CN105080958A - 一种有机污染土壤分类热解吸修复系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污染土壤修复技术领域，尤其是涉及一种有机污染土壤分类热解吸修复系统及工艺，该有机污染土壤分类热解吸修复系统，包括预加热器系统、高温热解吸窑系统、低温热解吸器系统和土壤出料系统；所述预加热器系统、所述高温热解吸窑系统、所述低温热解吸器系统和所述土壤出料系统依次相连通。本发明通过设置预加热器系统以充分利用高温热解窑系统产生的高温尾气，提高了热能利用率；通过高温热解吸窑系统、低温热解吸器系统分别处理不同污染程度的有机污染土壤，大大降低了热解吸处理的能耗，运行成本低。

Description

一种有机污染土壤分类热解吸修复系统及工艺

技术领域

本发明涉及污染土壤修复技术领域，尤其是涉及一种有机污染土壤分类热解吸修复系统及工艺。

背景技术

欧美等发达国家对污染土壤高效修复技术进行多年研究，近年来国内学者也进行了一些技术开发与应用研究，对于挥发性有机污染物污染的土壤修复技术，主要有热解吸、氧化还原、微生物修复、气相抽提等技术，其中的热解吸技术，对于炼油化工造成的石油类挥发性有机物污染土壤的修复具有较好的效果，相对于其他技术具有修复速度快、可操作性强、可采用标准设备、处理有机物的范围宽和修复周期可控等优点。

目前，热解吸修复技术是挥发性有机污染土壤修复中应用最广泛的技术，从1982年至2002年，美国超级基金场地修复行动中58％为异位修复技术，在这些异位污染源控制处理工程中，几乎所有的采用热处理技术的修复工程都能如期完成，相对于其他修复技术成功率较高。但是，热解吸修复技术耗能较大，热能利用率低，高温尾气排放的热能损失为30％-60％，高温出土的热能损失为10％-30％，两者会造成较高的热能损失。另外，污染场地土壤污染物种类及含量具有差异性，易挥发的轻度有机污染土壤与难挥发的重度有机污染土壤混合处理容易造成轻度有机污染土壤过度解吸，增加处理成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有机污染土壤分类热解吸修复系统及工艺，以解决现有的污染土壤热解吸修复技术中存在的对污染土壤热解吸修复中存在的热能利用效率低，处理能耗高，运行成本高的技术问题。

本发明提供的一种有机污染土壤分类热解吸修复系统，包括预加热器系统、高温热解吸窑系统、低温热解吸器系统和土壤出料系统；所述预加热器系统、所述高温热解吸窑系统、所述低温热解吸器系统和所述土壤出料系统依次相连通。

进一步地，所述预加热器系统包括预加热器；所述预加热器竖直设置；所述预加热器设置有第一污染土壤进料口和预加热器尾气出口；所述第一污染土壤进料口和所述预加热器尾气出口位于所述预加热器的顶端。

进一步地，所述高温热解吸窑系统包括高温热解吸窑、第一驱动装置和高温热解吸窑出料斗；所述高温热解吸窑的进口端与所述预加热器的底端相连通；所述高温热解吸窑的出口端与所述高温热解吸窑出料斗相连通；所述第一驱动装置用于驱动所述高温热解吸窑进行旋转。

进一步地，所述低温热解吸器系统包括低温热解吸器、第二驱动装置、低温热解吸器进料斗和低温热解吸器出料斗；所述低温热解吸器进料斗与所述高温热解吸窑出料斗相连通；所述低温热解吸器的进口端与所述低温热解吸器进料斗相连通；所述低温热解吸器的出口端与所述低温热解吸器出料斗相连通；所述低温热解吸器进料斗设置有第二污染土壤进料口；所述低温热解吸器出料斗设置有低温热解吸器尾气出口；所述第二驱动装置用于驱动所述低温热解吸器进行旋转。

