CN106216380A - 一种高效热脱附修复含汞污染处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效热脱附修复含汞污染处理系统及方法。包括造粒预处理单元、进料单元、热脱附单元、除尘单元、降温冷凝单元、尾气洗涤单元、气液分离单元、水处理单元、尾气吸附处理排放单元和冷却出料单元；所述造粒预处理单元与进料单元相连，进料单元、冷却出样单元和除尘单元均与热脱附单元相连，除尘单元分别与降温冷凝单元和造粒预处理单元相连，降温冷凝单元与尾气洗涤单元相连，尾气洗涤单元与气液分离单元相连，气液分离单元与尾气吸附处理排放单元相连，降温冷凝单元、尾气洗涤单元和气液分离单元分别与水处理单元相连，同时水处理单元与冷却出样单元相连。本发明具有热效率高、污染物去除率高、排气含尘量少、能耗低特征。

Description

一种高效热脱附修复含汞污染处理系统及方法

技术领域

本发明属于环境工程技术领域中的土壤修复技术领域，具体涉及一种高效热脱附修复含汞污染处理系统及方法，该系统及方法适用于含汞污染的土壤、废物的修复。

背景技术

我国土壤环境状况不容乐观，部分地区土壤污染较重，工矿业废弃地土壤环境问题更为突出。根据资料初步统计，我国是最大的汞生产国和消费国，燃煤、汞矿冶炼、有色金属冶炼及氯碱工业水银电解工艺等排放的汞已经对周边土壤和地下水造成污染，存在较大环境污染隐患，亟需修复治理。

热脱附技术是含汞污染的土壤、废物的主要处理技术之一，该技术是利用物理分离手段将污染土壤/废物中的污染物去除，通过提高土壤温度进而增加污染组分的饱和蒸气压，加速污染组分的脱附和分离，同时对分离后的污染组分通过吸附或化学反应等方式进行后续处理。热脱附过程是土壤/废物中污染组分由固相或液相热传递转入气相的物理过程，热脱附单元一般以空气、燃烧烟气、高温蒸汽、惰性气体等作为热量传递媒介。热脱附技术适用于各类挥发性有机物、半挥发性有机物和汞等污染物。

目前，国内开发的热脱附修复系统大多是针对挥发性和半挥发性有机物，由于化学特性差异较大，这些热脱附设备适用性需要考量。而针对含汞及化合物污染土壤的热脱附技术有相关报道，如康兆雨等申请的CN204052358U专利，采用加热反应器对含汞污染土壤修复；胡清等申请的CN104289513A专利，采用模块化热脱附处理装置和方法；沈逍江等申请的CN105057337A专利，采用高效间接热脱附装置；这些装置存在尾气产生量大、传热效率低等问题。此外，汞的资源化回收工艺和脱附尾气处理工艺仍需进一步完善，控制二次污染。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足提供一种高效热脱附修复含汞污染处理系统及方法，该系统及方法可以高效修复汞污染土壤，实施过程中可实现多段温度控制，汞综合利用，控制尾气排放量，尾气达标排放的目的。

