CN104785512B - 污染土壤修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污染土壤修复系统，土壤首先经进料仓进入余热回转窑的内胆，再进入热脱附回转窑的内胆，再经第一传送带送入余热回转窑的夹层中，最后再由第一土壤出口排出；空气经燃烧器进入燃烧室燃烧，所产生的烟气进入热脱附回转窑的夹层中作直线运动，再经管道接入余热回转窑的夹层中作螺旋运动，最后再由设置在余热回转窑外壳上的烟气出口排出；热脱附回转窑内胆中产生的废气经管道接入燃烧器进行焚烧，余热回转窑内胆中产生的废汽经管道接入冷凝分离器，经冷凝分离器分离后的气体经管道接入燃烧器进行焚烧，经冷凝分离器分离后的液体经管道排出。具有节能高效、制造成本低、易于实施、修复效果好等特点，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，具体涉及一种污染土壤的修复系统。
背景技术
土壤本来是各类废弃物的天然收容所和净化处理场所，当土壤中收容的各类污染物过多，影响和超过了土壤的自净能力，土壤自身也需要进行修复。造成土壤污染的原因很多，如工业污泥、垃圾农用、污水灌溉、大气中污染物沉降，大量使用含重金属的矿质化肥和农药等等。中国现有耕地有近1/5受到不同程度的污染，污染土壤将导致农作物减产，甚至有可能引起农产品中污染物超标，进而危害人体健康。另外，随着经济发展与城市化的加速，工矿企业导致的场地污染也十分严重。由于产业结构与城市布局的变化与调整，有些化工、冶金等污染企业纷纷搬迁，加上一些企业的倒闭，污染场地不断增加。土壤污染问题已经成为制约城市发展的毒瘤,成为了环境安全隐患和社会问题。因此污染土壤治理已经成为环境保护的重要内容，其中污染土壤修复治理已成为污染土壤治理领域中的重要内容。
污染土壤热脱附修复技术，其原理是通过直接或间接热交换，将土壤中的污染物加热到足够温度，以使污染物从污染介质上得以挥发或分离，再通过焚烧、吸附或化学反应等技术对脱附出来的物质进行处理的过程。现有污染土壤热脱附修复技术存在的主要技术缺陷是：
(1)土壤热脱附前没有对土壤进行预处理，使得直接加热脱附处理的时间较长，能耗较大，效率低下，同时由于温度较低，仅能对土壤中的有机物进行分离，无法对土壤中的无机物进行分离；
(2)对热脱附过程中产生的烟气未进行余热利用，直接排放到空气中，一方面不符合国家对排放气体的温度要求，另一方面也浪费了能源；
(3)脱附出来的污染物需要转运后进行焚烧处理，转运和贮存成本高，同时还存在二次污染等问题；
(4)此外，还存在制作成本高，造价昂贵等问题，土壤修复效果也有待提高。
发明内容
本发明旨在提供一种造价低、效率高、节能环保的土壤修复系统，对土壤的修复效果有显著地提高，并不会造成二次污染。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种污染土壤修复系统，包括进料仓、余热回转窑、热脱附回转窑、燃烧器、燃烧室、冷凝分离器和第一传送带，所述余热回转窑、热脱附回转窑均为双层结构，余热回转窑、热脱附回转窑的进料端均高于出料端；
土壤首先经进料仓进入余热回转窑的内胆中，并由余热回转窑的进料端向出料端作直线运动，经管道送入热脱附回转窑的内胆中，并由热脱附回转窑的进料端向出料端作直线运动，再经第一传送带送入余热回转窑的夹层中，并由余热回转窑的进料端向出料端作螺旋运动，最后再由设置在余热回转窑外壳上的第一土壤出口排出；
