CN116020861A - 绞龙式有机污染土壤连续修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绞龙式有机污染土壤连续修复装置包括圆柱状壳体及由动力部件驱动的绞龙，壳体两端分别设进料口及出料口，沿土壤输送方向在壳体侧壁外依次设臭氧水汽回流区和微波热脱附区、内设UV消解区，臭氧水汽回流区能够将UV消解区产生的臭氧回流至土壤进料端。通过绞龙输送土壤依次经过臭氧氧化、微波热脱附出土壤内的有机物以及利用UV消解区的UV波消解热脱附出的有机废气；圆柱状壳体能够减少微波在传播过程因反射产生的微波能量浪费；绞龙能够对粘黏性土壤颗粒起到搅拌与推动作用，实现连续修复土壤的目的，同时绞龙的叶片能有效阻挡微波在进料口和出料口的泄漏，可将壳体内划分为多个小型的微波谐振腔，更大程度上提高了微波的利用率。

Description

绞龙式有机污染土壤连续修复装置

技术领域

本发明属于有机污染物修复技术领域，尤其涉及一种绞龙式有机污染土壤连续修复装置。

背景技术

随着土壤可利用量的急剧减少以及有机污染的环境问题与日俱增，针对有机污染土壤的修复成为土壤修复的重要一环。

微波热脱附作为一种新型的利用清洁能量源的热脱附方式，具有高效迅速升温、热脱附效果强等优点逐渐受到更多研究人员的瞩目，微波热脱附继承自传统土壤热脱附，将土壤层温度升高，使附着于土壤层内的有机污染物温度上升，达到自身沸点而汽化挥发，致使有机污染物从土壤层中热脱附的方式，达到对土壤的修复效果。但是单纯的微波热脱附并不能对尾气彻底的去除，这是由于微波的自身能量不足以将复杂的有机污染物分子之间的共价键打断，因此不能将大部分复杂的有机污染物消解转化为无污染的小分子，往往需要配备针对尾气处理的联用装置，这又大大的提升了整个土壤修复装置的制造成本。

同时传统微波谐振腔为驻波型箱式谐振腔，类似于家用微波炉的取放物料式加热，这再针对修复量巨大的土壤修复有着很高的操作成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绞龙式有机污染土壤连续修复装置，以解决现有技术中微波热脱附仅能使有机污染物热脱附出土壤而并不能彻底消解尾气、传统微波谐振腔不适合大量土壤修复的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种绞龙式有机污染土壤连续修复装置，包括圆柱状壳体及其内部的绞龙，所述绞龙由动力部件驱动；所述壳体的顶部一端设有进料口、另一端设有出料口，所述壳体侧壁外部设有臭氧水汽回流区和微波热脱附区、内部设有UV消解区，所述臭氧水汽回流区的出气口及微波热脱附区沿土壤输送方向设置，所述微波热脱附区利用发出的微波辐射土壤热脱附出有机废气，所述UV消解区设置于壳体的出料口一侧，用于消解微波热脱附出的有机废气并产生臭氧；所述臭氧水汽回流区能够将UV消解区产生的臭氧回流至土壤进料端。

在一个实施例中，所述绞龙的螺旋叶片边缘与壳体内壁小间隙配合，所述螺旋叶片上设有若干个透气孔。

在一个实施例中，所述螺旋叶片为由低介电特性金属材料制成。

在一个实施例中，所述微波热脱附区包括若干个微波发生单元，所述微波发生单元包括磁控管和入射波导，若干个入射波导沿壳体长度方向间隔及周向环绕设置于壳体的外壁上，用于向壳体内辐射微波。

在一个实施例中，所述UV消解区包括负载催化网和多根无极紫外灯管，多根无极紫外灯管沿壳体的长度方向设置、且环绕壳体内壁一圈，所述负载催化网设置于无极紫外灯管的中部、且垂直于壳体的中心轴线；所述负载催化网上涂有光催化剂。

