本發(fā)明涉及環(huán)保、選礦、冶煉和其他生產-生活形成的固態(tài)、液態(tài)中具有揮發(fā)性物質的提取，具體的說是一種低溫脫附裝置。

背景技術：

VOCs、SVOCs、POPs、OCPs、PCBs和Hg等有機、無機污染土壤的修復技術包括物理的、化學的和生物的三大類。其中物理的技術包括高溫蒸汽氣化、高溫熱解和電動修復等（electrokinetic remediation，EK）。特別是POPs、OCPs、PCBs和Hg等有機、無機污染土壤的修復，常常需要將污染土壤的整體加溫到攝氏兩三百度甚至更高的溫度才能將污染物從土壤中脫附。在此過程中，需要消耗大量的能源，而且往往使用燃煤，不但能耗高，而且還會因燃煤產生新的污染。目前，用于去除VOCs、SVOCs、POPs、OCPs、PCBs和Hg等有機、無機污染土壤的技術包括：還原法、固相萃取/熱解法、超聲波分解法、高溫熱解法等。其中，熱解法還包括原位熱解和異位熱解兩種；從能量來源看，可以分成燃燒型和電熱型兩大類；電熱型又分等離子加熱、微波加熱、電磁加熱和電加熱三種。另外，電加熱有電阻絲和無電阻絲的差別，還有干法和濕法的差別。本申請專利技術屬于“原地異位無電阻絲電加熱濕法技術”，以下為若干可能有一定聯(lián)系的熱解法專利技術。

專利CN101439346（公開日2009-05-27）《一種放電等離子體修復土壤的方法及裝置》：該發(fā)明涉及一種放電等離子體土壤修復的方法及裝置，該方法的步驟是，將污染土壤放置于低溫等離子體反應器中，在高壓放電電極與低壓電極之間施加高壓，產生放電等離子體，使通過等離子體區(qū)域的載氣轉變成活性氣體，降解和礦化土壤中的有機污染物。裝置包括由高壓電源、高壓放電電極、進氣口、反應器室、土壤層、出氣口和低壓電極組成的低溫等離子體反應器，高壓放電電極與高壓電源的高壓端子連接，低壓電極與高壓電源的低壓端子連接，或低壓電極和高壓電源的低壓端子同時接地線。

專利CN104858222A（公開日2015-08-26）《土壤修復電磁熱解蒸汽旋轉爐》該發(fā)明土壤修復電磁熱解蒸汽旋轉爐涉及土壤修復技術領域，尤其是一種適用于土壤中揮發(fā)性有機物、重金屬、農藥、高沸點氯代化合物等污染物的處理。采用臥式爐窯型式，主要分為兩個區(qū)域，依次為電磁加熱區(qū)和蒸汽分解區(qū)。前段電磁加熱區(qū)主要是對土壤進行預熱，后段蒸汽分解區(qū)是主要對土壤污染物處理的反應區(qū)。該土壤修復電磁熱解蒸汽旋轉爐由進料口、電磁感應加熱裝置、分解液蒸汽噴射裝置、隔熱層、旋轉支座、出氣口、出料口等部分組成。該發(fā)明土壤修復電磁熱解蒸汽旋轉爐，相較傳統(tǒng)加熱方式，使用電磁感應加熱具有速率快，熱能利用率高，溫度控制準確、環(huán)保等優(yōu)點。根據(jù)受污染土壤性質的不同，添加不同的分解液，可以處理土壤中的多種污染物。

專利CN103447291A（公開日2013-12-18）《氯苯污染土壤強化氣相抽提修復裝置及其小試裝置和用該裝置處理氯苯污染土壤的方法》：該發(fā)明公開了一種氯苯污染土壤強化氣相抽提修復裝置及其小試裝置和用該裝置處理氯苯污染土壤的方法。該裝置包括多個以正三角形或正方形排布的加熱抽提器；加熱抽提器包括加熱源和抽提管，加熱源置于抽提管中，加熱源為電阻絲；抽提管內裝填料和催化劑；抽提管外殼有開孔；抽提管內壁設網格；所有加熱抽提器的抽提連接管連接在一起，并與冷凝單元、氣液分離器、真空泵順序相連。小試裝置還包括一填裝土壤的容器、加熱抽提器、熱電偶和數(shù)值溫度控制儀。方法包括將多個加熱抽提器按正三角形或正方形排布在修復場地中間距2~5米，間歇抽提，控制加熱源溫度400℃，加熱120小時。

