CN115980308A - 一种污染土壤热修复测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污染土壤热修复测试装置，包括底座和固定安装在底座上的安装架，所述安装架顶端设有热修复组件，所述热修复组件靠近底座的一端设有散热组件，所述热修复组件上设有检测组件，所述热修复组件包括焊接在安装架顶部的外炉体，所述外炉体底壁焊接有竖直贯穿外炉体底壁的支撑管柱，所述支撑管柱顶端固定安装有内炉体，所述支撑管柱靠近内炉体一端设有耐高温阀门，所述内炉体的顶端设有延伸至外炉体顶部的进料管。该污染土壤热修复测试装置及方法，一次至少可实验10KG以上的土壤，大幅图提升了污染土的代表性，提升了实验的精准度，另外，设备一体化，大幅度简化了操作步骤，使得实验更加方便、快捷。

Description

一种污染土壤热修复测试装置及方法

技术领域

本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体为一种污染土壤热修复测试装置及方法。

背景技术

热修复技术是通过加热，使土壤中的污染物受热挥发与土壤分离，针对受有机物和重金属汞污染的土壤修复效果好，较其他修复技术，更易满足修复工期短、重污染源消除快等要求，是焦化、农药及化工等重污染场地土壤修复的必选技术。

各种热修复技术的修复效果基本只取决于热处理温度及处理时间，不同的热修复技术在处置不同的污染土壤时，需要开展实验室测试精确确定该两项核心参数，科学指导热修复技术工程实施，否则可能会出现过度修复成本高或修复不达标的现象。

专利号为201210340236.0的发明专利公布了一种土壤热脱附回转炉测试系统及其测试方法，所述测试系统包括载气装置、回转热脱附测试装置和尾气处理装置，所述载气装置包括氮气瓶……洗气瓶和活性炭吸附器。可获取热修复技术的气压力、加热速度、炉管转速、加热温度、停留时间等设计参数，为实际应用提供科学指导和技术支持。

但存在以下问题：(1)一次试验用土量50g，污染土的代表性有限；(2)设备冗长，操作麻烦。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种污染土壤热修复测试装置及方法，具备实验量大、操作简单等优点。

为实现上述实验量大、操作简单的目的，本发明提供如下技术方案：一种污染土壤热修复测试装置，包括底座和固定安装在底座上的安装架，所述安装架顶端设有热修复组件，所述热修复组件靠近底座的一端设有散热组件，所述热修复组件上设有检测组件，所述热修复组件包括焊接在安装架顶部的外炉体，所述外炉体底壁焊接有竖直贯穿外炉体底壁的支撑管柱，所述支撑管柱顶端固定安装有内炉体，所述支撑管柱靠近内炉体一端设有耐高温阀门，所述内炉体的顶端设有延伸至外炉体顶部的进料管，所述外炉体的两侧均固定安装有延伸至外炉体内部的分气管，两个所述分气管相对的一侧均固定安装有喷火架，所述喷火架两侧均固定安装有副架，所述喷火架和副架靠近内炉体的一侧均匀安装有若干个喷火嘴，所述散热组件包括焊接在支撑管柱底端的降温箱，所述降温箱一侧设有滤网，所述降温箱另一侧设有分气盘，所述分气盘的一侧固定安装有延伸至降温箱内部的喷气管，所述分气盘另一侧固定安装有输气管，所述底座上设有与输气管连接的冷风机，所述降温箱底端固定安装有出料管。

进一步，所述外炉体为正八面体，外炉体内壁设有隔温层和耐高温层，内炉体为铜制球体，内炉体顶壁和底壁均开设有管口。

进一步，所述喷火架和副架为弧形架，喷火架圆心角为160°，副架圆心角为80°，副架与喷火架的焊接点在喷火架的中部位置，喷火架和副架相互垂直，喷火架另一侧焊接有与外炉体内壁固定连接的稳固架。

进一步，所述进料管顶端固定安装有进料斗，进料管表面且位于外炉体顶部设有初始闸门，进料管的一侧且位于初始闸门下方固定安装有排气管，排气管另一端连接着冷凝净化装置。

进一步，所述降温箱底部为锥形，分气盘为矩形板箱，喷气管设置有若干个，若干个所述喷气管以矩阵形式分布在分气盘的一侧，降温箱的内部设有缓阻架。

进一步，所述缓阻架包括主轴，主轴位于降温箱中心位置，主轴的边侧焊接有若干个缓阻杆，缓阻杆由中心向外向下方倾斜，缓阻杆另一端焊接有与降温箱内顶壁固定连接的吊杆。

进一步，所述检测组件包括固定安装在外炉体外侧的有机物检测器，有机物检测器的一侧固定安装有延伸至进料斗内部的第一检测探头，有机物检测器的另一侧固定安装有延伸至出料管内部的第二检测探头，出料管的表面且位于第二检测探头的下方设有拦截阀。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种污染土壤热修复测试方法，包括以下步骤：

