新能源驱动仿生植物系统的制作方法

本实用新型属于土壤挥发/半挥发性有机污染物修复技术领域，涉及一种用于土壤挥发/半挥发性有机污染物修复的新能源驱动仿生植物系统。

背景技术：

2005年4月至2013年12月，环保部与国土资源部首次开展了全国范围内的土壤调查，结果显示，全国土壤总点位超标率为16.1％，其中轻微污染占11.2％，轻度污染占2.3％，中度污染1.5％，重度污染1.1％，其中，有机污染物六六六、滴滴涕、多环芳烃3类有机污染物点位超标率分别为0.5％、1.9％、1.4％，耕地的主要有机污染物为滴滴涕和多环芳烃，林地的主要有机污染物为六六六和滴滴涕，重点企业污染用地、工业废弃地、工业园区、固体废物集中处理处置场地、采油区、采矿区、污水灌溉区、干线公路两侧均监测出多环芳烃、石油烃等有机污染物。

传统的植物修复有机污染物是通过植物提取(Phytoextraction)、植物挥发(Phytovolatilization)、植物固定(Phytostabilisation)、植物转化(Phytotransformation)、根际植物修复(Rhizosphere bioremediation)等技术实现对有机污染物的吸收、富集和降解，其局限在于：(1)受污染物种类和浓度的限制，某些生物只能降解特定的污染物，也就是说，一种生物不能降解所有种类的污染物，一旦污染物的种类、存在状态或浓度等发生变化，生物修复能力便不能正常发挥，有机污染物浓度过高会抑制生物的活性，使生物降解无法正常进行；(2)受环境条件制约，温度、湿度、pH值及营养状况也影响生物的生存，从而影响生物降解；(3)负作用，生物修复过程中使用的微生物可能会使地下水污染，也可能会引起植物病害，繁殖过量时会堵塞土壤的毛细孔，影响植物对土壤水分的吸收等，被降解的污染物生成的代谢产物的可能毒性、迁移性及生物可利用性等可能会加强，从而造成新的污染。

传统的热脱附修复有机污染物是通过直接或间接加热污染土壤到较高温度，使土壤中的有机污染物组分从土壤介质中蒸发到气相而分离出来，同时由于采用的隔绝氧燃烧，可以减少二噁英的产生，可广泛用于有机污染物的原位或异位修复，但其局限在于：(1)设备投资成本高、设备适用性不强、运行费用昂贵，耗能极高；(2)对不同污染物的认识不够，不当的参数组合会导致其他副产物的产生，特别是含氯有机物的处理过程中会产生二噁英；(3)土壤修复工程产生的噪音、扬尘和粉尘污染等新污染源控制难。

技术实现要素：

为了达到上述目的，本实用新型提供一种新能源驱动仿生植物系统，将其应用于土壤挥发/半挥发性有机污染物修复系统中，以实现对土壤有机污染物的修复，此设备的适应性强、运行费用低、耗能低，可以对不同类型、不同深度的土壤进行有机污染物修复，且无二次污染。

本实用新型所采用的技术方案是，新能源驱动仿生植物系统，包括风能发电系统、太阳能发电系统、仿生植物茎、挥发/半挥发性有机污染物降解系统、有机物挥发系统、控制阀、负压抽风系统和尾气处理系统；风能发电系统、太阳能发电系统分别设置在地面上，挥发/半挥发性有机污染物降解系统设置在地面下；太阳能发电系统及风能发电系统分别通过不锈钢管制得的仿生植物茎与挥发/半挥发性有机污染物降解系统连接；挥发/半挥发性有机污染物降解系统即为仿生植物主根，仿生植物主根的侧面安装有机物挥发系统，有机物挥发系统通过控制阀依次与负压抽风系统及尾气处理系统连接。

进一步的，所述太阳能发电系统及风能发电系统分别与风光互补控制器连接，风光互补控制器及逆变器分别与蓄电池组连接，逆变器和挥发/半挥发性有机污染物降解系统连接，由太阳能发电系统及风能发电系统通过风光互补控制器对蓄电池组充电，再通过逆变器使用蓄电池组中储存的电能对交流负载供电。

进一步的，所述风光互补控制器型号为HD-FG300S、HD-FG400S、HD-FG500S、HD-FG600S的任意一种，主机输出功率及电压为1000W、220V，系统电压为：DC12V/24CV，AC220V，工作温度为：-40℃～+80℃。风光互补控制器的型号和具体参数如下所示：

进一步的，所述仿生植物茎长度200mm，公称直径50mm，外径为60.3mm。

进一步的，所述挥发/半挥发性有机污染物降解系统由电加热棒组成，电加热棒为不锈钢头加热管。

进一步的，所述有机物挥发系统由有机污染物挥发管道组成，有机污染物挥发管道管壁上有规则的钻孔，间隔4cm。

进一步的，有机污染物挥发管道与组成挥发/半挥发性有机污染物降解系统的电加热棒平行设置，每条有机污染物挥发管道均与负压抽风系统连接。

进一步的，所述尾气处理系统包括二燃室、急冷塔、布袋除尘器、酸性气体洗涤塔和烟囱；二燃室、急冷塔、布袋除尘器、酸性气体洗涤塔及烟囱依次通过管道连接，烟囱上装有烟气实时在线监测装置，用以监测经过处理后尾气的达标情况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的仿生植物系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的尾气处理系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的太阳能发电系统和风能发电系统的结构示意图。

