CN117181797B - 连续性有机污染土壤修复装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续性有机污染土壤修复装置，属于土壤修复设备技术领域，包括机架上的倾斜微波谐振腔，微波谐振腔高低两侧设有进料口和出料口，有机污染土壤沿着倾斜振动通道贯穿微波谐振腔；微波谐振腔内上下分为微波热脱附区和UV消解区，UV消解区对应置于排气口下方，微波热脱附区的微波输入源对土壤辐射微波，产生的尾气经UV消解区的UV联用催化组件净化后从顶部排气口排放；微波谐振腔顶部红外热成像仪及微波输入源与控制器相连，能够分析并控制微波谐振腔内的温度均匀分布。本发明利用倾斜振动通道实现有机污染土壤通过微波热脱附区进行热脱附，实现连续修复土壤，提高土壤修复处理量、降低修复成本，同时实现尾气达标排放。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复设备技术领域，尤其涉及一种连续性有机污染土壤修复装置。
背景技术
目前，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，有着高效迅速升温，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，已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净化，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。因此微波热脱附往往需要针对尾气处理的联用装置。这无疑是增加了整个土壤修复装置的制造以及运行成本。而微波土壤热修复技术的核心便是微波对土壤的热脱附效果，热脱附效果取决于微波对土壤的加热效果，因此微波热脱附装置对土壤层的加热效果直接决定了热修复装置的修复效果。
而传统的微波土壤修复装置部分为间歇式修复工作，其处理量少，修复过程繁琐，土壤热修复成本较大。而现有的连续性微波土壤修复装置由于污染土壤在加热工程中处于运行状态，微波的穿透深度有限，在加热腔内又对土壤存在不均匀的加热，若停留时间控制不佳会严重影响污染土壤的修复效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续性有机污染土壤修复装置，旨在解决现有技术中微波修复土壤装置并不能彻底去除尾气，且采用间歇式工作处理量少、过程繁琐、修复成本高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种连续性有机污染土壤修复装置，包括倾斜设置于机架上的微波谐振腔，所述微波谐振腔的顶部设有排气口、高处侧面设有进料口、低处侧面设有出料口，所述微波谐振腔内设有供有机污染土壤通过的倾斜振动通道，有机污染土壤经进料口进入振动通道从出料口排出，贯穿微波谐振腔而过；所述微波谐振腔内分为微波热脱附区和UV消解区，所述UV消解区设置于微波热脱附区的上方、且对应设置于排气口的下方，所述微波热脱附区设有微波输入源，所述UV消解区设有UV联用催化组件；所述微波谐振腔的顶部设有红外热成像仪，所述红外热成像仪及微波输入源均与控制器相连，能够分析并控制微波谐振腔内的温度均匀分布。
优选的，所述微波输入源分为固定微波源和移动微波源，所述固定微波源及移动微波源均设置于振动通道的上方，所述固定微波源紧邻微波谐振腔的进料口侧设置，所述移动微波源设置于振动通道上方的移动板上，所述移动板为金属板，所述微波谐振腔的内壁为金属材质；所述移动板的两侧设有动力滑块，所述微波谐振腔的侧壁上设有与动力滑块配合的轨道，所述动力滑块与控制器相连。
优选的，所述微波输入源包括磁控管和入射波导，所述磁控管的周围所有能够屏蔽微波的金属板；所述固定微波源及移动微波源的总功率均为6KW。
优选的，所述UV联用催化组件包括多根UV灯管和涂有光催化剂的催化网，所述催化网设置于多根UV灯管的底部 ，所述光催化剂为二氧化钛；所述UV灯管产生的UV波波长为185nm。
优选的，所述微波谐振腔的内腔侧壁上设有振动泵，用于翻动内部振动通道上的有机污染土壤。
优选的，所述微波谐振腔的进料口设有进料仓门，所述进料仓门由气动杆驱动，用于控制有机污染土壤的进料量；所述进料仓门的边缘设有能够屏蔽微波的凸檐。
优选的，所述微波谐振腔的进料口外侧设有土壤进料仓，所述进料仓门设置于土壤进料仓的出料端。