專利CN102489500A（公開日2012-06-23）《污染土壤低溫振動熱解吸處理裝置及方法》：一種污染土壤低溫振動熱解吸處理裝置及方法，污染土壤經螺旋輸料管進入振動床，由進料口向出料口振動推進，推進過程中被熱風加熱，溫度逐漸升高；在振動床前部時，大量的水分和部分污染土壤中的揮發(fā)性/半揮發(fā)性有機污染物揮發(fā)出來，從振動床前部排出，依次經旋風除塵、布袋除塵和水幕除塵、去除有機污染物這三級處理后，排入大氣中；污染土壤到達振動床后部時，污染土壤中剩余的水分和大量揮發(fā)性/半揮發(fā)性有機污染物揮發(fā)出來，從振動床后部排出，經旋風除塵和布袋除塵后通入燃燒器，在燃燒器內高溫分解；污染土壤到達振動床尾部時，被冷風冷卻后，由振動床的出料口排出；應用該發(fā)明處理污染土壤，凈化效果可以達到80%-90%。

專利CN101972773A（公開日2011-02-16）《強制通風－螺旋攪拌熱解吸修復有機污染土壤的系統(tǒng)》：一種強制通風－螺旋攪拌熱解吸修復有機污染土壤的系統(tǒng)，包括空氣預熱系統(tǒng)、螺旋攪拌熱解吸系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中空氣預熱系統(tǒng)由鼓風機與空氣加熱器組成，螺旋攪拌熱解吸系統(tǒng)由螺旋攪拌熱解吸裝置和引風機組成，尾氣處理系統(tǒng)由旋風除塵器、除濕器和吸附塔組成，控制系統(tǒng)可實現(xiàn)螺旋攪拌器的轉速、空氣預熱溫度及土壤加熱溫度的有效控制。該系統(tǒng)可用于修復揮發(fā)性/半揮發(fā)性有機物污染的土壤。

專利CN201659137U（公開日2010-12-01）《污染土壤的異位熱強化抽提處理裝置》：涉及污染土壤的異位熱強化抽提處理裝置，具體的是一種用于揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機物污染土壤的快速異位熱強化抽提處理系統(tǒng)。該裝置由攪拌處理裝置、熱蒸汽發(fā)生裝置、氣體活性炭吸附裝置、自動控制裝置組成。該裝置具有通過攪拌、加熱和真空抽提對揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機物污染土壤進行快速異位修復的功能。本實用新型的裝置采用立式螺條攪拌器攪拌，使土壤在處理過程中不斷均勻化，并增強了其對氣流的滲透性能，提高了真空抽提效率；采用高溫水蒸汽對土壤進行加熱，促進了污染物的熱解吸，使污染物的去除更為徹底；處理過程的智能化控制，優(yōu)化了處理倉內壓力和溫度等參數(shù)，使處理成本最小化。本實用新型的裝置結構合理、操作簡單、使用方便、處理成本低、處理效率高，經其處理的被污染土壤凈化程度可達95％以上。

在實際應用過程中，以上專利存在如下不足：

對于專利CN101439346，大規(guī)模的等離子體的產生通常比較困難，難以應用于大規(guī)模的工業(yè)廢渣、礦山污染土壤和城市污染場地的修復。專利CN104858222A仍然需要將土壤加溫到較高的溫度（例如大于300℃等），能永遠消耗比較大。專利CN103447291A該發(fā)明相對于其他技術，可在短時間內對氯苯污染的土壤修復效果明顯，污染物去除率高；但整體上修復溫度較高，修復時間還有較大的壓縮余地。專利CN102489500A依然沒有很好地解決工作溫度偏高的問題，能源消耗大；振動床也需要消耗數(shù)量可觀的電能。專利CN101972773A與專利CN102489500A比較可更好地利用熱能，節(jié)省部分能源；但處理溫度仍然較高。專利CN201659137U、專利CN101972773A和專利CN105363770A類似，蒸汽生產過程需要消耗大量的能源。