进一步地，所述土壤出料系统包括土壤出土料斗和布水器；所述布水器设置在所述土壤出土料斗上；所述土壤出土料斗用于接收从所述低温热解吸器出料斗输出的净化土。

进一步地，还包括天然气燃烧系统；所述天然气燃烧系统包括燃烧器；所述燃烧器设置有天然气进口和空气进口；所述燃烧器设置在所述高温热解吸窑的出口端。

进一步地，所述高温热解吸窑和所述低温热解吸器均为圆筒状结构；所述高温热解吸窑与水平面呈倾斜设置，且所述高温热解吸窑的进口端高于所述高温热解吸窑的出口端；所述低温热解吸器与水平面呈倾斜设置，且所述低温热解吸器的进口端高于所述低温热解吸器的出口端。

本发明还提供了一种利用所述的有机污染土壤分类热解吸修复系统的修复工艺，包括以下步骤：

步骤100、将待修复的污染土壤按照污染物挥发性的差异分为轻度有机污染土壤和重度有机污染土壤；

步骤200、将所述重度有机污染土壤送入所述预加热器系统，利用所述高温热解吸窑的高温尾气进行预加热；

步骤300、所述预加热器将经过预加热的所述重度有机污染土壤输送至所述高温热解吸窑系统，并在第一设定温度下进行高温热解吸处理，得到高温出土；

步骤400、将所述高温出土送入所述低温热解吸器系统，同时将所述轻度有机污染土壤同步送入所述低温热解吸器系统，两者在所述低温热解吸器中混合，利用所述高温出土的余热作为解吸热源，所述轻度有机污染土壤在第二设定温度下进行低温热解吸处理，所述高温出土和所述轻度有机污染土壤经过处理后得到净化土；

步骤500、将所述净化土送入土壤出料系统，进行补水加湿处理。

进一步地，在所述步骤100中，所述轻度有机污染土壤中包含烷烃、芳烃中的一种或多种，且所述轻度有机污染土壤中总石油烃的浓度小于或等于5000mg/kg；所述重度有机污染土壤中包含多环芳烃或多氯联苯中的一种或多种，且所述重度有机污染土壤中总石油烃的浓度大于5000mg/kg。

进一步地，所述第一设定温度为315℃～540℃；所述第二设定温度为150℃～315℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明将待修复的污染土壤根据污染程度和有机污染物的沸点等物理性质进行分类处理。

(2)通过对污染土壤的分类，实现了污染土壤热解吸修复的精细化处理。

(3)基于污染土壤精细化分类，在高温热解吸窑内可实现重度污染土壤的高效修复，在低温热解吸器内可实现轻度污染土壤高效修复，避免了轻度污染土壤的过度处理。

(4)通过本发明的精细化分类处理，大大降低了热解吸处理的能耗，运行成本低，比现有技术降低能耗25％。。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的有机污染土壤分类热解吸修复系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的有机污染土壤分类热解吸修复工艺的流程图。

附图标记：

101-预加热器；102-第一污染土壤进料口；103-预加热器尾气出口；

201-高温热解吸窑；202-第一驱动装置；203-高温热解吸窑出料斗；

301-低温热解吸器；302-第二驱动装置；303-低温热解吸器进料斗；

304-第二污染土壤进料口；305-低温热解吸器出料斗；306-低温热解吸器尾气出口；

401-土壤出土料斗；402-布水器；501-燃烧器；502-天然气进口；503-空气进口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

参见图1所示，本发明实施例提供了一种有机污染土壤分类热解吸修复系统，包括预加热器系统、高温热解吸窑系统、低温热解吸器系统和土壤出料系统；预加热器系统、高温热解吸窑系统、低温热解吸器系统和土壤出料系统依次相连通。本实施例通过设置预加热器系统以充分利用高温热解窑系统产生的高温尾气，提高了热能利用率；通过高温热解吸窑系统、低温热解吸器系统分别处理不同污染程度的有机污染土壤，大大降低了热解吸处理的能耗，运行成本低。