空气经燃烧器进入燃烧室燃烧，所产生的烟气进入热脱附回转窑的夹层中，并由热脱附回转窑的出料端向进料端作直线运动，再经管道接入余热回转窑的夹层中，并由余热回转窑的出料端向进料端作螺旋运动，最后再由设置在余热回转窑外壳上的烟气出口排出；
所述热脱附回转窑内胆中产生的废气经管道接入燃烧器进行焚烧，余热回转窑内胆中产生的废汽经管道接入所述冷凝分离器，经冷凝分离器分离后的气体经管道接入燃烧器进行焚烧，经冷凝分离器分离后的液体经管道排出。
工作过程如下：土壤先在余热回转窑的内胆中进行脱水及预热处理，分离出土壤中的水分和部分有机物，并将土壤加热到一定的温度；土壤中分离出的废汽接入冷凝分离器中进行气液分离，分离出的气态返回燃烧器进行焚烧，在高温下分解气体中的有害物质，而分离出的液态物质纯净，可作为工业能源进行再利用。预处理后的土壤进入热脱附回转窑的内胆中，热脱附回转窑夹层中的高温烟气，使土壤中部分无机物和残留的有机物继续分解，分解完成后的土壤由第一传送带送入余热回转窑的夹层中与内胆中进行预处理的土壤进行热交换，并最终通过第一土壤出口排出。热脱附回转窑夹层中的烟气也通过管道送入余热回转窑的夹层中进行余热利用，之后再排入大气中；由于土壤在余热回转窑中已经过脱水处理，因此在热脱附回转窑中分解时只会产生废气，该废气与冷凝分离器分离出的废气一样，被送回燃烧器进行焚烧，从而在高温下分解出气体中的有害物质。
作为上述方案的优选，连接所述热脱附回转窑夹层与余热回转窑夹层的烟气管道上依次连接有引风机、调节分配器、空预器、三通管和烟量调节阀，烟气在调节分配器分流，一部分烟气经管道回入燃烧室循环利用，另一部分烟气经空预器与空气换热，以提高进入燃烧器的所述空气温度，换热后的烟气再经所述三通管分流部分烟气，经排气阀排入大气中，调节分配器用于控制燃烧室的循环利用烟气量，烟量调节阀用于控制通入余热回转窑的烟气量。部分烟气被引风机鼓入燃烧室，以保证燃烧室的环境温度；部分烟气通过空预器与进入燃烧器的空气进行热交换，利用烟气的余热为空气加热，节约了能源，并且烟气温度满足国家排放要求；烟量调节阀用于控制通入余热回转窑的烟气量，多余的烟气则由排气阀直接排入大气中。
连接所述热脱附回转窑内胆与燃烧室的废气管道上依次设置有风机和缓冲罐，连接所述冷凝分离器与燃烧室的通气管道上依次设置有风机和缓冲罐，经冷凝分离器分离后的液体排出管道上依次设置有废液罐和排液阀，以进一步优化系统的组成。
所述进料仓的前方设置有分选器、破碎器、第二传送带，土壤依次经过分选器、破碎器后，再由第二传送带送入进料仓，土壤经过分选、破碎后进入系统，以保证系统处于最佳工作状态，提高系统运行的可靠性。
所述余热回转窑处理工艺温度为100～500℃，热脱附回转窑处理工艺温度为500～1200℃，所述燃烧器选用富氧燃烧器，处理工艺温度为1200～3000℃，经空预器换热后的空气温度在100℃以上。
所述余热回转窑、热脱附回转窑的外壳、内胆均为圆筒形，且内胆随外壳同步转动，所述余热回转窑内胆的外壁上设置有螺旋形的导向翅片，余热回转窑位于热脱附回转窑正上方，且余热回转窑出料端位于热脱附回转窑进料端的正上方。优化余热回转窑、热脱附回转窑的结构和布置，使系统更为紧凑，减少占地面积和管道的长度，进一步降低制造成本。
本发明中的有益效果是：
