CN104307865A - 一种污染土壤热驱脱附修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污染土壤热驱脱附修复方法，本发明通过污染土壤热驱脱附修复系统，以高温烟气、高温空气、高温蒸汽或高温液体等余热为热源，采用间接加热进行污染土壤修复，修复后的土壤能够达到后续再利用要求。本发明适用于VOCs、SVOCs、PAHs、PCBs、TPHs、农药等有机物污染土壤修复，也适用于Hg、As等热敏性重金属污染土壤修复，反应速度快，修复周期短，污染物去除率达99%以上，采用自动控制和实时监测，运行安全稳定，经济可行，无二次污染，具有良好的环保效益和社会效益。

Description

一种污染土壤热驱脱附修复方法

技术领域

本发明涉及一种污染土壤热驱脱附修复方法，属环境保护设备类。

背景技术

我国土壤污染形势日趋严重。随着我国工农业的发展和城镇化进程的加快，在人类生产和生活过程中，很多土地由于环保措施不到位而被污染，土壤环境恶化。土壤环境恶化的原因是多方面的，比如化学农药和农业化肥的大量使用，工业废水肆意排放，有毒有害污染物的排放，特别是有毒有害固体废物的随意堆放和填埋，都会引起土壤污染。污染土壤的有毒有害物质会通过食物链或人类呼吸进入人体，危害人类健康，甚至有些污染土壤会通过人类的皮肤，直接危害人类健康。

按照污染物的种类不同可分为有机物污染土壤和无机物污染土壤。土壤有机污染物指进入土壤环境并造成污染的有机化合物，主要包括挥发性有机物（VOCs）、半挥发性有机物（SVOCs）、多环芳烃（PAHs）、多氯联苯（PCBs）、石油烃（TPHs）、农药（Pesticides）等。涉及有机污染物排放的行业主要有石油化工、炼焦、冶金、水泥、造纸、油漆和涂料制造、农药生产和使用、橡胶品制造、汽车及配件喷涂、电子产品制造等。有机污染物多为热敏性污染物，在热作用下会从土壤中解析、挥发出来。土壤无机污染物中最典型的是重金属（HMs），如Pb、Hg、Cr、Cd、As、Zn、Cu等，其中Hg和As为热敏性重金属，在热作用下会从土壤中解析、迁移出来。

目前，我国土壤污染治理基础非常薄弱，十分缺乏成熟适用、经济可行、安全可靠的污染土壤修复技术和设备。目前有机物污染土壤修复技术主要包括植物修复、微生物修复、常温解析、物理隔离、化学修复，但存在如下问题：

一、植物修复、微生物修复、常温解析等技术修复周期很长，有的需要几个月甚至几年的时间。

二、物理隔离是指现场直接覆盖和异地填埋，该方法可以阻断暴露途径，但是不能降低其毒性，场地会存在长期的环境风险和土地使用功能限制。

三、化学修复是利用加入到土壤中的化学修复剂（如有机质、化学试剂、天然矿物等）与污染物发生化学反应，改变土壤的pH值、Eh等，通过化学反应，改变污染物的赋存形态，从而去除或降低其毒性。化学修复速度快，但一般成本较高。

因此，相比其他修复技术而言，热驱脱附技术通过加热方式分离土壤中的污染物受到了越来越多的重视。

有机氯农药污染土壤的处理方法（201210280242.1）公布了一种污染土壤的处理方法，该方法是将有机氯农药污染土壤进行预处理后送入水泥回转窑协同煅烧，使污染物分解。该法的不足之处：一是由于水泥回转窑添加污染土壤量过多会影响水泥品质，该法污染土壤处理量受限；二是该方法仅适用于污染土壤距离水泥厂较近的地方，若距离较远，污染土壤运输费用增加，提高处理成本，经济性差。

现发明出一种污染土壤热驱脱附修复方法，采用间接加热脱附，热介质和土壤不直接接触，热敏性污染物脱附效率高，可利用烟气、蒸汽等余热资源，降低污染土壤修复成本。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种污染土壤热驱脱附修复方法。

