有机污染土壤的修复装置

1.本发明涉及环境工程领域，尤其涉及一种有机污染土壤的修复装置。


背景技术：

2.当前，土壤污染已经成为影响当今人类生存和可持续发展的一大环境问题。有毒、有害的污染物质在土壤中不断积累，当有害物质积累到一定程度则有可能严重破坏整个生态系统。
3.有机污染物是危害土壤环境安全的重要污染物，同时对农业生产和人体健康存在巨大的安全隐患。持久性有机污染物也是造成土壤污染的主要罪魁祸首之一。曾经大量生产和广泛使用的氯丹、灭蚁灵、六六六、滴滴涕等农药杀虫剂，在生产和使用过程中均可导致土壤污染，虽然己经禁用多年，但是土壤中依然有大量残留。除农药外，多氯联苯作为斯德哥尔摩公约首批优先控制的几种持久性有机污染物之一，对土壤的污染极为严重，威胁着人类和其他生物的健康，其所引起的环境问题也受到全社会的广泛关注。
4.目前，对污染土壤中污染源修复，可分为原位修复和异位修复。其中，异位修复的修复周期相对较短，修复效率普遍较高，但是，异位修复涉及土壤运输，土壤运输的成本昂贵，而且，土壤运输的过程中容易导致土壤中大量的挥发/半挥发性有机物转移到空气中，造成二次污染。相比于异位修复技术，原位修复技术因其不需要建设昂贵的地面修复设施而更为经济，操作维护起来相对比较简单，并且原位修复技术不需对污染土壤进行远程运输，这样就减少了污染土壤转移带来的风险。但是，原位修复的周期相对较长，修复效果很难达到理想状态。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有机污染土壤的修复装置，既可以用于原地修复，也可以用于异地修复，可以低成本、高效率地实现对于有机污染土壤的深度修复，并且在排放之前对尾气进行了净化处理，对环境友好。
6.一种有机污染土壤的修复装置，包括：土壤处理仓、气体净化室和传送带底座；其中，
7.所述土壤处理仓为长条形仓体，其横剖面为梯形；
8.所述土壤处理仓的顶部设有污染土壤的进料口；
9.在所述土壤处理仓的内部，在靠近所述土壤处理仓的顶部的左、右侧壁上设有若干个振动装置，所述振动装置通过长杆连接到下方的振动筛；所述振动筛为长条形的折弯件，包括横剖面为倒“v”形的主体和设在所述主体两侧的翅片，所述翅片由所述主体的两侧的底部边缘处向上弯折而成，所述主体和翅片上均分布有若干筛孔；
10.在所述土壤处理仓的内部，在所述振动筛下方的空间设有若干根金属方管，呈多层阵列式排布；每根所述金属方管呈水平放置且其长度方向与所述土壤处理仓的长度方向一致，处在任意相邻的上、下两层的金属方管的位置错开；每根所述金属方管的两端各接有
小圆管，所述小圆管套接轴承并连接着转动装置，所述轴承的外圈固定在所述土壤处理仓的前、后端面的内壁上；位于一端的所述小圆管与臭氧发生器连接，用于通入臭氧；位于另一端的所述小圆管封闭；在每根所述金属方管内的上侧壁上设有若干电磁感应线圈，所述电磁感应线圈与温度感应探头和温度控制器连接，在每根所述金属方管内的下侧壁上开设有若干孔洞；同时，每根所述金属方管的任意一端连接电源电极，且处在任意相邻的上、下两层的金属方管所接的电极均相反；
11.所述土壤处理仓的底部位于所述传送带底座的水平传送带上方10～30cm处；所述土壤处理仓的底部设有大开口，所述开口正位于所述传送带底座的水平传送带的上方；
12.所述气体净化室设置在所述土壤处理仓的上方且与所述土壤处理仓连通；所述气体净化室由腔体和顶部的抽风机组成，所述腔体内分为下层磁场区和上层填料区；其中，所述下层磁场区的两个相对的侧壁上设有两块磁铁，两块磁铁相对的两个面分别为n极和s极；所述上层填料区内设有多层错开叠放的复合铁丝网，所述复合铁丝网是在铁丝网的表面形成氧化层而得，所述氧化层为氧化铁和二氧化铁的复合物。
13.在本发明的一具体实例中，还包括提升机，所述提升机包括底部料槽和管式螺旋传输机，所述底部料槽用于收集待处理的污染土壤，所述管式螺旋传输机的进料口位于所述底部料槽内，所述管式螺旋传输机的出料口与所述土壤处理仓的顶部连通，所述管式螺旋传输机倾斜设置；