1)明确污染土壤的目标污染物及含量、修复目标值、污染物熔沸点及土壤含水率等参数，判断是否适合热处理技术修复；

2)将适合热处理技术修复的土壤放入进料斗，由第一检测探头检测未修复前土壤的有机物废物，随后打开初始闸门，让土壤通过进料管进入到内炉体内部，随后关闭初始闸门；

3)让喷火嘴点火，给内炉体升温，进而让土壤逐渐被加热，使土壤中的有机废物逐渐挥发成为气态并与土壤相分离，气态物从进料管逐渐升腾直至进入排气管；

4)当土壤完全干枯后，关闭火源，随后打开耐高温阀门，土壤继续往下落入降温箱，由缓阻架作为缓冲，减缓土壤的下落速度；

5)打开耐高温阀门前，启动冷风机，再由分气盘和喷气管将一股冷风分成若干股细风，使其横向吹过降温箱，当土壤经过降温箱时，即可对土壤进行快速散热、降温；

6)然后由第二检测探头对冷却后的土壤进行有机物检测，随后打开拦截阀，将土壤放走；

7)排气管排出的废气进入到冷凝设备中，然后进行焚烧等一系列处理，最终在达标后完成排放；

8)样品检测及数据分析：对不同测试组的土壤样品热处理前后的污染物进行检测，计算污染物去除率，对比修复目标值，判断基于修复产量，测试的热处理温度、停留时间是否能修复污染土壤至小于修复目标值，如涉及尾气检测的，判断其尾气成分及含量。

与现有技术相比，本发明提供了一种污染土壤热修复测试装置及方法，具备以下有益效果：

该污染土壤热修复测试装置及方法，一次至少可实验10KG以上的土壤，大幅图提升了污染土的代表性，提升了实验的精准度，另外，设备一体化，大幅度简化了操作步骤，使得实验更加方便、快捷，其次，当土壤被加热后，可通过冷风机、分气盘和喷气管快速的对土壤进行散热、降温，进而加快土壤修复后的检测速度，同时也避免了土壤烫伤工作人员，提升了操作的安全性。

附图说明

图1为本发明剖视示意图；

图2为本发明喷火架示意图；

图3为本发明缓阻架俯视示意图。

图中：1底座、2安装架、3外炉体、4支撑管柱、5内炉体、6耐高温阀门、7进料管、8进料斗、9初始闸门、10排气管、11分气管、12喷火架、121稳固架、13副架、14喷火嘴、15降温箱、16滤网、17分气盘、18喷气管、19输气管、20冷风机、21缓阻架、211主轴、212缓阻杆、213吊杆、22出料管、23拦截阀、24有机物检测器、25第一检测探头、26第二检测探头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种污染土壤热修复测试装置，包括底座1和固定安装在底座1上的安装架2，安装架2顶端设有热修复组件，热修复组件靠近底座1的一端设有散热组件，热修复组件上设有检测组件。

热修复组件包括焊接在安装架2顶部的外炉体3，外炉体3底壁焊接有竖直贯穿外炉体3底壁的支撑管柱4，支撑管柱4顶端固定安装有内炉体5，支撑管柱4靠近内炉体5一端设有耐高温阀门6，内炉体5的顶端设有延伸至外炉体3顶部的进料管7，外炉体3的两侧均固定安装有延伸至外炉体3内部的分气管11，两个分气管11相对的一侧均固定安装有喷火架12，喷火架12两侧均固定安装有副架13，喷火架12和副架13靠近内炉体5的一侧均匀安装有若干个喷火嘴14。

其中，外炉体3为正八面体，同时，在外炉体3内壁设有隔温层和耐高温层，以此尽可能的降低外部环境的温度，避免烫伤。而内炉体5为铜制球体，铜制炉导热快，能够加速对内炉体5内部土壤的加热。

其次，内炉体5顶壁和底壁均开设有管口，用以对接进料管7和支撑管柱4。

请参阅图2，需要注意的是，喷火架12和副架13为弧形架，具体的：喷火架12圆心角为160°，副架13圆心角为80°，并且副架13与喷火架12的焊接点在喷火架12的中部位置，喷火架12和副架13相互垂直，喷火架12另一侧焊接有与外炉体3内壁固定连接的稳固架121。

