專利名稱：污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種污染土壤 的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)，主要用于有機(jī)污染土壤的快速異位修復(fù)處理，屬于環(huán)境巖土工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，各種污染物，特別是有機(jī)污染物被排放到空氣、水體及土壤中。土壤作為各種污染物的最終歸宿，污染物的大量蓄積已成為其主要污染問題之一。污染物進(jìn)入土壤后，不僅影響植物的生長發(fā)育及生物群落的變化，導(dǎo)致糧食產(chǎn)量和質(zhì)量的下降，對農(nóng)產(chǎn)品安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，還會對地表水、地下水等造成次生污染。有毒污染物經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體，進(jìn)一步危害人類健康。近年來，我國土壤污染問題日益凸現(xiàn)，由土壤污染引發(fā)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題和群體性事件逐年增多。因此，修復(fù)污染土壤已經(jīng)成為近幾十年來環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的重要課題，研發(fā)新型經(jīng)濟(jì)高效的污染土壤修復(fù)技術(shù)和相關(guān)設(shè)備是改善我國環(huán)境質(zhì)量的迫切要求，也是世界科技的研究熱點(diǎn)。過去幾十年中，人們通過各種手段試圖修復(fù)被有機(jī)污染物污染的土壤。由于各種原因，這些方法并不十分成功。80年代后期，部分學(xué)者將注意力集中到超臨界流體上。超臨界流體是指物質(zhì)處于其臨界溫度和臨界壓力以上而形成的一種特殊狀態(tài)的流體，目前廣泛應(yīng)用于從石油渣油中回收油品、從咖啡中提取咖啡因、從啤酒花中提取有效成分等工業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了超臨界流體萃取技術(shù)從理論研究、中小水平向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)變。在超臨界條件下，某些流體，如二氧化碳等的粘度系數(shù)很小，有利于溶質(zhì)的擴(kuò)散，因而具有很好的質(zhì)量傳遞特征。同時(shí)具有較小的表面張力，易于進(jìn)入到土壤或沉積物的微細(xì)孔隙中，從而將有機(jī)物很快地萃取出來。因此，采用超臨界流體萃取修復(fù)污染土壤是可行的，且具有萃取時(shí)間短、溶劑用量少、操作方便、萃取效率高、無環(huán)境污染，且可通過改變萃取條件實(shí)現(xiàn)高選擇性萃取等特點(diǎn)。目前，國內(nèi)外已有少數(shù)學(xué)者開展了超臨界流體修復(fù)污染土壤的相關(guān)研究。例如，Snyder等人采用超臨界萃取技術(shù)萃取了土壤、沙子粉土和江河沉積物中有機(jī)氯、有機(jī)磷酸脂；Erkey等人采用超臨界二氧化碳流體萃取了土壤中的有機(jī)化合物；Ashraf等研究了溫度對土壤樣品中酚類化合物萃取效率的影響。但目前尚無相關(guān)設(shè)備的研發(fā)，致使超臨界流體修復(fù)污染土壤的研究尚停留在理論研究和室內(nèi)試驗(yàn)階段，更無相關(guān)的規(guī)模性模擬試驗(yàn)和工程實(shí)施。因此，開發(fā)污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理設(shè)備，對于促進(jìn)污染土壤的超臨界流體修復(fù)技術(shù)的發(fā)展和推動其工程應(yīng)用具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容針對上述存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種采用超臨界流體進(jìn)行污染土壤異位修復(fù)處理的系統(tǒng)。