一种污染土壤间接热脱附试验系统的制作方法

1.本实用新型属于污染土壤修复技术领域，具体涉及一种污染土壤间接热脱附试验系统。


背景技术：

2.随着我国工业化和城市化进程的发展，人为活动对土壤环境造成的污染越来严重。当前，我国的土壤污染超标率已经达到了16.1%，具体表现在工矿业、农业等各个方面，主要集中于现代经济发展水平较高和现代工业快速发展的矿业周边，以及部分城市和近郊区。针对有机物污染土壤，常用的修复技术包括热脱附技术、化学氧化技术、微生物技术等。
3.异位热脱附技术因其对有机污染土壤场地修复具有污染物去除效率高、修复周期短、适应污染物范围广等优点。异位热脱附技术主要包括两部分：一为土壤热脱附处理，通过加热去除土壤中污染物；二为脱附尾气处理，去除热脱附尾气中的污染物，达标排放。近三十年来，欧美、中国等对热脱附基础理论及技术开展了持续研究，在基础理论和技术应用方面取得了一定成果。异位热脱附技术经历了从处理成分单一、低沸点（小于300℃）、无氯有机污染物，发展到处理高沸点（大于300℃）、无氯有机污染物，最终发展到目前处理污染组分复杂、高沸点、含氯有机污染物。
4.目前，异位热脱附技术分为直接热脱附技术和间接热脱附技术，已发展成为处理有机物污染土壤及挥发性无机物污染土壤最在有效也最为彻底的技术，广泛应用于各类污染严重、污染成分复杂的场地。间接热脱附技术是有机物污染土壤修复是一种有效的技术，根据有机物类型的不同，通常可以分为高温热脱附（脱附温度450摄氏度~550摄氏度）、中温热脱附（脱附温度300摄氏度~450摄氏度）和低温热脱附（脱附温度《300摄氏度）。间接热脱附技术应是一种通用的技术，即可根据土壤污染物类型调整脱附温度和烟气气量。
5.间接热脱附技术因其适应性强、绿色环保等而得到较多应用，然而各污染场地污染物成分和深度、土壤质地、水文地质条件等的差异是间接热脱附技术的主要工艺参数脱附温度和土壤停留时间的决定性因素，也是保证高效绿色修复的决定性因素，体现在以下几个方面：一、土壤中各种污染物的沸点决定了最低脱附温度；二、土壤中各种污染物的浓度、土壤质地、水文地质条件决定了污染土壤停留时间；三、最佳工艺参数可实现绿色高效修复。
6.待处理污染土壤中污染物类型、土壤质地等不同，导致每个污染场地的间接热脱附参数均需通过小试或中试获取，耗时较长。根据间接热脱附技术处理的污染土壤质地及污染物类型的不同，工程实施过程中的脱附参数温度和停留时间通过试验系统获取是最快速、最有效的方法，试验应尽最大可能模拟实际工程实施的氛围，以使获取的参数更加准确可靠。