14.在本发明的一具体实例中，所述提升机还包括顶罩，所述管式螺旋传输机的出料口设在所述顶罩内，所述顶罩位于土壤处理仓的上方并与所述土壤处理仓的顶部连通。
15.在本发明的一具体实例中，所述提升机设置在所述土壤处理仓的左侧或/和右侧。
16.在本发明的一具体实例中，若干所述提升机沿着土壤处理仓的长度方向上并排间隔设置在所述土壤处理仓的左侧或/和右侧。
17.在本发明的一具体实例中，所述翅片的高度设置为4～8cm。
18.在本发明的一具体实例中，所述振动筛的长度与所述土壤处理仓的长度相近或相等，所述振动筛的宽度(即所述主体的整个宽度)略小于所述土壤处理仓在此处的宽度。
19.在本发明的一具体实例中，每根所述金属方管的长度与所述土壤处理仓的长度相近或相等。
20.在本发明的一具体实例中，所述金属方管的前、后端面均为长方形，其长为4～5cm，其宽为2～3cm。
21.在本发明的一具体实例中，任意相邻两层的所述金属方管之间的间隔为10～12cm，同一层任意相邻的所述金属方管之间的间隔为10～12cm。
22.在本发明的一具体实例中，所述转动装置为自动转动装置，能够控制所述小圆管进行周期性转动。
23.在本发明的一具体实例中，在所述土壤处理仓的内部还设有导泥板，所述导泥板的上边沿分别固定在靠近所述土壤处理仓的底部的左侧壁或/和右侧壁上，所述导泥板的下边沿悬空设置，所述导泥板呈向下倾斜的状态。
24.在本发明的一具体实例中，在所述导泥板的背面设置有若干超声波振子。
25.在本发明的一具体实例中，所述气体净化室的数量为多个，且沿着所述土壤处理仓的长度方向上间隔设置。
26.在本发明的一具体实例中，所述磁场区的高度为50～80cm，所述填料区的高度为20～50cm。
27.在本发明的一具体实例中，所述复合铁丝网通过以下方法制得：将市售的铁丝网在500～650℃下煅烧2～3h后，直接置于冷水中，即可在表面形成一层氧化层(该氧化层为氧化铁和二氧化铁的复合物)，得到复合铁丝网。
28.在本发明的一具体实例中，所述铁丝网的规格如下：网孔尺寸为(5～20)mm
×
(5～20)mm、粗细为1～2.5mm。
29.在本发明的一具体实例中，所述有机污染土壤的修复装置，还包括挖土装置，优选包括连续作业的挖土装置。
30.本发明的有机污染土壤的修复装置中，利用相邻层的金属方管所构建的微电场对污染土壤进行电解降解，利用电磁感应发热加热污染土壤使得其中有机污染物脱附，进一步，利用自动转动装置周期性转动金属方管，使得每一层金属方管表面堆积的土壤经处理后掉落到下一层的金属方管表面，进行再一次的处理。这样一来，污染土壤就可以在层层掉落的过程中，经过多次翻滚、加热、电解降解、有机污染物脱附、有机物极化或和极板碰撞带电的处理，得到干净的土壤。同时，加热脱附或电解产生的部分粒子在电场作用下带上电荷，进入气体净化室后在磁场区发生旋转运动，与有机气体碰撞并发生氧化还原反应；有机气体在填充区进一步氧化还原反应，从而被彻底氧化。
31.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
32.(1)本发明的有机污染土壤的修复装置，与连续作业的挖土装置结合使用时，可以用于土壤的原地修复，且可连续作业。同时，由于本发明的有机污染土壤的修复装置的独立性，也可以用于土壤的异位修复。使用场景广泛而灵活。
33.(2)本发明的有机污染土壤的修复装置，利用阵列式排布中的任意相邻的两层金属方管所构建的多个微电场对污染土壤进行多次电解降解，以及各层金属方管内电磁感应发热对污染土壤中有机污染物的多次加热脱附，达到对于污染土壤的深度处理，从而低成本、高效率地实现对于有机污染土壤的深度修复和快速修复。尤其是，较之传统原位修复的操作过程，本发明的有机污染土壤的修复装置大大节省了时间。传统原位修复，例如植物修复(需要长期生长)、电动修复(也需要较长时间、而且修复不彻底)或者蒸汽熏蒸(效率低，加热慢)，都存在相似的问题，无法满足当下迅速腾挪土地并恢复使用的需求。
