本发明属于土壤修复设备领域，具体的涉及利用热空气吹脱去除土壤中挥发性污染物的装置及使用方法。
背景技术：
各种工矿业生产过程中，可能将各种挥发性有机污染物(vocs)如苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等，以及半挥发性有机污染物(svocs)，如二噁英类、多环芳烃、有机农药类、氯代苯类、多氯联苯类、吡啶类、喹啉类、硝基苯类、领苯二甲酸酯类、亚硝基胺类、苯胺类、苯酚类、多氯萘类和多溴联苯类等化合物，以及硫化物、氨、汞等挥发性无机污染物排入土壤，对周围环境和人体健康造成威胁，需要进行修复以消除环境污染。
传统的土壤中挥发性、半挥发性污染物的修复方法包括常温解析、水泥窑协同处置，回转炉焚烧，化学氧化等方法。其中，常温解析成本较低，但占地面积大，速度慢，在我国大部分土壤修复工程要求时间紧，场地条件受限的条件下，往往不能满足修复要求。其它水泥窑协同处置，回转炉焚烧，化学氧化等方法均为高耗能，或高成本方法。水泥窑协同处置土壤的价格一般在1000元/吨左右，回转炉焚烧土壤的价格也在500元/吨左右。而通过向土壤中加入双氧水、过硫酸钠等强氧化剂对污染物进行氧化时，也会消耗大量的氧化剂，其成本也非常高，还使土壤变成更难处理的泥浆。
技术实现要素：
本发明提供了一种利用热空气吹脱去除土壤污染物的装置及其使用方法，此方法具有快速、高效、低成本地去除土壤中的挥发、半挥发性污染物的优点，非常适合工业污染土壤中挥发性、半挥发性污染物的去除。
本发明采用的技术方案为：一种利用热空气吹脱去除土壤中挥发性污染物的装置，包括供气装置、污染土壤处理装置和废气净化装置，其中污染土壤处理装置的进气口和出气口分别借助管道与供气装置的出气口和废气净化装置的进气口相连，所述污染土壤处理装置包括上方设有集气罩的土壤桶和位于土壤桶内底部的热气装置，所述热气装置包括气室、与气室相连通的圆环形气腔，所述污染土壤处理装置的进气口位于气室一侧、出气口位于集气罩上；所述气腔一侧或两侧为均匀分布的排气孔，排气孔上固定有钢丝滤网，所述气室与气腔顶部设有顶板，所述气室内设有开孔的支撑肋板。
进一步地，所述圆环形气腔为两个或两个以上，所述支撑肋板为“米”字型。
进一步地，所述土壤桶外底部设有滚轮，所述土壤桶外一侧设有把手和提绳。
进一步地，所述供气装置包括热鼓风机，所述污染土壤处理装置与热鼓风机之间的管道上依次设置有压力表、阀门和温度计。
进一步地，所述废气净化装置包括真空泵和废气处理系统，所述真空泵借助带阀门管道与废气处理系统相连，所述污染土壤处理装置借助带阀门管道与真空泵相连。
进一步地，所述气室、气腔、土壤桶的高度比例为1：2：16，两两气腔间的间距为气腔高度的1倍。
进一步地，所述气室一侧还设有排尘口。
进一步地，所述一种利用热空气吹脱去除土壤污染物的装置的使用方法，a、首先将土壤通过预晾晒、烘干将含土壤水率降到10～20％；
b、将土壤通过预粉碎将颗粒粒度降低到3mm-10mm；
c、粉碎后的土壤装入土壤桶中，然后利用热鼓风机将热空气从进气口吹入气室中，气室中的热空气在压力作用下，从与气室相连的气腔一侧或两侧的排气孔内排出并进入待处理土壤中，逐渐调高空气流速，直到表层的土壤颗粒开始晃动；
d、将热鼓风机吹出的气体在土壤颗粒间的流速控制为5cm/s-60cm/s，温度控制为55-60度；
e、吹脱尾气通过集气罩进入到废气处理系统中。
本装置的工作原理为：将被挥发、半挥发性污染物污染的土壤在本装置内使用热空气吹脱，使土壤中的可挥发性污染物被热空气带走，进而被装置上方的集气罩收集进入净化装置进行处理。其原理是基于挥发性、半挥发性污染物本身的挥发性能，利用加热促进挥发，同时利用空气的流动使土壤颗粒表面的污染物形成浓度差，加速其挥发，并利用空气的流动快速带走污染物。
