[發明專利]一種等離子體流化床處理有機污染土壤裝置

在審

• 申請號: 201410849940.8
• 申請日: 2014-12-23
• 公開（公告）號: CN104607457A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 杜長明;馬丹燕
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B09C1/08
• 分類號: B09C1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及污染土壤修復領域，具體涉及一種等離子體流化床處理有機污染土壤裝置。

背景技術

近年來，許多城市正將一些污染較重的企業遷出人口稠密的城區，這些企業有許多在其生產運營中，由于廢物處理、藥品泄漏、雨水沖刷、廢水排放、排放廢氣的吸附沉降等原因，造成了嚴重的場地土壤污染問題，特別是有機物污染問題。隨城市化推進和產業結構調整而不斷出現的工業遺址，尤其是發達地區的重污染行業遺留工業場地，將是未來我國城市必須面對的社會、經濟和生態環境問題。另外，由于城市用地緊張，拆遷后的原工業場地往往規劃為商業或居住用地，這些場地污染土壤面臨著快速的商業化利用我國場地土壤有機污染問題十分普遍，涉及冶煉、化工、制藥、石油及印染等行業。由于工業快速發展需求，各類有機化學藥品生產和使用量逐年上升，種類繁多的有機物造成的各種各樣類型的有機污染土壤污染問題十分嚴峻。另外，工業場地污染存在與其他類型的土壤污染不同的特點，包括：①污染物可達到極高的濃度，且空間變異大；②以復合污染為主，常出現重金屬和有機污染物共存；③污染區域不大，但可能污染土體深，修復難度高；④土壤和地下水均被污染。

我國對工業污染場地問題關注較晚，城市工業污染場地修復在我國仍屬于新興領域，缺乏規模化的管理支撐體系和工程建設經驗，國內自主研發的技術與裝備嚴重不足，缺少適合我國國情的實用修復技術，基本沒有形成可商業化運行的治理技術。此外，現有的修復措施還比較粗放，未能從根本解決污染問題，只是簡單的將污染進行轉移。當前我國應用較成熟的場地修復技術主要以挖掘后異位處理處置為主，包括挖掘填埋處理、高溫焚燒、水泥窯共處置等。原位修復一般由于耗時太長，不符合場地快速利用的需要，而很少采用。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種等離子體流化床處理有機污染土壤裝置。

上述目的是由下述技術方案實現的：

一種等離子體流化床處理有機污染土壤裝置，包括等離子體流化床和高壓電源；等離子體流化床由進氣口、石英容器、四氟乙烯底座、刀形不銹鋼電極、錐形不銹鋼網、有機污染土壤、石英罩和排氣口組成；石英容器和石英罩相連并構成空腔，四氟乙烯底座置于石英容器的底部，至少2個刀形不銹鋼電極對稱固定在四氟乙烯底座上，并通過高壓線與高壓電源相連，進氣口置于四氟乙烯底座中心處；錐形不銹鋼網置于石英容器頂部中心軸線處，并固定在電極的正上方，待處理的有機污染土壤置于錐形不銹鋼網內。

本發明所述的等離子體流化床處理有機污染土壤裝置的工作原理是：

1)將待處理的有機污染土壤放入錐形不銹鋼網內；

2)通過進氣口引入載氣，如空氣、氧氣和水蒸氣；

3)啟動連接刀形不銹鋼電極的高壓電源；

4)刀形不銹鋼電極在高壓電的作用下在電極之間最小距離處形成擊穿放電，載氣驅動擊穿放電快速沿著電極表面向下游滑動形成非熱電弧等離子體，使載氣轉變成含有大量的帶電粒子、激發態物種、自由基、電子以及光子的活性氣體，活性氣體透過錐形不銹鋼網，驅動不銹鋼網內的有機污染土壤形成流化態，形成等離子體流化床，活性氣體通過擴散、吸附、遷移和等離子體化學反應過程，降解和礦化土壤中的有機污染物，達到修復土壤的目的，含有降解產物的尾氣從出氣口排出。

本發明具有如下技術特點：結合了等離子體高度化學活性特點和流化床傳熱傳質效果好的優勢，能在常溫下運行，結構簡單，操作方便，是一項具有工業應用潛力的新技術。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為等離子體流化床照片。

圖3為高壓電源供電電壓值對菲降解的影響。

圖1中：A正視圖，B剖面圖，1等離子體流化床，2高壓電源，3進氣口，4石英容器，5四氟乙烯底座，6刀形不銹鋼電極，7等離子體，8錐形不銹鋼網，9有機污染土壤，10石英罩，11排氣口。

具體實施方式

如附圖1所示，本發明包括等離子體流化床1和高壓電源2；等離子體流化床1由進氣口3、石英容器4、四氟乙烯底座5、刀形不銹鋼電極6、錐形不銹鋼網8、有機污染土壤9、石英罩10和排氣口11組成；石英容器4和石英罩10相連并構成空腔，四氟乙烯底座5置于石英容器4的底部，至少2個刀形不銹鋼電極6對稱固定在四氟乙烯底座5上，并通過高壓線與高壓電源3相連，進氣口3置于四氟乙烯底座5中心處；錐形不銹鋼網8置于石英容器4頂部中心軸線處，并固定在電極6的正上方，待處理的有機污染土壤9置于錐形不銹鋼網8內。

以被菲污染土壤作為有機污染土壤的代表物，1)將待處理的15g菲污染土壤放入300目的錐形不銹鋼網內；2)通過進氣口引入201/min空氣載氣；3)啟動連接刀形不銹鋼電極6的高壓電源2；4)刀形不銹鋼電極6在高壓電的作用下在電極之間最小距離處形成擊穿放電，載氣驅動擊穿放電快速沿著電極表面向下游滑動形成非熱電弧等離子體，使載氣轉變成含有大量的帶電粒子、激發態物種、自由基、電子以及光子的活性氣體，活性氣體透過錐形不銹鋼網，驅動不銹鋼網內的菲污染土壤形成流化態，形成等離子體流化床(附圖3)，活性氣體通過擴散、吸附、遷移和等離子體化學反應過程，降解和礦化土壤中的菲污染物，達到修復土壤的目的，含有降解產物的尾氣從出氣口排出。高壓電源供電電壓直接影響等離子體放電能夠產生大量的大量的帶電粒子、激發態物種、自由基、電子以及光子，增大電壓值能增加這些物種的數量，進而強化污染物質的降解。實驗條件為：電源頻率為50Hz，高壓電源2供電電壓為7.5kV、10kV、12.5kV及15kV；采用載氣為空氣，載氣流量為201/min，菲污染土壤中菲降解的效率隨著時間的變化如附圖3所示。在低溫等離子體流化床中經過等離子體流化處理25min后，菲的降解效率隨著電壓的增大而有明顯的增大，當供電電壓為7.5kV時，其處理效率為31.56％，而當供電電壓增大到15kV時，處理效率增大到了99.1％。