一种多萃取釜超临界流体土壤修复系统

摘要

本发明提供了一种多萃取釜超临界流体土壤修复系统，所述系统包括依次连接的超临界流体储罐、超临界流体泵、加热器、夹带剂混入模块、多釜土壤修复模块以及分离模块，其中，所述多釜土壤修复模块设有多个子萃取模块，所述子萃取模块包括萃取釜。本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统在现有超临界土壤修复技术的基础上，引入可交替运行的多萃取釜，可以在装料/卸料的过程中切换不同的工作萃取釜，循环往复保证土壤修复过程的准连续动态运行，提高了超临界流体土壤修复系统的连续性和经济性，进而推动其产业化发展，具有重要的现实意义。

说明书

技术领域

本发明属于环境工程领域，具体涉及一种超临界流体土壤修复系统。

背景技术

随着工业的发展，农药、化肥、工业污水污泥、固体废物的排放、核原料开采以及污染物在土壤中的累积是造成土壤污染的主要原因。很多污染物可以在土壤中长期存在，通过植物和动物富集进入人类生物链，被污染的土壤还可能造成地下水以及地表水的次生污染，进而对人类健康构成威胁，甚至危及人类生存，由此催生的土壤修复技术是解决上述问题的必要手段。

土壤修复是指利用一定的手段转移、吸收或转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受的水平。土壤修复分为物理修复、化学修复和生物修复等几种方式，具体包括蒸汽提取、冲洗、焚烧热解、萃取、氧化还原、填埋、原位生物修复等。然而，上述技术由于经济性、处理规模、处理时效、处理污染物或污染土壤类型过于单一等原因，产业化发展受到诸多限制。

超临界流体土壤修复是随着超临界流体而发展起来的土壤修复技术，由于超临界流体所拥有的密度接近液体、扩散系数及粘度接近气体、溶解性强和传质效率高等一系列优异性质，此外，微小的温度和压力变化即可引起超临界流体密度、粘度、扩散系数、溶剂化能力等性质的显著变化，进而实现良好的分离特性，因此，超临界流体具备解决传统土壤修复技术诸多缺点的潜力，成为近年来的研究热点。

在超临界流体土壤修复过程中，土壤放置于萃取釜内，超临界流体进入萃取釜与土壤中的污染物相互作用。由于超临界流体具有很高的压力，而固相土壤颗粒难以在流动条件下对其施加高压。现有超临界流体土壤修复多采用静态修复方式，即设置单萃取釜或多个并联萃取釜，首先将土壤转入萃取釜完成装料过程，然后超临界流体进入萃取釜，通过超临界流体持续流动及其与污染物的传质作用完成萃取过程，在此过程中土壤保持静止状态，萃取过程完成后将土壤排出萃取釜完成卸料过程。但是，前述的超临界土壤修复过程采用装料－萃取－卸料间歇进行的静态操作模式，处理效率低。

因此，需提供一种连续性和经济性高的超临界流体土壤修复系统来解决上述问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种多萃取釜超临界流体土壤修复系统，所述系统包括依次连接的超临界流体储罐、超临界流体泵、加热器、夹带剂混入模块、多釜土壤修复模块以及分离模块，其中，所述多釜土壤修复模块设有多个子萃取模块，所述子萃取模块包括萃取釜。

本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统，还具有这样的特征，所述多个子萃取模块设有总入口和总出口。

本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统，还具有这样的特征，所述多个子萃取模块并联连接，所述超临界流体通过总入口分别进入多个子萃取模块，所述多个子萃取模块中的超临界流体经总出口流出。

本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统，还具有这样的特征，所述子萃取模块包括：

超临界流体入口阀，与所述总入口连接，用于超临界流体的注入；

萃取釜，与超临界流体入口阀连接，用于进行超临界流体与待修复土壤的萃取；

超临界流体出口阀，与所述萃取釜连接，用于控制萃取后的超临界流体的排出；

抽真空装置，用于将所述萃取釜中的气体抽出，所述抽真空装置包括真空阀和真空泵，所述真空阀与所述萃取釜连接；

土壤装料阀，与所述萃取釜连接，用于向萃取釜中装填待修复的土壤；

土壤卸料阀，与所述萃取釜连接，用于将萃取后的土壤排出。

本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统，还具有这样的特征，所述萃取釜包括釜体与设置在釜体上的第一入口、第一出口、第二入口、第二出口和第三出口，

所述第一入口通过所述超临界流体入口阀与所述总入口连接；所述第一出口通过超临界流体出口阀与所述总出口连接；所述第二入口与土壤装料阀连接；所述第二出口与土壤卸料阀连接；所述第三出口与所述真空阀连接。