为实现上述目的，其技术解决方案为：

通过污染土壤热驱脱附修复系统对有机物、热敏性重金属污染土壤进行修复，修复后的土壤满足后续土地利用标准，具体步骤包括：

步骤1：污染土壤上料。通过给土皮带将污染土壤运送至筛分机，给土皮带在输送污染土壤时进行给土计量，同时通过控制给土皮带的转速进行给土量控制。

步骤2：污染土壤筛分。进入筛分机的污染土壤经过筛分之后分为粒径大于80mm的土块和粒径小于80mm的土壤，粒径大于80mm的土块由粗分出口进入粗破碎机，粒径小于80mm的土壤由细分出口经管道送至干燥粉碎机的入口。

步骤3：污染土壤初步破碎。由粗分出口进入粗破碎机的粒径大于80mm的土块，经粗破碎机破碎成粒径小于50mm的土壤。

步骤4：污染土壤干燥粉碎。由细分出口送来的粒径小于80mm的土壤和粗破碎机出口送来的粒径小于50mm的土壤，在干燥粉碎机内被粉碎成粒径小于20mm的土壤，同时加热干燥，含水率降低，根据污染土壤自身性质，含水率可在10%~20%以下。干燥粉碎机上部修复药剂投加口，可根据污染土壤自身性质和修复目标投加一定量相应的土壤修复药剂，土壤修复药剂在干燥粉碎机的搅拌作用下与粒径小于20mm的土壤混合均匀，形成混药土壤。干燥过程产生的有毒气体由干燥粉碎机上部的排气孔通过管道送至气体净化装置内，进行净化处理。

步骤5：热驱脱附无害化处理。从干燥粉碎机下部的出口排出的混药土壤进入绞笼的进料斗，在绞笼轴的旋转推进作用下，混药土壤进入热驱反应器内部，通过间接加热，土壤中的热敏性污染物被蒸发分离出来。根据污染土壤性质，热驱反应器内的反应温度为60℃~700℃可调，加热时间2min~30min可调。热驱反应器内的压力为微负压，压力范围为-20Pa~-2000Pa可调，避免气体外泄。热驱反应器内经过热驱脱附处理后的土壤变为温度较高的热土壤。热土壤经热驱反应器的反应器出土口排出。分离出的热敏性污染物和水分从高温集尘器的出口排出。

步骤6：尾气净化。高温集尘器将烟气中的土壤颗粒与烟气进行分离，烟气从高温集尘器出口排出，经管道进入气体净化装置，在气体净化装置内，烟气中的有毒有害物质被除去，变为干净烟气，干净烟气经引风机进入排气囱，从排气囱烟气出口排放。高温集尘器底部土壤颗粒出口排出的土壤颗粒落入热驱反应器内，进行回收。

步骤7：土壤冷却。从反应器出土口排出的热土壤经土壤冷却机入口进入土壤冷却机，土壤冷却机为旋转式冷却机，土壤冷却机的内壁设有换热器，换热器内通有冷却水，冷却水从冷却介质入口进入，换热后从冷却介质出口排出。土壤冷却机旋转使温度较高的热土壤充分与冷却水进行换热，从而降低土壤温度。冷却后的土壤从土壤冷却机出口排出。

步骤8：增湿混凝。从土壤冷却机出口排出的冷却土壤，经增湿装置的入口进入增湿装置，在增湿装置内通过喷水搅拌，使其变为含水率为10%~15%的清洁土壤。清洁土壤经增湿装置的出口排出，通过机械车辆运至规定地点，待用。

所述的筛分机为电动机械振动式筛分装置，可将污染土壤筛分为大于80mm的土块和小于80mm的土壤。

所述的粗破碎机为电动式机械破碎装置，可将大于80mm的土块破碎成粒径小于50mm的土壤。

所述的干燥粉碎机兼具破碎和干燥功能，可将污染土壤粉碎成粒径小于20mm的土壤，干燥能力可调可控，根据污染土壤自身性质，可将含水率控制在10%~20%以下。干燥粉碎机上部修复药剂投加口，可根据污染土壤自身性质和修复目标投加一定量相应的土壤修复药剂。

