CN104906876A - 一种用于有机污染土壤热脱附的尾气净化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于有机污染土壤热脱附的尾气净化方法和装置，利用旋风除尘器和喷淋塔对尾气依次进行除尘和喷淋处理，将喷淋后的尾气进行除沫、干燥、活性炭吸附等处理，再经过燃烧后达标排放；喷淋液从喷淋塔下端流出，进行沉降处理，沉降后的中层液体经过过滤后，直接充当用于喷淋的液体；静置沉降后的上层液体和下层液体通过化学氧化反应池去除废水中大部分有机污染物，然后通过压滤、过滤、活性炭吸附等方式去除残留的有机污染物。本发明中喷淋后的废液通过化学氧化作用实现有机污染物的降解作用，真正意义上消除有机污染物，而不仅仅是有机污染物的转移，减少过程中危废产生量，具有降低处置成本和环境风险的双重益处。

Description

一种用于有机污染土壤热脱附的尾气净化方法及装置

技术领域

本发明属于环保技术领域，特别涉及一种用于有机污染土壤热脱附的尾气净化方法及装置。

背景技术

土壤有机污染是指由有机物引起的土壤污染。由于农药等化学品的生产使用、废渣废液的排放倾倒、以及生产过程泄漏等一系列因素，导致大量有机污染物被排放进入环境，并最终主要积累在土壤环境中，造成严重的土壤有机污染。土壤中主要有机污染物有农药、三氯乙醛、多氯联苯（PCBs）、多环芳烃（PAHs）、石油、甲烷等。热脱附技术是公认的有机污染土壤成熟可靠修复技术，热脱附是用直接或间接的热交换，加热土壤中有机污染组分到足够高的温度，使其蒸发并与土壤介质相分离的过程。热脱附技术具有污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用等优点，特别对包括多氯联苯（PCBs）、多环芳烃（PAHs）、有机氯农药（OCPs）、苯系物、石油烃等各类有机污染物均有很好的处置效果。

但是，热脱附处置过程会产生大量有机废气，成分组成复杂，需要采取措施进行有效控制，确保达标排放，避免二次污染。传统的热脱附尾气净化技术包括喷淋-沉淀、活性炭吸附、焚烧法等，但这些净化技术或多或少都存在一定缺陷，例如焚烧法虽然能实现有机污染废气的有效处置，但显著增加能耗，提高处置成本；喷淋-沉淀法及活性炭吸附法只是将有机污染物转移至滤渣中，没能实现污染的真正有效去除，风险始终存在。同时，传统的热脱附尾气净化处置工艺一般只能针对特定类型有机污染物，如喷淋-沉淀法只对PCBs类低溶解度、密度比水重的有机污染物有效，但对苯系物、含氯有机溶剂溶解等污染物去除效果不佳，净化后废气和废水往往不能达标排放。不同类型污染场地污染组成千变万化，同一类污染场地也往往存在各种类型性质各异的有机污染物，极大的限制了上述传统尾气处置工艺的实际适用性，急需开发适用各类有机污染物，能真正实现污染物降解的脱附尾气净化工艺。

在专利号为201310202121.X，名称为“持久性有机污染物污染土壤修复方法及装置 ”的发明中提到了尾气处理装置和方法，尾气处理装置包括依次连接的旋风除尘器、一级喷淋塔、二级调节式喷淋塔、除湿器、等离子反应器、空气过滤器、引风机和排气筒，其中一级喷淋塔和二级调节式喷淋塔还分别与废液净化循环装置连接。尾气的处理方法为：带有有机污染物的气体进入旋风除尘器除尘，除尘后的烟气进入一级喷淋塔和二级调节式喷淋塔，并被喷淋降温；经喷淋处理后，烟气温度降至50~70度，烟气中95%以上的持久性有机污染物被冷凝并随喷淋液进入废液净化循环装置，未被旋风除尘器捕集的细颗粒也随喷淋液进入废液净化循环装置；在废液净化循环装置中经沉淀过滤后，废液中的颗粒物和油性持久性有机污染物被分离并被制成滤饼，过滤后的清液返回到一级喷淋塔和二级调节式喷淋塔内循环利用；经喷淋处理后的烟气经除湿器、等离子反应器处理后，经空气过滤器过滤后排放。这种处理方法仅仅是将尾气中的有机污染物转移到滤饼中，没能实现污染的真正有效去除，风险始终存在。