本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统，还具有这样的特征，所述系统还包括依次连接的超临界流体充注口和超临界流体充注阀，所述超临界流体储罐设有第一进口、第二进口和出口，

所述第一进口通过所述超临界充注阀与所述超临界流体充注口连接；所述第二进口与所述分离模块连接；所述出口与所述超临界流体泵连接。

本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统，还具有这样的特征，所述分离模块包括依次设置的第一过滤器、减压阀、温度调节装置和污染物分离器。

本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统，还具有这样的特征，所述污染物分离器设有进口、分离器第一出口和分离器第二出口，所述分离器第二出口连接有污染物收集器，用于收集萃取后的污染物。

本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统，还具有这样的特征，所述系统还包括与分离模块相连接的第二过滤器和冷却器。

本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统，还具有这样的特征，所述冷却器与所述超临界流体储罐连接，用于超临界流体的循环利用。

有益效果：

本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统在现有超临界土壤修复技术的基础上，引入可交替运行的多萃取釜，可以在装料/卸料的过程中切换不同的工作萃取釜，循环往复保证土壤修复过程的准连续动态运行，提高了超临界流体土壤修复系统的连续性和经济性，进而推动其产业化发展，具有重要的现实意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统的结构示意图；

图2为图1中多釜土壤修复模块示意图；

图3为图2中一个子萃取模块的示意图；

图4为本发明实施例所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统的子萃取模块抽真空过程图；

图5为本发明实施例所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统的子萃取模块装料过程图；

图6为本发明实施例所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统的子萃取模块萃取过程图

其中：1：超临界流体充注口；2：超临界流体充注阀；3：超临界流体储罐；4：超临界流体泵；5：加热器；6：夹带剂混入模块；7：多釜土壤修复模块；701：总入口；702：总出口；71：第一子萃取模块；711：第一超临界流体入口阀；712：第一萃取釜；713：第一超临界流体出口阀；714：第一真空阀；715：第一真空泵；716：第一土壤装料阀；717：第一土壤卸料阀；72：第二子萃取模块；721：第二超临界流体入口阀；722：第二萃取釜；723：第二超临界流体出口阀；724：第二真空阀；725：第二真空泵；726：第二土壤装料阀；727：第二土壤卸料阀；7N：第N子萃取模块；7N1：第N超临界流体入口阀；7N2：第N萃取釜；7N3：第N超临界流体出口阀；7N4：第一真空阀；7N5：第一真空泵；7N6：第N土壤装料阀；7N7：第N土壤卸料阀；8：第一过滤器；9：减压阀；10：温度调节装置；11：污染物分离器；12：污染物收集器；13：第二过滤器；14：冷却器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统作具体阐述。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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发明创造和简化描述，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发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

如图1所示，提供了一种多萃取釜超临界流体土壤修复系统，所述系统包括依次连接的超临界流体储罐3、超临界流体泵4、加热器5、夹带剂混入模块6、多釜土壤修复模块7以及分离模块，其中，所述多釜土壤修复模块7设有多个子萃取模块，所述子萃取模块包括萃取釜。

上述实施例所提供的多萃取釜超临界流体土壤修复系统在现有超临界土壤修复技术的基础上，引入可交替运行的多萃取釜，可以在装料/卸料的过程中切换不同的工作萃取釜，循环往复保证土壤修复过程的准连续动态运行，提高了超临界流体土壤修复系统的连续性和经济性，进而推动其产业化发展，具有重要的现实意义。

工作流程：在多釜土壤修复模块具备修复条件时，超临界流体储罐3中的超临界流体引出，加压至所需要的压力，再经加热器5加热升温至所需要的温度；增压升温后的超临界流体进入夹带剂混入模块6，混入一定比例的夹带剂；混入夹带剂后的超临界流体进入多釜土壤修复模块7，与其中被污染土壤接触，将污染物萃取溶解在超临界流体中；溶解了污染物的超临界流体经分离模块将污染物和超临界流体分离。