为实现上述目的，本发明提供解决其技术问题采用的技术方案是：一种高效热脱附修复含汞污染处理系统，包括：

造粒预处理单元，所述造粒预处理单元包括筛分、造粒系统，筛分、造粒系统依次相连；

进料单元，所述进料单元包括皮带秤、皮带输送机；

热脱附单元，所述热脱附单元包括回转窑、固定床加热炉，所述固定床加热炉在回转窑的筒体下方；

除尘单元，所述除尘单元为直通式袋式除尘器；

冷却出料单元，所述冷却出料单元包括回转筒、皮带输送机，所述回转筒内加设喷淋器，回转筒通向皮带输送机，皮带输送机通向干净土壤堆场；

降温冷凝单元，所述降温冷凝单元包括热交换器、冷凝器，所述热交换器和冷凝器均采用列管式换热器，所述冷凝器为间接水冷凝器；

尾气洗涤单元，所述尾气洗涤单元由喷淋塔组成；

气液分离单元，所述气液分离单元为气液分离器；

水处理单元，所述水处理单元包括调节池、混凝沉淀池、澄清池、活性炭吸附处理器及回湿水箱；

尾气吸附处理排放单元，所述尾气处理排放单元包括活性炭吸附塔、引风机；活性炭吸附塔、引风机依次通过管道连接；

系统各单元的连接关系如下：

所述造粒预处理单元与进料单元相连，进料单元、冷却出样单元和除尘单元均与热脱附单元相连；除尘单元分别与降温冷凝单元和造粒预处理单元相连，降温冷凝单元与尾气洗涤单元相连，尾气洗涤单元与气液分离单元相连，气液分离单元与尾气吸附处理排放单元相连，降温冷凝单元、尾气洗涤单元和气液分离单元分别与水处理单元相连，同时水处理单元与冷却出料单元相连。

进一步地，

所述进料单元的皮带输送机通向热脱附单元；

所述回转窑上端通过高温管道与除尘单元连接，下端通向冷却出料单元；

所述直通式袋式除尘器上端气体经高温管道输送至降温冷凝单元，直通式袋式除尘器下端与造粒预处理单元相连；

所述直通式袋式除尘器除尘后尾气与热交换器相连，所述热交换器的上端通向所述冷凝器，所述冷凝器的上端通向所述气体洗涤单元，所述热交换器、冷凝器的下端均通向水处理单元；

所述喷淋塔的上端气体出口通向气液分离单元，下端液体出口与水处理单元相连；

所述气液分离器的上端通向尾气处理单元，气液分离器的下端通向水处理单元；

所述降温冷凝单元、尾气洗涤单元和气液分离单元通过管道依次连接调节池、混凝沉淀池、澄清池、活性炭吸附处理器，回湿水箱通过管道与冷却出料单元相连；

所述活性炭吸附塔与气液分离单元相连。

一种高效热脱附修复含汞污染处理方法，其步骤包括：

步骤a：待处理的土壤或废物通过筛分，在造粒系统中采用粘结剂进行造粒预处理，处理后土壤或废物粒径为5~30 mm，通过皮带输送机通向进料单元；

步骤b：造粒预处理后的土壤或废物经进料单元中皮带秤称量之后均匀落入皮带输送机上，通过皮带输送机通向热脱附单元；

步骤c：在回转窑内污染土壤/废物与固定床加热器产生的热烟气直接接触加热，窑内的土壤或废物在300~600℃温度下热处理20~50分钟，使含汞污染物从土壤/废物中挥发出来；

步骤d：通过回转窑加热处理的土壤/废物进入冷却出料单元，经过喷淋器加湿降温后的土壤或废物通向皮带输送机，经皮带输送机转运到干净土壤堆场。

进一步地，一种高效热脱附修复含汞污染处理方法，其步骤还包括：

步骤e：所述步骤c中，回转窑产生的脱附尾气经过直通式袋式除尘器，去除脱附尾气中的固体粉尘颗粒物，将脱附的粉尘颗粒物与回转窑处理后的土壤或废物一道出土，进入冷却出料单元；经除尘单元处理的脱附尾气经高温管道输送至降温冷凝单元；

步骤f：所述步骤e中经除尘单元处理的脱附尾气在降温冷凝单元中的热交换器、冷凝器冷却，热交换器、冷凝器的下端液体通向水处理单元，冷凝器的上端尾气通向尾气洗涤单元；

步骤g：冷凝后的尾气在尾气洗涤单元的喷淋塔内进一步洗涤处理，喷淋塔的上端气体通向气液分离单元，下端液体进入水处理单元；

步骤h：所述步骤g中通向气液分离单元的气体，在气液分离器中降低尾气含水率；气液分离器的上端气体通向尾气处理单元，气液分离器的下端液体通向水处理单元。

进一步地，一种高效热脱附修复含汞污染处理方法，其步骤还包括：

步骤i：降温冷凝单元、尾气洗涤单元和气液分离单元产生的冷凝水、喷淋液通过管道依次经过调节池、混凝沉淀池、澄清池、活性炭吸附处理器处理；水处理单元产生的汞及汞的化合物沉淀污泥进行浓缩脱水后回造粒预处理单元，或外送至危险废物处理处置机构；经水处理单元处理达标后的水储存于回湿水箱，回湿水箱通过管道与冷却出料单元相连，用于处理后土壤的加湿冷却，或处理达标后排放。

