土壤修复装置还包括两个绝缘把手(11)，所述绝缘把手(11)设置在所述土壤修复装置的左右侧面。

7.一种修复污染土壤的方法，其特征在于：使用权利要求1-6中任一项所述的便携式修复污染土壤的等离子体装置，所述方法包括以下步骤：将便携式修复污染土壤的等离子体装置放置在受污染的土壤上，开启总电源后，通过气体吸入装置向系统内输入气体再打开可收放式下铜板(6)；下铜板向地面伸长，下铜板下端插入土壤预设距离后向中间转动合并，当两块下铜板下端接触相接时下铜板向上移动并转动合并，直到回到预设高度且与上铜板平行；

当两块下铜板下端接触相接时，打开电机，可伸缩式金属棒粉碎器开始伸长并进行土壤破碎预处理，当下铜板收合与平面形成角度为30度时，关闭电机，可伸缩式不锈钢棒粉碎器收缩回到初始位置；所述可伸缩式金属粉碎器(7)的初始位置被设置为为当下铜板(6)回到初始位置后可伸缩式金属粉碎器(7)下端与下铜板(6)表面接触；

当下铜板完全收合回到初始位置与上铜板平行时，打开上铜板所连接的电源开关，上下铜板通过金属粉碎器的连接，所述可移动式催化部件(8)上设置有催化剂，进行电离降解，电离降解过程中产生的气体通过出气口排出。

8.根据权利要求7所述的一种修复污染土壤的方法，其特征在于：在电离降解的过程中，所述可移动式催化剂部件在上铜板和土壤组成的空间内上下移动。

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