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CN106268208B - 低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统 - Google Patents

低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统，包括载气装置、热脱附尾气发生装置、保温装置、低温等离子体处理装置和尾气吸收装置；所述载气装置包括用于提供普通气体的第一载气通路和用于提供混合气体的第二载气通路，其中所述混合气体是指普通气体和水蒸气的混合物；所述热脱附尾气发生装置用于产生污染气体；所述保温装置用于防止热脱附尾气中的污染物在管路中的凝结；所述低温等离子体处理装置用于降解处理热脱附尾气中的污染物；所述尾气吸收装置用于吸收经降解处理后热脱附尾气中残余的污染物。本发明的实验系统结构简单，安装调试方便快捷，工艺参数获取周期短，能耗成本低。

Description

低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统。
背景技术
随着我国产业结构的调整和城市化进程的加快，导致大量化工、农药生产企业搬迁，原有土地中很多调整为居住或商业用地等，这些企业在日常生产运营中，由于废物处理、化学品泄漏及废水排放等原因，已经造成了严重的土壤污染，特别是有机物污染。涉及的污染物包括石油烃、多环芳烃、苯系物、有机氯农药、多氯联苯等。热脱附技术是通过直接或间接热交换，将含有污染物的土壤加热到足够高的温度，从而使污染物从土壤中挥发或分离的过程。由于处理效率高、修复周期短及修复后土壤可再利用等显著优势，热脱附技术已广泛地应用于有机污染土壤的修复治理中。但是由于热脱附技术是物理分离技术，实际上是污染物从土壤转移到尾气的过程，因此迫切需要解决热脱附尾气中有机污染物的控制问题。
对于有机污染土壤热脱附尾气的治理，目前常用的方法有冷凝-吸附法和燃烧-吸附法等。冷凝-吸附法虽然能够有效去除尾气中的有机污染物，但该方法仍然需要对冷凝-吸附后的污染物进行处置，且吸附剂消耗量大，成本高。而燃烧法对污染物的去除效率高，但需要消耗大量燃料，处理后的尾气在冷却排放过程中易产生二噁英，因此需要在燃烧后增加急冷装置，处理成本较高。
因此，本领域亟需研究开发成本更低、效果更好的处理热脱附尾气的系统和方法，以解决有机污染物的控制问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统，以期至少解决上述现有技术存在的问题之一。
为实现上述目的，本发明提供一种低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统，包括载气装置、热脱附尾气发生装置、保温装置、低温等离子体处理装置和尾气吸收装置；
所述载气装置包括用于提供普通气体的第一载气通路和用于提供混合气体的第二载气通路，其中所述混合气体是指普通气体和水蒸气的混合物；
所述热脱附尾气发生装置用于产生污染气体；
所述保温装置用于防止热脱附尾气中的污染物在管路中的凝结；
所述低温等离子体处理装置用于降解处理热脱附尾气中的污染物；
所述尾气吸收装置用于吸收经降解处理后热脱附尾气中残余的污染物。
本发明同时还提供利用如上所述的低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统对有机污染土壤热脱附尾气进行处理的方法，包括如下步骤：
(1)第一载气通路提供的普通气体进入热脱附尾气发生装置中，通过鼓泡的方式产生污染气体，所述污染气体与第二载气通路提供的普通气体和水蒸气的混合物混合后，形成热脱附尾气；
(2)所述热脱附尾气通入所述低温等离子体处理装置，使其中的污染物在高压放电下被降解；
(3)经低温等离子体处理装置处理后的尾气通入所述尾气吸收装置，使其中残留的污染物及有机降解产物被吸收瓶内的有机溶剂吸收，无机降解产物被相应的无机溶剂吸收。