34.(3)本发明的有机污染土壤的修复装置，其处理产生的尾气中的一部分在电场作用下带上电荷成为带电粒子，进入气体净化室后，在磁场发生旋转运动，与有机气体碰撞并发生氧化还原反应，进一步，有机气体在填料区被由复合铁丝网催化活化的臭氧活性物质继续进行深度氧化，从而实现在排放之前对尾气的净化处理，对环境友好。
附图说明
35.图1为本发明的有机污染土壤的修复装置的第一种具体实例的立体结构示意图。
36.图2为本发明的有机污染土壤的修复装置的第一种具体实例的剖面结构示意图。
37.图3为本发明的有机污染土壤的修复装置的第一种具体实例中振动筛的结构示意图。
38.图4为本发明的有机污染土壤的修复装置的第一种具体实例中金属方管的结构示
意图。
39.图5为本发明的有机污染土壤的修复装置的第一种具体实例中气体净化室的结构示意图。
具体实施方式
40.下面结合附图和具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
41.如图1和图2所示，本发明的一具体实施例中，第一种有机污染土壤的修复装置，包括：提升机1、土壤处理仓2、气体净化室3和传送带底座4。
42.如图1和图2所示，提升机1包括底部料槽5、管式螺旋传输机6和顶罩7。底部料槽5用于收集待处理的污染土壤，管式螺旋传输机6的进料口位于底部料槽5内，管式螺旋传输机6的出料口设在顶罩7内，顶罩7位于土壤处理仓2的上方并与土壤处理仓2的顶部(或顶部进料口)连通。管式螺旋传输机6倾斜设置，将底部料槽5内的土壤从自身的底部进料口向上传输至顶部出料口，并由此送入到土壤处理仓2。
43.当然，如果将管式螺旋传输机6的出料口直接与土壤处理仓2的顶部/上部的进料口连通，也是可以的，这个时候就不必设置顶罩7。
44.如图1和图2所示，土壤处理仓2为长条形仓体，其横剖面为梯形，即，土壤处理仓2的前端面、后端面是梯形，上顶面、下底面、以及左侧面、右侧面均为长方形。通常，对于细长的物体或三维形状，沿着较短的方向(或垂直较长的方向)进行切割得到的剖面就是横剖面。因此，这里的横剖面也是指沿着垂直于长度方向进行切割得到的剖面。
45.由于土壤处理仓2是长条形，所以，可以考虑沿着土壤处理仓2的长度方向上设置提升机1，即，将提升机1设置在土壤处理仓2的左侧或/和右侧。当土壤处理仓2的长度较长时，可以在土壤处理仓2的左侧或/和右侧并排着间隔设置多个提升机1。图1中给出了设置多个提升机1的示意。
46.如图1和图2所示，土壤处理仓2设置在传送带底座4的上方，土壤处理仓2的底部是敞开的，也可以说，土壤处理仓2设有一个大的底部开口，土壤处理仓2的底部(或底部开口)正位于传送带底座4的水平传送带的上方，使得土壤处理仓2处理后的土壤能够落在传送带底座4的水平传送带上并被其导出。
47.传送带底座4放置在地面上，土壤处理仓2的底部位于传送带底座4的水平传送带上方10～30cm处。
48.当然，还可以在土壤处理仓2内部设置引导装置，将处理后的土壤引导到传送带底座4的水平传送带上，以避免土壤外溅。如图1和图2所示，在土壤处理仓2内部设有一对导泥板8，两个导泥板8相对设置，两个导泥板8的上边沿分别固定在靠近土壤处理仓2的底部的左、右侧壁上，两个导泥板8的下边沿均悬空设置，两个导泥板8呈向下倾斜。两个导泥板8的下边沿之间的间距略小于传送带底座4的水平传送带的宽度，处理后的土壤可全部引导至传送带底座4的水平传送带上，并通过水平传送带传输出去，可以用于回填。
49.为了防止土壤颗粒物堆积在导泥板8上，还可以在每个导泥板8的背面设置若干个超声波振子9。超声波振子9的震动，有利于将掉落到导泥板8的土壤震落到传送带底座4的水平传送带上，并及时导出，以保证装置的持续正常运行。
50.图2中示出了一对导泥板8和若干个超声波振子9的情形。
51.如图1和图2所示，在土壤处理仓2内部，在靠近土壤处理仓2的顶部的左、右侧壁上设有若干个振动装置13，所有振动装置13通过长杆连接到振动筛10，振动筛10位于振动装置13的下方，也位于土壤处理仓2的顶部(或上部进料口)下方。