优选的，所述机架包括底部支架和支撑弹簧，所述微波谐振腔设置于支撑弹簧上。
优选的，所述微波谐振腔的倾斜角度为20°。
优选的，所述微波谐振腔的底部为长方体加热腔、上部为下大上小的多棱锥状壳体；所述微波谐振腔的上部内腔设有内筒，所述内筒下部的喇叭状开口朝向加热腔设置，所述排气口及UV联用催化组件均设置于内筒的上部。
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，本发明通过倾斜的振动通道实现有机污染土壤连续通过微波谐振腔内的微波热脱附区，经微波输入源辐射的微波实现热脱附，产生的尾气经UV消解区的UV联用催化组件对尾气净化后从排气口排放；利用红外热成像仪对微波谐振腔内的温度在线监测，通过控制器对内部热场程度分析与反馈。本发明能够连续修复土壤，提高了土壤修复处理量，降低了修复成本，保证尾气达标排放，解决了二次污染气体产物排放问题。
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是本发明实施例提供的一种连续性有机污染土壤修复装置的外形图；
图2是图1中连续性有机污染土壤修复装置的主视图；
图3是图1中连续性有机污染土壤修复装置的俯视图；
图4是图1中连续性有机污染土壤修复装置的剖视图；
图5是本发明的工作流程图；
图中：1-土壤进料仓，2-进料仓门，3-微波谐振腔，4-出料口，5-振动泵，6-排气口，7-UV灯管，8-加热腔，9-气动杆，10-移动微波源，11-轨道，12-动力滑块，13-支撑弹簧，14-底部支架，15-红外热成像仪，16-内筒。
具体实施方式
下面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的一部分实施例，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。
参见图1-4，本发明提供的一种连续性有机污染土壤修复装置包括倾斜设置于机架上的微波谐振腔3，所述微波谐振腔3的顶部设有排气口6、高处侧面设有进料口、低处侧面设有出料口4，所述微波谐振腔3内设有供有机污染土壤通过的倾斜振动通道，有机污染土壤经进料口进入振动通道从出料口4排出，贯穿微波谐振腔而过；所述微波谐振腔3内分为微波热脱附区和UV消解区，所述UV消解区设置于微波热脱附区的上方、且对应设置于排气口6的下方，所述微波热脱附区设有微波输入源，所述UV消解区设有UV联用催化组件7；所述微波谐振腔3的顶部设有红外热成像仪15，所述红外热成像仪15及微波输入源均与控制器（图中未画出）相连，能够分析并控制微波谐振腔内的温度均匀分布。红外热成像仪为两个，前后安装在振动通道上方，利用红外成像技术在线测温，再通过控制器对土壤的热场程度分析并反馈至微波输入源。有机污染土壤通过倾斜的振动通道依次经过微波热脱附区进行微波热脱附，实现连续处理有机污染土壤；同时，产生的尾气再经UV消解区消解净化后达标排放。
作为一种优选方案，所述微波输入源分为固定微波源（图中未画出）和移动微波源10，所述固定微波源及移动微波源10均设置于振动通道的上方，所述固定微波源紧邻微波谐振腔3的进料口侧设置，所述移动微波源10设置于振动通道上方的移动板（图中未画出）上，所述移动板为金属板；所述移动板的两侧设有动力滑块12，所述微波谐振腔3的侧壁上设有与动力滑块配合的轨道11，所述动力滑块12与控制器相连。其中，所述微波谐振腔3的内壁为金属材质，微波辐射土壤加热后金属内壁也相应加热。固定微波源及移动微波源辐射的微波从入射端口进入到尺寸较大的微波谐振腔后会向四周无规律的发射，有机污染土壤经微波加热后，微波再经由加热的金属内壁的作用而反射，使得加热腔内不同位置的微波能量差别较大。刚进入加热腔的有机污染土壤在固定微波源的微波辐射下会吸收较多的微波能量，土壤随着振动通道向下传动，根据控制器分析得到大部分低温区的分布位置，控制器将位置信息位置反馈到微波控制器，微波控制器再根据位置数据控制动力滑块的移动方向以及移动位置，来实现移动微波输入源对温度较低区域的针对性加热。在整个加热过程中，根据实时反馈的数据控制移动微波源的位置移动，以实现优化微波加热不均匀的效果，优化微波对有机污染土壤的热脱附效果。