其技術(shù)解決方案為污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)由進(jìn)料裝置、萃取裝置、卸料裝置、減壓閥、第一加熱器、氣體分離倉、污染物收集器、超細(xì)過濾器、活性炭過濾器、氣態(tài)萃取劑儲存罐、冷凝器、液態(tài)萃取劑儲存罐、液態(tài)萃取劑泵、第二加熱器、催化劑儲存罐、氣泵、閥門、管道組成，進(jìn)料裝置由第一真空泵和進(jìn)料罐構(gòu)成，進(jìn)料罐和第一真空泵之間管道連接，連接管道上設(shè)置有閥門，進(jìn)料罐上部設(shè)置有進(jìn)料口，進(jìn)料口上方設(shè)置有進(jìn)料密封蓋，進(jìn)料密封蓋上設(shè)置有第一泄壓閥，進(jìn)料罐底部設(shè)置有第一落料口，第一落料口上設(shè)置有進(jìn)料閥，萃取裝置由電動機(jī)、萃取罐、溫度傳感器、壓力傳感器和立式螺條攪拌器構(gòu)成，立式螺條攪拌器設(shè)置在萃取罐內(nèi)，立式螺條攪拌器轉(zhuǎn)軸和電動機(jī)連接，萃取罐的內(nèi)壁上設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，萃取罐上部和進(jìn)料罐上的第一落料口固定連接，萃取罐底部設(shè)置有第二落料口，第二落料口上設(shè)置有卸料閥，卸料裝置由卸料罐和第二真空泵構(gòu)成，卸料罐和第二真空泵之間管道連接，連接管道上設(shè)置有閥門，卸料罐上部和萃取罐上的第二落料口固定連接，卸料罐下部設(shè)置有出料口，出料口上設(shè)置有出料密封蓋，出料密封蓋上設(shè)置有第二泄壓閥，萃取罐 頂部通過管道依次經(jīng)減壓閥、第一加熱器、氣體分離倉、閥門、超細(xì)過濾器、活性炭過濾器、閥門、氣態(tài)萃取劑儲存罐、閥門、冷凝器、閥門、液態(tài)萃取劑儲存罐、液態(tài)萃取劑泵、閥門、第二加熱器、閥門、催化劑儲存罐和閥門回接至萃取罐的底部，萃取罐側(cè)壁上方設(shè)置有連接氣態(tài)萃取劑儲存罐的管道，連接管道上設(shè)置有閥門，卸料罐側(cè)壁上方通過管道依次經(jīng)閥門、氣泵連接至超細(xì)過濾器，卸料罐側(cè)壁下方通過管道連接至氣態(tài)萃取劑儲存罐，連接管道上設(shè)置有閥門。所述的進(jìn)料罐、萃取罐和卸料罐的底部分別為圓錐體。所述的氣體分離倉下方設(shè)置有污染物收集器，氣體分離倉和污染物收集器之間管道連接，管道上設(shè)置有閥門。由于采用了以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型的污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了污染土壤的異位快速修復(fù)，具有如下的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)I.于其它污染土壤修復(fù)方法相比，由于采用了對環(huán)境無污染的超臨界流體進(jìn)行土壤修復(fù)，避免了環(huán)境的二次污染。2.針對不同的污染成分，可以通過采用不同萃取劑和催化劑，或控制萃取劑流體的溫度和壓力既可以把土壤中不同污染成分按照溶解度的大小先后提取出來，同一設(shè)備、同一修復(fù)過程可實(shí)現(xiàn)不同污染成分的同時(shí)萃取，萃取范圍廣，修復(fù)效率高。3.在萃取裝置前后分別設(shè)置了進(jìn)料裝置和卸料裝置，并用進(jìn)料閥和卸料閥隔開，進(jìn)料、萃取和卸料過程互不干擾，實(shí)現(xiàn)了土壤萃取修復(fù)的連續(xù)化操作，節(jié)省了萃取劑，降低了修復(fù)成本。4.萃取罐中設(shè)置的立式螺條攪拌器，可使污染土壤上下翻轉(zhuǎn)、打散和混合攪拌，增強(qiáng)了土壤滲透性能，增加了與萃取劑接觸面積和接觸機(jī)會，提高了萃取效率。5.設(shè)置了抽真空裝置和用于氣體回收的氣泵和管道，在整個(gè)萃取過程中，無空氣混入萃取劑中，且無萃取劑流失到空氣中，保證了萃取劑的純度，也避免了萃取劑的損失。6.