CN202270704U

CN202270704U - 有机污染土壤的微波修复设备

Info

Publication number: CN202270704U
Application number: CN2011203921645U
Authority: CN
Inventors: 陆晓华; 王琳玲; 陈静; 曹梦华; 周海燕; 王力
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2021-10-14

Abstract

本实用新型公开了一种有机污染土壤的微波修复设备，包括进料和出料系统、微波加热系统、除尘器、尾气处理系统以及控制系统中心，进料和出料系统位于微波加热系统中，微波加热系统、除尘器与尾气处理系统依次相连。微波加热系统包括第一微波发生器和圆柱形炉体，圆柱形炉体的内层为碳化硅层，外层为硅酸铝保温层，尾气处理系统包括微波催化热解塔和吸附塔，微波催化热解塔包括圆柱形硅酸铝保温壳、多层碳化硅多孔滤板和催化剂，多层碳化硅多孔滤板等距离垂直安插在圆柱形硅酸铝保温壳上，催化剂位于碳化硅多孔滤板上。本实用新型具有有机污染土壤处理能力强、尾气处理彻底、不产生二次污染、高效节能、易于操作控制的优点。

Description

有机污染土壤的微波修复设备

技术领域

本实用新型涉及一种微波修复设备，更具体地说，本实用新型涉及一种有机污染土壤的微波修复设备。

背景技术

近年来，随着我国城市化进程的不断加快，大量的农药厂、化工厂关闭或搬迁，在城市周边遗留下的大量化工污染场地。其中很大一部分场地是高浓度高毒性的有机污染场地，对人居环境安全构成了严重的威胁。因此迫切需要对这些有机污染场地的土壤进行修复。

热修复技术是近些年来国外发展较快的有机污染土壤的修复技术，土壤热修复设备一般利用柴油作燃料来直接或间接加热，导致土壤修复价格昂贵。

微波加热具有高效节能和易于操作控制的优点，目前文献报道了多环芳烃和多氯联苯等有机污染土壤的微波修复具有很好的处理效果。目前微波加热热备主要用于物料干燥，其内腔采用聚四氟乙烯涂层，限制其加热温度不超过250℃，而有机污染土壤修复需加热到500℃，而且微波干燥设备的对象一般含水，水可以有效吸收微波，无需外加微波吸收剂，而干燥土壤一般不吸收微波，需要使用微波吸收材料，才能有效利用微波来修复污染土壤。因此目前已有的微波加热设备不能用于有机污染土壤修复。

有机污染土壤热修复过程会产生不同浓度水平的有机尾气，目前常用燃烧法，吸附或吸收等方法处理有机尾气，这些方法往往只针对低浓度的有机尾气，对中高浓度的有机尾气处理不彻底，同时燃烧法处理易产生二次污染。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种有机污染土壤的微波修复设备，其具有有机污染土壤处理能力强，尾气处理效率高，不产生二次污染，高效节能，易于操作控制的优点。

有机污染土壤的微波修复设备，包括进料和出料系统、微波加热系统、除尘器、尾气处理系统以及控制系统中心，进料和出料系统位于微波加热系统中，微波加热系统、除尘器和尾气处理系统依次相连，进料和出料系统、微波加热系统、除尘器和尾气处理系统的控制端与控制系统中心相连。其特征在于：微波加热系统包括第一微波发生器和圆柱形炉体，圆柱形炉体的内层为碳化硅层，外层为硅酸铝保温层，尾气处理系统包括微波催化热解塔和吸附塔，微波催化热解塔用于对尾气进行催化热解，以产生低浓度有机尾气，吸附塔用于对低浓度有机尾气进行吸附，微波催化热解塔包括圆柱形硅酸铝保温壳、多层碳化硅多孔滤板和催化剂，多层碳化硅多孔滤板等距离垂直安插在圆柱形硅酸铝保温壳上，催化剂位于碳化硅多孔滤板上。

第一微波发生器位于圆柱形炉体的上表面，以及平行于圆柱形炉的轴向的两个侧面。

微波催化热解塔还包括第二微波发生器。

吸附塔包括圆柱形吸附塔外壳，多层二氧化硅多孔滤板和活性炭，多层二氧化硅多孔滤板等距离垂直安插在圆柱形吸附塔外壳上，活性炭位于二氧化硅滤板上。

本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型中微波加热系统采用碳化硅层作为微波吸收材料，可有效吸收微波，然后将热量传递给土壤，使土壤迅速均匀升温，不用外加微波吸收材料，避免了微波吸收剂的回收和处理问题，同时碳化硅层可以耐高温，满足土壤需要加热到500℃的要求。

(2)本实用新型中尾气处理系统对于中高浓度的有机尾气采用微波催化热解技术。相对于常规催化热解技术，微波技术能够快速使催化剂达到处理温度，大大提高设备的启动速度。传统加热是通过热传导由外向内加热，加热不均匀，微波加热可以对催化剂内外同时均匀加热，有效地避免了催化热解中燃烧不充分导致的有害中间产物的生成。