技术实现要素：

7.为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种污染土壤间接
热脱附试验系统，用于间接热脱附技术使用前的试验，以获取不同污染场地污染土壤采用间接热脱附技术时的工艺参数。
8.为实现上述目的，本实用新型的技术方案为一种污染土壤间接热脱附试验系统，包括马弗炉、鼓风机、尾气处理装置以及用于盛放供试污染土壤的土壤容器盒；所述土壤容器盒设置于所述马弗炉中，且采用锁口盖密封；所述土壤容器盒上相对的两侧分别设有进气管道和出气管道；所述进气管道的一端伸至所述土壤容器盒内，另一端伸出所述马弗炉外并与所述鼓风机的出气口连通；所述出气管道的一端伸至所述土壤容器盒内，另一端伸出所述马弗炉外并与所述尾气处理装置的进气口连通。
9.进一步地，所述系统还包括土壤温度计，所述土壤温度计的显示器设置于所述马弗炉外，所述土壤温度计的检测杆伸至所述土壤容器盒内的供试污染土壤中。
10.更进一步地，所述土壤温度计有若干个，且各所述土壤温度计的检测杆伸至供试污染土壤中不同深度处。
11.进一步地，所述尾气处理装置包括尾气缓冲器和冷凝器，所述出气管道与所述尾气缓冲器的进气口连通，所述尾气缓冲器的出气口与所述冷凝器的进气口连通。
12.更进一步地，所述尾气处理装置还包括冷却水进管和装有冰块的冷却水装置，所述冷却水进管从所述冷却水装置中经过并与所述冷凝器的冷却水进口连通。
13.更进一步地，所述尾气缓冲器的体积不小于2l，所述冷却水装置的体积不小于5l。
14.更进一步地，所述冷凝器内的烟气通道采用螺旋式结构，且螺旋的有效数不小于5。
15.进一步地，所述鼓风机的进风口设有气体流量计。
16.进一步地，所述鼓风机的风量不小于5l/min。
17.进一步地，所述马弗炉上设有温控仪。
18.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
19.（1）本实用新型提供的污染土壤间接热脱附试验系统采用马弗炉模拟脱附间接热脱附氛围、通过鼓风机鼓风使试验过程更真实可信、配套脱附尾气处理装置达到环保要求、配套温度控制及自动记录系统，使系统适用性更广且更精准地获取实验参数；
20.（2）本实用新型提供的污染土壤间接热脱附试验系统结构简单、适用广泛、试验过程耗时短、经济可行，能够适用采用试验方式对各种土质、各种类型污染物污染土壤采用间接热脱附修复时的工艺参数获取，为间接热脱附的工程化实施提供良好支撑，具有良好的环保效益、社会效益和经济效益。
附图说明
21.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它的附图。
22.图1为本实用新型实施例提供的污染土壤间接热脱附试验系统的结构示意图；
23.图中：1、马弗炉；2、气体流量计；3、鼓风机；4、土壤温度计；5、温控仪；6、尾气缓冲器；7、冷凝器；8、冷却水装置；9、土壤容器盒；10、供试污染土壤。
具体实施方式
24.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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“若干”的含义是两个或两个以上。
26.如图1所示，本实施例提供一种污染土壤间接热脱附试验系统，包括马弗炉1、鼓风机3、尾气处理装置以及用于盛放供试污染土壤10的土壤容器盒9；所述土壤容器盒9设置于所述马弗炉1中，且采用锁口盖密封；所述土壤容器盒9上相对的两侧分别设有进气管道和出气管道；所述进气管道的一端伸至所述土壤容器盒9内，另一端伸出所述马弗炉1外并与所述鼓风机3的出气口连通；所述出气管道的一端伸至所述土壤容器盒9内，另一端伸出所述马弗炉1外并与所述尾气处理装置的进气口连通。本实施例将供试污染土壤10均匀地平铺在土壤容器盒9中，并将土壤容器盒9采用锁口盖密封后放入马弗炉1内；鼓风机3将空气从马弗炉1外通过进气管道鼓入土壤容器盒9内，再由连接至马弗炉1外的出气管道与尾气处理系统连接，从而模拟间接热脱附氛围，同时保证污染物从土壤中脱附出来后及时排出土壤容器盒9，以使污染物的蒸汽压保持在最低水平，模拟的也是工程实施的真实情况，以使停留时间的获取更加准确；试验过程中随着马弗炉1的升温，供试污染土壤10与马弗炉1内热烟气间接接触，达到模拟间接热脱附过程的效果。本实施例利用污染场地中土壤特性各不相同的特点，通过设计一套模拟间接热脱附的试验系统，用于开展试验活动，以获取正式生产阶段的主要工艺参数；该试验系统能够尽可能真实地模拟间接热脱附的生产过程，并做到安全环保，通过极小投入获得能源消耗最低条件下的最有效的工艺参数，以指导间接热脱附正式生产。