借此让喷火架12和副架13与内炉体5的距离保持一致，使得喷火嘴14能够均匀的给内炉体5加热。

请参阅图1，在进料管7顶端固定安装有进料斗8，而在进料管7表面且位于外炉体3顶部设有初始闸门9，用以对土壤进行拦截，而在进料管7的一侧且位于初始闸门9下方固定安装有排气管10，并且排气管10另一端连接着冷凝净化装置，用以收集废气，并净化废气。

值得一提的是，为了提升废气收集的效率，可在排气管10与冷凝净化装置之间增设抽气泵。

请参阅图1或图3，散热组件包括焊接在支撑管柱4底端的降温箱15，降温箱15一侧设有滤网16，用以散热、滤尘。在降温箱15另一侧设有分气盘17，分气盘17的一侧固定安装有延伸至降温箱15内部的喷气管18，分气盘17另一侧固定安装有输气管19，底座1上设有与输气管19连接的冷风机19，降温箱15底端固定安装有出料管22。

其中，分气盘17为矩形板箱，而喷气管18设置有若干个，并且若干个喷气管18以矩阵形式分布在分气盘17的一侧，借此可快速的对土壤进行散热和降温。

其次，降温箱15底部为锥形，降温箱15的内部设有缓阻架21，用以减缓土壤下落的速度，并对土壤进行分散，让土壤的热量更加快速的散发。

请参阅图3，缓阻架21包括主轴211，主轴211位于降温箱15中心位置，主轴211的边侧焊接有若干个缓阻杆212，缓阻杆212由中心向外向下方倾斜，缓阻杆212另一端焊接有与降温箱15内顶壁固定连接的吊杆213。缓阻杆212交错的分布，以此尽可能的将土壤分散。

请参阅图1，检测组件包括固定安装在外炉体2外侧的有机物检测器24。用以分析有机物，有机物检测器24的一侧固定安装有延伸至进料斗8内部的第一检测探头25，有机物检测器24的另一侧固定安装有延伸至出料管22内部的第二检测探头26，出料管22的表面且位于第二检测探头26的下方设有拦截阀23。第一检测探头25和第二检测探头26分别用以检测土壤修复前和修复后的状态。

一种污染土壤热修复测试方法，包括以下步骤：

1、明确污染土壤的目标污染物及含量、修复目标值、污染物熔沸点及土壤含水率等参数，判断是否适合热处理技术修复；

2、将适合热处理技术修复的土壤放入进料斗8，由第一检测探头25检测未修复前土壤的有机物废物，随后打开初始闸门9，让土壤通过进料管7进入到内炉体5内部，随后关闭初始闸门9；

3、让喷火嘴14点火，给内炉体5升温，进而让土壤逐渐被加热，使土壤中的有机废物逐渐挥发成为气态并与土壤相分离，气态物从进料管7逐渐升腾直至进入排气管10；

4、当土壤完全干枯后，关闭火源，随后打开耐高温阀门6，土壤继续往下落入降温箱15，由缓阻架21作为缓冲，减缓土壤的下落速度；

5、打开耐高温阀门6前，启动冷风机20，再由分气盘17和喷气管18将一股冷风分成若干股细风，使其横向吹过降温箱15，当土壤经过降温箱15时，即可对土壤进行快速散热、降温；

6、然后由第二检测探头26对冷却后的土壤进行有机物检测，随后打开拦截阀23，将土壤放走；

7、排气管10排出的废气进入到冷凝设备中，然后进行焚烧等一系列处理，最终在达标后完成排放；

8、样品检测及数据分析：对不同测试组的土壤样品热处理前后的污染物进行检测，计算污染物去除率，对比修复目标值，判断基于修复产量，测试的热处理温度、停留时间是否能修复污染土壤至小于修复目标值，如涉及尾气检测的，判断其尾气成分及含量。

本实施例在使用时，一次至少可实验10KG以上的土壤，大幅图提升了污染土的代表性，提升了实验的精准度，另外，设备一体化，大幅度简化了操作步骤，使得实验更加方便、快捷，其次，当土壤被加热后，可通过冷风机、分气盘和喷气管快速的对土壤进行散热、降温，进而加快土壤修复后的检测速度，同时也避免了土壤烫伤工作人员，提升了操作的安全性。

文中出现的电器元件均与主控器及电源电连接，主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备，且现有公开的电力连接技术，不在文中赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种污染土壤热修复测试装置，包括底座(1)和固定安装在底座(1)上的安装架(2)，其特征在于：所述安装架(2)顶端设有热修复组件，所述热修复组件靠近底座(1)的一端设有散热组件，所述热修复组件上设有检测组件；