(3)本实用新型中尾气处理系统采用催化热解和吸附两级处理，能够彻底处理中高浓度和低浓度的有机尾气，杜绝了有机污染土壤处理过程中可能带来的尾气二次污染问题。

(4)本实用新型中多处使用微波设备，微波设备通过温度传感、变频控制电磁波进而可以准确控制反应器内的温度，使得本实用新型中的系统设备具有易控制的特点。同时微波设备的能源利用率高，有效降低了修复系统的能耗。

附图说明

图1为本实用新型有机污染土壤的微波修复设备的结构示意图。

其中：

1-进料口，2-第一微波发生器，3-第一红外温度探头，4-圆柱形炉体，5-碳化硅层，6-硅酸铝保温层，7-电机，8-螺旋推进器，9-外壳，10-第一支架，11-硅酸铝保温箱体，12-出料口，13-除尘器，14-控制系统中心，15-第一引风机，16-第一气阀，17-第一流量计，18-第二微波发生器，19-催化剂，20-圆柱形硅酸铝保温壳，21-碳化硅多孔滤板，22-第二红外温度探头，23-第二支架，24-鼓风机，25-第二引风机，26-第二气阀，27-第二流量计，28-活性炭，29-圆柱形吸附塔外壳，30-二氧化硅多孔滤板，31-第三支架，32-电路。

具体实施方式

参考图1，本实用新型有机污染土壤的微波修复设备包括进料和出料系统、微波加热系统、除尘器、尾气处理系统和控制系统中心，进料和出料系统位于微波加热系统中，微波加热系统、除尘器和尾气处理系统依次相连，进料和出料系统、微波加热系统、除尘器和尾气处理系统的控制端与控制系统中心相连。

进料和出料系统包括进料口1、电机7，螺旋推进器8和出料口12。有机污染土壤经过网筛预处理后，经过进料口1进入螺旋推进器8，电机7驱动螺旋推进器8传输有机污染土壤，此后有机污染土壤进入微波加热系统。

微波加热系统包括第一微波发生器2、第一红外温度探头3、圆柱形炉体4，硅酸铝保温箱体11和外壳9组成。圆柱形炉体4由第一支架10支撑固定，且与地面呈14°夹角。圆柱形炉体4内层为碳化硅层5，外层是硅酸铝保温层6。第一微波发生器2位于圆柱形炉体4的上表面，以及平行于圆柱形炉体4轴向的两个侧面。硅酸铝保温层6不吸收微波，微波透过硅酸铝保温层6后辐射碳化硅层5，碳化硅层5吸收微波，迅速升温，然后将热量传递给土壤，使土壤迅速升温。鉴于不同有机污染类型的土壤所需加热的温度有很大差异，可根据第一红外温度探头3传输的温度数据，通过控制系统中心14自动调节第一微波发生器2的功率和电机7的传输速度，以满足土壤处理所需要的温度条件，进而使有机污染土壤经过充分微波辐射后最终传输到出料口12。

有机污染土壤经过微波加热系统后产生中高浓度的有机尾气，中高浓度有机尾气在第一引风机15的作用下进入除尘器13中。在本实施方式中，除尘器13为布袋除尘器或者旋风除尘器。有机尾气经过除尘器13后，有机尾气和颗粒物得到分离，有机尾气进入尾气处理系统，颗粒物经收集后与原有机污染土壤一起堆放等待处理。

尾气处理系统包括第一引风机15、第二引风机25、第一气阀16、第二气阀26、第一流量计17、第二流量计27、鼓风机24、微波催化热解塔和吸附塔。

微波催化热解塔包括第二微波发生器18、圆柱形硅酸铝保温壳20、多层碳化硅多孔滤板21、催化剂19和第二支架23。催化剂19位于碳化硅多孔滤板21上，圆柱形硅酸铝保温壳20由第二支架23支撑。多层碳化硅多孔滤板21等距离垂直安插在圆柱形硅酸铝保温壳20上。

中高浓度的有机尾气在第一引风机15的作用下经过第一气阀16和第一流量计17进入微波催化热解塔底部进入塔体，通过控制系统中心14控制有机尾气进入微波催化热解塔的流速，中高浓度的有机尾气逐层经过碳化硅多孔滤板21。碳化硅多孔滤板21吸收微波，然后将热量传递给中高浓度的有机尾气，在催化剂19作用下进行催化热解反应。如上所述，微波加热系统针对不同类型的有机污染土壤采用不同的微波功率，导致排出的有机尾气的温度也有很大差异，第二红外温度探头22传输的温度数据，通过控制系统中心14自动调整微波催化热解塔的第二微波发生器18的功率，以满足催化热解所需的温度条件。对于已经达到温度条件的尾气，可以不打开微波催化热解塔的第二微波发生器18，由此可实现合理使用能源，降低能耗。

经过微波催化热解塔后，中高浓度的有机尾气降解为低浓度的有机尾气。经鼓风机24从微波催化热解塔的顶部鼓入冷空气，冷空气与从微波催化热解塔出来的高温低浓度有机尾气在微波催化热解塔塔顶产生对流热传递作用，低浓度有机尾气被冷却。然后低浓度的有机尾气在第二引风机25的作用下依次经过第二气阀26和第二流量计27，然后进入吸附塔底部进入塔体。通过控制系统中心14控制低浓度有机尾气进入吸附塔的流速。