本实施例中，预加热器系统包括预加热器101；预加热器101竖直设置，这样可节约占地面积；预加热器设置有第一污染土壤进料口102和预加热器尾气出口103；第一污染土壤进料口102和预加热器尾气出口103位于预加热器的顶端。具体的说，第一污染土壤进料口102设置有双层电动锁风翻板阀，这样可避免在进料时空气的进入和尾气的泄露；第一污染土壤进料口的外部设置有防尘罩；预加热器的内部设置有土壤分散器和电动推料器。

本实施例中，高温热解吸窑系统包括高温热解吸窑201、第一驱动装置202和高温热解吸窑出料斗203；高温热解吸窑201的进口端与预加热器的底端相连通；高温热解吸窑的出口端与高温热解吸窑出料斗203相连通；第一驱动装置202用于驱动高温热解吸窑进行旋转。具体的说，高温热解吸窑的进口端与预加热器的底端密封连接；高温热解吸窑的出口端与高温热解吸窑出料斗203密封连接；第一驱动装置202包括驱动电机和支撑底座；高温热解吸窑设置在支撑底座上，通过驱动电机驱动高温热解吸窑进行旋转，并且可通过驱动电机调整高温热解吸窑的回转速率；高温热解吸窑出料斗203的内部设置有螺旋输送器。

本实施例中，低温热解吸器系统包括低温热解吸器301、第二驱动装置302、低温热解吸器进料斗303和低温热解吸器出料斗305；低温热解吸器进料斗303与高温热解吸窑出料斗203相连通；低温热解吸器301的进口端与低温热解吸器进料斗303相连通；低温热解吸器的出口端与低温热解吸器出料斗305相连通；低温热解吸器进料斗303设置有第二污染土壤进料口304；低温热解吸器出料斗305设置有低温热解吸器尾气出口306；第二驱动装置302用于驱动低温热解吸器进行旋转。具体的说，低温热解吸器的进口端与预加热器的底端密封连接；低温热解吸器的出口端与低温热解吸器出料斗305密封连接；第一驱动装置202包括驱动电机和支撑底座；低温热解吸器设置在支撑底座上，通过驱动电机驱动低温热解吸器进行旋转，并且可通过驱动电机调整低温热解吸器的回转速率；低温热解吸器进料斗303和低温热解吸器出料斗305上均设置有防尘罩；低温热解吸器出料斗305的内部设置有螺旋输送器。

本实施例中，土壤出料系统包括土壤出土料斗401和布水器402；布水器402设置在土壤出土料斗401上；土壤出土料斗401用于接收从低温热解吸器出料斗305输出的净化土。

本实施例中，还包括天然气燃烧系统；天然气燃烧系统包括燃烧器501；燃烧器501设置有天然气进口502和空气进口503；燃烧器501设置在高温热解吸窑201的出口端。

本实施例中，高温热解吸窑201和低温热解吸器301均为圆筒状结构；高温热解吸窑与水平面呈倾斜设置，且高温热解吸窑的进口端高于高温热解吸窑的出口端；低温热解吸器与水平面呈倾斜设置，且低温热解吸器的进口端高于低温热解吸器的出口端；具体的说，高温热解吸窑与水平面之间的夹角为5°～10°，低温热解吸器与水平面之间的夹角为5°～7°；工作时，高温热解吸窑绕自身的轴线旋转，低温热解吸器绕自身的轴线旋转。

参见图2所示，本发明实施例还提供了一种利用本实施例中的有机污染土壤分类热解吸修复系统的修复工艺，包括以下步骤：

步骤100、将待修复的污染土壤按照污染物挥发性的差异分为轻度有机污染土壤和重度有机污染土壤；具体的说，对待修复的污染土壤进行分类，是在对场地土壤类型、污染物特征、污染物分布和水文地质条件进行充分分析的基础上，根据不同污染类型土方量、污染物的沸点和污染物在现场土壤中的挥发性差异将待修复的污染土壤分类。

