專利名稱：用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用低溫等離子體處理土壤有機(jī)污染物的處理裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車數(shù)量急劇上升，加油站和地下儲(chǔ)油罐遍布各地，且數(shù)量與日俱增。但是由于設(shè)計(jì)管理不善，這些儲(chǔ)油罐在埋設(shè)時(shí)，多數(shù)未充分考慮罐體的強(qiáng)度及相應(yīng)的滲漏防護(hù)措施，一旦泄露，將對(duì)周邊土壤、地下水造成嚴(yán)重污染。尤其是隨著儲(chǔ)油罐體的老化，這一問題將更加突出。為此，石油以及化工行業(yè)對(duì)土壤的污染，尤其是其中大 量揮發(fā)性有機(jī)污染物對(duì)土壤的污染，在我國以越來越引起人們的重視。揮發(fā)性有機(jī)污染物是沸點(diǎn)在50_260°C之間的各種有機(jī)化合物。按其化學(xué)結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步分為燒類(如三氯甲烷)、芳烴類(如苯、甲苯)、烯類(如三氯乙烯)、鹵烴類、酯類(如二異氰酸甲苯脂)、醛類(如甲醛)、酮類(如丙酮)等。它的特點(diǎn)是種類多、成份復(fù)雜、長(zhǎng)期低劑量釋放、對(duì)人體危害大。土壤中的揮發(fā)性有機(jī)污染物作為一類特殊的土壤污染物，有其不同于其他污染物的污染特性，并因其成分復(fù)雜和危害性，被列為環(huán)境中潛在危險(xiǎn)性大、應(yīng)優(yōu)先控制的毒害性污染物。因此，對(duì)受揮發(fā)性有機(jī)污染物污染的土壤必須進(jìn)行妥當(dāng)處置，以保證生物及其環(huán)境的安全。目前，對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)污染物的修復(fù)技術(shù)主要有，焚燒技術(shù)、光降解技術(shù)、土壤淋洗技術(shù)、土壤氣相抽提技術(shù)等，但焚燒技術(shù)徹底破壞土壤的性質(zhì)，光降解技術(shù)速度慢且處理不徹底，土壤淋洗技術(shù)和氣相抽提技術(shù)會(huì)給環(huán)境造成二次污染，且成本較高。中國專利公開文件CN101530858A公開了一種土壤污染熱脫附修復(fù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將污染土壤與熱空氣同時(shí)送入熱提轉(zhuǎn)爐中充分接觸，將揮發(fā)性/半揮發(fā)性污染物從土壤中分離出來，在通過引風(fēng)機(jī)送入除塵塔和堿液吸收塔中處理。但這種處理方法有一定的局限性，容易造成二次污染，而且這種處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備投資較大，處理成本較高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置，以解決現(xiàn)有土壤處理方法易造成二次污染的問題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置，包括土壤床和低溫等離子體反應(yīng)器，所述的土壤床包括內(nèi)設(shè)有土壤通道和熱風(fēng)通道的罐體，所述土壤通道豎向延伸，所述熱風(fēng)通道與土壤通道相交并連通；所述低溫等離子體反應(yīng)器包括內(nèi)設(shè)低溫等離子體發(fā)生器的箱體，箱體壁上對(duì)應(yīng)設(shè)有進(jìn)出風(fēng)口，所述土壤床的熱風(fēng)進(jìn)口連接有熱源裝置，其熱風(fēng)出口通過管道與低溫等離子體反應(yīng)器的進(jìn)風(fēng)口連通。所述的低溫等離子體反應(yīng)器的箱體由絕緣材料制成，所述的氣流通道豎向設(shè)置，其進(jìn)出風(fēng)口相對(duì)分設(shè)于箱體的頂?shù)撞?，所述的低溫等離子體發(fā)生器包括相對(duì)設(shè)置于箱體頂部進(jìn)風(fēng)口兩側(cè)的兩高壓放電電極，兩高壓放電電極通過對(duì)應(yīng)穿設(shè)在箱體壁上的極柱連接有高壓脈沖電源。