所述的热驱反应器的换热方式为间接换热，热源为高温烟气、高温空气、高温蒸汽或高温液体，能够充分利用各种余热资源，有效降低了热修复污染土壤的经济成本。

所述的一种污染土壤热驱脱附修复方法热敏性污染物去除率定义如下：

其中，为热敏性污染物去除率，%；为绞笼进料斗处土壤的热敏性污染物浓度，mg/kg；为反应器出土口处土壤的热敏性污染物浓度，mg/kg。

由于采用了以上技术方案，本发明的一种污染土壤热驱脱附修复方法适用于多种类型的有机物污染土壤，包括VOCs、SVOCs、PAHs、PCBs、TPHs、农药等污染土壤，有机污染物去除率达99%以上；也适用于热敏性重金属，如Hg、As等。同时，对尾气进行了净化处理，达标后排放，避免了二次污染。

本发明的一种污染土壤热驱脱附修复方法对污染土壤的净化过程稳定、均一，不受环境影响；采用自动控制系统，操作简便，适宜大面积受污染土壤的处理修复，时间短，效率高；采用间接加热脱附，热源和土壤不直接接触。污染土壤进入热驱反应器后，高温热源介质对换热器加热使热驱反应器内的土壤被间接加热。在这个过程中，污染土壤中的热敏性污染物被蒸发分离出来，在高温作用下，热敏性污染物分解，尾气经高温集尘器除尘、气体净化装置净化后达标排放。由于土壤在出料后，通过冷却介质进行了热量的回收利用，因此有利于土壤的快速降温，便于土壤的后续利用。

本发明的一种污染土壤热驱脱附修复方法可根据不同的污染土壤自身特点，在不同温度下，经过不同时间，对污染土壤进行快速修复。本发明的一种污染土壤热驱脱附修复方法的结构布局合理，实现了充分利用余热资源，具有换热效率高、能耗低、污染小的特点；设备运行稳定，操作过程简单方便，灵活性好，可以设置在污染场地内，用于污染场地现场异位修复，减少土石方转运量；土壤修复反应速度快、效率高，修复周期短；采用自动化控制，降低了对操作工人数量和熟练度的要求；采用实时监测，避免二次污染；与国内外的某些热脱附方法相比，所用设备简单，占地面积少，投资少；运行成本较填埋和直接加热焚烧低，且修复后的土壤能够达到后续再利用要求，适合推广使用。

附图说明

图1为污染土壤热驱脱附修复系统结构示意图。

图2为修复工艺步骤流程图。

图1中：给土皮带1，筛分机2，粗分出口21，细分出口22，粗破碎机3，干燥粉碎机4，热驱反应器5，绞笼51，圧料风入口52，高温集尘器53，反应器出土口54，土壤冷却机6，土壤冷却机入口61，土壤冷却机出口62，冷却介质入口63，冷却介质出口64，增湿装置7，气体净化装置8，引风机9，排气囱10。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明所提供的一种污染土壤热驱脱附修复方法，通过污染土壤热驱脱附修复系统对有机物、热敏性重金属污染土壤进行修复，修复后的土壤满足后续土地利用标准，具体步骤包括：

步骤1：污染土壤上料。通过给土皮带1将污染土壤运送至筛分机2，给土皮带1在输送污染土壤时进行给土计量，同时通过控制给土皮带1的转速进行给土量控制。

步骤2：污染土壤筛分。进入筛分机2的污染土壤经过筛分之后分为粒径大于80mm的土块和粒径小于80mm的土壤，粒径大于80mm的土块由粗分出口21进入粗破碎机3，粒径小于80mm的土壤由细分出口22经管道送至干燥粉碎机4的入口。

步骤3：污染土壤初步破碎。由粗分出口21进入粗破碎机3的粒径大于80mm的土块，经粗破碎机3破碎成粒径小于50mm的土壤。

步骤4：污染土壤干燥粉碎。由细分出口22送来的粒径小于80mm的土壤和粗破碎机3出口送来的粒径小于50mm的土壤，在干燥粉碎机4内被粉碎成粒径小于20mm的土壤，同时加热干燥，含水率降低，根据污染土壤自身性质，含水率可在10%~20%以下。干燥粉碎机4上部修复药剂投加口，可根据污染土壤自身性质和修复目标投加一定量相应的土壤修复药剂，土壤修复药剂在干燥粉碎机4的搅拌作用下与粒径小于20mm的土壤混合均匀，形成混药土壤。干燥过程产生的有毒气体由干燥粉碎机4上部的排气孔通过管道送至气体净化装置8内，进行净化处理。