进一步地，一种高效热脱附修复含汞污染处理方法，其步骤还包括：

步骤j：所述步骤h中通向尾气处理单元的气体依次通过活性炭吸附装置、引风机和排气管道，排入大气；所述活性炭吸附塔内部填充渗硫活性炭，产生的含汞活性炭吸附剂，进入造粒预处理单元循环利用，或外送至危险废物处理处置机构。

进一步地，一种高效热脱附修复含汞污染处理方法，所述步骤a中的粘结剂为硅酸盐水泥、酰胺、凝胶和羧甲基纤维素钠按照6:1:2:3的比例配合而成。

与现有汞及其化合物污染修复技术相比较，本发明具有以下有益效果：

工艺中造粒预处理，对处理的土壤/废物选用特定粘结剂造粒处理，可有效减少物料加热后的微细粉尘量，可有效降低尾气中含汞粉尘量，同时降低热脱附单元处理负荷和除尘单元的除尘压力；

固定床加热炉直接加热，高温炙热颗粒与冷物料混合，直接热传导换热，同时扑集炙热颗粒，传质与换热效率高，处理后土壤/废物中总汞浓度不高于1.5 mg/kg；

除尘单元选用直通式袋式除尘器，相较于传统袋式除尘器，可有效避免阻力波动造成的热脱附压力不稳定，可避免热脱附压力造成汞污染外泄的风险，同时除尘脱附尾气中固体颗粒物进造粒预处理系统循环热脱附，可高效去除；

尾气经直通式袋式除尘器+冷凝器+喷淋塔+气液分离器，可有效控制烟气中含汞量；

尾气经降温冷凝单元、洗涤单元和气液分离单元产生的液体进水处理单元，处理达标后水进冷却出料单元加湿用，循环使用；

尾气进入活性炭吸附器，选取渗硫活性炭吸附，该吸附剂对汞及其化合物吸附效果好，对含汞蒸汽的吸附效率是普通活性炭的15~20倍，可以确保尾气达标排放。

具体实施方式

下面对本发明做进一步地详细说明。

一种高效热脱附修复含汞污染处理系统，包括造粒预处理单元、进料单元、热脱附单元、除尘单元、降温冷凝单元、尾气洗涤单元、气液分离单元、水处理单元、尾气吸附处理排放单元和冷却出料单元。所述造粒预处理单元与进料单元相连，进料单元和热脱附单元相连，热脱附单元的上端出口与除尘单元相连，热脱附单元的下端出口与冷却出料单元相连，除尘单元下端粉尘出口与造粒预处理单元相连，除尘单元上端气体出口与降温冷凝单元相连，降温冷凝单元上端气体出口与尾气洗涤单元相连，尾气洗涤单元上端气体出口与气液分离单元相连，气液分离单元气体出口与尾气吸附处理排放单元相连，降温冷凝单元、尾气洗涤单和气液分离单元的下端液体出口均与水处理单元相连，尾气吸附处理排放单元的活性炭吸附塔的出口通过管道与引风机的进口连接相通，直接排放。水处理单元产生的汞及汞的化合物沉淀污泥进行浓缩脱水后回造粒预处理单元，或外送至危险废物处理处置机构，水处理单元的处理达标的水通过回湿水箱与冷却出料单元相连，热脱附单元处理的土壤或废物经冷却加湿后输送至干净土壤堆场。