[0009]所述的兩高壓放電電極均由圓柱形不銹鋼彎制而成，兩高壓放電電極分別由對(duì)應(yīng)極柱朝氣流通道方向向內(nèi)延伸并于相互靠近處彎折向下、向外延伸，在兩高壓放電電極相互遠(yuǎn)離的末端相對(duì)設(shè)有半橢圓弧結(jié)構(gòu)，兩半橢圓弧結(jié)構(gòu)所處平面與所述氣流通道垂直。所述的熱源裝置包括熱風(fēng)爐和熱風(fēng)機(jī)，熱風(fēng)爐的出口通過管道與熱風(fēng)機(jī)的進(jìn)口連接，熱風(fēng)機(jī)的出口通過管道與土壤床的熱風(fēng)進(jìn)口連接，所述低溫等離子體反應(yīng)器的出風(fēng)口連接有兩條支路，一條支路與大氣相通，另一端支路通過管道與熱風(fēng)機(jī)的進(jìn)口連通。在所述土壤床的熱風(fēng)出口與低溫等離子體反應(yīng)器的進(jìn)風(fēng)口之間通過管道還串接有過濾器。在所述過濾器的出口與低溫等離子體反應(yīng)器的進(jìn)風(fēng)口之間通過管道還串接有阻燃器。本實(shí)用新型的土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物處理裝置是將被污染土壤送入土壤床中，被污染土壤在土壤床的土壤通道中與熱風(fēng)通道中通入的熱風(fēng)充分接觸，利用熱風(fēng)將吸附在土、壤中的揮發(fā)性有機(jī)污染物釋出并攜帶著脫附的揮發(fā)性有機(jī)污染物進(jìn)入低溫等離子體反應(yīng)器中，在低溫等離子體反應(yīng)器中利用低溫等離子體產(chǎn)生的活性粒子以及紫外線、高壓激波、臭氧、高能電子等共同作用于被處理的揮發(fā)性有機(jī)污染物，使揮發(fā)性有機(jī)污染物被迅速降解為二氧化碳和水蒸氣，該處理裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理速度快捷，土有機(jī)物的去除無選擇性，而且不會(huì)造成二次污染，可以連續(xù)處理被污染的土壤，適用于工業(yè)化大規(guī)模的進(jìn)行污染土壤的修復(fù)。

圖I為本實(shí)用新型中用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中低溫等離子體反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置包括用于將熱風(fēng)與土壤接觸的土壤床3和用于分解揮發(fā)性有機(jī)污染物的低溫等離子體反應(yīng)器8。其中，土壤床3包括一個(gè)空心罐體，在其罐體的頂部設(shè)有土壤進(jìn)口 4，在罐體的底部設(shè)有土壤出口 5，從而在土壤床3內(nèi)于土壤進(jìn)口 4和土壤出口 5之間形成豎向設(shè)置的土壤通道，在罐體相對(duì)的兩側(cè)壁上對(duì)應(yīng)設(shè)有熱風(fēng)進(jìn)口 32和熱風(fēng)出口 33，從而在土壤床3內(nèi)于熱風(fēng)進(jìn)口 32與熱風(fēng)出口 33之間形成橫向設(shè)置的熱風(fēng)通道，該熱風(fēng)通道與土壤通道在罐體內(nèi)相交連通，使熱風(fēng)通道穿過土壤通道。為增強(qiáng)熱風(fēng)與土壤的接觸率，以提高土壤表面吸附的揮發(fā)性有機(jī)污染物的脫附效率，本實(shí)用新型在土壤床3的罐體內(nèi)于土壤通道的土壤進(jìn)口 4和土壤出口 5之間上下間隔布設(shè)有兩層以上的格柵填料31，被污染土壤由土壤進(jìn)口 4送入土壤床3的罐體內(nèi)，利用自重依次通過各層格柵填料31由罐體底部的土壤出口 5流出。熱風(fēng)進(jìn)口 32通過管道連接用于生產(chǎn)熱風(fēng)的熱源裝置，該熱源裝置包括熱風(fēng)爐I和熱風(fēng)機(jī)2，熱風(fēng)爐I可以采用燃油爐、燃煤爐或者燃生物質(zhì)爐用于加熱空氣，熱風(fēng)爐I的出口通過管道與熱風(fēng)機(jī)2的進(jìn)口連接，熱風(fēng)機(jī)2的出口與土壤床3的熱風(fēng)進(jìn)口 32連接，將熱風(fēng)爐I產(chǎn)生的熱空氣送入土壤床3中形成熱風(fēng)。[0017]低溫等離子體反應(yīng)器8包括內(nèi)設(shè)有低溫等離子體發(fā)生器的空心箱體，該箱體整體由絕緣材料制成，箱體的頂?shù)撞繉?duì)應(yīng)設(shè)有進(jìn)風(fēng)口 9及出風(fēng)口 10從而在低溫等離子體反應(yīng)器8內(nèi)形成氣流通道。進(jìn)風(fēng)口 9與土壤床3的熱風(fēng)出口 33通過管道連通。