在专利号为201410677838.4 ，名称为“一种余热高效回用的污染土壤热脱附系统及方法”的发明中提到了尾气焚烧系统及方法，尾气焚烧系统包含旋风除尘器、烟气焚烧炉、喷雾冷却塔和活性炭吸附塔；内热式热脱附回转窑反应器的出气口、旋风除尘器、烟气焚烧炉、喷雾冷却塔和活性炭吸附塔依次连接；所述旋风除尘器底的出尘口与所述土壤出料装置相连。这种尾气焚烧方法仅仅是将有机废气通过旋风除尘器进行除尘后，再通入烟气焚烧炉燃烧室内进行二次燃烧至达标排放，虽然最终尾气能达标排放，但焚烧过程明显增加了能耗，大大增加了成本。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种能够有效针对大多数有机污染物，无二次污染危险的用于有机污染土壤热脱附的尾气净化方法。

本发明的第二个目的是提供一种结构简单、成本低廉，能够有效针对尾气中大多数有机污染物的用于有机污染土壤热脱附的尾气净化装置。

为了第一个目的，本发明的技术方案是：一种用于有机污染土壤热脱附的尾气净化方法，其特征在于：包括以下步骤：1）对土壤热脱附产生的尾气进行除尘处理，去除细小粉尘颗粒；2）利用ph值在7.0至7.5之间的常温喷淋液对除尘后的气体进行喷淋处理，使得高温气体冷却，尾气中原先气态的大多数有机污染物冷凝为液体，转化为液态；3）将喷淋后的尾气进行除沫、干燥处理，再用活性炭吸附残余污染物，将处理后的尾气进行燃烧后达标排放；4）将步骤2）中喷淋后的喷淋液进行沉降处理，静置沉降后喷淋液形成三层液体，上层液体为大多数有机污染物液化后的液体；5）静置沉降后的中层液体经过过滤处理后，调节ph值至7.0至7.5之间后直接充当步骤2）中用于喷淋的液体；6）将静置沉降后的上层液体和下层液体通过化学氧化反应作用去除废水中大部分有机污染物；7）将通过化学氧化反应后的液体通过压滤、过滤方式来去除液体中的固体颗粒，再经过活性炭去除残留的有机污染物；8）处理后的上层液体和下层液体作为热脱附处置后出料土壤的调湿用水。

进一步地，所述步骤6）中上层液体和下层液体发生的化学氧化反应为芬顿反应。

为了第二个发明目的，本发明的技术方案是：一种用于有机污染土壤热脱附的尾气净化装置，包括旋风除尘器，旋风除尘器一端连接与前端设备含尘高温尾气出口相连，另一端连接喷淋塔底部气体进口，喷淋塔顶部气体出口依次连接除沫器、冷干机和废气活性炭吸附装置；所述旋风除尘器外设加热装置；其特征在于：所述喷淋塔底部液体出口连接沉降池，沉降池上端依次连接过滤器和热交换器，所述热交换器连接喷淋塔侧面的液体进口；所述沉降池下端连接化学氧化反应池；所述化学氧化反应池下端的出口依次连接压滤机、过滤器和废液活性炭吸附装置。

进一步地，所述沉降池分为一级沉降池和二级沉降池，一级沉降池上端进口连接喷淋塔底部液体出口，一级沉降池的上端连接二级沉降池的进口，二级沉降池的上端连接袋式过滤器和热交换器，所述热交换器连接一风冷塔；所述一级沉降池和二级沉降池的下端均连接化学氧化反应池；所述化学氧化反应池具有两个，并联连接在沉降池下端；所述化学氧化反应池前端具有控制阀。