在一个实施例中，所述光催化剂为以碳化硅为载体的二氧化钛，所述无极紫外灯管发出的UV波波长为185nm。

在一个实施例中，所述臭氧水汽回流区包括回流循环管和回流抽风机，所述回流抽风机设置于回流抽循环管的中部，所述回流循环管的进气口设置于UV消解区的前侧，所述回流循环管的出气口设置于壳体的进料口后侧；所述出料口设置于绞龙末端与UV消解区之间的壳体下部侧壁上。

在一个实施例中，所述壳体的进料口设有进料仓，所述进料仓的进口朝向一侧倾斜，所述出料口朝向斜下方倾斜。

在一个实施例中，所述动力部件为步进电机，所述步进电机的输出轴与绞龙的转轴同轴固定，所述步进电机设置于壳体的前端。

在一个实施例中，所述壳体朝向出料口一端倾斜20°±5°设。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过壳体内的绞龙输送待修复的土壤，土壤在绞龙翻转搅动作用下，依次经过臭氧水汽回流区的臭氧氧化、微波热脱附区热脱附出土壤内的有机物以及利用UV消解区的UV波对热脱附产生的气态有机物进行迅速消解；圆柱状壳体能够减少了微波的反射角，能有效的减少微波在传播过程因反射产生的微波能量浪费；绞龙能够对粘黏性土壤颗粒起到搅拌与推动作用，实现连续修复土壤的目的，同时绞龙的叶片能有效阻挡微波在进料口和出料口的泄漏，可将壳体内划分为多个小型的微波谐振腔，更大程度上提高了对微波的利用率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的绞龙式有机污染土壤连续修复装置的外形图；

图2为图1中绞龙式有机污染土壤连续修复装置的主视图；

图3为图1中绞龙式有机污染土壤连续修复装置的左视图；

图4为图1中绞龙式有机污染土壤连续修复装置的俯视图；

图5为图4中绞龙式有机污染土壤连续修复装置的内腔俯视图；

图6为本发明实施例提供的绞龙式有机污染土壤连续修复装置内部结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明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，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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装置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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图6，现对本发明提供的绞龙式有机污染土壤连续修复装置进行说明。所述绞龙式有机污染土壤连续修复装置，包括圆柱状壳体1及其内部的绞龙4，所述绞龙4由动力部件驱动；所述壳体1的顶部一端顶部设有进料口、另一端底部设有出料口5，所述壳体1侧壁外部设有臭氧水汽回流区和微波热脱附区、内部设有UV消解区，所述臭氧水汽回流区的出气口及微波热脱附区沿土壤输送方向设置，所述微波热脱附区利用发出的微波辐射土壤热脱附出有机废气，所述UV消解区设置于壳体1的出料口5一侧，用于消解微波热脱附出的有机废气并产生臭氧；所述臭氧水汽回流区能够将UV消解区产生的臭氧回流至土壤进料端。动力部件驱动绞龙旋转对进入壳体内的有机污染土壤进行搅拌、翻转以及向前推动作用，污染土壤从进料口进入，经由绞龙搅拌推动到出料口后排出；在此过程中污染土壤依次与臭氧混合、微波辐射及UV波消解实现修复的目的。

本发明提供的绞龙式有机污染土壤连续修复装置，与现有技术相比，通过壳体内的绞龙输送待修复的土壤，土壤在绞龙翻转搅动作用下，依次经臭氧水汽回流区的臭氧氧化、微波热脱附区的微波热脱附出土壤内的有机物形成有机废气排出以及利用UV消解区的UV波对热脱附产生的气态有机物进行迅速消解，臭氧水汽回流区再将UV消解区产生的臭氧回流至土壤进料端；圆柱状壳体能够减少了微波的反射角，有效减小微波在传播过程因反射产生的微波能量浪费；绞龙能够对粘黏性土壤颗粒起到搅拌与推动作用，在实现连续修复土壤的同时，绞龙的叶片还能够有效阻挡微波在进料口及出料口的泄漏，同时叶片可将壳体内划分为多个小型的微波谐振腔，极大提高了对微波利用率。