萃取器中的溫度傳感器和壓力傳感器與計(jì)算機(jī)相連，處理過程的智能化控制優(yōu)化了處理倉內(nèi)壓力和溫度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對不同污染成分萃取參數(shù)的智能控制，使處理成本最小化，并可及時(shí)反饋裝置的運(yùn)行情況，以便對異常情況進(jìn)行及時(shí)處理，使得設(shè)備的正常運(yùn)行得到了有力保障。本實(shí)用新型的污染土壤修復(fù)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、操作簡單、使用方便、無二次污染、處理成本低、效率高、適用范圍廣，經(jīng)處理的被污染土壤凈化程度可達(dá)95%以上。

附圖是本實(shí)用新型的污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述見附圖污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)由進(jìn)料裝置、萃取裝置、卸料裝置、減壓閥20、第一加熱器21、氣體分離倉22、污染物收集器23、超細(xì)過濾器24、活性炭過濾器25、氣態(tài)萃取劑儲存罐26、冷凝器27、液態(tài)萃取劑儲存罐31、液態(tài)萃取劑泵30、第二加熱器29、催化劑儲存罐28、氣泵32、閥門、管道組成，進(jìn)料裝置由第一真空泵I和進(jìn)料罐5構(gòu)成，進(jìn)料罐5和第一真空泵I之間管道連接，連接管道上設(shè)置有閥門，進(jìn)料罐5上部設(shè)置有進(jìn)料口 4，進(jìn)料口 4上方設(shè)置有進(jìn)料密封蓋3，進(jìn)料密封蓋3上設(shè)置有第一泄壓閥2，進(jìn)料罐5底部設(shè)置有第一落料口 6，第一落料口 6上設(shè)置有進(jìn)料閥7，萃取裝置由電動機(jī)8、萃取罐9、溫度傳感器10、壓力傳感器11和立式螺條攪拌器12構(gòu)成，立式螺條攪拌器12設(shè)置在萃取罐9內(nèi)，立式螺條攪拌器12轉(zhuǎn)軸和電動機(jī)8連接，由電動機(jī)8控制立式螺條攪拌器12的開啟和關(guān)閉，萃取罐9的內(nèi)壁上設(shè)置有溫度傳感器10和壓力傳感器11，溫度傳感器10和壓力傳感器11分別由纜線與電腦連接，可隨時(shí)獲得萃取罐9內(nèi)的溫度和壓力參數(shù)，同時(shí)電腦與第二加熱器29和液態(tài)萃取劑泵30連接，以控制萃取罐9內(nèi)的溫度和壓強(qiáng)，萃取罐9上部和進(jìn)料罐5上的第一落料口 6固定連接，萃取罐9底部設(shè)置有第二落料口 13，第二落料口 13上設(shè)置有卸料閥14，卸料裝置由卸料罐16和第二真空泵15構(gòu)成，卸料罐16和第二真空泵15之間管道連接，連接管道上設(shè)置有閥門，卸料罐16上部和萃取罐9上的第二落料口 13固定連接，卸料罐16下部設(shè)置有出料口 17，出料口 17上設(shè)置有出料密封蓋18，出料密封蓋18上設(shè)置有第二泄壓閥19，萃取罐9頂部通過管道依次經(jīng)減壓閥20、第一加熱器21、氣體分離倉22、閥門、超細(xì)過濾器24、活性炭過濾器25、閥門、氣態(tài)萃取劑儲存罐26、閥門、冷凝器27、閥門、液態(tài)萃取劑儲存罐31、液態(tài)萃取劑泵30、閥門、第二加熱器29、閥門、催化劑儲存罐28和閥門回接至萃取罐9的底部，形成修復(fù)系統(tǒng)的萃取劑主循環(huán)回路，萃取罐9側(cè)壁上方設(shè)置有連接氣態(tài)萃取劑儲存罐26的管道，連接管道上設(shè)置有閥門，用于給萃取罐9內(nèi)充入萃取氣體，卸料罐16側(cè)壁上方通過管道依次經(jīng)閥門、氣泵32連接至超細(xì)過濾器24，用于卸料罐16內(nèi)萃取氣體的回收利用，卸料罐16側(cè)壁下方通過管道連接至氣態(tài)萃取劑儲存罐26，連接管道上設(shè)置有閥門，用于給卸料罐16充入萃取氣體。進(jìn)料罐5、萃取罐9和卸料罐16的底部分別為圓錐體，便土壤的排出。氣體分離倉22下方設(shè)置有污染物收集器23，氣體分離倉22和污染物收集器23之間管道連接，管道上設(shè)置有閥門。