專利名稱：污染土壤的超臨界流體修復處理系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種污染土壤的超臨界流體修復處理系統，主要用于有機污染土壤的快速異位修復處理，屬于環境巖土工程領域。
背景技術：
隨著我國工農業的迅速發展，各種污染物，特別是有機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。污染物進入土壤后，不僅影響植物的生長發育及生物群落的變化，導致糧食產量和質量的下降，對農產品安全構成嚴重威脅，還會對地表水、地下水等造成次生污染。有毒污染物經食物鏈進入人體，進一步危害人類健康。近年來，我國土壤污染問題日益凸現，由土壤污染引發的農產品質量安全問題和群體性事件逐年增多。因此，修復污染土壤已經成為近幾十年來環境科學領域的重要課題，研發新型經濟高效的污染土壤修復技術和相關設備是改善我國環境質量的迫切要求，也是世界科技的研究熱點。過去幾十年中，人們通過各種手段試圖修復被有機污染物污染的土壤。由于各種原因，這些方法并不十分成功。80年代后期，部分學者將注意力集中到超臨界流體上。超臨界流體是指物質處于其臨界溫度和臨界壓力以上而形成的一種特殊狀態的流體，目前廣泛應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中， 實現了超臨界流體萃取技術從理論研究、中小水平向大規模產業化的轉變。在超臨界條件下，某些流體，如二氧化碳等的粘度系數很小，有利于溶質的擴散，因而具有很好的質量傳遞特征。同時具有較小的表面張力，易于進入到土壤或沉積物的微細孔隙中，從而將有機物很快地萃取出來。因此，采用超臨界流體萃取修復污染土壤是可行的，且具有萃取時間短、 溶劑用量少、操作方便、萃取效率高、無環境污染，且可通過改變萃取條件實現高選擇性萃取等特點。目前，國內外已有少數學者開展了超臨界流體修復污染土壤的相關研究。例如， Snyder等人采用超臨界萃取技術萃取了土壤、沙子粉土和江河沉積物中有機氯、有機磷酸脂；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。但目前尚無相關設備的研發，致使超臨界流體修復污染土壤的研究尚停留在理論研究和室內試驗階段，更無相關的規模性模擬試驗和工程實施。因此，開發污染土壤的超臨界流體修復處理設備，對于促進污染土壤的超臨界流體修復技術的發展和推動其工程應用具有重要的意義。

發明內容
針對上述存在的問題，本發明的目的在于提供一種采用超臨界流體進行污染土壤異位修復處理的系統。其技術解決方案為污染土壤的超臨界流體修復處理系統由進料裝置、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、超細過濾器、活性炭過濾器、氣態萃取劑儲存罐、 冷凝器、液態萃取劑儲存罐、液態萃取劑泵、第二加熱器、催化劑儲存罐、氣泵、閥門、管道組成，進料裝置由第一真空泵和進料罐構成，進料罐和第一真空泵之間管道連接，連接管道上設置有閥門，進料罐上部設置有進料口，進料口上方設置有進料密封蓋，進料密封蓋上設置有第一泄壓閥，進料罐底部設置有第一落料口，第一落料口上設置有進料閥，萃取裝置由電動機、萃取罐、溫度傳感器、壓力傳感器和立式螺條攪拌器構成，立式螺條攪拌器設置在萃取罐內，立式螺條攪拌器轉軸和電動機連接，萃取罐的內壁上設置有溫度傳感器和壓力傳感器，萃取罐上部和進料罐上的第一落料口固定連接，萃取罐底部設置有第二落料口，第二落料口上設置有卸料閥，卸料裝置由卸料罐和第二真空泵構成，卸料罐和第二真空泵之間管道連接，連接管道上設置有閥門，卸料罐上部和萃取罐上的第二落料口固定連接，卸料罐下部設置有出料口，出料口上設置有出料密封蓋，出料密封蓋上設置有第二泄壓閥，萃取罐頂部通過管道依次經減壓閥、第一加熱器、氣體分離倉、閥門、超細過濾器、活性炭過濾器、 閥門、氣態萃取劑儲存罐、閥門、冷凝器、閥門、液態萃取劑儲存罐、液態萃取劑泵、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，萃取罐側壁上方設置有連接氣態萃取劑儲存罐的管道，連接管道上設置有閥門，卸料罐側壁上方通過管道依次經閥門、氣泵連接至超細過濾器，卸料罐側壁下方通過管道連接至氣態萃取劑儲存罐，連接管道上設置有閥門。所述的進料罐、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，管道上設置有閥門。由于采用了以上技術方案，本發明的污染土壤的超臨界流體修復處理系統實現了污染土壤的異位快速修復，具有如下的技術特點和優點1.于其它污染土壤修復方法相比，由于采用了對環境無污染的超臨界流體進行土壤修復，避免了環境的二次污染。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，同一設備、 同一修復過程可實現不同污染成分的同時萃取，萃取范圍廣，修復效率高。3.在萃取裝置前后分別設置了進料裝置和卸料裝置，并用進料閥和卸料閥隔開， 進料、萃取和卸料過程互不干擾，實現了土壤萃取修復的連續化操作，節省了萃取劑，降低了修復成本。