在部分实施例中，如图2-3所示，所述多个子萃取模块设有总入口701和总出口702。所述多个子萃取模块并联连接，所述超临界流体通过总入口701分别进入多个子萃取模块，所述多个子萃取模块中的超临界流体经总出口702流出。将多个子萃取模块分别标记为71、72、73……7N，其中，N为子萃取模块的编号。多个子萃取模块的结构相同，该实施例中以第N子萃取模块7N为例，所述子萃取模块7N包括：第N超临界流体入口阀7N1，与所述总入口701连接，用于超临界流体的注入；第N萃取釜7N2，与第N超临界流体入口阀7N1连接，用于进行超临界流体与待修复土壤的萃取；第N超临界流体出口阀7N3，与所述第N萃取釜7N2连接，用于控制萃取后的超临界流体的排出；抽真空装置，用于将所述第N萃取釜7N2中的气体抽出，所述抽真空装置包括第N真空阀7N4和第N真空泵7N5，所述第N真空阀7N4与所述第N萃取釜7N2连接；第N土壤装料阀7N6，与所述第N萃取釜7N2连接，用于向第N萃取釜7N2中装填待修复的土壤；第N土壤卸料阀7N7，与所述第N萃取釜7N2连接，用于将萃取后的土壤排出。所述第N萃取釜包括釜体与设置在釜体上的第一入口、第一出口、第二入口、第二出口和第三出口，所述第一入口通过所述第N超临界流体入口阀7N1与所述总入口701连接；所述第一出口通过第N超临界流体出口阀7N3与所述总出口702连接、所述第二入口与第N土壤装料阀7N6连接；所述第二出口与第N土壤卸料阀7N7连接；所述第三出口与所述第N真空阀7N4连接。

以双萃取釜为例，第一子萃取模块71正在进行萃取操作，第二子萃取模块72正在进行装料操作。

如图4－5所示，为多釜土壤修复模块7在抽真空过程和装料过程中，各节点物质流向示意图，第二子萃取模块72中的第二超临界流体入口阀721和第二超临界流体出口阀723关闭，首先进行装料操作，第二土壤卸料阀727、第二真空阀724、第二真空泵725关闭，第二土壤装料阀726打开，外部土壤通过第二土壤装料阀726进入第二萃取釜722中；完成土壤装料过程后，进行抽真空操作，第二土壤装料阀726和第二土壤卸料阀727关闭，第二真空阀724和第二真空泵725打开，第二萃取釜722中的气体经过第二真空阀724被第二真空泵725抽取并排向外部环境，完成抽真空过程。第一子萃取模块71中的第一真空阀714、第一真空泵715、第一土壤装料阀716和第一土壤卸料阀717关闭，第一超临界流体入口阀711和第一超临界流体出口阀713开启，超临界流体经第一超临界流体入口阀711进入第一萃取釜712完成其中土壤的萃取修复过程，然后经第一超临界流体出口阀713排出。

如图6所示，当第二子萃取模块72中的装料过程和抽真空过程，以及第一子萃取模块71中的萃取过程完成后，开始进行第一子萃取模块71的卸料过程和第二子萃取模块72的萃取过程，此时，第一子萃取模块71中的第一超临界流体入口阀711、第一超临界流体出口阀713、第一真空阀714、第一真空泵715和第一土壤装料阀716关闭，第一土壤卸料阀717打开，第一萃取釜712中的土壤经第一土壤卸料阀717排出；第二子萃取模块72则进行与第一子萃取模块71萃取过程相同的操作。

在部分实施例中，所述系统还包括依次连接的超临界流体充注口1和超临界流体充注阀2，所述超临界流体储罐3设有第一进口、第二进口和出口，所述第一进口通过所述超临界充注阀2与所述超临界流体充注口1连接；所述第二进口与所述分离模块连接；所述出口与所述超临界流体泵4连接。

在系统运行过程中，因为泄漏等原因，超临界流体储罐3中的压力或液位会缓慢的降低，当压力或液位低至设定值以后，则打开超临界流体充注阀2，经超临界流体充注口1进行超临界流体充注，直至满足系统所需要的超临界流体储罐3压力或液位，然后关闭超临界流体充注阀2。

在部分实施例中，所述分离模块包括依次设置的第一过滤器8、减压阀9、温度调节装置10和污染物分离器11。所述污染物分离器11设有进口、分离器第一出口和分离器第二出口，所述分离器第二出口连接有污染物收集器12，用于收集萃取后的污染物。所述系统还包括与所述分离模块相连的第二过滤器13和冷却器14。

溶解了污染物的超临界流体经过第一过滤器8过滤后，先经过减压阀9降压至所需要的分离压力，再经温度调节装置10调节至所需要的分离温度；具备污染物分离条件的超临界流体进入污染物分离器11，其中液相/固相污染物留在分离器底部，然后进入污染物收集器12；分离污染物后的超临界流体经过第二过滤器13过滤，并经冷却器14冷却。

在部分实施例中，所述冷却器14与所述超临界流体储罐3连接，用于超临界流体的循环利用。冷却器14冷却后的超临界流体返回至超临界流体储罐3，完成超临界流体土壤修复循环。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。