27.进一步地，所述系统还包括土壤温度计4，所述土壤温度计4的显示器设置于所述马弗炉1外，所述土壤温度计4的检测杆伸至所述土壤容器盒9内的供试污染土壤10中。更进一步地，所述土壤温度计4有若干个，且各所述土壤温度计4的检测杆伸至供试污染土壤10中不同深度处。本实施例通过土壤温度计4获取间接热脱附试验过程中供试污染土壤10的温度，其量程应不低于试验最高温度，通常为提高适应性，量程应不底于600℃。
28.进一步地，所述尾气处理装置包括尾气缓冲器6和冷凝器7，所述出气管道与所述尾气缓冲器6的进气口连通，所述尾气缓冲器6的出气口与所述冷凝器7的进气口连通。本实施例通过设计尾气缓冲器6、冷凝器7，实现试验过程无二次污染物排放，保证试验安全及环保。由于间接热脱附试验通常针对难挥发性有机物污染土壤，脱附出来的烟气中含有难挥发性有机物，而难挥发性有机物在高温条件下为气态，低温条件下为固态，因此，本实施例中间接热脱附试验过程中鼓风机3鼓出的废气通过尾气缓冲器6缓冲混匀后，之后进入冷凝器7内的烟气通道，通过冷凝器7对烟气的温度进行降低，使脱附的有机物冷凝去除。
29.更进一步地，所述尾气处理装置还包括冷却水进管和装有冰块的冷却水装置8，所
述冷却水进管从所述冷却水装置8中经过并与所述冷凝器7的冷却水进口连通。本实施例的冷却水进管从装有冰块的冷却水装置8中经过，使进入冷凝器7的水始终保持低温，以保证冷凝器7的工作效果；冷凝器7的冷却水采用下进上出。
30.更进一步地，所述尾气缓冲器6的体积不小于2l，以保证脱附尾气能够充分均质化；所述冷却水装置8的体积不小于5l，以减少人工更换频率；冷却水装置8可以设保温措施，提高冷却效率。
31.更进一步地，所述冷凝器7内的烟气通道采用螺旋式结构，且螺旋的有效数不小于5。如图1所示，脱附烟气通过冷凝器7上的进气口进入烟气通道内，且采用下进上出的方式，烟气通道采用螺旋式结构，增加烟气在冷凝器7中与冷却水的接触时间，螺旋的有效数不小于5，以保证冷凝效果。
32.进一步地，所述鼓风机3的进风口设有气体流量计2，通过气体流量计2计量鼓风机3的鼓风量，反馈后通过阀门控制风量，并用于指导不同试验参数下鼓风机风量的调节。进一步地，所述鼓风机3的风量不小于5l/min，以满足间接热脱附试验过程的换气要求。
33.进一步地，所述马弗炉1上设有温控仪5。本实施例通过温控仪5实现间接热脱附试验过程中马弗炉1的升温及温度控制，温控仪5可以与土壤温度计4连锁以控制试验温度；温控仪5的控制方式为程控，并可自动记录升温曲线，曲线可导出。本实施例通过设计温控仪5和若干土壤温度计4使试验过程中的控制更加精确，也使数据获取更加高效。
34.本实施例中，根据供试土壤及土壤中污染物的性质，设计采用马弗炉1为主要加热容器，马弗炉1的炉腔尺寸可满足供试污染土壤10堆置足够厚度及供试污染土壤10放入后上部有空够空间，炉腔高度不应小于150mm，供试污染土壤10提前经托盘放入马弗炉1内，并在马弗炉1内被加热，实验完成取出，实验过程模拟间接热脱附运行，由鼓风机3对炉内烟气进行不间断置换；马弗炉1的功率应不小于8kw，以保证炉内最高温度可维持1000℃，可实现0-1000℃间温度的调节，从而满足实验要求；一般试验温度围绕供试污染土壤10中污染物的沸点为中心值，向下降温以及向上升温以设置梯级试验温度参数，通常设计5~6档；如果供试污染土壤10中有多种污染物，则中心值选取所有沸点的最高值，从而保证工程实施阶段间接热脱附温度选取的合理性。
35.基于间接热脱附技术极强的适用性、针对每个污染场地及每种污染物污染的土壤脱附参数均各不相同的特点，本实施例的污染土壤间接热脱附试验系统在能够适用多种类型污染土壤试验的同时，采用马弗炉1模拟脱附间接热脱附氛围、通过鼓风机3鼓风使试验过程更真实可信、配套脱附尾气处理装置使试验过程更环保、配套温度控制及自动记录系统，以便于使系统适用性更广且更精准地获取实验参数。
36.本实施例的污染土壤间接热脱附试验系统适当加以改造后也可适用直接热脱附技术、原位热脱附技术等的试验。
37.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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，均应包含在本实用新型的保护范围之内。