CN101543834B

CN101543834B - 一种连续处理中高浓度石油烃污染土壤的系统及方法

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Publication number: CN101543834B
Application number: CN2009100687338A
Authority: CN
Inventors: 隋红; 李鑫钢; 李忠媛; 李洪; 吴国钟
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2009-05-05
Filing date: 2009-05-05
Publication date: 2010-11-03
Anticipated expiration: 2029-05-05
Also published as: CN101543834A

Abstract

本发明涉及一种连续处理中高浓度石油烃污染土壤的系统及方法。受污染土壤经过溶剂萃取塔后，溶剂和被萃取下来的石油烃污染物连接溶剂再生塔，溶剂再生塔将溶剂和石油烃污染物分离，分离的溶剂连接溶剂回收罐；从萃取单元出来的土壤和少量残余溶剂连接固剂分离塔，固剂分离塔将少量溶剂从土壤中分离出来并送至溶剂回收罐循环再利用，经固剂分离单元处理后的土壤则连接生物修复装置，经生物修复单元后得到符合环境标准的土壤。本发明打破了以往土壤修复技术的间歇性操作，真正实现了污染土壤的连续修复。通过与微生物降解修复方法的耦合应用后可达到土壤修复标准。脱附效率高，萃取部分脱除率可达80％以上。

Description

一种连续处理中高浓度石油烃污染土壤的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种石油烃污染土壤的异位修复工艺，特别是一种连续处理中高浓度石油烃污染土壤的系统及方法。

背景技术

目前，我国土壤污染日益严重，不仅破坏土壤本身生态系统，直接或间接危害人类健康，而且还会形成跨介质污染，尤其是对地下水资源构成威胁，造成严重后果，因此急需研究开发符合我国国情的工程修复技术。

土壤修复技术可分为物理修复、化学修复和生物修复，物理修复包括淋洗法、热处理法等，化学修复包括溶剂萃取法、氧化还原法等，生物修复包括微生物修复、植物修复和动物修复。这些修复方法又分为原位和异位修复。

目前对于高浓度石油污染土壤普遍用的最多的是土壤淋洗技术，但淋洗技术的间歇性与低效性限制了该技术工程应用性。目前用的最多的是添加表面活性剂的水洗技术，但由于该方法对于小颗粒(粘土)回收土壤困难，以及表面活性剂的回收利用等一系列问题的出现，使得水洗法在修复土壤这方面的应用受到了局限。

发明内容

本发明针对以上不足，用溶剂萃取技术对污染土壤进行物理化学修复，实现了连续、高效以及各种土壤类型广泛适用的土壤修复工程技术。有效的将物化与生物修复技术相结合，达到费用、效果、可操作性等因素的统一。

本发明的能作为工程应用规模的连续、高效的异位土壤溶剂萃取和微生物降解耦合修复工艺方法，主要针对高浓度污染土壤。

本发明是通过下述技术方案加以实现的：

本发明的一种连续处理中高浓度石油烃污染土壤的系统，包括溶剂萃取塔3、固剂分离塔8、溶剂再生塔6和生物修复装置14；溶剂萃取单元塔3上端连接溶剂再生单元塔6，溶剂萃取单元塔3下端连接固剂分离单元塔8；溶剂再生单元塔6上端连接到溶剂回收罐13，溶剂再生单元塔6下端设置有回收的石油烃出口；固剂分离单元塔8上端连接溶剂回收罐13，固剂分离单元塔8下端连接生物修复装置14；溶剂回收罐13连接到溶剂萃取塔。

本发明的连续处理中高浓度石油烃污染土壤的系统的操作方法，受污染土壤经过溶剂萃取塔后，溶剂和被萃取下来的石油烃污染物连接溶剂再生塔，溶剂再生塔将溶剂和石油烃污染物分离，分离的溶剂连接溶剂回收罐；从萃取单元出来的土壤和少量残余溶剂连接固剂分离塔，固剂分离塔将少量溶剂从土壤中分离出来并送至溶剂回收罐循环再利用，经固剂分离单元处理后的土壤则连接生物修复装置，经生物修复单元后得到符合环境标准的土壤。