可見，本領域的發(fā)展方向主要有：（1）降低處理溫度，例如降低到90℃以下，以便大幅度降低能耗；（2）采用電力等潔凈能源，預防二次污染；（3）大幅度縮短修復時間，從而降低人力成本和管理成本，縮短工期時間。另外重要的一點是，上述這些專利技術的脫附溫度較高，存在能源耗用大的問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了達到上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案是：一種有機污染土壤低溫脫附裝置，包括直流電源和處理單元組成；處理單元處包括可密閉絕緣處理箱、惰性陰極、陰極氣體收集器、土壤處理室、惰性陽極、陽極氣體收集器、污染氣體排氣孔、活化劑注入孔、加固部件、傳動-傾倒機構、底座；其中，可密閉絕緣處理箱包括處理箱本體、頂蓋和密封機構，處理箱本體與頂蓋通過轉動軸和/或合頁連接；惰性陰極、陰極氣體收集器、土壤處理室、惰性陽極和陽極氣體收集器位于可密閉絕緣處理箱之內，陰陽極氣體通過排氣孔直接排空；密封機構包括墊圈和鎖緊部件；加固部件包括保護殼層和可選的加強筋；傳動-傾倒機構包括電動機、減速器、齒輪、齒圈、滑輪和導軌；底座包括底盤、支撐架和軸承。使用直流電源可保證電解產生的氫氣和氧氣分別從陰陽兩極產生，并由陰極氣體收集器和陽極氣體收集器將氫氣和氧氣分別收集起來；氫氣和氧氣在空間上有足夠的距離，避免兩者混合而容易爆炸?？擅荛]絕緣處理箱、密封機構與污染氣體排氣孔保證有害的污染氣體通過污染氣體排氣孔中的泄氣管排出而有利于收集和處理。加固部件使得本裝置經久耐用。傳動-傾倒機構用于傾倒已修復好的土壤。使用時，先將被污染土壤從原位挖出，與適量的水（如土水比=1:0.5~1:10）和特定有機污染物活化劑攪拌混合后，裝入本裝置。通電后，有機污染物在水、活化劑和電流同時作用下，在30~100℃條件下從土壤中脫附，隨水蒸氣進入氣相，并經污染氣體排氣孔排出；活化劑不足時，可通過活化劑注入孔注入活化劑。持續(xù)通電，當土水比達到1:0.1~1:0.6后，即有80.0%~99.99%的土壤有機污染物被去除。本裝置可用于在低于100℃溫度下的POPs、PAHs、PCBs以及OCPs等的電動低溫脫附。

進一步地，有機污染土壤低溫脫附裝置，包括直流電源和若干個通過串聯(lián)或并聯(lián)連接處理單元。其中，直流電源的基本參數(shù)為0.1V/0.001A~6000V/6000A；處理單元個數(shù)為1~2000個；處理單元之間以串聯(lián)和/或并聯(lián)形式組合在一起；對于一組以串聯(lián)和/或并聯(lián)形式組合在一起的處理單元，有且僅有一臺直流電源與它們相連。

進一步地，處理單元包括可密閉絕緣處理箱、惰性陰極、陰極氣體收集器、土壤處理室、惰性陽極、活化劑注入孔、傳動-傾倒機構、底座。對于大規(guī)模應用的大型低溫脫附裝置，可密閉絕緣處理箱、惰性陰極、陰極氣體收集器、土壤處理室、惰性陽極、陽極氣體收集器、污染氣體排氣孔、密封機構、加固部件是必須的，其他是可選的。對于小規(guī)模應用的小型低溫脫附裝置，陰極氣體收集器、陽極氣體收集器、污染氣體排氣孔、密封機構和加固部件也是可選的。

進一步地，可密閉絕緣處理箱包括處理箱本體、頂蓋和密封機構。處理箱本體頂蓋的長、寬和高的范圍為0.1m~200m。密封機構包括軟橡膠等絕緣材質的墊圈和不限形式的搭扣或其他鎖緊部件。