所述热修复组件包括焊接在安装架(2)顶部的外炉体(3)，所述外炉体(3)底壁焊接有竖直贯穿外炉体(3)底壁的支撑管柱(4)，所述支撑管柱(4)顶端固定安装有内炉体(5)，所述支撑管柱(4)靠近内炉体(5)一端设有耐高温阀门(6)，所述内炉体(5)的顶端设有延伸至外炉体(3)顶部的进料管(7)，所述外炉体(3)的两侧均固定安装有延伸至外炉体(3)内部的分气管(11)，两个所述分气管(11)相对的一侧均固定安装有喷火架(12)，所述喷火架(12)两侧均固定安装有副架(13)，所述喷火架(12)和副架(13)靠近内炉体(5)的一侧均匀安装有若干个喷火嘴(14)；

所述散热组件包括焊接在支撑管柱(4)底端的降温箱(15)，所述降温箱(15)一侧设有滤网(16)，所述降温箱(15)另一侧设有分气盘(17)，所述分气盘(17)的一侧固定安装有延伸至降温箱(15)内部的喷气管(18)，所述分气盘(17)另一侧固定安装有输气管(19)，所述底座(1)上设有与输气管(19)连接的冷风机(19)，所述降温箱(15)底端固定安装有出料管(22)。

2.根据权利要求1所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述外炉体(3)为正八面体，外炉体(3)内壁设有隔温层和耐高温层，内炉体(5)为铜制球体，内炉体(5)顶壁和底壁均开设有管口。

3.根据权利要求1所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述喷火架(12)和副架(13)为弧形架，喷火架(12)圆心角为160°，副架(13)圆心角为80°，副架(13)与喷火架(12)的焊接点在喷火架(12)的中部位置，喷火架(12)和副架(13)相互垂直，喷火架(12)另一侧焊接有与外炉体(3)内壁固定连接的稳固架(121)。

4.根据权利要求1所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述进料管(7)顶端固定安装有进料斗(8)，进料管(7)表面且位于外炉体(3)顶部设有初始闸门(9)，进料管(7)的一侧且位于初始闸门(9)下方固定安装有排气管(10)，排气管(10)另一端连接着冷凝净化装置。

5.根据权利要求1所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述降温箱(15)底部为锥形，分气盘(17)为矩形板箱，喷气管(18)设置有若干个，若干个所述喷气管(18)以矩阵形式分布在分气盘(17)的一侧，降温箱(15)的内部设有缓阻架(21)。

6.根据权利要求5所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述缓阻架(21)包括主轴(211)，主轴(211)位于降温箱(15)中心位置，主轴(211)的边侧焊接有若干个缓阻杆(212)，缓阻杆(212)由中心向外向下方倾斜，缓阻杆(212)另一端焊接有与降温箱(15)内顶壁固定连接的吊杆(213)。

7.根据权利要求4所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述检测组件包括固定安装在外炉体(2)外侧的有机物检测器(24)，有机物检测器(24)的一侧固定安装有延伸至进料斗(8)内部的第一检测探头(25)，有机物检测器(24)的另一侧固定安装有延伸至出料管(22)内部的第二检测探头(26)，出料管(22)的表面且位于第二检测探头(26)的下方设有拦截阀(23)。

8.一种污染土壤热修复测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)明确污染土壤的目标污染物及含量、修复目标值、污染物熔沸点及土壤含水率等参数，判断是否适合热处理技术修复；

2)将适合热处理技术修复的土壤放入进料斗(8)，由第一检测探头(25)检测未修复前土壤的有机物废物，随后打开初始闸门(9)，让土壤通过进料管(7)进入到内炉体(5)内部，随后关闭初始闸门(9)；

3)让喷火嘴(14)点火，给内炉体(5)升温，进而让土壤逐渐被加热，使土壤中的有机废物逐渐挥发成为气态并与土壤相分离，气态物从进料管(7)逐渐升腾直至进入排气管(10)；

4)当土壤完全干枯后，关闭火源，随后打开耐高温阀门(6)，土壤继续往下落入降温箱(15)，由缓阻架(21)作为缓冲，减缓土壤的下落速度；

5)打开耐高温阀门(6)前，启动冷风机(20)，再由分气盘(17)和喷气管(18)将一股冷风分成若干股细风，使其横向吹过降温箱(15)，当土壤经过降温箱(15)时，即可对土壤进行快速散热、降温；

6)然后由第二检测探头(26)对冷却后的土壤进行有机物检测，随后打开拦截阀(23)，将土壤放走；

7)排气管(10)排出的废气进入到冷凝设备中，然后进行焚烧等一系列处理，最终在达标后完成排放；

8)样品检测及数据分析：对不同测试组的土壤样品热处理前后的污染物进行检测，计算污染物去除率，对比修复目标值，判断基于修复产量，测试的热处理温度、停留时间是否能修复污染土壤至小于修复目标值，如涉及尾气检测的，判断其尾气成分及含量。

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