(1)在热脱附回转窑中，土壤与烟气不直接接触，在余热回转窑中，预处理的土壤与烟气也不直接接触，均是为了避免土壤中的有害物质污染烟气，影响烟气直接排放到大气中；而经热脱附回转窑分解后再次送入余热回转窑中进行预热利用的土壤，已经处理完成，因此与烟气接触也不存在污染的问题。
(2)无论是在余热回转窑，还是在热脱附回转窑，夹层中烟气的流动方向均与内胆中土壤的流动方向相反，并且，余热回转窑夹层中烟气呈螺旋移动，而内胆中土壤呈直线移动，更有利于烟气与土壤进行热交换。
(3)热脱附回转窑排出的烟气温度很高，不符合国家对烟气排放的温度要求，本系统巧妙地利用烟气余热对余热回转窑的预处理土壤进行热交换，节约能源，经余热利用后的烟气温度低，满足排放的温度要求。
(4)热脱附回转窑中产生的废气、余热回转窑中产生的废汽分离出来的废气，最终都进入燃烧器进行燃烧，从而在高温下分解出气体中的有害物质，直接处理废气的方式，避免转运有害物质带来的污染及转运成本；同时，余热回转窑中产生的废汽分离出来的液体，还可作为工业能源再次利用。
(5)土壤经过余热回转窑进行脱水及初温处理后，再进入热脱附回转窑处理，节约了时间，提高了效率，同时，分解的效果也更好，不仅分离出了有机物，还能将土壤中的无机物分解出来。
综上所述，本发明具有节能高效、制造成本低、易于实施、修复效果好等特点，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种污染土壤修复系统，由分选器1、破碎器2、第二传送带3、进料仓4、余热回转窑5、三通管6、热脱附回转窑7、第一传送带8、风机9、缓冲罐10、空预器11、燃烧器12、燃烧室13、引风机14、调节分配器15、排气阀16、烟量调节阀17、冷凝分离器18、废液罐19、排液阀20等组成。
余热回转窑5、热脱附回转窑7均为双层结构，包括内胆和外壳，且内胆与外壳之间的空间足够大。余热回转窑5、热脱附回转窑7的进料端均高于出料端，使土壤进入余热回转窑5或热脱附回转窑7后，受重力作用，能自动由进料端向出料端运动。最好是，余热回转窑5、热脱附回转窑7的外壳、内胆均为圆筒形，且内胆随外壳同步转动。余热回转窑5内胆的外壁上设置有螺旋形的导向翅片5d。余热回转窑5位于热脱附回转窑7正上方，且余热回转窑5出料端位于热脱附回转窑7进料端的正上方。
土壤首先经进料仓4进入余热回转窑5的内胆中，余热回转窑5内胆的进料端伸到外壳的进料端外，进料仓4正好设置在余热回转窑5内胆的伸出部分的正上方。进料仓4通常为漏斗形，土壤由余热回转窑5的进料端向出料端作直线运动，经管道送入热脱附回转窑7的内胆中，再经管道送入热脱附回转窑7的内胆中。土壤进入热脱附回转窑7后，再由热脱附回转窑7的进料端向出料端作直线运动，再经第一传送带8送入余热回转窑5的夹层中，并由余热回转窑5的进料端向出料端作螺旋运动，最后再由设置在余热回转窑5外壳上的第一土壤出口5a排出。在热脱附回转窑7上设置有第二土壤出口7a，在余热回转窑5上设置有第一土壤进口5c，第一传送带8连接在第二土壤出口7a与第一土壤进口5c之间。
空气作为助燃介质，经燃烧器12进入燃烧室13燃烧，燃烧器12与燃烧室13之间通过管路连通，所产生的烟气进入热脱附回转窑7的夹层中，并由热脱附回转窑7的出料端向进料端作直线运动，再经管道接入余热回转窑5的夹层中，并由余热回转窑5的出料端向进料端作螺旋运动，最后再由设置在余热回转窑5外壳上的烟气出口5b排出。