步骤5：热驱脱附无害化处理。从干燥粉碎机4下部的出口排出的混药土壤进入绞笼51的进料斗，在绞笼轴的旋转推进作用下，混药土壤进入热驱反应器5内部，通过间接加热，土壤中的热敏性污染物被蒸发分离出来，热敏性污染物分子结构发生变化，一般长链有机物分裂为短链有机物，苯环开环，原有机污染物官能团化学键断裂，生成新的无害物质或危害程度较小的物质；一般热敏性重金属由固态蒸发为气态。根据污染土壤性质，热驱反应器5内的反应温度为60℃~700℃可调，加热时间2min~30min可调。热驱反应器5内的压力为微负压，压力范围为-20Pa~-2000Pa可调，避免气体外泄。热驱反应器5内经过热驱脱附处理后的土壤变为温度较高的热土壤。热土壤经热驱反应器5的反应器出土口54排出。分离出的热敏性污染物和水分从高温集尘器53的出口排出。

步骤6：尾气净化。高温集尘器53将烟气中的土壤颗粒与烟气进行分离，烟气从高温集尘器53出口排出，经管道进入气体净化装置8，在气体净化装置8内，烟气中的有毒有害物质被除去，变为干净烟气，干净烟气经引风机9进入排气囱10，从排气囱10烟气出口排放。高温集尘器53底部土壤颗粒出口排出的土壤颗粒落入热驱反应器5内，进行回收。

步骤7：土壤冷却。从反应器出土口54排出的热土壤经土壤冷却机入口61进入土壤冷却机6，土壤冷却机6为旋转式冷却机，土壤冷却机6的内壁设有换热器，换热器内通有冷却水，冷却水从冷却介质入口63进入，换热后从冷却介质出口64排出。土壤冷却机6旋转使温度较高的热土壤充分与冷却水进行换热，从而降低土壤温度。冷却后的土壤从土壤冷却机出口62排出。

步骤8：增湿混凝。从土壤冷却机出口62排出的冷却土壤，经增湿装置7的入口进入增湿装置7，在增湿装置7内通过喷水搅拌，使其变为含水率为10%~15%的清洁土壤。清洁土壤经增湿装置7的出口排出，通过机械车辆运至规定地点，待用。

本发明所提供的一种污染土壤热驱脱附修复方法，是通过污染土壤热驱脱附修复系统实现的，该系统由给土皮带1、筛分机2、粗破碎机3、干燥粉碎机4、热驱反应器5、土壤冷却机6、增湿装置7、气体净化装置8、引风机9、排气囱10组成。该系统的结构示意图如图1所示：给土皮带1的输出端位于筛分机2的料斗上方，筛分机2侧部设有粗分出口21，筛分机2底部设有细分出口22，粗分出口21下方设有粗破碎机3，粗破碎机3出料口下方设有干燥粉碎机4，细分出口22与干燥粉碎机4入料口管道连接，设在干燥粉碎机4上部的排气孔与气体净化装置8的入口管道连接，热驱反应器5上设有绞笼51，绞笼51的进料斗设置在干燥粉碎机4出口下方，绞笼51上设有圧料风入口52，热驱反应器5下部设有反应器出土口54，土壤冷却机6设有土壤冷却机入口61，土壤冷却机出口62，冷却介质入口63和冷却介质出口64，土壤冷却机入口61设置在反应器出土口54下方，土壤冷却机出口62下方设有增湿装置7，热驱反应器5上部设有高温集尘器53，高温集尘器53的出口与气体净化装置8的入口管道连接，气体净化装置8的出口与引风机9的入口管道连接，引风机9的出口与排气囱10的入口管道连接。