与现有技术相比本发明具有以下创新点和有益效果：本发明涉及了一种小型的、可快速评估低温等离子体处理热脱附尾气效果的实验系统，以及一种能够快速、系统地测试低温等离子体处理效果的方法。实验系统将尾气发生装置和处理装置作为一个整体置于保温装置中，温度控制精确，有效防止了半挥发性污染物在管路中的凝结，减少了实验误差，从而使实验数据更加准确。实验系统结构简单，安装调试方便快捷，工艺参数获取周期短，能耗成本低。
本发明中的实验方法是根据实际热脱附尾气的主要特征来确定实验条件，然后在该实验条件下测试热脱附尾气中污染物的降解效率。可获取污染物浓度、水蒸汽浓度、停留时间、处理温度和电气参数等关键工艺参数对热脱附尾气中污染物降解的影响，为低温等离子体处理热脱附尾气的实际应用提供科学指导和技术支持，为实际工程提供依据，促进土壤热脱附修复技术的发展。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
【附图标记说明】
1－气体钢瓶
2－质量流量计
3—耐高温聚四氟乙烯进气管
4—鼓风干燥箱
5－装有污染物的玻璃瓶
6－油浴锅
7－缓冲瓶
8－水蒸汽发生器
9－缓冲瓶
10—高压电源
11—低温等离子体反应器
12—高压电缆
13—吸收瓶
14—循环冷凝器
15—耐腐蚀导气软管
16—活性炭吸附器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统，包括载气装置、热脱附尾气发生装置、保温装置、低温等离子体处理装置和尾气吸收装置；
所述载气装置包括用于提供普通气体的第一载气通路和用于提供混合气体的第二载气通路，其中所述混合气体是指普通气体和水蒸气的混合物；
所述热脱附尾气发生装置用于产生污染气体；
所述保温装置用于防止热脱附尾气中的污染物在管路中的凝结；
所述低温等离子体处理装置用于降解处理热脱附尾气中的污染物；
所述尾气吸收装置用于吸收经降解处理后热脱附尾气中残余的污染物。
优选地，所述第一载气通路包括第一气体钢瓶和第一质量流量计，所述第一气体钢瓶连接所述热脱附尾气发生装置，所述第一质量流量计设在连接所述第一气体钢瓶和所述热脱附尾气发生装置的耐高温管上；
优选地，所述第二载气通路包括第二气体钢瓶、第二质量流量计和水蒸气发生装置，所述第二气体钢瓶连接所述水蒸气发生装置，所述第二质量流量计设在连接所述第二气体钢瓶和所述水蒸气发生装置的耐高温管上。
更优选地，所述耐高温管为耐高温聚四氟乙烯管。
优选地，本发明中所述的普通气体指空气、氧气、氮气或氩气。
优选地，所述热脱附尾气发生装置包括污染源装置和加热装置，所述污染源装置中盛装污染物，所述污染源装置置于所述加热装置中。
优选地，所述尾气吸收装置包括吸收瓶和活性炭吸附器。
更优选地，所述吸收瓶的数量为两个以上、连接方式为串联，所述吸收瓶中盛装无机溶剂和有机溶剂，以对应吸收尾气中的无机降解产物和残留的污染物及有机降解产物。
更优选地，所述尾气吸收装置还包括循环冷凝器，所述吸收瓶置于所述循环冷凝器中。
优选地，所述热脱附尾气发生装置和低温等离子体处理装置作为一个整体置于所述保温装置中。
所述保温装置优选鼓风干燥箱。
优选地，所述低温等离子体处理装置包括高压电源、高压电缆和反应器，所述高压电源通过高压电缆实现在反应器内部实现高压放电，以降解处理热脱附尾气中的污染物。
本发明利用如上所述的低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统对有机污染土壤热脱附尾气进行处理的方法，包括如下步骤：
(1)第一载气通路提供的普通气体进入热脱附尾气发生装置中，通过鼓泡的方式产生污染气体，所述污染气体与第二载气通路提供的普通气体和水蒸气的混合物混合后，形成热脱附尾气；
(2)所述热脱附尾气通入所述低温等离子体处理装置，使其中的污染物在高压放电下被降解；
(3)经低温等离子体处理装置处理后的尾气通入所述尾气吸收装置，使其中残留的污染物及有机降解产物被吸收瓶内的有机溶剂吸收，无机降解产物被相应的无机溶剂吸收。