所述复合溶剂可采用石油醚，也可采用C3～C20石油烃类的混合物作为复合溶剂(这种溶剂可通过石油的馏分切割得到)，它具有高效脱除有机烃类，低毒性，易回收等特点。

所述的溶剂萃取塔中，溶剂萃取塔是一圆柱形或其他任何形状的萃取塔，其中溶剂为连续相，由泵从塔底打入，溶剂加入流量为60～600L/h；土壤为分散相，从塔顶进入，进料流量为20～200kg/h，与从塔底部进入的溶剂逆流接触，达到脱油的作用。为了加强溶剂与土壤的传质效果，可以在溶剂萃取塔中添加塔内件或在塔中段打循环。萃取塔工艺条件如下：压力为常压，温度为15～60度。从溶剂萃取塔塔顶部采出的剂油混合物进入到溶剂再生单元进行溶剂和油的分离及溶剂的回收再利用；从溶剂萃取塔塔底经螺旋出料装置出来的土壤和少量溶剂的混合物进入到固剂分离塔进行土壤和溶剂的分离，最终得到干净土壤。

所述的溶剂再生塔利用复合溶剂与石油相对挥发度较大的特点在溶剂回收塔的塔釜中进行分离，低沸点的复合溶剂首先从剂油混合物中挥发出来上升至塔顶，溶剂回收塔塔顶的冷凝装置将塔顶的复合溶剂一部分打回塔内与上升的气态复合溶剂进行质量和热量的传递，一部分气态复合溶剂冷凝成液态进行回收，达到溶剂的再生，以实现溶剂和石油烃的分离和溶剂的回收利用。通过调节塔顶回流来控制复合溶剂的质量分率，以达到溶剂的要求标准。塔顶冷凝器冷凝温度为20～55度，摩尔回流比为0.5～6.0，塔底温度为80～200度。溶剂再生塔采用圆柱形，从溶剂萃取单元来的剂油混合物自塔中间进料，塔底连接再沸器，塔顶连接冷凝器，分离后的溶剂自塔顶出料，油自塔底出料。

所述的固剂分离塔利用土壤颗粒的亲水性，用水洗的方式将溶剂萃取塔处理过的土壤中的溶剂用水置换出，达到回收溶剂及净化土壤的作用。水洗单元所用装置包括固剂分离塔、澄清槽、油水分离器。固剂分离塔是一圆柱形或其他任何形状的萃取塔。来自溶剂萃取塔塔底的土和溶剂混合物经泥浆泵由固剂分离塔塔顶打入，进料流量为20～200kg/h；同时，水以60～600L/h的流量从固剂分离塔塔顶进入，与土壤溶剂混合物顺流而至固剂分离塔中下部，在塔主体区洗脱溶剂。固剂分离塔工艺条件如下：压力为常压，温度为15～40度。从固剂分离塔塔顶采出的溶剂含有少量水，经油水分离器后，溶剂用泵抽回溶剂萃取塔塔底，与新鲜溶剂混合进入逆向萃取过程；从固剂分离塔塔底出来的土和水混合物经澄清槽沉降后，得到的较干净土进入生物修复装置进行联合生物修复；上层水经泵抽回固剂分离塔塔顶进行循环利用。

所述的生物修复装置，在原土著微生物基础上向土壤中均匀加入高效降解菌和营养助剂等手段，增加生物降解的活性，根据目标污染物和土壤性质的不同，添加不同种类的高效降解菌，达到低浓度污染土壤的石油烃降解作用，使土壤达到可以重新再利用的标准。