污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)的工作原理I.關(guān)閉所有閥門，打開進(jìn)料罐5上的進(jìn)料密封蓋3和進(jìn)料閥7，填入適量待處理的污染土壤，使其經(jīng)過進(jìn)料罐5后進(jìn)入萃取罐9中，關(guān)閉進(jìn)料密封蓋3。打開第一真空泵I與進(jìn)料罐5之間管道上的閥門和第二真空泵15與卸料罐16之間管道上的閥門。啟動第一真空泵I和第二真空泵15，將進(jìn)料罐5、萃取罐9和卸料罐16中的空氣抽空后，再關(guān)閉上述兩閥門，以免空氣混入萃取劑中。關(guān)閉第一真空泵I、第二真空泵15和進(jìn)料閥7。打開萃取罐9側(cè)壁上方連接于氣態(tài)萃取劑儲存罐26的管道上的閥門，打開卸料罐16側(cè)壁下方連接于氣態(tài)萃取劑儲存罐26的管道上的閥門，使萃取罐9和卸料罐16內(nèi)氣體壓力與氣態(tài)萃取劑儲存罐26內(nèi)氣體壓力平衡后再關(guān)閉兩閥門。2.打開冷凝器27及冷凝器27與液態(tài)萃取劑儲存罐31之間管道上的閥門，使氣態(tài)萃取劑儲存罐26中氣態(tài)萃取劑經(jīng)冷凝器27冷凝為液態(tài)后存儲在液態(tài)萃取劑儲存罐31中。3.打開連接于萃取罐9底部與液態(tài)萃取劑泵30之間的管道上的閥門以及連接于萃取罐9頂部與氣態(tài)萃取劑儲存罐26之間的管道上的閥門和減壓閥20。啟動液態(tài)萃取劑泵30，使液態(tài)萃取劑經(jīng)第二加熱器29加熱至超臨界狀態(tài)后，夾帶催化劑儲存罐28中的催化劑進(jìn)入卒取9中。4.打開電動機(jī)8，啟動立式螺條攪拌器12，攪拌土壤，使土壤與萃取劑充分接觸。此時(shí)可通過溫度傳感器10和壓力傳感器11獲得萃取罐9中的溫度和壓力參數(shù)，并經(jīng)電腦傳給第二加熱器29和液態(tài)萃取劑泵30，以控制適當(dāng)?shù)妮腿囟群蛪毫Α?5.溶解有污染物的超臨界萃取劑經(jīng)減壓閥20減壓，并由第一加熱器21適當(dāng)加熱后變?yōu)闅鈶B(tài)，在氣體分離倉22中與污染物分離，污染物被收集在污染物收集器23中，而氣態(tài)萃取劑經(jīng)超細(xì)過濾器24和活性炭過濾器25過濾后重新進(jìn)入氣態(tài)萃取劑儲存罐26或經(jīng)冷凝器27冷凝后儲存在液態(tài)萃取劑儲存罐31中，參與下一次循環(huán)萃取。6.污染土壤處理完成后，關(guān)閉所有閥門、電動機(jī)和氣泵。打開卸料閥14，使處理后的土壤進(jìn)入卸料罐16中。打開連接于卸料罐16側(cè)壁上方和超細(xì)過濾器24之間的管道上的閥門和氣泵32以及活性炭過濾器25與氣態(tài)萃取劑儲存罐26之間的閥門，將萃取罐9和卸料罐16中的萃取劑抽入氣態(tài)萃取劑儲存罐26中回收后，再關(guān)閉上述閥門。7.關(guān)閉卸料閥14，經(jīng)第二泄壓閥19泄壓后，打開出料密封蓋18，使土壤從出料口17排出，關(guān)閉出料密封蓋18。此時(shí)，可先后打開進(jìn)料閥7和第一泄壓閥2，對進(jìn)料罐5和萃取罐9泄壓后，將新的待處理土壤填入萃取罐9中，開始下一次萃取。循環(huán)上述工作，既可實(shí)現(xiàn)污染土壤的連續(xù)萃取。在整個(gè)萃取過程中，無空氣混入萃取劑中，且無萃取劑流失到空氣中，保證了萃取劑的純度，也避免了萃取劑的損失。
權(quán)利要求1.污染土壌的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述的污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)由進(jìn)料裝置、萃取裝置、卸料裝置、減壓閥(20)、第一加熱器(21)、氣體分離倉(22)、污染物收集器(23)、超細(xì)過濾器(24)、活性炭過濾器(25)、氣態(tài)萃取劑儲存罐(26)、冷凝器(27)、液態(tài)萃取劑儲存罐(31)、液態(tài)萃取劑泵(30)、第二加熱器(29)、催化劑儲存罐(28)、氣泵(32)、閥門、管道組成，進(jìn)料裝置由第一真空泵⑴和進(jìn)料罐(5)構(gòu)成