步骤200、将重度有机污染土壤送入预加热器系统，利用高温热解吸窑的高温尾气进行预加热；具体的说，重度有机污染土壤从第一污染土壤进料口102进入，而高温热解吸窑系统产生的高温尾气进入预加热器后与重度有机污染土壤进行逆向接触，从而达到对重度有机污染土壤进行初步升温和降低含水率的目的，从而实现了对高温尾气的热量的利用和对高温尾气的降温。需要说的是，步骤200中的逆向接触也就是说，重度有机污染土壤的行进方向与高温尾气的流动方向相对。

步骤300、预加热器将经过预加热的重度有机污染土壤输送至高温热解吸窑系统，并在第一设定温度下进行高温热解吸处理，得到高温出土；具体的说，重度有机污染土壤在高温热解吸窑内停留10min～15min；在高温热解吸窑内，燃烧器501产生的火焰和高温尾气与重度有机污染土壤进行逆向接触，实现对重度有机污染土壤的净化处理，之后高温尾气通往预加热器，高温出土进入高温热解吸窑出料斗203，并通过螺旋输送器输送至低温热解吸器进料斗303。

步骤400、将高温出土送入低温热解吸器系统，同时将轻度有机污染土壤同步送入低温热解吸器系统，两者在低温热解吸器中混合，利用高温出土的余热作为解吸热源，轻度有机污染土壤在第二设定温度下进行低温热解吸处理，高温出土和轻度有机污染土壤经过处理后得到净化土；具体的说，轻度有机污染土壤从第二污染土壤进料口304进入，并与高温出土在低温热解吸器内进行同向流动和充分混合，混合后的土壤在低温热解吸器内停留10min～20min，从而实现了对轻度有机污染土壤的净化处理，最后得到的净化土进入低温热解吸器出料斗305，并通过螺旋输送器输送至土壤出土料斗401，而低温热解吸器产生的尾气则通过低温热解吸器尾气出口306排出。

步骤500、将净化土送入土壤出料系统，进行补水加湿处理。具体的说，由于从低温热解吸器出料斗305输送至出土料斗的净化土含水率较低，易扬尘和难以成型，因此通过布水器402补水加湿处理后，不仅可避免扬尘，而且净化土可成型便于运输。

该修复工艺的优选方案中，在步骤100中，轻度有机污染土壤中包含烷烃、芳烃中的一种或多种，且轻度有机污染土壤中总石油烃的浓度小于或等于5000mg/kg；重度有机污染土壤中包含多环芳烃或多氯联苯中的一种或多种，且重度有机污染土壤中总石油烃的浓度大于5000mg/kg。

该修复工艺的优选方案中，第一设定温度为315℃～540℃；第二设定温度为150℃～315℃。

本发明提供的有机污染土壤分类热解吸修复系统及工艺，在施工时的具体应用：

某污染场地为石油化工生产企业，搬迁改造后的遗留场地土壤受到苯、萘和多环芳烃的污染，污染物浓度、土方量及处理信息，参见表一所示。在只采用高温热解吸的技术时，工艺参数:高温热解吸窑的处理量为20m³/h，高温热解吸窑的出土温度为400℃，窑内土壤的停留时间为15min，每立方污染土的修复能耗为60m³天然气；采用本发明后，工艺参数：高温热解吸窑的处理量为20m³/h，低温热解吸器的处理量为14m³/h，高温热解吸窑的出土温度为400℃，低温热解吸器的出土温度为150℃，窑内土壤的停留时间均为15min，每立方污染土的修复能耗为45m³天然气，可实现节能25％。表一：

综上所述，本发明提供的有机污染土壤分类热解吸修复系统具有处理速度快、修复周期可控、处理污染物的范围宽和受气候变化影响较低的优点；并且充分利用了高温尾气和高温出土的热量，大大提高热能利用效率，降低了能耗，比现有技术降低能耗25％；另外根据污染物浓度的不同，可以对污染土壤实现分类高效处理。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种有机污染土壤分类热解吸修复系统，其特征在于，包括预加热器系统、高温热解吸窑系统、低温热解吸器系统和土壤出料系统；所述预加热器系统、所述高温热解吸窑系统、所述低温热解吸器系统和所述土壤出料系统依次相连通。