该发明的独特之处如下几点：

1、打破了以往土壤修复技术的间歇性操作，真正实现了污染土壤的连续修复。

2、脱附效率高，萃取部分脱除率可达80％以上，通过与微生物降解修复方法的耦合应用后可达到土壤修复标准。

3、溶剂回收单元操作简单，易于控制，成本不高。

4、修复成本低，所用溶剂可以回收利用，几乎没有溶剂损失。

5、本工艺适合修复的土壤类型广：可以处理砂土、粘土等各种类型的土壤。

附图说明

图1物理化学-生物耦合修复中高浓度石油烃污染土壤工艺简图。

具体实施方式

本发明提供一种物理化学-生物耦合修复中高浓度石油烃污染土壤的工艺。下面结合附图对本发明的工艺进一步说明。如附图所示，本发明系统主要包括溶剂萃取塔3、固剂分离塔8、溶剂再生塔6和生物修复装置14；溶剂萃取单元塔3上端连接溶剂再生单元塔6，溶剂萃取单元塔3下端连接固剂分离单元塔8；溶剂再生单元塔6上端连接到溶剂回收罐13，溶剂再生单元塔6下端设置有回收的石油烃的出口；固剂分离单元塔8上端连接溶剂回收罐13，固剂分离单元塔8下端连接生物修复装置14；溶剂回收罐13连接到溶剂萃取塔3溶剂进料处。

污染土壤1首先通过进料装置2从塔顶经固体分布器进入溶剂萃取塔3，萃取溶剂4从塔底由液体分布器进入溶剂萃取塔3，溶剂萃取在溶剂萃取塔中完成，其中溶剂为连续相，从塔底进入，溶剂加入流量为60～600L/h；土壤为分散相，从塔顶进入，进料流量为20～200kg/h；压力为常压，进料温度为15～60度。在溶剂萃取塔中土壤和溶剂逆流接触，并通过塔内件(各种形式的挡板)或中段循环系统进行固液强化传质，实现土壤的脱除石油烃的过程。由于石油烃溶在溶剂中溶解性很好，所以溶剂和萃取下的石油烃混合物5从塔顶流出溶剂萃取塔3，进入溶剂再生塔6。溶剂再生塔采用圆柱形，从溶剂萃取塔来的溶剂石油烃混合物自塔中间进料，塔底连接再沸器，塔顶连接冷凝器，通过石油烃与溶剂的相对挥发度的差异，用蒸馏的方式进行溶剂和石油烃的分离，分离后的溶剂自塔顶出料，油自塔底出料；塔顶冷凝器冷凝温度为20～55度，摩尔回流比为0.5～6.0，塔底温度为80～200度。再生后的溶剂9进入到一溶剂储罐13，溶剂储罐中的溶剂可再次打入到溶剂萃取塔实现循环使用，回收的石油烃10可进行再利用。同时，由于土壤与溶剂密度的差异很大，使得脱除石油烃的土壤7迅速在塔底沉积，并通过塔底螺旋出料装置夹带一定溶剂排出溶剂萃取塔，土和溶剂混合物经泥浆泵以类似于“泥浆”的状态由固剂分离塔8塔顶打入，进料流量为20～200kg/h；同时，水以60～600L/h的流量从固剂分离塔塔顶进入，与土壤溶剂混合物顺流而至固剂分离塔中下部，利用土壤的亲水性特点，在塔主体区来置换土壤中的溶剂；塔内压力为常压，塔顶温度为15～40度。溶剂与水不互溶使得土壤与溶剂实现分离，水洗分离的溶剂11含有少量水，经油水分离器后，溶剂打入到溶剂回收罐，溶剂回收罐中回收的溶剂用泵抽回到溶剂萃取塔与新鲜溶剂混合进入逆向萃取过程；固剂分离塔塔底土壤12和水混合物经澄清槽沉降后，得到的土用输送带送至微生物修复装置14进行微生物修复，上层水经泵抽回固剂分离塔塔顶进行循环利用。从微生物修复装置出来最后得到符合环境标准的干净土壤16。

实施例1：

对含油量30％的油砂进行物理化学-生物耦合的方法进行修复，连续逆流固液溶剂萃取塔的处理效率是100吨油砂/小时，溶剂石油醚用量为108吨/100吨油砂。经连续逆流固液溶剂萃取塔萃取后的砂土，脱油率为81％，萃取后砂土含溶剂量为2.43％。