52.如图3所示，振动筛10为长条形的折弯件，包括：横剖面为倒“v”形的主体11和设在主体11两侧的翅片12，翅片12由主体11的两侧的底部边缘向上弯折而成，主体11和翅片12均分布有若干筛孔。待处理的污染土壤自管式螺旋传输机6的出料口下落到土壤处理仓2内，会先经过振动筛10，此时，小颗粒土壤沿着主体11的两侧的倾斜坡面下滑并从筛孔下落，同时，振动筛10的持续振动下，一些较大的土壤颗粒变小并最终从筛孔下落，而土壤中极其少量的大颗粒石块或砖块则越过翅片12从两侧滚落。
53.将翅片12的高度设置为4～8cm，将大颗粒石块或砖块分离出来的效果比较好，同时，也能保证土壤颗粒基本上都从筛孔筛下来(包括一些较大的颗粒在振动筛10上充分停留被震小后再筛下来)。
54.另外，尽量使得振动筛10覆盖的面积足够大，以便最大程度地利用土壤处理仓2的内部空间。例如，可以作以下设置：振动筛10的长度与土壤处理仓2的长度相近或相等，振动筛10的宽度(即主体11的整个宽度)略小于土壤处理仓2在此处的宽度。
55.如图1和图2所示，在土壤处理仓2内部，在振动筛10下方的空间设有若干根金属方管14，这些金属方管14在土壤处理仓2内呈多层阵列式排布，每根金属方管14呈水平放置且每根金属方管14的长度方向与土壤处理仓2的长度方向一致，每层金属方管14与相邻层金属管14的位置错开设置(即，处在任意相邻的上下两层的金属方管的位置不能对齐，例如，错开一半的宽度)。
56.如图4所示，每根金属方管14的两端各接有1个小圆管15，每个小圆管15套接1个轴承16，两个轴承16的外圈分别固定在土壤处理仓2的两个端壁(前端面、后端面的内壁)上，两个小圆管15均连接着转动装置(图中未示出)，在转动装置的控制下，小圆管15可以发生周期性转动，在此可采用自动转动装置。
57.位于一端的小圆管15与臭氧发生器(图中未示出)连接，用于通入臭氧；位于另一端的小圆管15封闭。
58.在每根金属方管14内的上侧壁上设有若干电磁感应线圈17，电磁感应线圈17与温度感应探头和温度控制器连接(图中未示出)。
59.在每根金属方管14内的下侧壁上开设有若干孔洞18。臭氧从小圆管15通入到金属方管14内，再通过孔洞18从各个金属方管14进入到土壤处理仓2，分散更均匀，更容易和挥发出的污染物接触，臭氧利用效率更高。
60.每根金属方管14的任意一端(首端或末端)与电源电极连接，且每层金属方管14与相邻层的金属方管14所接的电极均相反，比如第一层金属方管14的末端接电源正极，第二层金属方管14的末端接电源负极，这样一来不同层金属管之间存在电势差。金属方管14的首末端是指其在长度方向上的两端，即，靠近或位于土壤处理仓2的前后端面的两端。
61.可以设置每根金属方管14的长度和土壤处理仓2的长度相近或相等，以便于最大程度地利用土壤处理仓2的内部空间。
62.金属方管14的尺寸设置可参考：金属方管14的前端面、后端面均为长方形，其长为
4～5cm，其宽为2～3cm。任意相邻两层金属方管14之间的间隔为10～12cm，同一层任意相邻的金属方管14之间的间隔为10～12cm。
63.如图1和图2所示，气体净化室3设置在土壤处理仓2的上方，其数量可以是一个或多个。由于土壤处理仓2为长条形，沿着土壤处理仓2的长度方向上，在土壤处理仓2的上方，间隔设置多个气体净化室3的效果会更好。气体净化室3与土壤处理仓2连通。
64.如图5所示，气体净化室3由腔体19和顶部的抽风机20组成。腔体19内分为下层磁场区21和上层填料区22。
65.下层磁场区21的两个相对的侧壁上设有两块磁铁23，两块磁铁23相对的两个面分别为n极和s极。
66.上层填料区22内设有多层错开叠放(各层网孔交错、不对齐)的复合铁丝网24，该复合铁丝网通过以下方法制得：将铁丝网置于炉中在500～650℃下煅烧2～3h后，直接置于冷水中，即可在表面形成一层氧化层(该氧化层为氧化铁和二氧化铁的复合物)，得到复合铁丝网。
67.随着气流运动的带电粒子(包括土壤粉末、氧自由基、负氧离子、臭氧根离子以及带电有机物分子等)，进入磁场区21后，在磁场作用下产生旋转运动。旋转运动会使得带电粒子与不带电粒子(如有机物分子)碰撞的几率增加，当有机物分子与这些不稳定的自由基或者负离子接触后，就会直接发生氧化还原反应，因此，磁场的存在使传质效率提高。当气流继续上升进入填料区22后，臭氧与复合铁丝网上的表面氧化层接触产生活性物质，对有机气体分子进行进一步氧化。因此，经过气体净化室3处理后的有机气体基本已被彻底氧化降解。