图中，1、风能发电系统；2、太阳能发电系统；3、仿生植物茎；4、挥发/半挥发性有机污染物降解系统；5、有机物挥发系统；6、控制阀；7、负压抽风系统；8、尾气处理系统；

11、风光互补控制器；12、逆变器；13、蓄电池组；

51、有机污染物挥发管道；

81、二燃室；82、急冷塔；83、布袋除尘器；84、酸性气体洗涤塔；85、烟囱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

新能源驱动仿生植物系统，结构如图1所示，包括风能发电系统1，太阳能发电系统2，仿生植物茎3，挥发/半挥发性有机污染物降解系统4、有机物挥发系统5、控制阀6、负压抽风系统7和尾气处理系统8；风能发电系统1和太阳能发电系统2分别与风光互补控制器11连接，风光互补控制器11与逆变器12分别与蓄电池组13连接，逆变器12和挥发/半挥发性有机污染物降解系统4连接，风能发电系统1和太阳能发电系统2通过风光互补控制器11对蓄电池组13充电，再通过逆变器12使用蓄电池组13中储存的电能对交流负载供电；风能发电系统1和太阳能发电系统2通过仿生植物茎3与挥发/半挥发性有机污染物降解系统4连接，不锈钢管制造的仿生植物茎3还起到支撑风能发电系统1、太阳能发电系统2的作用；有机物挥发系统5由有机污染物挥发管道51组成，通过控制阀6与负压抽风系统7及尾气处理系统8连接，即热脱附后的挥发/半挥发有机污染物可以从该管道收集，进入尾气处理系统8，待处理达标后进行排放；尾气处理系统8包括二燃室81、急冷塔82、布袋除尘器83、酸性气体洗涤塔84及烟囱85，二燃室81、急冷塔82、布袋除尘器83、酸性气体洗涤塔84及烟囱85依次通过管道连接，烟囱85上装有烟气实时在线监测装置，用以监测经过处理后尾气的达标情况；更优选的，该修复系统还可以包括土壤管家系统，土壤管家系统包括在线监测与控制系统、远传数据接收系统、用户分析系统；在线监测与控制系统用于监测蓄电池组的电量、整个系统的用电量以及对土壤有机污染物进行浓度分析；远传数据接收系统用于数据传输和接收；用户分析系统用于对天气、降水、电力(含太阳能)、土壤二次污染、土壤有机污染物浓度、修复周期的分析。

新能源驱动仿生植物系统所用技术属于热脱附技术中的原位热脱附技术。原位热脱附技术是将污染羽土壤加热至目标污染物的沸点以上，通过控制系统温度和物料停留时间有选择地促使有机污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离、去除。热脱附过程可以使土壤中的有机污染物发生挥发、裂解等物理化学变化。当有机污染物转化为气态之后，其流动性将大大提高，挥发出来的气态产物通过收集和捕获后进行净化处理。原位热脱附技术特别适合重污染的土壤区域，包括高浓度、非水相的、游离的以及源头的有机污染物。

新能源驱动仿生植物系统中风能发电系统1、太阳能发电系统2为仿生植物系统的叶片部分，为处理有机污染物提供所需的电能；仿生植物茎3为仿生植物系统的茎干，起到支撑仿生植物系统中风能发电系统1和太阳能发电系统2，以及连接风能发电系统1、太阳能发电系统2和挥发/半挥发性有机污染物降解系统4的作用；挥发/半挥发性有机污染物降解系统4为仿生植物系统的主根，起到加热污染羽土壤，从而加速土壤中有机污染物的挥发、裂解等物理化学变化；有机物挥发系统5收集从土壤中挥发出来的气相有机污染物，且通过有机污染物挥发管道51将气相有机污染物输送到负压抽风系统7中；负压抽风系统7在管道中产生负压，将有机污染物挥发管道51中的气相有机污染物输送至尾气处理系统8，进行处理。

新能源驱动仿生植物系统中所述仿生植物茎3长度为200mm，公称直径为50mm，外径为60.3mm；挥发/半挥发性有机污染物降解系统4由电加热棒组成，电加热棒为不锈钢头加热管；组成有机物挥发系统5的有机污染物挥发管道51管壁上有规则的钻孔，间隔4cm，用以吸收挥发的有机污染物，有机污染物挥发管道51与组成挥发/半挥发性有机污染物降解系统4的电加热棒平行设置，每条有机污染物挥发管道51均与负压抽风系统7连接。

新能源驱动仿生植物系统在工作中能够解决以下问题：1、能够处理土壤中不同类型的有机污染物，解决了传统植物修复受到污染物种类限制的缺陷；2、通过合理匹配太阳能发电系统中太阳能板功率、风能发电系统中风力发电机功率与挥发/半挥发性有机污染物降解系统中电加热棒的功率，使土壤中有机污染物处理效率在一个较高的状态，解决了修复周期长的问题；3、仿生植物主根即挥发/半挥发性有机污染物降解系统的长度自由选择，可根据污染深度的不同而调节，解决了传统植物修复中植物根系无法到达污染羽的问题；4、新能源驱动仿生植物系统适用性高，采用清洁能源，运行成本非常低，解决了传统热脱附技术高能耗的缺陷；5、由于该技术属于低温热脱附，因此不会产生二恶英；6、较传统热脱附技术而言，此系统由于不需要大面积施工，因此不会有噪声、扬尘和粉尘等问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。