4.萃取罐中設置的立式螺條攪拌器，可使污染土壤上下翻轉、打散和混合攪拌，增強了土壤滲透性能，增加了與萃取劑接觸面積和接觸機會，提高了萃取效率。5.設置了抽真空裝置和用于氣體回收的氣泵和管道，在整個萃取過程中，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算機相連，處理過程的智能化控制優化了處理倉內壓力和溫度等參數，實現了對不同污染成分萃取參數的智能控制，使處理成本最小化，并可及時反饋裝置的運行情況，以便對異常情況進行及時處理，使得設備的正常運行得到了有力保障。本發明的污染土壤修復處理系統結構合理、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，經其處理的被污染土壤凈化程度可達95%以上。


附圖1是本發明污染土壤的超臨界流體修復處理系統的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行進一步詳細描述見附圖污染土壤的超臨界流體修復處理系統由進料裝置、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、超細過濾器24、活性炭過濾器25、氣態萃取劑儲存罐26、冷凝器27、液態萃取劑儲存罐31、液態萃取劑泵30、第二加熱器四、催化劑儲存罐觀、氣泵32、閥門、管道組成，進料裝置由第一真空泵1和進料罐5構成，進料罐 5和第一真空泵1之間管道連接，連接管道上設置有閥門，進料罐5上部設置有進料口 4，進料口 4上方設置有進料密封蓋3，進料密封蓋3上設置有第一泄壓閥2，進料罐5底部設置有第一落料口 6，第一落料口 6上設置有進料閥7，萃取裝置由電動機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構成，立式螺條攪拌器12設置在萃取罐9內，立式螺條攪拌器12轉軸和電動機8連接，由電動機8控制立式螺條攪拌器12的開啟和關閉， 萃取罐9的內壁上設置有溫度傳感器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，可隨時獲得萃取罐9內的溫度和壓力參數，同時電腦與第二加熱器四和液態萃取劑泵30連接，以控制萃取罐9內的溫度和壓強，萃取罐9上部和進料罐5 上的第一落料口 6固定連接，萃取罐9底部設置有第二落料口 13，第二落料口 13上設置有卸料閥14，卸料裝置由卸料罐16和第二真空泵15構成，卸料罐16和第二真空泵15之間管道連接，連接管道上設置有閥門，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下部設置有出料口 17，出料口 17上設置有出料密封蓋18，出料密封蓋18上設置有第二泄壓閥19，萃取罐9頂部通過管道依次經減壓閥20、第一加熱器21、氣體分離倉22、 閥門、超細過濾器M、活性炭過濾器25、閥門、氣態萃取劑儲存罐沈、閥門、冷凝器27、閥門、 液態萃取劑儲存罐31、液態萃取劑泵30、閥門、第二加熱器29、閥門、催化劑儲存罐觀和閥門回接至萃取罐9的底部，形成修復系統的萃取劑主循環回路，萃取罐9側壁上方設置有連接氣態萃取劑儲存罐26的管道，連接管道上設置有閥門，用于給萃取罐9內充入萃取氣體， 卸料罐16側壁上方通過管道依次經閥門、氣泵32連接至超細過濾器M，用于卸料罐16內萃取氣體的回收利用，卸料罐16側壁下方通過管道連接至氣態萃取劑儲存罐沈，連接管道上設置有閥門，用于給卸料罐16充入萃取氣體。進料罐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，管道上設置有閥門。污染土壤的超臨界流體修復處理系統的工作原理1.關閉所有閥門，打開進料罐5上的進料密封蓋3和進料閥7，填入適量待處理的污染土壤，使其經過進料罐5后進入萃取罐9中，關閉進料密封蓋3。打開第一真空泵1與進料罐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1和第二真空泵15，將進料罐5、萃取罐9和卸料罐16中的空氣抽空后，再關閉上述兩閥門，以免空氣混入萃取劑中。關閉第一真空泵1、第二真空泵15和進料閥7。打開萃取罐9側壁上方連接于氣態萃取劑儲存罐沈的管道上的閥門，打開卸料罐16側壁下方連接于氣態萃取劑儲存罐26的管道上的閥門，使萃取罐9和卸料罐16內氣體壓力與氣態萃取劑儲存罐沈內氣體壓力平衡后再關閉兩閥門。2.打開冷凝器27及冷凝器27與液態萃取劑儲存罐31之間管道上的閥門，使氣態萃取劑儲存罐26中氣態萃取劑經冷凝器27冷凝為液態后存儲在液態萃取劑儲存罐31中。3.打開連接于萃取罐9底部與液態萃取劑泵30之間的管道上的閥門以及連接于萃取罐9頂部與氣態萃取劑儲存罐沈之間的管道上的閥門和減壓閥20。啟動液態萃取劑泵30，使液態萃取劑經第二加熱器四加熱至超臨界狀態后，夾帶催化劑儲存罐觀中的催化劑進入萃取罐9中。4.打開電動機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，并經電腦傳給第二加熱器四和液態萃取劑泵30，以控制適當的萃取劑溫度和壓力。