进一步地，所述的喷淋塔具有一级喷淋塔和二级喷淋塔，通过串联方式连接；旋风除尘器连接一级喷淋塔底部气体进口，一级喷淋塔顶部气体出口连接二级喷淋塔底部气体进口，二级喷淋塔顶部气体出口连接除沫器；一级喷淋塔和二级喷淋塔底部的液体出口均连接一级沉降池上端进口。

进一步地，所述热交换器设有两个进口，两个出口；热交换器的第一进口与袋式过滤器相连，第二进口通过管路与风冷塔相连；热交换器的第一出口与喷淋塔的液体进口相连，第二出口接通循环水。

本发明的有益效果是：1）旋风除尘器外设加热装置，使旋风除尘器内的气体温度维持在有机污染物沸点之上，避免废气冷却导致污染物冷凝进入粉尘颗粒中，导致处置不达标的现象；2）喷淋后的废液通过化学氧化作用实现有机污染物的降解作用，真正意义上消除有机污染物，而不仅仅是有机污染物的转移，减少过程中危废产生量，具有降低处置成本和环境风险的双重益处；3）可根据污染物类型选择化学氧化池中的氧化药剂，使之适用于各种不同性质的有机污染废气处置，极大拓展设备适用性和推广价值4）废气最终导入热脱附设备回转窑燃烧后通过烟囱达标排放，废液一部分作为喷淋液循环使用，一部分作为热脱附处置后土壤的调湿水，既实现废水零排放，也减少水资源消耗。

附图说明

以下结合附图和本发明的实施方式来做进一步详细说明。

图1为本发明的工作流程框图。

图2为本发明的结构流程图。

图中标记为：1为旋风除尘器，2为一级喷淋塔，3为二级喷淋塔，4为一级除沫器，5为二级除沫器，6为三级除沫器，7为引风机，8为冷干机，9为回热器，10为一级气体活性炭吸附罐，11为二级气体活性炭吸附罐，12为一级沉降池，13为二级沉降池，14为一级袋式过滤器，15为二级袋式过滤器，16为热交换器，17为风冷塔，18为第一化学氧化反应池，19为第二化学氧化反应池，20为压滤机，21为一级蓝式过滤器，22为二级蓝式过滤器，23为一级废水活性炭吸附罐，24为二级废水活性炭吸附罐，带箭头实线为气体流动方向，带箭头虚线为液体流动方向。

具体实施方式

参见附图。本实施例中的尾气净化装置包括旋风除尘器1，旋风除尘器1一端连接与前端设备含尘高温尾气出口相连，另一端连接一级喷淋塔2底部气体进口，一级喷淋塔2顶部气体出口连接二级喷淋塔3底部气体进口，二级喷淋塔3顶部气体出口连接一级除沫器4；一级除沫器4、二级除沫器5和三级除沫器6串联连接，三级除沫器6依次连接引风机7、冷干机8和回热器9，回热器9连接一级气体活性炭吸附罐10和二级气体活性炭吸附罐11。

本实施例中的一级喷淋塔2和二级喷淋塔3底部的液体出口连接一级沉降池12，一级沉降池12上端连接二级沉降池13，二级沉降池13的上端依次连接一级袋式过滤器14、二级袋式过滤器15和热交换器16；所述一级、二级沉降池下端均连接第一化学氧化反应池18或第二化学氧化反应池19；第一化学氧化反应池18或第二化学氧化反应池19为并联连接，第一、第二化学氧化反应池前端均具有控制阀；所述第一、第二化学氧化池下端的出口依次连接压滤机20、一级蓝式过滤器21、二级蓝式过滤器22、一级废水活性炭吸附罐23和二级废水活性炭吸附罐24。