本實(shí)施例中，為了便于對(duì)箱體內(nèi)的高壓放電電極進(jìn)行維護(hù)，該低溫等離子體反應(yīng)器8的箱體具有一個(gè)上端開口、下端封閉的桶狀外殼16及設(shè)于桶狀外殼16頂部的蓋板17,其桶狀外殼16由陶瓷絕緣材料制成，蓋板17由聚四氟乙烯材料制成，低溫等離子體反應(yīng)器8的進(jìn)風(fēng)口 9設(shè)于箱體頂部的蓋板17中心，其出風(fēng)口 10相對(duì)設(shè)于桶狀外殼16的底部。低溫等離子體發(fā)生器包括相對(duì)設(shè)于氣流通道兩側(cè)的高壓放電電極12、13，兩高壓放電電極12、13均由直徑為疒5_的圓柱形不銹鋼材料彎制而成，并分別通過穿設(shè)在蓋板17上的極柱連接高壓脈沖變頻電源。該兩高壓放電電極12、13的上部分別由對(duì)應(yīng)極柱朝氣流通道方向延伸并于相互靠近處彎折向下、向外延伸，在兩高壓放電電極12、13相互遠(yuǎn)離的末端相對(duì)設(shè)有半橢圓弧結(jié)構(gòu),兩半橢圓弧結(jié)構(gòu)所處平面與氣流通道垂直，從而在兩高壓放電電極12、13之間形成與氣流通道重合的等離子體通道。為防止從土壤床3中出來的由熱風(fēng)和揮發(fā)性有機(jī)污染物組成的混合氣體夾帶有 土壤微粒，本實(shí)施例中，在土壤床3的熱風(fēng)出口 33與低溫等離子體反應(yīng)器8進(jìn)風(fēng)口 9連接的管道中還串接有過濾器6。另外，由于揮發(fā)性有機(jī)污染物屬于易燃?xì)怏w，為防止被熱風(fēng)加熱后的揮發(fā)性有機(jī)污染物燃燒，本實(shí)施例中，其還在過濾器6與低溫等離子體反應(yīng)器8進(jìn)風(fēng)口 9連接的管道中還串接有阻燃器7。使用時(shí)，通過熱風(fēng)爐I將空氣加熱，加熱的溫度隨土壤中吸附的揮發(fā)性有機(jī)污染物的成分在6(T260°C之間調(diào)整，然后通過熱風(fēng)機(jī)2將熱空氣送入土壤床3中與流過格柵填料31的土壤充分接觸，將吸附在土壤表面的揮發(fā)性有機(jī)污染物釋出，揮發(fā)性有機(jī)污染物脫附后在熱風(fēng)帶動(dòng)下依次經(jīng)過濾器6去除雜質(zhì)以及阻燃器7后經(jīng)低溫等離子體反應(yīng)器8的進(jìn)風(fēng)口 9進(jìn)入到低溫等離子體反應(yīng)器8的空心箱體16內(nèi)，由高壓脈沖變頻電源釋放出電壓為25 100kV、頻率為25(Tl000Hz的高壓脈沖電壓，從而在兩高壓脈沖放電電極12、13的上部相互靠近處產(chǎn)生電弧生成放電等離子體,在放電過程中，兩高壓放電電極12、13之間產(chǎn)生的電弧在氣體通道內(nèi)的氣流作用下沿等離子體通道向下移動(dòng)形成滑動(dòng)電弧放電，隨著電極間距的增大，電弧的面積逐漸增大，在兩高壓放電電極12、13底部的兩半橢圓弧結(jié)構(gòu)處達(dá)到最大值，從而在常壓下獲得*011、0及HO2*等活性粒子，由于等離子體通道與氣流通道重合，因此由電弧放電產(chǎn)生的*011、0及HO2 等活性粒子以及放電同時(shí)生成的紫外線、高壓激波、臭氧及高能電子能夠充分與揮發(fā)性有機(jī)污染物融合反應(yīng)，活性粒子與紫外線、高壓激波、臭氧、高能電子同時(shí)作用在揮發(fā)性有機(jī)污染物上，使揮發(fā)性有機(jī)污染物開環(huán)、斷鍵等成為低分子的有機(jī)脂肪酸，直至降解轉(zhuǎn)化為具有一定熱量的由二氧化碳和水蒸氣組成的尾氣從出風(fēng)口 10排出。另外，由于兩高壓放電電極12、13采用不銹鋼材料制成，因此在放電過程中，不銹鋼材料中的鐵及鐵離子能夠?qū)]發(fā)性有機(jī)污染物的降解起到催化作用，加速揮發(fā)性有機(jī)污染物的降解速度，提高低溫等離子體的處理效率。在低溫等離子體反應(yīng)器8的出風(fēng)口 10設(shè)有兩條支路，其中一體支路與外界大氣直接連通，將降解揮發(fā)性有機(jī)污染物后產(chǎn)生的二氧化碳、水蒸氣等尾氣直接排入大氣，另一條支路通過回流管道11與熱風(fēng)機(jī)2的進(jìn)口連接，使一部具有一定熱量的尾氣通過回流管道11與熱風(fēng)爐I生產(chǎn)的熱空氣一起被熱風(fēng)機(jī)2送入土壤床3中循環(huán)使用，由于尾氣具有熱量，因此尾氣循環(huán)利用可以達(dá)到節(jié)省能耗的目的。