由于微波谐振腔内不同位置的微波能量不同，加热效果也会存在差异，利用红外热成像仪实时获取微波加热腔内有机污染土壤加热的温度分布数据，在控制器端，分析红外热成像仪的红外探头传输的温度分布数据，根据颜色区分，筛选出颜色深度较高的高温度区以及颜色较钱的低温的区，根据控制器分析得到低温区的分布位置，控制器将位置信息位置反馈到微波热脱附区，通过动力滑块驱动移动微波源，向微波能量薄弱的位置辐射微波，进而实现土壤的均匀加热。而微波土壤热修复技术的核心便是微波对土壤的热脱附效果，热脱附效果取决于微波对土壤的加热效果，因此微波热脱附区对土壤层的均匀加热，决定了热修复装置的修复效果更佳。
具体制作时，所述微波输入源包括磁控管和入射波导，所述磁控管的周围所有能够屏蔽微波的金属板；所述固定微波源及移动微波源的总功率均为6KW。利用磁控管产生的微波对有机污染土壤起热脱附作用，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，有机污染颗粒迅速挥发析出，从吸附在土壤颗粒间隙间热解吸析出。
在本发明的一个具体实施例中，顶端为6组磁控管与入射波导总功率为6KW的固定微波输入源，同时存在总功率也为6kW的移动微波输入源。首先利用固定微波输入源对刚进入加热腔的污染土壤进行针对性加热，土壤随着振动通道向下传动，再通过移动微波源向微波能量薄弱的位置辐射微波，进而实现土壤的均匀加热，确保土壤修复效果。
具体设计时，所述UV联用催化组件7包括多根UV灯管和涂有光催化剂的催化网，所述催化网设置于多根UV灯管的底部 ，所述光催化剂为二氧化钛；所述UV灯管产生的UV波波长为185nm。多根UV（无极紫外）灯管放置于排气口6的下面，在UV灯管中央设置放置光催化剂的负载催化网，催化网上的主要负载催化剂为二氧化钛，其在紫外光的光催辅助作用下，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。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，生成水蒸汽和二氧化碳。更重要的是，UV波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。
在本发明的一个具体实施例中，如图1-3所示，所述微波谐振腔3的内腔侧壁上设有振动泵5，用于翻动内部振动通道上的有机污染土壤。利用振动泵对通道上的土壤进行振动，相对于传送带连续性输送的方式，能够根据振动泵的振动频率控制传动速度，振动过程中对土壤颗粒起到了有效的翻转，更适应于微波的穿透加热。
进一步优化上述技术方案，如图4所示，所述微波谐振腔3的进料口设有进料仓门2，所述进料仓门2由气动杆9驱动，用于控制有机污染土壤的进料量；所述进料仓门2的边缘设有能够屏蔽微波的凸檐。其中，凸檐由具有隔绝微波能力的材料制作，通过四周凸檐能够防止微波从进料仓门逸出，解决了微波泄露问题。
在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，所述微波谐振腔的3进料口外侧设有土壤进料仓1，所述进料仓门2设置于土壤进料仓1的出料端。有机污染土壤由装载机或者提升装置装载于顶端的土壤进料仓，通过进料仓门2来控制污染土壤的进料量。
具体制作时，所述机架包括底部支架14和支撑弹簧13，所述微波谐振腔3设置于支撑弹簧13上。其中，所述微波谐振腔3的倾斜角度为20°，当然也可以根据实际需要调整倾斜角度。借助弹簧对微波谐振腔起到缓冲作用，利用倾斜的微波谐振腔3方便土壤顺利沿着内部振动通道排出。
其中，微波谐振腔3整体为箱式构造，底部为长方体加热腔8、上部为下大上小的多棱锥状壳体；所述微波谐振腔3的上部内腔设有内筒16，所述内筒16下部的喇叭状开口朝向加热腔8设置，所述排气口6及UV联用催化组件7均设置于内筒16的上部。采用该结构的微波谐振腔，结构简单，方便加工制作。
本发明的工作原理及流程如图5所示，土壤由土壤进料仓1经进料仓门2进入加热腔8的振动通道，在振动泵5的作用下土壤沿着振动通道实现自动向下传动，首先经固定微波源辐射的微波加热后进行第一层热脱附，经红外探头在线采集土壤温度分布数据，控制器在线分析加热腔内的红外热场程度，控制器程序根据红外热场图中颜色筛选，根据颜色区分温度高低区域点位；然后控制器将温度低的区域点位信号反馈至动力滑块，控制动力滑块带动移动板沿着轨道移动，可带动移动微波源对低温区域土壤进行微波加热，实现第二层热脱附；热脱附过程中产生的尾气从微波谐振腔顶部排气口排出过程中，经过UV灯管的UV波及催化网上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，生成水蒸汽和二氧化碳，实现达标排放。