本实施例的热交换器16设有两个进口，两个出口，二级沉降池13的上出口通过管路与热交换器的第一进口相连，热交换器的第二进口通过管路与风冷塔17相连，热交换器的第一出口通过管路与一级、二级喷淋塔的液体进口相连，热交换器的第二出口通过管路与热脱附设备出土器的夹套相连，出土器夹套通循环水。

本实施例中的尾气净化方法为：

1）有机污染的土壤热脱附产生的含尘高温有机复合污染废气通过引风机7的作用，以大于15m/s的速度进入旋风除尘器1中，通过高速旋转作用产生离心力去除尾气中细小粉尘颗粒；在旋风除尘器外设置热源，维持旋风除尘器内废气温度在有机污染物沸点之上，避免有机污染物冷凝进入粉尘颗粒中；废气中含有各类有机污染废气（挥发性有机污染物、半挥发性有机污染物及持久性有机污染物），主要包括石油烃、苯系物、含氯有机溶剂、有机氯农药、有机磷农药、PCBs等；

2）除尘后尾气依次从一级喷淋塔2和二级喷淋塔3的底部进入，从顶部流出；尾气在喷淋塔内与喷淋溶液混合，进一步去除其中残留的粉尘，同时使高温的有机废气冷却，原先气态污染物冷凝为液体，转化为液态，被喷淋液携带进入一级沉降池12；喷淋液可根据气体成分决定的，一般情况下为常温水就可以，ph值为7.0-7.5左右；若遇酸性气体，可增加弱碱液；

3）经两级喷淋处置后，尾气依次进入一级除沫器4、二级除沫器5和三级除沫器6，初步去除其中水汽，然后依次进入冷干机8和回热器9实现干燥处置；干燥后尾气依次进入一级气体活性炭吸附罐10和二级气体活性炭吸附罐11去除其中的痕量有机污染物；活性炭吸附后尾气进一步导入热脱附设备前端回转窑中进行燃烧后达标排放；

4）在步骤2）中喷淋后的液体从一级喷淋塔2和从二级喷淋塔3中流出，含有机污染物的喷淋废液先进入一级沉降池12，在其中进行初步沉淀作用，一般情况下会形成三层溶液，大部分轻质有机污染物（如苯系物）液化后不溶于水，且漂浮在水面上，形成上层轻质非水相液体；中层溶液主要成分为水，溶解有一定浓度的有机污染物；下层溶液含有固体粉尘颗粒及重质有机污染物（如PCBs、氯代有机溶剂等）；

5）中层废液从一级沉降池12进入二级沉降池13进行进一步的沉降作用；经两级沉降后的中层废水依次进入一级袋式过滤器14和二级袋式过滤器15，过滤后进入热交换器16进行冷却处置后，将废液的ph值调至7.0至7.5之间，然后进入一级喷淋塔2和二级喷淋塔3对高温尾气进行喷淋作用，实现循环利用；其中热交换器16中冷水来自于风冷塔17；

6）一级沉降池12和二级沉降池13上层和下层废水通过螺杆泵输送至第一化学氧化池18或第二化学氧化池19，通过化学氧化反应作用去除废水中大部分有机污染物，有效减少后续危险废渣产生量；通过第一化学氧化池18和第二化学氧化池19前端的控制阀，可选择连接的化学氧化池，同时可根据污染物类型选择化学氧化池内的氧化试剂，一般情况使用芬顿试剂；

7）化学氧化处置后废水进入压滤机20，通过压滤作用去除其中的固体物质后，依次进入一级蓝式过滤器21和二级蓝式过滤器22进一步去除其中的固体颗粒后，进入一级废水活性炭吸附罐23和二级废水活性炭吸附罐24，去除其中残留的痕量有机污染物后作为热脱附处置后出料土壤调试用水。