5.溶解有污染物的超臨界萃取劑經減壓閥20減壓，并由第一加熱器21適當加熱后變為氣態，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，而氣態萃取劑經超細過濾器M和活性炭過濾器25過濾后重新進入氣態萃取劑儲存罐沈或經冷凝器27冷凝后儲存在液態萃取劑儲存罐31中，參與下一次循環萃取。6.污染土壤處理完成后，關閉所有閥門、電動機和氣泵。打開卸料閥14，使處理后的土壤進入卸料罐16中。打開連接于卸料罐16側壁上方和超細過濾器M之間的管道上的閥門和氣泵32以及活性炭過濾器25與氣態萃取劑儲存罐沈之間的閥門，將萃取罐9和卸料罐16中的萃取劑抽入氣態萃取劑儲存罐沈中回收后，再關閉上述閥門。7.關閉卸料閥14，經第二泄壓閥19泄壓后，打開出料密封蓋18，使土壤從出料口 17排出，關閉出料密封蓋18。此時，可先后打開進料閥7和第一泄壓閥2，對進料罐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。循環上述工作，既可實現污染土壤的連續萃取。在整個萃取過程中，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。
權利要求
1.污染土壤的超臨界流體修復處理系統，其特征在于所述的污染土壤的超臨界流體修復處理系統由進料裝置、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)、超細過濾器(M)、活性炭過濾器(25)、氣態萃取劑儲存罐 (沈)、冷凝器(27)、液態萃取劑儲存罐(31)、液態萃取劑泵(30)、第二加熱器(四)、催化劑儲存罐( )、氣泵(32)、閥門、管道組成，進料裝置由第一真空泵⑴和進料罐(5)構成，進料罐( 和第一真空泵(1)之間管道連接，連接管道上設置有閥門，進料罐( 上部設置有進料口 G)，進料口(4)上方設置有進料密封蓋(3)，進料密封蓋C3)上設置有第一泄壓閥 0)，進料罐( 底部設置有第一落料口(6)，第一落料口(6)上設置有進料閥(7)，萃取裝置由電動機(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)構成，立式螺條攪拌器(1 設置在萃取罐(9)內，立式螺條攪拌器(1 轉軸和電動機(8)連接，萃取罐(9)的內壁上設置有溫度傳感器(10)和壓力傳感器(11)，萃取罐(9)上部和進料罐( 上的第一落料口(6)固定連接，萃取罐(9)底部設置有第二落料口(13)，第二落料口(13)上設置有卸料閥(14)，卸料裝置由卸料罐(16)和第二真空泵(15)構成，卸料罐 (16)和第二真空泵(1 之間管道連接，連接管道上設置有閥門，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)下部設置有出料口(17)，出料口(17)上設置有出料密封蓋(18)，出料密封蓋(18)上設置有第二泄壓閥(19)，萃取罐(9)頂部通過管道依次經減壓閥(20)、第一加熱器(21)、氣體分離倉(22)、閥門、超細過濾器(M)、活性炭過濾器(25)、閥門、氣態萃取劑儲存罐( )、閥門、冷凝器(27)、閥門、液態萃取劑儲存罐 (31)、液態萃取劑泵(30)、閥門、第二加熱器( )、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)側壁上方設置有連接氣態萃取劑儲存罐06)的管道，連接管道上設置有閥門，卸料罐(16)側壁上方通過管道依次經閥門、氣泵(3 連接至超細過濾器(M)，卸料罐(16)側壁下方通過管道連接至氣態萃取劑儲存罐( )，連接管道上設置有閥門。
2.如權利要求1所述的污染土壤的超臨界流體修復處理系統，其特征在于所述的進料罐(5)、萃取罐(9)和卸料罐(16)的底部分別為圓錐體。
3.如權利要求1所述的污染土壤的超臨界流體修復處理系統，其特征在于所述的氣體分離倉0 下方設置有污染物收集器(23)，氣體分離倉0 和污染物收集器之間管道連接，管道上設置有閥門。
全文摘要
本發明涉及一種污染土壤的超臨界流體修復處理系統，屬于環境巖土工程領域。污染土壤的超臨界流體修復處理系統主要由進料裝置、萃取裝置、卸料裝置組成。該修復處理系統可對污染土壤進行超臨界流體萃取修復，避免了環境的二次污染；同一設備、同一修復過程可實現不同污染成分的同時萃取，萃取范圍廣；實現了土壤萃取修復的連續化操作，降低了修復成本；立式螺條攪拌器增強了土壤滲透性能，增加了與萃取劑接觸面積和接觸機會，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，實現了對不同污染成分萃取參數的智能控制，處理成本最小化，設備正常運行得到保障。
文檔編號B09C1/02GK102527709SQ20121000456
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者侯長亮, 李江山, 王靜, 薛強, 趙穎 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所