其中，优选地，步骤(1)中可以通过第一质量流量计和第二质量流量计调节第一载气通路和第二载气通路中气体的流速，可控制气体在低温等离子体的停留时间；
优选地，步骤(1)中还可以在所述污染气体与第二载气通路提供的普通气体和水蒸气的混合物混合之前，分别各自通过缓冲瓶进行缓冲后，再混合形成热脱附尾气；
优选地，步骤(1)中所述热脱附尾气发生装置可以通过调节加热装置的加热温度和调节第一载气通路和第二载气通路中气体的流速，来控制污染物的浓度；
优选地，步骤(1)中可以通过调节水蒸汽发生器的功率来控制水蒸汽的含量；
优选地，步骤(2)中可以通过调节保温装置的温度来控制等离子体处理装置的反应器的温度。
实施例1
如图1所示，本发明的低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统，包括载气装置、保温装置、热脱附尾气发生装置、低温等离子体处理装置和尾气吸收装置。
所述载气装置包括气体钢瓶1、质量流量计2和耐高温聚四氟乙烯进气管3，其中耐高温聚四氟乙烯进气管3连接在气体钢瓶的出气口上，质量流量计2设在耐高温聚四氟乙烯进气管3上。
所述保温装置为鼓风干燥箱4，箱门体设有观察窗，能清楚观察箱内工作情况。鼓风干燥箱4左右两侧壁设有开孔，耐高温聚四氟乙烯进气管3由开孔处通入鼓风干燥箱4，开孔处采用保温材料密封处理以精确控制鼓风干燥箱4内的温度。为了保护实验人员的安全，鼓风干燥箱4做保护接地处理。
所述热脱附尾气发生装置置于鼓风干燥箱内，装在玻璃瓶5内的污染物在油浴锅6内高温加热呈液态，气体通入玻璃瓶5内，通过鼓泡的方式产生带有污染物的气体，然后进入缓冲瓶7；另一路载气首先与水蒸汽发生器8相连，产生含有一定湿度的载气，然后通入缓冲瓶9，由缓冲瓶9出来的载气在缓冲瓶7内与另一路含污染物的气体混合均匀，即为热脱附尾气。
所述低温等离子体处理装置包括高压电源10、高压电缆12和反应器11，高压电源10置于鼓风干燥箱4外部，反应器11置于鼓风干燥箱4内部，反应器11和高压电缆12均采用耐高温的材料，高压电缆12通过鼓风干燥箱4的开孔与反应器11相连接，开孔连接处的高压电缆12采用绝缘耐高温的聚四氟乙烯管包裹。
所述尾气吸收装置包括吸收瓶13、循环冷凝器14、耐腐蚀导气软管15和活性炭吸附器16，均置于鼓风干燥箱外部，反应器末端管路由鼓风干燥箱的开孔伸出，通过耐腐蚀导气软管15与尾气吸收装置相连，软管出气端与吸收瓶13相连，吸收瓶13至少有两个并且串联在一起，吸收瓶13置于循环冷凝器14中，吸收瓶13的出气口又通过活性炭吸附器16与大气连通。
实施例2
利用实施例1的系统进行实验，具体如下：
两路气体均为空气，其中通入污染物发生装置的气体流速为0.5mL/min,另外一路补偿气的流速为3mL/min。选择滴滴涕作为代表性污染物，油浴加热温度为150℃，鼓风干燥箱温度为120℃，两路气在缓冲瓶内混匀后进入到低温等离子体反应器中，所用低温等离子体为脉冲电晕放电低温等离子体，反应器直径为15cm，有效长度为0.9m。设置脉冲放电的电压分别为15KV，20KV，25KV和30KV，固定脉冲频率为50HZ，考察不同放电电压下滴滴涕热脱附尾气的去除情况，结果显示滴滴涕的降解效率随着放电电压的增大而增大，放电电压为30KV时，滴滴涕的降解效率为78％。
以上实施例说明，本发明的实验系统能够快速、系统地测试低温等离子体处理效果的方法。实验系统将尾气发生装置和处理装置作为一个整体置于高温环境中，温度控制精确，有效防止了半挥发性污染物在管路中的凝结，减少了实验误差，从而使实验数据更加准确。实验系统结构简单，安装调试方便快捷，工艺参数获取周期短，能耗成本低。
本发明中的实验方法是根据实际热脱附尾气的主要特征来确定实验条件，然后在该实验条件下测试热脱附尾气中污染物的降解效率。可获取污染物浓度、水蒸汽浓度、停留时间、处理温度和电气参数等关键工艺参数对热脱附尾气中污染物降解的影响，为低温等离子体处理热脱附尾气的实际应用提供科学指导和技术支持，为实际工程提供依据，促进土壤热脱附修复技术的发展。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统，其特征在于，包括载气装置、热脱附尾气发生装置、保温装置、低温等离子体处理装置和尾气吸收装置；