最好是，连接热脱附回转窑7夹层与余热回转窑5夹层的烟气管道上依次连接有引风机14、调节分配器15、空预器11、三通管6和烟量调节阀17。烟气在调节分配器15分流，一部分烟气经管道回入燃烧室13循环利用，以保证燃烧室的温度环境，另一部分烟气经空预器11与空气换热，以提高进入燃烧器12的空气温度。换热后的烟气再经三通管6分流部分烟气，经排气阀16排入大气中，剩余的烟气再进入余热回转窑5的夹层中。调节分配器15用于控制燃烧室13的循环利用烟气量，烟量调节阀17用于控制通入余热回转窑5的烟气量，多余的烟气则通过排气阀16排入大气中。由于部分烟气要送入燃烧室13，因此在烟气管路上增设了引风机14，通过引风机14为燃烧室13鼓入二次风。整个烟气管路上的烟气进行了两次分流和一次热交换。
热脱附回转窑7内胆中产生的废气经管道接入燃烧器12进行焚烧，余热回转窑5内胆中产生的废汽经管道接入冷凝分离器18，经冷凝分离器18分离后的气体经管道接入燃烧器12进行焚烧，经冷凝分离器18分离后的液体经管道排出。余热回转窑5、热脱附回转窑7分解过程中产生的有害气体最终送入燃烧器12进行焚烧处理，简化了废气的处理。
最好是，连接热脱附回转窑7内胆与燃烧室13的废气管道上依次设置有风机9和缓冲罐10，连接冷凝分离器18与燃烧室13的通气管道上依次设置有风机9和缓冲罐10，经冷凝分离器18分离后的液体排出管道上依次设置有废液罐19和排液阀20。
为进一步优化系统，在进料仓4的前方还设置有分选器1、破碎器2、第二传送带3，土壤依次经过分选器1的分选、破碎器2的破碎后，再由第二传送带3送入进料仓4。
余热回转窑5处理工艺温度优选为100～500℃，热脱附回转窑7处理工艺温度优选为500～1200℃，以保证土壤中有害物质的有效分解。燃烧器12最好选用富氧燃烧器，处理工艺温度为1200～3000℃，保证燃烧效果，以及对有害物质处理的持续性，经空预器11换热后的空气温度在100℃以上。
土壤先在余热回转窑5的内胆中进行脱水及预热处理，分离出土壤中的水分和部分有机物，并将土壤加热到一定的温度；土壤中分离出的废汽接入冷凝分离器18中进行气液分离，分离出的气态返回燃烧器12进行焚烧，在高温下分解气体中的有害物质，而分离出的液态物质纯净，可作为工业能源进行再利用。预处理后的土壤进入热脱附回转窑7的内胆中，热脱附回转窑7夹层中的高温烟气，使土壤中部分无机物和残留的有机物继续分解，分解完成后的土壤由第一传送带8送入余热回转窑5的夹层中与内胆中进行预处理的土壤进行热交换，并最终通过第一土壤出口5a排出。热脱附回转窑7夹层中的烟气也通过管道送入余热回转窑5的夹层中进行余热利用，之后再排入大气中；由于土壤在余热回转窑5中已经过脱水处理，因此在热脱附回转窑7中分解时只会产生废气，该废气与冷凝分离器18分离出的废气一样，被送回燃烧器12进行焚烧，从而在高温下分解出气体中的有害物质。
在热脱附回转窑7中，土壤与烟气不直接接触，在余热回转窑5中，预处理的土壤与烟气也不直接接触，均是为了避免土壤中的有害物质污染烟气，影响烟气直接排放到大气。在余热回转窑5中，土壤在内胆中沿轴心线方向以直线方式运行，烟气和经热脱附回转窑7处理的土壤在夹层内沿轴心线方向以螺旋方式运行，导向翅片5d为烟气和经热脱附回转窑7处理的土壤的螺旋运动导向。土壤与经热脱附回转窑7处理的土壤在余热回转窑5内沿轴心线方向形成同向运行，土壤与烟气在余热回转窑5内沿轴心线方向形成反向运行。在热脱附回转窑7中，土壤在内胆中沿轴心线方向以直线方式运行，烟气在夹层内内沿轴心线方向以直线方式运行；土壤与烟气在热脱附回转窑7内沿轴心线方向形成反向运行。