68.气体净化室3的尺寸，可参考如下设置：磁场区21的高度为50～80cm，填料区22的高度为20～50cm。
69.铁丝网的尺寸，可参考如下设置：网孔尺寸为(5～20)mm
×
(5～20)mm、粗细为1～2.5mm。
70.实际上，这里采用复合铁丝网错层叠放来充当填料区的催化剂，既利用了铁丝网自带骨架获得架空的空间，又利用铁丝网中错开的孔隙容纳气流顺畅通过，从而在气流通过时氧化铁和二氧化铁的复合物氧化层可对气流中臭氧进行催化活化，完全避免了常见的粉末催化剂因压实和长时间反应导致的失效问题。
71.上述有机污染土壤的修复装置的运行机理如下：
72.操作时，将待处理的污染土壤持续加入到底部料槽5中。
73.接通管式螺旋传输机6的电源，待处理的污染土壤被抬升到管式螺旋传输机6的顶部出料口，并从土壤处理仓2的顶部(或上部进料口)持续掉落到仓内：先经过振动筛10，此时，小颗粒土壤沿着主体11的两侧的倾斜坡面下滑并从筛孔下落；同时，在振动筛10的持续振动下，一些较大的土壤颗粒变细并最终从筛孔下落；而土壤中极其少量的大颗粒石块或砖块，则越过翅片12从两侧滚落到水平底座4的水平传送带上导出。
74.接通金属方管14的电源，每根金属方管14就成为了电极，由于相邻层的金属方管14的电极相反，两两相邻层的金属方管14之间形成电场，对散落在(下层)金属方管14上表面的土壤中的污染物进行电解降解。而且，在电场的作用下，金属方管14表面堆积的土壤中部分离子化污染物会产生移动，移动至土壤颗粒表面。同时，在电场中，一部分有机物发生
极化作用，带上电荷；一部分有机物和电极(金属方管14)碰撞，带上电荷。
75.接通电磁感应线圈17的电源，使金属方管14感应发热，结合温度感应探头和温度控制器，控制温度在150～500℃。在电磁感应产生的高温作用下，在土壤表面的挥发性污染物从土壤表面脱附，得到有机气体；难挥发污染物被碳化处理。
76.同时，启动外部的臭氧发生器，臭氧从金属方管14的一端小圆管15通入，从下方孔洞18逸出，逸出的臭氧在土壤处理仓2内对有机污染物进行降解。
77.此外，启动外部的自动转动装置，每隔3～5h，金属方管14即转动90
°
并保持2～3min，然后恢复原样，使每一层金属方管14表面堆积的土壤掉落到下一层的金属方管14的表面。这样一来，污染土壤就可以在层层掉落的过程中，经过多次翻滚、感应加热、电解降解、有机污染物脱附、有机物极化或和极板碰撞带电的处理。
78.脱附的有机气体和臭氧混合，一起被抽风机20抽入气体净化室3。在气体净化室3内，气体先经过磁场区21，在磁场作用下，带电粒子的运动促进了其与不带电粒子的碰撞和混合以及氧化还原反应，然后进入填料区22，臭氧与复合铁丝网上的表面氧化层接触产生活性物质，对有机气体分子进行进一步氧化。经过气体净化室3处理后的有机气体基本已被彻底氧化降解。
79.可见，从土壤处理仓2顶部掉下的土壤经过振动筛10之后，在金属方管14表面层层掉落并被多重处理。处理后的干净土壤掉落在传送带底座4的水平传送带上，经由水平传送带导出，再被收集或回填，完成土壤修复；脱附的有机气体在臭氧和热空气的带动下，上升进入磁场区21和填料区22，经过多重氧化还原反应，有机气体被彻底氧化降解，对外排出净化后的气体。
80.本发明中，待处理的污染土壤，可以是由连续作业的挖土装置挖出的土壤，这样就可以实现污染土壤的原地修复，处理后的干净土壤可以直接回填。
81.当然，待处理的污染土壤，也可以是挖出的土壤的集合，这种情况下，虽然是异地修复，但是可以大量处理，也非常灵活。
82.由此可见，本发明的目的已经完整并有效地予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离原理的情况下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。