从塔顶溢流出的含重油溶剂进入溶剂再生塔中进行溶剂再生。再生后的溶剂中基本不含重油，可直接回到洗脱塔循环利用。流程物料进行热匹配，塔釜热负荷为0.1722Mkacl/吨油砂，折合为水蒸汽消耗0.3444吨/吨油砂，吨处理成本为：34.44元。

塔底土和溶剂通过螺旋出料设备进入固剂分离单元后土壤中剩余溶剂的质量百分含量在0.15％-0.75％之间。塔底土壤夹带的溶剂回收率为99％以上。

经连续逆流固液溶剂萃取塔处理后的土壤进入生物修复单元，向土壤中均匀加入枯草芽孢杆菌和营养助剂CS₂，经好氧生物降解两周后，土壤中残留油含量为1％。

本发明提出的一种连续处理中高浓度石油烃污染土壤的系统及方法，已通过现场较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的工艺方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.一种连续处理中高浓度石油烃污染土壤的系统，包括溶剂萃取塔(3)、固剂分离塔(8)、溶剂再生塔(6)和生物修复装置(14)；其特征是溶剂萃取塔(3)上端连接溶剂再生塔(6)，溶剂萃取塔(3)下端连接固剂分离塔(8)；溶剂再生塔(6)上端连接到溶剂回收罐(13)，溶剂再生塔(6)下端设置有回收的石油烃的出口；固剂分离塔(8)上端连接溶剂回收罐(13)，固剂分离塔(8)下端连接生物修复装置(14)；溶剂回收罐(13)连接到溶剂萃取塔(3)溶剂进料处。

2.权利要求1的连续处理中高浓度石油烃污染土壤的系统的操作方法，其特征是受污染土壤经过溶剂萃取塔后，溶剂和被萃取下来的石油烃污染物连接溶剂再生塔，溶剂再生塔将溶剂和石油烃污染物分离，分离的溶剂连接溶剂回收罐；从萃取单元出来的土壤和少量残余溶剂连接固剂分离塔，固剂分离塔将少量溶剂从土壤中分离出来并送至溶剂回收罐循环再利用，经固剂分离塔处理后的土壤则连接生物修复装置，经生物修复装置后得到符合环境标准的土壤。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是溶剂萃取在溶剂萃取塔中完成，溶剂为连续相，从塔底进入，溶剂加入流量为60～600L/h；土壤为分散相，从塔顶进入，进料流量为20～200kg/h；压力为常压，进料温度为15～60度。

4.如权利要求2所述的方法，其特征是溶剂再生塔是：溶剂再生塔采用圆柱形，从溶剂萃取塔来的溶剂石油烃混合物自塔中间进料，塔底连接再沸器，塔顶连接冷凝器，分离后的溶剂自塔顶出料，油自塔底出料；塔顶冷凝器冷凝温度为20～55度，摩尔回流比为0.5～6.0，塔底温度为80～200度。

5.如权利要求2所述的方法，其特征是固剂分离塔是：来自溶剂萃取塔塔底的土和溶剂混合物经泥浆泵由固剂分离塔塔顶打入，进料流量为20～200kg/h；同时，水以60～600L/h的流量从固剂分离塔塔顶进入，与土壤溶剂混合物顺流而至固剂分离塔中下部，在塔主体区洗脱溶剂；塔内压力为常压，塔顶温度为15～40度。

6.如权利要求2所述的方法，其特征是固剂分离塔是：从固剂分离塔塔顶采出的溶剂含有少量水，经油水分离器后，溶剂打入到溶剂回收罐，溶剂回收罐中回收的溶剂用泵抽回到溶剂萃取塔与新鲜溶剂混合进入逆向萃取过程；从固剂分离塔塔底出来的土和水混合物经澄清槽沉降后，得到的土进入生物修复装置进行联合生物修复；上层水经泵抽回固剂分离塔塔顶进行循环利用。

7.如权利要求2所述的方法，其特征是所述的生物修复装置，根据目标污染物和土壤性质，在原土著微生物基础上向土壤中均匀加入降解菌和营养助剂，增加生物降解的活性，使土壤达到重新再利用的标准。