進一步地，惰性陰極、陰極氣體收集器、土壤處理室、惰性陽極和陽極氣體收集器位于可密閉絕緣處理箱之內，排列順序依次為惰性陰極、陰極氣體收集器、土壤處理室、陽極氣體收集器和惰性陽極。制作惰性陰極和惰性陽極的材料，除了石墨電極外，還可以是導電橡膠、導電塑料、碳纖維電極或其他任何結構型和復合型導電合成材料，一般要求電阻率小于10^-2Ω/cm²，以減少無謂的電力損耗。

進一步地，保護殼層一般由力學強度大的材料（如金屬）制成，包裹于處理箱的外部。加強筋為可選部件，用于加強保護殼層的強度；加強筋的數(shù)量和強度依賴于單批次處理土壤量的多寡；單批次處理量越大（?。?，則加強筋的數(shù)量和/或力學強度越多（少）；加固部件使得本裝置經久耐用。

進一步地，陰極氣體收集器和陽極氣體收集器分別用于收集陰極上產生的氫氣和陽極上產生的氧氣。使用直流電源可保證電解產生的電極上產生的氫氣和氧氣在空間上有足夠的距離，避免兩者混合而容易發(fā)生爆炸。

進一步地，可密閉絕緣處理箱、密封機構與污染氣體排氣孔保證有害的污染氣體通過污染氣體排氣孔排出而有利于收集和處理?；罨瘎┳⑷肟子糜谟袡C污染物活化劑的注入。

進一步地，使用本裝置時，先將被污染土壤從原位挖出，與適量的水（土水比=1:0.5~1:10）和一定數(shù)量的有機污染物活化劑攪拌混合后，裝入本裝置。通電后，有機污染物在水、活化劑和電流同時作用下，在30~100℃條件下從土壤中脫附，隨水蒸氣進入氣相，并經污染氣體排氣孔排出；當活化劑不足時，可通過活化劑注入孔注入活化劑。通常情況下，活化劑注入孔是關閉的，需要注入活化劑時，先將開關閥打開。

進一步地，本裝置用于在30~100℃溫度下的POPs、PAHs、PCBs以及OCPs等的電動低溫脫附,也可用于汞（Hg）等具有揮發(fā)性的金屬及其化合物的低溫脫附。

采用上述技術方案，本發(fā)明的優(yōu)點有：

（1）以電動力為主要供能方式，以電化學作用為主，以點發(fā)熱為輔；

（2）脫附溫度為30~100℃，遠遠低于現(xiàn)有技術的200~350℃，因此可節(jié)省大量能源。

（3）由于使用了“可密閉絕緣處理箱”、“污染氣體排氣孔”和“密封機構”，使得含有VOCs、SVOCs、POPs、OCPs、PCBs和Hg的氣相物質可以輕易地收集起來進行其他處理。

（4）由于使用了“直流電源”并且陰陽極距離較大，使得電解產生的氫氣和氧氣在空間上分離，進一步有陰極氣體收集器和陽極氣體收集器將兩類氣體分別導出處理單元之外，可避免因氫氣和氧氣混合而容易引發(fā)爆炸的危險。

（5）在處理VOCs、SVOCs、POPs、OCPs、PCBs和Hg等污染物時，常常需要加入相應的活化劑，以便使這些污染物能夠在通常為30~100℃的較低溫度下活化并進入氣相?；罨瘎┳⑷霗C構使得注入活化劑時無需打開密封系統(tǒng)，使用方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中電源與各個處理單元之間的關系示意圖。