其中所述的造粒预处理单元由振动筛和造粒机依次相连，选用特定粘结剂造粒处理，处理后粒径为5~30 mm，通过皮带输送机通向进料单元，造粒预处理可有效减少物料加热后的微细粉尘量，可有效降低尾气中含汞粉尘量，降低热脱附单元处理负荷和除尘单元的除尘压力。

所述进料单元包括皮带秤、皮带输送机，造粒预处理后的土壤或废物经过皮带秤的计量称重后均匀下落到皮带输送机进料斗内，在皮带输送机的抬升输送下，均匀下落到热脱附单元的进料斗。

所述热脱附单元由回转窑、固定床加热炉组成，固定床加热炉在回转窑筒体下方，在回转窑内污染土壤/废物与固定床加热器产生的热烟气直接接触加热，将窑内的土壤在300~600℃温度下热处理20~50分钟，使含汞污染物从土壤/废物中挥发出来，传质与换热效率高，处理后土壤/废物中总汞浓度不高于1.5 mg/kg；脱除含汞污染物的土壤/废物送至出料冷却单元。

热脱附尾气进除尘单元处理，主要装置为直通式袋式除尘器，高温热脱附尾气在尾气吸附处理排放单元设置的引风机作用下，经过直通式袋式除尘器后，可有效去除脱附尾气中的固体粉尘颗粒物，将脱附的粉尘颗粒物进入造粒预处理单元，循环热脱附处理。

经直通式袋式除尘器除尘后脱附尾气中水蒸气、汞及其化合物通过管道依次输送经降温冷凝单元、尾气洗涤单和气液分离单元7处理，高温尾气由换热器进气口进入换热器和喷淋塔，出气口出换热器；冷却水的走向与尾气走向相反；冷凝水收集口设置在换热器和喷淋塔的底部，并有管路与冷凝水处理设备连接在一起。尾气经过热交换器、冷凝器、喷淋塔和气液分离器，间接换热，温度可降低到30℃以下，尾气中的水蒸气被冷却为液态水，以确保经过冷却后的尾气中的汞含量和水含量足够低，减轻后续尾气处理排放单元中活性炭吸附塔的处理负荷，也可增加汞的回收率。

所述水处理单元包括调节池、混凝沉淀池、澄清池、活性炭吸附处理器及回湿水箱，降温冷凝单元、尾气洗涤单元和气液分离单元产生的冷凝水、喷淋液等通过管道依次经过调节池、混凝沉淀池、澄清池、活性炭吸附处理器处理。利用特定沉淀剂将汞及汞的化合物沉淀回收，产生的污泥进行浓缩脱水后回造粒预处理单元，或外送至危险废物处理处置机构；经处理达标后的水储存于回湿水箱，回湿水箱通过管道与冷却出料单元相连，用于处理后土壤的加湿冷却，所述冷却出料单元的回转筒内加设喷淋器，回转筒通向皮带输送机，经过喷淋器加湿降温后的土壤通向皮带输送机，经皮带输送机转运到干净土壤堆场，可有效抑制扬尘，防止汞的二次污染。

所述尾气处理排放单元由活性炭吸附塔、引风机依次通过管道连接组成，活性炭吸附塔与气液分离单元单元相连，经冷却的尾气依次通过活性炭吸附装置、引风机和排气管道，排入大气。所述活性炭吸附塔内部填充渗硫活性炭，其对含汞废气的吸附效率是普通活性炭的15~20倍，吸附效率高，反应迅速，可以确保尾气的达标排放。系统运行中产生含汞活性炭吸附剂，可进入造粒预处理单元1循环利用，也可外送至危险废物处理处置机构。

以上所述仅是对本发明的优选实施方式尽心描述，并非对本发明的范围进行限定，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明设计精神的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高效热脱附修复含汞污染处理系统，其特征在于包括：