在一个实施例中，请一并参阅图5、6，作为本发明提供的绞龙式有机污染土壤连续修复装置的一种具体实施方式，所述绞龙4的螺旋叶片边缘与壳体1内壁小间隙配合，所述螺旋叶片上设有若干个透气孔（图中未画出）。具体制作时，所述螺旋叶片为由低介电特性金属材料制成。螺旋叶片边缘与壳体内壁几乎完全贴合，并在螺旋叶片上均分布多个透气孔，可使内部气体在密闭壳体内流动，同时螺旋叶片上的透气孔只能作为透气或者极小的土壤颗粒穿过。同时，螺旋叶片为具有低介电特性金属材料制成，其有着完全阻隔微波传播的效用，金属螺旋叶片使绝大部分微波在其表面反射，鉴于微波传播特性为易从缝隙泄漏、而不能从细孔泄漏，因此谐振腔内的微波并不能通过螺旋叶片上的小孔穿过，而叶片与壳体内壁接触缝隙由于土壤颗粒的挤压，将极细小的缝隙进行了填补，微波同样难以经由该缝隙泄漏，因此螺旋叶片同样起到了阻挡微波从谐振腔内泄漏，在进料仓无需外加防泄漏装置，可以实现进料口完全敞开，连续性进料，大大提高了对污染土壤的处理效率。

在一个实施例中，请参阅图2-4，作为本发明提供的绞龙式有机污染土壤连续修复装置的一种具体实施方式，所述微波热脱附区包括若干个微波发生单元，所述微波发生单元包括磁控管3和入射波导2，若干个入射波导2沿壳体1长度方向间隔及周向环绕设置于壳体1的外壁上，用于向壳体1内辐射微波。微波的迅速加热使得土壤温度迅速上升，土壤内的有机污染颗粒内部分子在微波的高频共振作用下由内到外的产热，同时在外界土壤层温度的迅速升温后产生的热传导共同作用下，有机污染颗粒迅速从汽化挥发，从吸附在土壤颗粒间隙间热解吸析出，即是微波热脱附过程。另外，通过螺旋叶片将壳体内的整个微波谐振腔分隔为大小空间相同的多个小型谐振腔，同时在每个小型谐振腔上恰好分布一到两组微波发生单元，这使得从一组微波发生单元产生的微波能绝大部分的驻足在多个小型谐振腔内，如此大大的提高了对微波的能量利用率，另外利用螺旋叶片对有机污染土壤的翻转搅拌效果，能充分有效的提升污染土壤、污染有机物以及水分等对微波的吸收效果，进而提升微波对有机污染物的热脱附效果。

在一个实施例中，请参阅图5、6，作为本发明提供的绞龙式有机污染土壤连续修复装置的一种具体实施方式，所述UV消解区包括负载催化网12和多根无极紫外灯管6，多根无极紫外灯管6沿壳体1的长度方向设置、且环绕壳体1内壁一圈，所述负载催化网12设置于无极紫外灯管6的中部、且垂直于壳体1的中心轴线；所述负载催化网12上涂有光催化剂。其中，光催化剂选用以碳化硅为载体的二氧化钛，所述无极紫外灯管发出的UV波波长为185nm。无极紫外灯管设置在壳体的出料口一侧的最右端，处于绞龙的末端对面位置，发出的紫外光在光催化剂的辅助作用下，有着更加强烈的催化作用。UV波的产生来自于无极紫外灯内部汞氩蒸汽由于受到微波的电磁振荡产生电离至高能跃迁态，而在高能跃迁态转变至常态时无极紫外灯辐射出大量UV波，整个过程即是微波诱导无极紫外灯管产生UV波。微波电磁振荡激发无极紫外灯管产生的UV波波长为185nm，具有更加强烈的对有机污染物的消解能力。鉴于二氧化钛受微波加热作用效果不强，碳化硅对微波具有很强的适应性，微波能在短时间能将碳化硅加热到较高温度，作为载体的碳化硅能将温度同时热传导给二氧化钛使其快速达到催化活性。UV波以及二氧化钛光催化剂对微波热热脱附产生的气态有机物进行迅速消解作用，生成水蒸气和二氧化碳，更重要的，UV随着微波产生电磁振荡产生，无需外接电极，随微波工作产生，启动关闭迅速。