所述载气装置包括用于提供普通气体的第一载气通路和用于提供混合气体的第二载气通路，其中所述混合气体是指普通气体和水蒸气的混合物；
所述热脱附尾气发生装置用于产生污染气体，其中，第一载气通路提供的普通气体进入热脱附尾气发生装置中，通过鼓泡的方式产生污染气体，所述污染气体与第二载气通路提供的普通气体和水蒸气的混合物混合后，形成热脱附尾气；
所述保温装置用于防止热脱附尾气中的污染物在管路中的凝结，其中，所述热脱附尾气发生装置和低温等离子体处理装置位于所述保温装置中；
所述低温等离子体处理装置用于降解处理热脱附尾气中的污染物；
所述尾气吸收装置用于吸收经降解处理后热脱附尾气中残余的污染物。
2.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述第一载气通路包括第一气体钢瓶和第一质量流量计，所述第一气体钢瓶连接所述热脱附尾气发生装置，所述第一质量流量计设在连接所述第一气体钢瓶和所述热脱附尾气发生装置的耐高温管上；
所述第二载气通路包括第二气体钢瓶、第二质量流量计和水蒸气发生装置，所述第二气体钢瓶连接所述水蒸气发生装置，所述第二质量流量计设在连接所述第二气体钢瓶和所述水蒸气发生装置的耐高温管上。
3.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述的普通气体指空气、氧气、氮气或氩气。
4.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述热脱附尾气发生装置包括污染源装置和加热装置，所述污染源装置中盛装污染物，所述污染源装置置于所述加热装置中；
所述尾气吸收装置包括吸收瓶和活性炭吸附器。
5.根据权利要求4所述的实验系统，其特征在于，所述吸收瓶的数量为两个以上、连接方式为串联；所述吸收瓶中盛装无机溶剂和有机溶剂，以对应吸收尾气中的无机降解产物和残留的污染物及有机降解产物。
6.根据权利要求4所述的实验系统，其特征在于，所述尾气吸收装置还包括循环冷凝器，所述吸收瓶置于所述循环冷凝器中。
7.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述保温装置为鼓风干燥箱。
8.利用权利要求1～7任一项所述的低温等离子体处理有机污染土壤热脱附尾气的实验系统对有机污染土壤热脱附尾气进行处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)第一载气通路提供的普通气体进入热脱附尾气发生装置中，通过鼓泡的方式产生污染气体，所述污染气体与第二载气通路提供的普通气体和水蒸气的混合物混合后，形成热脱附尾气；
(2)所述热脱附尾气通入所述低温等离子体处理装置，使其中的污染物在高压放电下被降解；
(3)经低温等离子体处理装置处理后的尾气通入所述尾气吸收装置，使其中残留的污染物及有机降解产物被吸收瓶内的有机溶剂吸收，无机降解产物被相应的无机溶剂吸收。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
步骤(1)中通过第一质量流量计和第二质量流量计调节第一载气通路和第二载气通路中气体的流速，控制气体在低温等离子体的停留时间；
步骤(1)中在所述污染气体与第二载气通路提供的普通气体和水蒸气的混合物混合之前，分别各自通过缓冲瓶进行缓冲后，再混合形成热脱附尾气；
步骤(1)中所述热脱附尾气发生装置通过调节加热装置的加热温度和调节第一载气通路和第二载气通路中气体的流速，来控制污染物的浓度；
步骤(1)中通过调节水蒸汽发生器的功率来控制水蒸汽的含量；
步骤(2)中通过调节保温装置的温度来控制等离子体处理装置的反应器的温度。
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