实际运行实验表明：高温含尘有机废气温度在400～600℃之间，污染因子包括苯系物、卤代烃、有机氯农药、PAHs、PCBs的情况下，旋风除尘装置对尾气中粉尘颗粒去除率到达95%以上，尾气中污染物去除率在99%以上，尾气中没有二噁英等物质检出，净化处置后尾气达标排放。喷淋后废水经沉降、氧化、压滤、过滤、活性炭吸附等工艺处置后，没有污染物检出，可用于热脱附处置后出料土壤调试用水，土壤达到处置标准，工艺整体实现废水零排放，尾气达标排放，不产生二次污染。

Claims (6)

1.一种用于有机污染土壤热脱附的尾气净化方法，其特征在于：包括以下步骤：1）对土壤热脱附产生的尾气进行除尘处理，去除细小粉尘颗粒；2）利用ph值在7.0至7.5之间的常温喷淋液对除尘后的气体进行喷淋处理，使得高温气体冷却，尾气中原先气态的大多数有机污染物冷凝为液体，转化为液态；3）将喷淋后的尾气进行除沫、干燥处理，再用活性炭吸附残余污染物，将处理后的尾气进行燃烧后达标排放；4）将步骤2）中喷淋后的喷淋液进行沉降处理，静置沉降后喷淋液形成三层液体，上层液体为大多数有机污染物液化后的液体；5）静置沉降后的中层液体经过过滤处理后，调节ph值至7.0至7.5之间后直接充当步骤2）中用于喷淋的液体；6）将静置沉降后的上层液体和下层液体通过化学氧化反应作用去除废水中大部分有机污染物；7）将通过化学氧化反应后的液体通过压滤、过滤方式来去除液体中的固体颗粒，再经过活性炭去除残留的有机污染物；8）处理后的上层液体和下层液体作为热脱附处置后出料土壤的调湿用水。

2.如权利要求1所述的一种用于有机污染土壤热脱附的尾气净化方法，其特征在于：所述步骤6）中上层液体和下层液体发生的化学氧化反应为芬顿反应。

3.一种用于权利要求1所述方法中的尾气净化装置，包括旋风除尘器，旋风除尘器一端连接与前端设备含尘高温尾气出口相连，另一端连接喷淋塔底部气体进口，喷淋塔顶部气体出口依次连接除沫器、冷干机和废气活性炭吸附装置；所述旋风除尘器外设加热装置；其特征在于：所述喷淋塔底部液体出口连接沉降池，沉降池上端依次连接过滤器和热交换器，所述热交换器连接喷淋塔侧面的液体进口；所述沉降池下端连接化学氧化反应池；所述化学氧化反应池下端的出口依次连接压滤机、过滤器和废液活性炭吸附装置。

4.如权利要求3所述的一种用于有机污染土壤热脱附的尾气净化装置，其特征在于：所述沉降池分为一级沉降池和二级沉降池，一级沉降池上端进口连接喷淋塔底部液体出口，一级沉降池的上出口连接二级沉降池的进口，二级沉降池的上出口连接袋式过滤器和热交换器，所述热交换器连接一风冷塔；所述一级沉降池和二级沉降池的下出口均连接化学氧化反应池；所述化学氧化反应池具有两个，并联连接在沉降池下出口上；所述化学氧化反应池前端具有控制阀。

5.如权利要求4所述的一种用于有机污染土壤热脱附的尾气净化装置，其特征在于：所述的喷淋塔具有一级喷淋塔和二级喷淋塔，通过串联方式连接；旋风除尘器连接一级喷淋塔底部气体进口，一级喷淋塔顶部气体出口连接二级喷淋塔底部气体进口，二级喷淋塔顶部气体出口连接除沫器；一级喷淋塔和二级喷淋塔底部的液体出口均连接一级沉降池上端进口。

6.如权利要求4所述的一种用于有机污染土壤热脱附的尾气净化装置，其特征在于：所述热交换器设有两个进口，两个出口；热交换器的第一进口与袋式过滤器相连，第二进口通过管路与风冷塔相连；热交换器的第一出口与喷淋塔的液体进口相连，第二出口接通循环水。