2.根据权利要求1所述的有机污染土壤分类热解吸修复系统，其特征在于，所述预加热器系统包括预加热器；所述预加热器为竖直设置；所述预加热器设置有第一污染土壤进料口和预加热器尾气出口；所述第一污染土壤进料口和所述预加热器尾气出口位于所述预加热器的顶端。

3.根据权利要求2所述的有机污染土壤分类热解吸修复系统，其特征在于，所述高温热解吸窑系统包括高温热解吸窑、第一驱动装置和高温热解吸窑出料斗；所述高温热解吸窑的进口端与所述预加热器的底端相连通；所述高温热解吸窑的出口端与所述高温热解吸窑出料斗相连通；所述第一驱动装置用于驱动所述高温热解吸窑进行旋转。

4.根据权利要求3所述的有机污染土壤分类热解吸修复系统，其特征在于，所述低温热解吸器系统包括低温热解吸器、第二驱动装置、低温热解吸器进料斗和低温热解吸器出料斗；所述低温热解吸器进料斗与所述高温热解吸窑出料斗相连通；所述低温热解吸器的进口端与所述低温热解吸器进料斗相连通；所述低温热解吸器的出口端与所述低温热解吸器出料斗相连通；所述低温热解吸器进料斗设置有第二污染土壤进料口；所述低温热解吸器出料斗设置有低温热解吸器尾气出口；所述第二驱动装置用于驱动所述低温热解吸器进行旋转。

5.根据权利要求4所述的有机污染土壤分类热解吸修复系统，其特征在于，所述土壤出料系统包括土壤出土料斗和布水器；所述布水器设置在所述土壤出土料斗上；所述土壤出土料斗用于接收从所述低温热解吸器出料斗输出的净化土。

6.根据权利要求5所述的有机污染土壤分类热解吸修复系统，其特征在于，还包括天然气燃烧系统；所述天然气燃烧系统包括燃烧器；所述燃烧器设置有天然气进口和空气进口；所述燃烧器设置在所述高温热解吸窑的出口端。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的有机污染土壤分类热解吸修复系统，其特征在于，所述高温热解吸窑和所述低温热解吸器均为圆筒状结构；所述高温热解吸窑与水平面呈倾斜设置，且所述高温热解吸窑的进口端高于所述高温热解吸窑的出口端；所述低温热解吸器与水平面呈倾斜设置，且所述低温热解吸器的进口端高于所述低温热解吸器的出口端。

8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的有机污染土壤分类热解吸修复系统的修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤100、将待修复的污染土壤按照污染物挥发性的差异分为轻度有机污染土壤和重度有机污染土壤；

步骤200、将所述重度有机污染土壤送入所述预加热器系统，利用所述高温热解吸窑的高温尾气进行预加热；

步骤300、所述预加热器将经过预加热的所述重度有机污染土壤输送至所述高温热解吸窑系统，并在第一设定温度下进行高温热解吸处理，得到高温出土；

步骤400、将所述高温出土送入所述低温热解吸器系统，同时将所述轻度有机污染土壤同步送入所述低温热解吸器系统，两者在所述低温热解吸器中混合，利用所述高温出土的余热作为解吸热源，所述轻度有机污染土壤在第二设定温度下进行低温热解吸处理，所述高温出土和所述轻度有机污染土壤经过处理后得到净化土；

步骤500、将所述净化土送入土壤出料系统，进行补水加湿处理。

9.根据权利要求8所述的有机污染土壤分类热解吸修复工艺，其特征在于，在所述步骤100中，所述轻度有机污染土壤中包含烷烃、芳烃中的一种或多种，且所述轻度有机污染土壤中总石油烃的浓度小于或等于5000mg/kg；所述重度有机污染土壤中包含多环芳烃或多氯联苯中的一种或多种，且所述重度有机污染土壤中总石油烃的浓度大于5000mg/kg。

10.根据权利要求8所述的有机污染土壤分类热解吸修复工艺，其特征在于，所述第一设定温度为315℃～540℃；所述第二设定温度为150℃～315℃。