同时，在185nm紫外光工作过程中，壳体内的氧气在185nmUV波的作用下，同时产生部分臭氧，而臭氧具有强烈的氧化性，若排放出去就会对环境具有较强的污染性；同时，在经由微波热脱附后挥发出的有机污染物在UV波以及二氧化钛光催化作用后，会产生大量的气态水，通过回流抽风机将内部气体抽出并回流至土壤进料端，避免壳体内的有机污染物气体以及臭氧等呈无序流动。由于臭氧有非常强的氧化性，而有机污染物为还原性物质，在逆流臭氧作用下，土壤颗粒内附着的有机污染物大部分与抽气回流臭氧充分进行氧化还原作用，同时，抽气回流的水汽在再次进入到土壤颗粒内，由于绞龙的翻转搅拌作用，更增强了回流水汽与土壤颗粒间的混合效果，水汽吸附到土壤颗粒内，增加了土壤颗粒的含水率。更重要的是，回流水汽使得土壤含水率增加，土壤颗粒的介电特性较差，对微波适应性较弱，而水具有很强的介电特性，对微波适应性非常强，能很强的吸收微波，因此土壤颗粒含水率增加后，微波对其作用能产生更强的热效应，微波对更多的水分子作用产生更多的热量，水分子产生的热量再热传导至土壤层中，使其迅速升温，产生更高的温度，最终在微波热脱附区可使土壤迅速提升至更高的温度，更多的有机污染物更迅速的从土壤内挥发出来，提高土壤修复效果。

在一个实施例中，请参阅图1、3、6，作为本发明提供的绞龙式有机污染土壤连续修复装置的一种具体实施方式，所述臭氧水汽回流区包括回流循环管11和回流抽风机10，所述回流抽风机10设置于回流抽循环管11的中部，所述回流循环管11的进气口设置于UV消解区的前侧，所述回流循环管11的出气口设置于壳体1的进料口后侧；所述出料口5设置于绞龙4末端与UV消解区之间的壳体1下部侧壁上。利用回流抽风机及回流循环管将臭氧和水汽回流经与污染土壤传动方向相反的方向返回进入壳体，再次与污染土壤充分接触充分发挥作用后，同时随着热脱附出的有机废气被回流抽风机从中上层抽出，整个壳体内呈负压，气体能得到良好的循环流动，回流的气体包括臭氧、水汽以及脱附的有机污染物在回流循环管作用下抽至uv消解段，不用在微波热脱附段大量聚集，或随着土壤流动方向流动。有机污染气体迅速被UV波消解又产生了水汽和臭氧，再次被回流抽风机从下往上，逆流而上抽出，与进料口污染土壤再次充分接触反应。借助循环回流管实现整个壳体内部的气体循环。

另外，为了提高设备的安全性能，在壳体1端部设置气动式减压阀门7，当壳体1内部气体压力过大时，减压阀门7会打开进行排气，防止内部气体压力过大。

进一步优化上述技术方案，请参阅图1、3、6，作为本发明提供的绞龙式有机污染土壤连续修复装置的一种具体实施方式，所述壳体1的进料口设有进料仓9，所述进料仓9的进口朝向一侧倾斜，方便上料；所述出料口5朝向斜下方倾斜，方便出料。另外，所述壳体1朝向出料口一端倾斜20°±5°设置，方便土壤顺利从进料口输送至出料口，避免在壳体内部发生滞留现象。

在一个实施例中，在本发明的一个具体实施例中，所述动力部件为步进电机8，所述步进电机8的输出轴与绞龙4的转轴同轴固定，所述步进电机8设置于壳体1的前端。利用步进电机能够精确控制绞龙的旋转速度，方便快速启停。

综上所述，本发明提出一种采用绞龙输送土壤、利用微波对有机污染土壤进行热脱附以及UV尾气消解联用装置，同时针对土壤翻转问题、土壤粘黏性问题、尾气处理与排放问题、微波泄露问题提出了针对性解决方案，具体有以下优点：