处理之前将土壤适度干燥，是为了消除直接吹脱湿度较大的土壤时，土壤颗粒间的水分形成水桥，阻碍空气进入的问题。处理之前将土壤粉碎到适当粒度，是为了避免空气难以吹入大块土壤的问题，也避免土壤颗粒过小时粒间孔隙小，使吹入的空气阻力太大，流速慢，并且表层容易起尘的问题。
真空泵在抽排时形成一定的真空度，可以降低挥发物的沸点，使土壤桶内的挥发性污染物在较低的温度下就能挥发，并利于气室内的新鲜的热空气通过气腔不断吸入污染土壤。
本发明获得的有益效果为：本发明具有快速、高效、成本低廉的优点。利用带电辅热的热鼓风机向装入污染土壤的土壤桶中吹入热空气，吹脱的挥发性污染物经空气携带进入土壤桶顶部连接真空泵和废气处理系统的集气罩排出。本发明通过反复试验进行了大量优化。经过优化的装置结构简单，操作方便，对场地条件要求低，可用于原地修复，降低了异地修复运输成本。排气装置中的排气孔位于气室外侧或两侧，既防止了排气孔易堵的缺点，又增加了与土的接触面积。由排气孔进入气室内的尘土，可以从气室一侧的排尘口排出。
1、相对于传统的底部供气方式，本发明采用直立的一侧或双侧排气结构，既能让热空气能够到达所有土颗粒表面，又能保证热空气在土壤颗粒间顺畅的流动，克服了土壤颗粒在重力作用下易堵塞排气通道的弊端，同时加大了排气及与待处理土的接触面积，提高了处理效率。气室既有供气作用，又有排尘功能，方便实用。
2、相对于占地面积巨大的常温解析，本装置将土壤集中处置，节约了大量用地面积；相对于常温解析，不需要机械设备翻抛，节约了翻抛设备和工序，还避免了翻抛时产生的扬尘，改善了修复时工作条件和除尘设备压力；相对于水泥窑协同处置和回转炉焚烧，所使用的设备占地面积也大大减小，能耗大大降低。本发明不限场地，装置简单，操作方便，无需把污染土运至处理厂，降低了运输成本。滚轮、把手及提绳用于搬运及倾倒。
3、相对于利用机械翻抛的常温解析，本发明利用加热和吹脱大大加速了污染物的挥发过程；同时避免了耗能大扬尘大的土壤翻抛，修复速度快，占地面积小，扬尘小。
4、相对于水泥窑协同处置和回转炉焚烧两种只利用大幅度升温焚烧来消除污染的方法，加热幅度大大降低，节约了大量能源；
5、相对于化学氧化法，本发明不使用化学药剂，避免了药剂带来的次生污染和成本投入，也避免了加入化学药剂时带入的大量水分，而使土壤变为泥浆的问题；
本发明能处理的目标污染物包括：各种挥发性有机污染物(vocs)如苯系物、氯化烃、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等，以及半挥发性有机污染物(svocs)，如二噁英类、多环芳烃、有机农药类、氯代苯类、多氯联苯类、吡啶类、喹啉类、硝基苯类、领苯二甲酸酯类、亚硝基胺类、苯胺类、苯酚类、多氯萘类和多溴联苯类等化合物，以及硫化物、氨、汞等挥发性无机污染物。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明污染土壤处理装置结构示意图。
图3为本发明污染土壤处理装置的剖面侧视图。
图4为本发明污染土壤处理装置的俯视图。
其中1代表土壤桶、2代表集气罩、3代表气室、4代表气腔、5代表排气孔、6代表顶板、7代表支撑肋板、8代表滚轮、9代表把手、10代表提绳、11代表热鼓风机、12代表真空泵、13代表废气处理系统、14代表排尘口。
具体实施方式
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