本實(shí)用新型采用內(nèi)設(shè)格柵填料的土壤床實(shí)行被污染的土壤的連續(xù)處理，土壤床采用固定床多級(jí)床層，使土壤在經(jīng)過格柵填料時(shí)能夠與熱風(fēng)充分接觸，揮發(fā)性有機(jī)污染物的去除無選擇性，揮發(fā)性有機(jī)污染物的脫附效果好；各級(jí)床層中采用適用于負(fù)荷大、壓降小、介質(zhì)較重、有固體顆粒的場(chǎng)合的格柵填料，這種填料具有高空隙率，使得被污染土壤在土壤床內(nèi)的停留時(shí)間短，提高了被污染土壤的處理速度；揮發(fā)性有機(jī)污染物的降解采用低溫等離子體技術(shù)，利用低溫等離子體與揮發(fā)性有機(jī)污染物反應(yīng)，揮發(fā)性有機(jī)污染物分解較為徹底，不會(huì)造成二次污染；低溫等離子體反應(yīng)器中采用的高壓放電電極與以前的低溫等離子體技術(shù)相比，放電等離子體通道面積增加了 3 4倍，而且其脈沖電壓在25 100kV、頻率在25(T1000HZ的之間可調(diào)，使得這種低溫等離子體發(fā)生器的功率僅為8 25W，其功率與現(xiàn)有技術(shù)相比降低了 4飛倍，極大的降低了能耗，充分體現(xiàn)了節(jié)能降耗的效果。本實(shí)用新型中的低溫等離子體反應(yīng)器采用不銹鋼材料制作電極，其在放電過程中，電極中的鐵元素及其離子對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物的分解還能夠起到較強(qiáng)的催化作用，提高揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理速度。 本實(shí)用新型的處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置中，其在土壤床3的熱風(fēng)進(jìn)口 32處以及在過濾器6上還分別安裝有用于測(cè)溫的熱電偶a ;在熱風(fēng)機(jī)2出口與土壤床3熱風(fēng)進(jìn)口 32連接的管道中以及在土壤床3的罐體上分別安裝有用于測(cè)試壓力的壓力計(jì)b ;同時(shí)，在低溫等離子體反應(yīng)器8的進(jìn)風(fēng)口 9處還設(shè)有用于測(cè)量氣體流量的流量計(jì)c ;在熱風(fēng)機(jī)2出口與土壤床3熱風(fēng)進(jìn)口 32連接的管道中、土壤床3的熱風(fēng)出口 33與過濾器6連接的管道中以及在低溫等離子體出風(fēng)口 10側(cè)分別設(shè)置有用于實(shí)時(shí)檢測(cè)污染物濃度的測(cè)量口d，利用熱電偶a、壓力計(jì)b、流量計(jì)c及污染物濃度測(cè)量口 d在處理裝置的運(yùn)行過程中對(duì)熱風(fēng)及揮發(fā)性有機(jī)污染物的溫度、壓力、氣體流量和污染物的濃度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，保證出口氣體處理效果，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。本實(shí)用新型的土壤處理裝置可采用間隙式和連續(xù)式兩種方式運(yùn)行，其中，對(duì)于污染土壤量較小的土地，可采用間歇式的方式運(yùn)行，即處理時(shí)，土壤床中的土壤用熱風(fēng)脫附完成后先清空土壤床在更換新的土壤，然后再進(jìn)行下一次的脫附處理；而對(duì)于污染土壤量較大的土地，可采用連續(xù)式的方式運(yùn)行即土壤床中利用土壤進(jìn)口和土壤出口使土壤處于流動(dòng)狀態(tài)，新的被污染土壤不間斷的從土壤進(jìn)口加入到土壤床內(nèi)，脫附處理后的清潔土壤由土壤床底部的土壤出口流出，此時(shí)可提高土壤的處理速度和處理效率。