热驱反应器5内设有温度监测点，热驱反应器5内的反应温度可调，温度范围为60℃~700℃。气体净化装置8具有除臭、脱酸以及协同脱除细颗粒和其它气体中有害物质的作用，净化后的气体满足《大气污染综合排放标准》（GB 1621）。本发明的污染土壤热驱脱附修复系统设置在可移动的平台上。

Claims (1)

1.一种污染土壤热驱脱附修复方法，其特征在于：通过污染土壤热驱脱附修复系统对有机物、热敏性重金属污染土壤进行修复，修复后的土壤满足后续土地利用标准，具体步骤包括：

步骤1：污染土壤上料

通过给土皮带（1）将污染土壤运送至筛分机（2），给土皮带（1）在输送污染土壤时进行给土计量，同时通过控制给土皮带（1）的转速进行给土量控制；

步骤2：污染土壤筛分

进入筛分机（2）的污染土壤经过筛分之后分为粒径大于80mm的土块和粒径小于80mm的土壤，粒径大于80mm的土块由粗分出口（21）进入粗破碎机（3），粒径小于80mm的土壤由细分出口（22）经管道送至干燥粉碎机（4）的入口；

步骤3：污染土壤初步破碎

由粗分出口（21）进入粗破碎机（3）的粒径大于80mm的土块，经粗破碎机（3）破碎成粒径小于50mm的土壤；

步骤4：污染土壤干燥粉碎

由细分出口（22）送来的粒径小于80mm的土壤和粗破碎机（3）出口送来的粒径小于50mm的土壤，在干燥粉碎机（4）内被粉碎成粒径小于20mm的土壤，同时加热干燥，含水率降低，根据污染土壤自身性质，含水率可在10%~20%以下；

干燥粉碎机（4）上部修复药剂投加口，可根据污染土壤自身性质和修复目标投加一定量相应的土壤修复药剂，土壤修复药剂在干燥粉碎机（4）的搅拌作用下与粒径小于20mm的土壤混合均匀，形成混药土壤；

干燥过程产生的有毒气体由干燥粉碎机（4）上部的排气孔通过管道送至气体净化装置（8）内，进行净化处理；

步骤5：热驱脱附无害化处理

从干燥粉碎机（4）下部的出口排出的混药土壤进入绞笼（51）的进料斗，在绞笼轴的旋转推进作用下，混药土壤进入热驱反应器（5）内部，通过间接加热，土壤中的热敏性污染物被蒸发分离出来；

根据污染土壤性质，热驱反应器（5）内的反应温度为60℃~700℃可调，加热时间2min~30min可调；

热驱反应器（5）内的压力为微负压，压力范围为-20Pa~-2000Pa可调，避免气体外泄；

热驱反应器（5）内经过热驱脱附处理后的土壤变为温度较高的热土壤；

热土壤经热驱反应器（5）的反应器出土口（54）排出；

分离出的热敏性污染物和水分从高温集尘器（53）的出口排出；

步骤6：尾气净化

高温集尘器（53）将烟气中的土壤颗粒与烟气进行分离，烟气从高温集尘器（53）出口排出，经管道进入气体净化装置（8），在气体净化装置（8）内，烟气中的有毒有害物质被除去，变为干净烟气，干净烟气经引风机（9）进入排气囱（10），从排气囱（10）烟气出口排放；

高温集尘器（53）底部土壤颗粒出口排出的土壤颗粒落入热驱反应器（5）内，进行回收；

步骤7：土壤冷却

从反应器出土口（54）排出的热土壤经土壤冷却机入口（61）进入土壤冷却机（6），土壤冷却机（6）为旋转式冷却机，土壤冷却机（6）的内壁设有换热器，换热器内通有冷却水，冷却水从冷却介质入口（63）进入，换热后从冷却介质出口（64）排出；

土壤冷却机（6）旋转使温度较高的热土壤充分与冷却水进行换热，从而降低土壤温度；

冷却后的土壤从土壤冷却机出口（62）排出；

步骤8：增湿混凝

从土壤冷却机出口（62）排出的冷却土壤，经增湿装置（7）的入口进入增湿装置（7），在增湿装置（7）内通过喷水搅拌，使其变为含水率为10%~15%的清洁土壤；

清洁土壤经增湿装置（7）的出口排出，通过机械车辆运至规定地点，待用。