如图1所示一种利用热空气吹脱去除土壤中挥发性污染物的装置，包括供气装置、污染土壤处理装置和废气净化装置，其中污染土壤处理装置的进气口和出气口分别借助管道与供气装置的出气口和废气净化装置的进气口相连。如图2、3、4所示，所述污染土壤处理装置包括上方设有集气罩2的土壤桶1和位于土壤桶1内底部的热气装置，所述热气装置包括设有开孔“米”字型支撑肋板7的气室3、与气室3相连通的3个圆环形气腔4，所述污染土壤处理装置的进气口位于气室3一侧、出气口位于集气罩2上；所述气腔4一侧或两侧为均匀分布的排气孔5，排气孔5上固定有钢丝滤网，所述气室3与气腔4顶部设有顶板6。
所述土壤桶1外底部设有滚轮8，土壤桶1外一侧设有把手9和提绳10。所述供气装置包括热鼓风机11，所述污染土壤处理装置与热鼓风机11之间的管道上依次设置有压力表、阀门和温度计。所述废气净化装置包括真空泵12和废气净化系统13，所述真空泵12借助带阀门管道与收集系统13相连，所述污染土壤处理装置借助带阀门管道与真空泵12相连。所述气室3一侧还设有排尘口14。
具体实施时：基于上述结构设计的本发明，在使用时，首先通过晾晒将预处理土壤中的水分降低到10～20％，然后利用粉碎机将土壤粉碎为粒度在3mm-10mm左右的颗粒。粉碎后的土壤装入土壤桶1中，然后利用热鼓风机11将热空气从进气口吹入气室3中，气室3中的热空气在压力作用下，从与气室3相连的气腔4一侧或两侧的排气孔5内排出并进入待处理土壤中，逐渐调高空气流速，直到表层的土壤颗粒开始晃动，然后再稍调低空气流速为5cm/s-60cm/s，温度控制为55-60度。废气收集装置对吹脱产生的尾气进行收集和处理，以防止污染环境。处置后的土壤可以进行填埋和其它处置。气室3内的尘土，在清理时，从排尘口14排出。钢丝滤网阻挡或减少土壤颗粒进入气腔4，肋板7起支撑气室顶板作用，滚轮8、把手9及提绳10用于搬运及倾倒。
热鼓风机11吹入土壤的空气温度控制在55-60℃。温度太低，则污染物挥发太慢，影响修复速度；温度太高，虽然可以提高修复速度，但加热空气会消耗大量的能源，会大幅度提高成本。另外，由于60℃的温度已经可以在短时间内使污染物快速挥发，修复效率已经比较高，再提高温度修复效率提升不大。热鼓风机11吹入土壤的空气，其在土壤颗粒间的平均流速控制在5cm/s-60cm/s。流速太低，则修复效率很低；流速太高，则会吹走土壤颗粒，形成飘尘污染。
实施案例1：
处理含柴油土壤，土壤性质为粉砂，初始含水率为12～17％，含柴油初始浓度58g/kg。使用本发明设计的装置进行处理。所制备单装置土壤桶1内径为1.6m，高1.6m，气室3高10cm，3个环形气腔4的厚度均为10cm，3个气腔4间的间距均为20cm，高均为20cm。每次装填土壤方量为2.3m3，通风量为8000-10000m3/h，进风口温度为58度。
处理效果：处理2小时后，土壤中剩余柴油浓度18g/kg，去除率为68.9％。
实施案例2：
处理含氨土壤，土壤性质为粉砂，初始含水率为10-13％，土壤中总氨含量为2980mg/kg。使用本发明设计装置进行处理。所制备单装置土壤桶1内径为1.6m，高1.6m，气室3高10cm，3个环形气腔4的厚度均为10cm，3个气腔4间的间距均为20cm，高均为20cm。每次装填土壤方量为2.3m3，通风量为8000-10000m3/h，进风口温度为55度。
处理效果：处理3小时后，土壤中剩余氨浓度1225mg/kg，去除率为58.8％。
实施案例3：
处理含硫化氢土壤，土壤性质为砂质粉土，初始含水率为12-16％，土壤中总硫根离子含量为2270mg/kg。使用本发明设计装置进行处理。所制备单装置土壤桶1内径为1.6m，高1.6m，气室3高10cm，3个环形气腔4的厚度均为10cm，3个气腔4间的间距均为20cm，高均为20cm。每次装填土壤方量为2.3m3，通风量为8000-10000m3/h，进风口温度为60度。
处理效果：处理2小时后，土壤中剩余硫根离子浓度615mg/kg，去除率为72.9％。