圖2為本發(fā)明中一個處理單元的外部正視圖。

圖3為本發(fā)明中一個處理單元A-A’的剖視圖。

圖4為本發(fā)明中一個處理單元的側視圖。

圖5為本發(fā)明中一個處理單元的俯視圖。

圖中：1：直流電源。

2：處理箱。其中2-1為處理箱本體；2-2頂蓋，H為箱本體高度。

3：惰性陰極。

4：陰極氣體收集器。

5：土壤處理室。

6：惰性陽極。

7：陽極氣體收集器。

8：污染氣體排氣孔。

9：活化劑注入機構。

10：密封機構。其中10-1為墊圈；10-2為鎖緊部件（如搭扣等）。

11：加固部件。其中11-1為保護殼層；11-2為加強筋。

12：傳動-傾倒機構。其中12-1為電動機；12-2為減速器；12-3為齒輪；12-4為齒圈；12-5為滑輪；12-6為導軌。

13：底座。其中13-1為底盤；13-2為支撐架；13-2為軸承。

14：轉動軸和/或合頁。

具體實施方式

如圖1所示，n個處理單元可以呈并聯(lián)關系。此時，各處理單元上施加的電壓都是相等的。另外，第一處理單元和第二處理單元也可以呈串聯(lián)關系，兩者一同與第三處理單元呈并聯(lián)關系。

如圖2-5所示，有機污染土壤低溫脫附裝置，其包括直流電源1和處理單元組成；處理單元處包括可密閉絕緣處理箱2、惰性陰極3、陰極氣體收集器4、土壤處理室5、惰性陽極6、陽極氣體收集器7、污染氣體排氣孔8、活化劑注入孔9、加固部件11、傳動-傾倒機構12、底座13；其中，可密閉絕緣處理箱2包括處理箱本體2-1、頂蓋2-2和密封機構10，處理箱本體2-1與頂蓋2-2通過轉動軸或合頁14連接；惰性陰極3、陰極氣體收集器4、土壤處理室5、惰性陽極6和陽極氣體收集器7位于可密閉絕緣處理箱2之內，陰陽極氣體通過排氣孔直接排空；密封機構10包括墊圈10-1和鎖緊部件10-2；加固部件包括保護殼層11-1和加強筋11-2；傳動-傾倒機構包括電動機12-1、減速器12-2、齒輪12-3、齒圈12-4、滑輪12-5和導軌12-6；底座13包括底盤13-1、支撐架13-2和軸承13-3。

其中，保護殼層11-1由力學強度大的金屬材料制成，包裹于處理箱本體2-1的外部。

其中，處理箱本體2-1的長L₁、寬W₁和高H₁，以及頂蓋2-2的長L₂、寬W₂和高H₂的尺寸范圍均為0.1m~200m。

其中，墊圈10-1由軟橡膠制成；鎖緊部件10-2為搭扣。

其中，所述的惰性陰極3、陰極氣體收集器4、土壤處理室5、惰性陽極6和陽極氣體收集器7位于可密閉絕緣處理箱2之內，排列順序依次為惰性陰極3、陰極氣體收集器4、土壤處理室5、陽極氣體收集器7和惰性陽極6。制作惰性陰極3和惰性陽極6的材料選自但不限于石墨、導電橡膠、導電塑料、碳纖維，電阻率優(yōu)選小于10^-2Ω/cm²。

其中一個具體實施例采用如下工藝條件：

處理單元個數(shù)為1個，體積3m³，其與一個直流電源連接，直流電源的基本參數(shù)為：輸出電壓為DC100~200V連續(xù)可調，輸出電流為1A~20A連續(xù)可調。處理單元污染土壤來源于湖南某農藥廠遺址污染土壤。污染物主要有VOCs、SVOCs、DDT和666等。

原始土壤中污染物濃度：見表1。本污染場地的污染物主要是VOCs、SVOCs、DDT和666，它們的濃度分別是：總666=58.0mg/kg；總DDT=7.17mg/kg；1，4-二氯苯=0.91mg/kg；氯乙烯=3.34mg/kg；1，2-二氯乙烷=0.03mg/kg；1，2，3-三氯丙烷=0.06mg/kg。

修復效果分析：利用上述裝置，在56℃條件下，輔以活化劑，處理96小時后。它們的濃度分別是：總666=5.41mg/kg，去除率90.7%；總DDT=0.60mg/kg，去除率91.6%；1，4-二氯苯、氯乙烯、1，2-二氯乙烷和1，2，3-三氯丙烷均小于檢出限。

表1湖南某農藥廠遺址污染土壤修復前后VOCs、SVOCs、DDT和666的濃度比較

。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。