吸附塔包括圆柱形吸附塔外壳29、多层二氧化硅多孔滤板30和活性炭28。活性炭28位于二氧化硅滤板30上，吸附塔外壳29由第三支架31支撑。多层二氧化硅滤板30等距离垂直安插在圆柱形吸附塔外壳29上。

低浓度的有机尾气逐层经过二氧化硅滤板30，被活性炭28吸附，最终净化的尾体从吸附塔塔顶排入大气。

控制系统中心14通过电路32集成第一微波发生器2、第二微波发生器18、电机7、第一红外温度探头3、第二红外温度探头22、除尘器13、第一引风机15、第二引风机25、第一气阀16、第二气阀26的控制端，从而实现整个系统设备的实时监控。

示例一：

针对易水解有机污染土壤的微波修复，选择毒死蜱为代表的有机磷农药有机污染土壤为修复对象，有机污染土壤中毒死蜱的浓度为420mg/kg。预处理后的有机污染土壤经过网筛，然后经进料口进入该有机污染土壤的微波修复设备。第一微波发生器功率调整为30kW，土壤在炉体中动态接受的平均微波辐照时间为30min，土壤温度维持在200℃左右，出料口的土壤中毒死蜱的去除率达到96％。微波催化热解塔前的气体流量为10m³/h，第二微波发生器功率调整为10kw，催化剂采用霍加拉特催化剂，塔内温度维持在350℃左右，吸收塔前的气体流量为10m³/h，对最终尾气进行监测，监测结果达到《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)与《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)的排放标准。

示例二：

针对挥发/半挥发有机污染土壤的微波修复，选择硝基酚为代表的有机污染土壤进行修复试验，有机污染土壤中硝基酚的浓度为480mg/kg。预处理后的有机污染土壤经过网筛，然后经进料口进入该有机污染土壤的微波修复设备。第一微波发生器功率调整为45kW，土壤在炉体中动态接受的平均微波辐照时间为30min，土壤温度维持在300℃左右，出料口处的土壤中硝基酚的去除率达到98％。微波催化热解塔前的气体流量为10m³/h，第二微波发生器的功率调整为5kw，催化剂采用霍加拉特催化剂，塔内温度维持在350℃左右，吸收塔前的气体流量为10m³/h对最终尾气进行监测，监测结果均达到《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)与《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)的排放标准。

示例三：

针对难挥发有机污染土壤的微波修复，选择氯霉素为代表的有机污染土壤进行修复试验，有机污染土壤中氯霉素的浓度为120mg/kg。预处理后的有机污染土壤经过网筛预处理后，经进料口进入该有机污染土壤的微波修复设备。第一微波发生器功率调整为80kW，土壤在炉体中动态接受的平均微波辐照时间为30min，土壤温度维持在500℃左右，出料口处的土壤中氯霉素的降解率达到80％。微波催化热解塔前的气体流量为10m³/h，不开第二微波发生器，催化剂采用霍加拉特催化剂，塔内温度维持在600℃左右，吸收塔前的气体流量为10m³/h，对最终尾气进行监测，监测结果且均达到《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)与《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)的排放标准。

Claims

1.一种有机污染土壤的微波修复设备，包括进料和出料系统、微波加热系统、除尘器、尾气处理系统以及控制系统中心，所述进料和出料系统位于所述微波加热系统中，所述微波加热系统、所述除尘器和所述尾气处理系统依次相连，所述进料和出料系统、所述微波加热系统、所述除尘器和所述尾气处理系统的控制端与控制系统中心相连，其特征在于：所述微波加热系统包括第一微波发生器和圆柱形炉体，所述圆柱形炉体的内层为碳化硅层，外层为硅酸铝保温层，所述尾气处理系统包括微波催化热解塔和吸附塔，所述微波催化热解塔用于对尾气进行催化热解，以产生低浓度有机尾气，所述吸附塔用于对所述低浓度有机尾气进行吸附，所述微波催化热解塔包括圆柱形硅酸铝保温壳、多层碳化硅多孔滤板和催化剂，所述多层碳化硅多孔滤板等距离垂直安插在所述圆柱形硅酸铝保温壳上，所述催化剂位于所述碳化硅多孔滤板上。

2.根据权利要求1所述的微波修复设备，其特征在于：所述第一微波发生器位于所述圆柱形炉体的上表面，以及平行于所述圆柱形炉的轴向的两个侧面。

3.根据权利要求1所述的微波修复设备，其特征在于：所述微波催化热解塔还包括第二微波发生器。

4.根据权利要求1或3所述的微波修复设备，其特征在于：所述吸附塔包括圆柱形吸附塔外壳，多层二氧化硅多孔滤板和活性炭，所述多层二氧化硅滤板等距离垂直安插在所述圆柱形吸附塔外壳上，所述活性炭位于所述二氧化硅滤板上。