，進(jìn)料罐(5)和第一真空泵(I)之間管道連接，連接管道上設(shè)置有閥門，進(jìn)料罐(5)上部設(shè)置有進(jìn)料ロ(4)，進(jìn)料ロ(4)上方設(shè)置有進(jìn)料密封蓋(3)，進(jìn)料密封蓋(3)上設(shè)置有第一泄壓閥(2)，進(jìn)料罐(5)底部設(shè)置有第一落料ロ出)，第一落料ロ(6)上設(shè)置有進(jìn)料閥(7)，萃取裝置由電動機(jī)(8)、萃取罐(9)、溫度傳感器(10)、壓カ傳感器(11)和立式螺條攪拌器(12)構(gòu)成，立式螺條攪拌器(12)設(shè)置在萃取罐(9)內(nèi)，立式螺條攪拌器(12)轉(zhuǎn)軸和電動機(jī)(8)連接，萃取罐(9)的內(nèi)壁上設(shè)置有溫度傳感器(10)和壓カ傳感器(11)，萃取罐(9)上部和進(jìn)料罐(5)上的第一落料ロ(6)固定連接，萃取罐(9)底部設(shè)置有第二落料ロ(13)，第二落料ロ(13)上設(shè)置有卸料閥(14)，卸料裝置由卸料罐(16)和第二真空泵(15)構(gòu)成，卸料罐(16)和第二真空泵(15)之間管道連接，連接管道上設(shè)置有閥門，卸料罐(16)上部和萃取罐 (9)上的第二落料ロ(13)固定連接，卸料罐(16)下部設(shè)置有出料ロ(17)，出料ロ(17)上設(shè)置有出料密封蓋(18)，出料密封蓋(18)上設(shè)置有第二泄壓閥(19)，萃取罐(9)頂部通過管道依次經(jīng)減壓閥(20)、第一加熱器(21)、氣體分離倉(22)、閥門、超細(xì)過濾器(24)、活性炭過濾器(25)、閥門、氣態(tài)萃取劑儲存罐(26)、閥門、冷凝器(27)、閥門、液態(tài)萃取劑儲存罐(31)、液態(tài)萃取劑泵(30)、閥門、第二加熱器(29)、閥門、催化劑儲存罐(28)和閥門回接至萃取罐(9)的底部，萃取罐(9)側(cè)壁上方設(shè)置有連接氣態(tài)萃取劑儲存罐(26)的管道，連接管道上設(shè)置有閥門，卸料罐(16)側(cè)壁上方通過管道依次經(jīng)閥門、氣泵(32)連接至超細(xì)過濾器(24)，卸料罐(16)側(cè)壁下方通過管道連接至氣態(tài)萃取劑儲存罐(26)，連接管道上設(shè)置有閥門。
2.如權(quán)利要求I所述的污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述的進(jìn)料罐(5)、萃取罐(9)和卸料罐(16)的底部分別為圓錐體。
3.如權(quán)利要求I所述的污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述的氣體分離倉(22)下方設(shè)置有污染物收集器(23)，氣體分離倉(22)和污染物收集器(23)之間管道連接，管道上設(shè)置有閥門。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)，屬于環(huán)境巖土工程領(lǐng)域。污染土壤的超臨界流體修復(fù)處理系統(tǒng)主要由進(jìn)料裝置、萃取裝置、卸料裝置組成。該修復(fù)處理系統(tǒng)可對污染土壤進(jìn)行超臨界流體萃取修復(fù)，避免了環(huán)境的二次污染；同一設(shè)備、同一修復(fù)過程可實(shí)現(xiàn)不同污染成分的同時(shí)萃取，萃取范圍廣；實(shí)現(xiàn)了土壤萃取修復(fù)的連續(xù)化操作，降低了修復(fù)成本；立式螺條攪拌器增強(qiáng)了土壤滲透性能，增加了與萃取劑接觸面積和接觸機(jī)會，提高了萃取效率；萃取過程中無空氣混入，且無萃取劑流失，保證了萃取劑的純度，避免了萃取劑的損失；處理過程智能化控制，實(shí)現(xiàn)了對不同污染成分萃取參數(shù)的智能控制，處理成本最小化，設(shè)備正常運(yùn)行得到保障。
文檔編號B09C1/02GK202411085SQ20122000704
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者侯長亮, 李江山, 王靜, 薛強(qiáng), 趙穎 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所