Claims (5)
1.一种污染土壤修复系统，其特征在于：包括进料仓(4)、余热回转窑(5)、热脱附回转窑(7)、燃烧器(12)、燃烧室(13)、冷凝分离器(18)和第一传送带(8)，所述余热回转窑(5)、热脱附回转窑(7)均为双层结构，余热回转窑(5)、热脱附回转窑(7)的进料端均高于出料端；
土壤首先经进料仓(4)进入余热回转窑(5)的内胆中，并由余热回转窑(5)的进料端向出料端作直线运动，经管道送入热脱附回转窑(7)的内胆中，并由热脱附回转窑(7)的进料端向出料端作直线运动，再经第一传送带(8)送入余热回转窑(5)的夹层中，并由余热回转窑(5)的进料端向出料端作螺旋运动，最后再由设置在余热回转窑(5)外壳上的第一土壤出口(5a)排出；
空气经燃烧器(12)进入燃烧室(13)燃烧，所产生的烟气进入热脱附回转窑(7)的夹层中，并由热脱附回转窑(7)的出料端向进料端作直线运动，再经管道接入余热回转窑(5)的夹层中，并由余热回转窑(5)的出料端向进料端作螺旋运动，最后再由设置在余热回转窑(5)外壳上的烟气出口(5b)排出；
所述热脱附回转窑(7)内胆中产生的废气经管道接入燃烧器(12)进行焚烧，余热回转窑(5)内胆中产生的废汽经管道接入所述冷凝分离器(18)，经冷凝分离器(18)分离后的气体经管道接入燃烧器(12)进行焚烧，经冷凝分离器(18)分离后的液体经管道排出；
连接所述热脱附回转窑(7)夹层与余热回转窑(5)夹层的烟气管道上依次连接有引风机(14)、调节分配器(15)、空预器(11)、三通管(6)和烟量调节阀(17)，烟气在调节分配器(15)分流，一部分烟气经管道回入燃烧室(13)循环利用，另一部分烟气经空预器(11)与空气换热，以提高进入燃烧器(12)的所述空气温度，换热后的烟气再经所述三通管(6)分流部分烟气，经排气阀(16)排入大气中，调节分配器(15)用于控制燃烧室(13)的循环利用烟气量，烟量调节阀(17)用于控制通入余热回转窑(5)的烟气量。
2.按照权利要求1所述的污染土壤修复系统，其特征在于：连接所述热脱附回转窑(7)内胆与燃烧室(13)的废气管道上依次设置有风机(9)和缓冲罐(10)，连接所述冷凝分离器(18)与燃烧室(13)的通气管道上依次设置有风机(9)和缓冲罐(10)，经冷凝分离器(18)分离后的液体排出管道上依次设置有废液罐(19)和排液阀(20)。
3.按照权利要求1所述的污染土壤修复系统，其特征在于：所述进料仓(4)的前方设置有分选器(1)、破碎器(2)、第二传送带(3)，土壤依次经过分选器(1)、破碎器(2)后，再由第二传送带(3)送入进料仓(4)。
4.按照权利要求1所述的污染土壤修复系统，其特征在于：所述余热回转窑(5)处理工艺温度为100～500℃，热脱附回转窑(7)处理工艺温度为500～1200℃，所述燃烧器(12)选用富氧燃烧器，处理工艺温度为1200～3000℃，经空预器(11)换热后的空气温度在100℃以上。
5.按照权利要求1所述的污染土壤修复系统，其特征在于：所述余热回转窑(5)、热脱附回转窑(7)的外壳、内胆均为圆筒形，且内胆随外壳同步转动，所述余热回转窑(5)内胆的外壁上设置有螺旋形的导向翅片(5d)，余热回转窑(5)位于热脱附回转窑(7)正上方，且余热回转窑(5)出料端位于热脱附回转窑(7)进料端的正上方。
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