1、本发明通过对臭氧和水汽进行循环回流作用，回流循环管进口设置UV消解区前侧，回流抽风机设置于壳体顶部，回流水汽与臭氧在回流抽风机的抽气作用下，其流动方向与污染土壤传动方向相反，在进料口混入土壤并在绞龙翻转搅动作用下，臭氧与污染土壤充分接触，提升了对还原性有机物的处理性能，水汽充分接触提升土壤含水率，增强了后续微波的加热升温作用。

2、本发明采用圆柱状壳体有效的减少微波在传播过程当中经由谐振腔内壁反射产生的微波能量浪费，减少了微波的反射角。而微波在方式谐振腔内呈90度反射，在圆柱型谐振腔内的反射角则小于90度。

3、本发明采用绞龙作为污染土壤的驱动装置，能够有效的对具有一定粘黏性的土壤颗粒进行搅拌翻转与推动，对有机污染土壤具有连续性修复功能，绞龙的叶片能有效阻挡微波在进料口和出料口泄漏，同时将壳体内划分为多个小型的微波谐振腔，更大程度上提高了对微波的利用率。

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

Claims (10)

1.一种绞龙式有机污染土壤连续修复装置，其特征在于：包括圆柱状壳体及其内部的绞龙，所述绞龙由动力部件驱动；所述壳体的顶部一端设有进料口、另一端设有出料口，所述壳体侧壁外部设有臭氧水汽回流区和微波热脱附区、内部设有UV消解区，所述臭氧水汽回流区的出气口及微波热脱附区沿土壤输送方向设置，所述微波热脱附区利用发出的微波辐射土壤热脱附出有机废气，所述UV消解区设置于壳体的出料口一侧，用于消解微波热脱附出的有机废气并产生臭氧；所述臭氧水汽回流区能够将UV消解区产生的臭氧回流至土壤进料端。

2.如权利要求1所述的绞龙式有机污染土壤连续修复装置，其特征在于：所述绞龙的螺旋叶片边缘与壳体内壁小间隙配合，所述螺旋叶片上设有若干个透气孔。

3.如权利要求2所述的绞龙式有机污染土壤连续修复装置，其特征在于：所述螺旋叶片为由低介电特性金属材料制成。

4.如权利要求1所述的绞龙式有机污染土壤连续修复装置，其特征在于：所述微波热脱附区包括若干个微波发生单元，所述微波发生单元包括磁控管和入射波导，若干个入射波导沿壳体长度方向间隔及周向环绕设置于壳体的外壁上，用于向壳体内辐射微波。

5.如权利要求1所述的绞龙式有机污染土壤连续修复装置，其特征在于：所述UV消解区包括负载催化网和多根无极紫外灯管，多根无极紫外灯管沿壳体的长度方向设置、且环绕壳体内壁一圈，所述负载催化网设置于无极紫外灯管的中部、且垂直于壳体的中心轴线；所述负载催化网上涂有光催化剂。

6.如权利要求5所述的绞龙式有机污染土壤连续修复装置，其特征在于：所述光催化剂为以碳化硅为载体的二氧化钛，所述无极紫外灯管发出的UV波波长为185nm。

7.如权利要求1所述的绞龙式有机污染土壤连续修复装置，其特征在于：所述臭氧水汽回流区包括回流循环管和回流抽风机，所述回流抽风机设置于回流抽循环管的中部，所述回流循环管的进气口设置于UV消解区的前侧，所述回流循环管的出气口设置于壳体的进料口后侧；所述出料口设置于绞龙末端与UV消解区之间的壳体下部侧壁上。

8.如权利要求1所述的绞龙式有机污染土壤连续修复装置，其特征在于：所述壳体的进料口设有进料仓，所述进料仓的进口朝向一侧倾斜，所述出料口朝向斜下方倾斜。

9.如权利要求1所述的绞龙式有机污染土壤连续修复装置，其特征在于：所述动力部件为步进电机，所述步进电机的输出轴与绞龙的转轴同轴固定，所述步进电机设置于壳体的前端。

10.如权利要求1-9任一项所述的绞龙式有机污染土壤连续修复装置，其特征在于：所述壳体朝向出料口一端倾斜20°±5°设置。

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