综上所述，本发明具有以下优点：
A）本发明中的土壤以振动传动方式进入微波加热腔，振动传动相对于传送带连续性输送的方式，其根据振动频率控制传动速度，同时振动过程中对土壤颗粒起到了有效的翻转，更适应于微波的穿透加热，而传送带输送的方式往往需要外加爪把等方式实现对土壤的翻转，而有机污染土壤相比于干土壤具有一定的湿度与粘性，仅依靠固定爪把，长久的工作过程中，爪把表面会有更多的土壤颗粒聚集与粘黏，会严重影响到对土壤的翻转效果，而且爪把清理与更换过程同样繁琐。因此振动传动能有效的对土壤实现翻转与控制传动速率功能。
B)将微波热脱附区分为上层固定微波加热，优先针对刚进入加热腔的有机污染土壤进行针对性加热，而随振动传动到各个位置的有机污染土壤，采用移动微波源实现对加热温度较低的区域精准加热，解决了由于微波加热不均匀导致不同位置加热程度不同，热脱附程度不同的问题，保证了整体去除效果。
C)本发明利用红外热成像技术实施在线测温，将拍摄得到的实施温度分布数据传输到控制器端中，根据颜色分析得到温度较高和较低的区域，再经由控制器分析得到移动微波源的最佳移动位置，将位置数据反馈到微波加热装置的控制器中，经由控制器控制动力滑块，动力滑块驱动移动板沿着轨道移动，针对性的对加热不均匀的区域实现加热。
在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。
Claims (8)
1.一种连续性有机污染土壤修复装置，其特征在于：包括倾斜设置于机架上的微波谐振腔，所述微波谐振腔的顶部设有排气口、高处侧面设有进料口、低处侧面设有出料口，所述微波谐振腔内设有供有机污染土壤通过的倾斜振动通道，有机污染土壤经进料口进入振动通道从出料口排出，贯穿微波谐振腔而过；所述微波谐振腔内分为微波热脱附区和UV消解区，所述UV消解区设置于微波热脱附区的上方、且对应设置于排气口的下方，所述微波热脱附区设有微波输入源，所述UV消解区设有UV联用催化组件；所述微波谐振腔的顶部设有红外热成像仪，所述红外热成像仪及微波输入源均与控制器相连；所述微波谐振腔的底部为长方体加热腔、上部为下大上小的多棱锥状壳体；所述微波谐振腔的上部内腔设有内筒，所述内筒下部的喇叭状开口朝向加热腔设置，所述排气口及UV联用催化组件均设置于内筒的上部；
所述微波输入源分为固定微波源和移动微波源，所述固定微波源及移动微波源均设置于振动通道的上方，所述固定微波源紧邻微波谐振腔的进料口侧设置，所述移动微波源设置于振动通道上方的移动板上，所述移动板为金属板，所述微波谐振腔的内壁为金属材质；所述移动板的两侧设有动力滑块，所述微波谐振腔的侧壁上设有与动力滑块配合的轨道，所述动力滑块与控制器相连；土壤随着振动通道向下传动，根据控制器分析得到低温区的分布位置，控制器将位置信息位置反馈到微波控制器，微波控制器再根据位置数据控制动力滑块的移动方向以及移动位置，来实现移动微波输入源对温度低区域的针对性加热。
2.根据权利要求1所述的连续性有机污染土壤修复装置，其特征在于：所述微波输入源包括磁控管和入射波导，所述磁控管的周围所有能够屏蔽微波的金属板；所述固定微波源及移动微波源的总功率均为6KW。
3.根据权利要求1所述的连续性有机污染土壤修复装置，其特征在于：所述UV联用催化组件包括多根UV灯管和涂有光催化剂的催化网，所述催化网设置于多根UV灯管的底部 ，所述光催化剂为二氧化钛；所述UV灯管产生的UV波波长为185nm。
4.根据权利要求1所述的连续性有机污染土壤修复装置，其特征在于：所述微波谐振腔的内腔侧壁上设有振动泵，用于翻动内部振动通道上的有机污染土壤。
5.根据权利要求1所述的连续性有机污染土壤修复装置，其特征在于：所述微波谐振腔的进料口设有进料仓门，所述进料仓门由气动杆驱动，用于控制有机污染土壤的进料量；所述进料仓门的边缘设有能够屏蔽微波的凸檐。
6.根据权利要求5所述的连续性有机污染土壤修复装置，其特征在于：所述微波谐振腔的进料口外侧设有土壤进料仓，所述进料仓门设置于土壤进料仓的出料端。
7.根据权利要求1所述的连续性有机污染土壤修复装置，其特征在于：所述机架包括底部支架和支撑弹簧，所述微波谐振腔设置于支撑弹簧上。
8.根据权利要求7所述的连续性有机污染土壤修复装置，其特征在于：所述微波谐振腔的倾斜角度为20°。
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