權(quán)利要求1.一種用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置，其特征在于，包括土壤床和低溫等離子體反應(yīng)器，所述的土壤床包括內(nèi)設(shè)有土壤通道和熱風(fēng)通道的罐體，所述熱風(fēng)通道與土壤通道相交并連通；所述低溫等離子體反應(yīng)器包括內(nèi)設(shè)低溫等離子體發(fā)生器的箱體，箱體壁上對(duì)應(yīng)設(shè)有進(jìn)出風(fēng)口，所述土壤床的熱風(fēng)進(jìn)口連接有熱源裝置，其熱風(fēng)出口通過管道與低溫等離子體反應(yīng)器的進(jìn)風(fēng)口連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置，其特征在于，所述的土壤通道于土壤床的罐體內(nèi)豎向設(shè)置并在罐體的頂?shù)撞糠衷O(shè)有土壤進(jìn)口和土壤出口，所述熱風(fēng)通道在土壤床內(nèi)橫向設(shè)置并在土壤床的罐體相對(duì)兩側(cè)壁上分別有熱風(fēng)進(jìn)口和熱風(fēng)出口，在土壤床的罐體內(nèi)于土壤進(jìn)出口之間上下間隔布設(shè)有兩層以上供土壤通過的格柵填料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置，其特征在于，所述的低溫等離子體反應(yīng)器的箱體由絕緣材料制成，所述的氣流通道豎向設(shè)置， 其進(jìn)出風(fēng)口相對(duì)分設(shè)于箱體的頂?shù)撞浚龅牡蜏氐入x子體發(fā)生器包括相對(duì)設(shè)置于箱體頂部進(jìn)風(fēng)口兩側(cè)的兩高壓放電電極，兩高壓放電電極通過對(duì)應(yīng)穿設(shè)在箱體壁上的極柱連接有高壓脈沖電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置，其特征在于，所述的兩高壓放電電極均由圓柱形不銹鋼彎制而成，兩高壓放電電極分別由對(duì)應(yīng)極柱朝氣流通道方向向內(nèi)延伸并于相互靠近處彎折向下、向外延伸，在兩高壓放電電極相互遠(yuǎn)離的末端相對(duì)設(shè)有半橢圓弧結(jié)構(gòu)，兩半橢圓弧結(jié)構(gòu)所處平面與所述氣流通道垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置，其特征在于，所述的熱源裝置包括熱風(fēng)爐和熱風(fēng)機(jī)，熱風(fēng)爐的出口通過管道與熱風(fēng)機(jī)的進(jìn)口連接，熱風(fēng)機(jī)的出口通過管道與土壤床的熱風(fēng)進(jìn)口連接，所述低溫等離子體反應(yīng)器的出風(fēng)口連接有兩條支路，一條支路與大氣相通，另一端支路通過管道與熱風(fēng)機(jī)的進(jìn)口連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5任意一項(xiàng)所述的用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置，其特征在于，在所述土壤床的熱風(fēng)出口與低溫等離子體反應(yīng)器的進(jìn)風(fēng)口之間通過管道還串接有過濾器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置，其特征在于，在所述過濾器的出口與低溫等離子體反應(yīng)器的進(jìn)風(fēng)口之間通過管道還串接有阻燃器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用低溫等離子體處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置，該裝置主要由內(nèi)設(shè)有土壤通道和熱風(fēng)通道的土壤床及內(nèi)設(shè)有低溫等離子體發(fā)生器的低溫等離子體反應(yīng)器組成，土壤進(jìn)入土壤床中與熱風(fēng)接觸使揮發(fā)性有機(jī)污染物脫附，脫附后的揮發(fā)性有機(jī)污染物隨熱風(fēng)進(jìn)入低溫等離子體反應(yīng)器與低溫等離子體反應(yīng)實(shí)現(xiàn)降解。該處理裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理速度快捷，土有機(jī)物的去除無選擇性，而且不會(huì)造成二次污染，可以連續(xù)處理被污染的土壤，適用于工業(yè)化大規(guī)模的進(jìn)行污染土壤的修復(fù)。
文檔編號(hào)B09C1/06GK202460440SQ20122000182
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者劉亞納, 司岸恒, 周鳴, 徐航, 朱青菊, 李保元, 李梅, 湯紅妍, 王輝 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)