造粒预处理单元，所述造粒预处理单元包括筛分、造粒系统，筛分、造粒系统依次相连；

进料单元，所述进料单元包括皮带秤、皮带输送机；

热脱附单元，所述热脱附单元包括回转窑、固定床加热炉，所述固定床加热炉在回转窑的筒体下方；

除尘单元，所述除尘单元为直通式袋式除尘器；

冷却出料单元，所述冷却出料单元包括回转筒、皮带输送机，所述回转筒内加设喷淋器，回转筒通向皮带输送机，皮带输送机通向干净土壤堆场；

降温冷凝单元，所述降温冷凝单元包括热交换器、冷凝器，所述热交换器和冷凝器均采用列管式换热器，所述冷凝器为间接水冷凝器；

尾气洗涤单元，所述尾气洗涤单元由喷淋塔组成；

气液分离单元，所述气液分离单元为气液分离器；

水处理单元，所述水处理单元包括调节池、混凝沉淀池、澄清池、活性炭吸附处理器及回湿水箱；

尾气吸附处理排放单元，所述尾气处理排放单元包括活性炭吸附塔、引风机；活性炭吸附塔、引风机依次通过管道连接；

系统各单元的连接关系如下：

所述造粒预处理单元与进料单元相连，进料单元、冷却出样单元和除尘单元均与热脱附单元相连；除尘单元分别与降温冷凝单元和造粒预处理单元相连，降温冷凝单元与尾气洗涤单元相连，尾气洗涤单元与气液分离单元相连，气液分离单元与尾气吸附处理排放单元相连，降温冷凝单元、尾气洗涤单元和气液分离单元分别与水处理单元相连，同时水处理单元与冷却出料单元相连。

2.根据权利要求1所述一种高效热脱附修复含汞污染处理系统，其特征在于：

所述进料单元的皮带输送机通向热脱附单元；

所述回转窑上端通过高温管道与除尘单元连接，下端通向冷却出料单元；

所述直通式袋式除尘器上端气体经高温管道输送至降温冷凝单元，直通式袋式除尘器下端与造粒预处理单元相连；

所述直通式袋式除尘器除尘后尾气与热交换器相连，所述热交换器的上端通向所述冷凝器，所述冷凝器的上端通向所述气体洗涤单元，所述热交换器、冷凝器的下端均通向水处理单元；

所述喷淋塔的上端气体出口通向气液分离单元，下端液体出口与水处理单元相连；

所述气液分离器的上端通向尾气处理单元，气液分离器的下端通向水处理单元；

所述降温冷凝单元、尾气洗涤单元和气液分离单元通过管道依次连接调节池、混凝沉淀池、澄清池、活性炭吸附处理器，回湿水箱通过管道与冷却出料单元相连；

所述活性炭吸附塔与气液分离单元相连。

3.采用权利要求1-2任一项所述的一种高效热脱附修复含汞污染处理方法，其特征步骤包括：

步骤a：待处理的土壤或废物通过筛分，在造粒系统中采用粘结剂进行造粒预处理，处理后土壤或废物粒径为5~30 mm，通过皮带输送机通向进料单元；

步骤b：造粒预处理后的土壤或废物经进料单元中皮带秤称量之后均匀落入皮带输送机上，通过皮带输送机通向热脱附单元；

步骤c：在回转窑内污染土壤/废物与固定床加热器产生的热烟气直接接触加热，窑内的土壤或废物在300~600℃温度下热处理20~50分钟，使含汞污染物从土壤/废物中挥发出来；

步骤d：通过回转窑加热处理的土壤/废物进入冷却出料单元，经过喷淋器加湿降温后的土壤或废物通向皮带输送机，经皮带输送机转运到干净土壤堆场。

4.根据权利要求3所述的的一种高效热脱附修复含汞污染处理方法，其特征步骤还包括：

步骤e：所述步骤c中，回转窑产生的脱附尾气经过直通式袋式除尘器，去除脱附尾气中的固体粉尘颗粒物，将脱附的粉尘颗粒物与回转窑处理后的土壤或废物一道出土，进入冷却出料单元；经除尘单元处理的脱附尾气经高温管道输送至降温冷凝单元；

步骤f：所述步骤e中经除尘单元处理的脱附尾气在降温冷凝单元中的热交换器、冷凝器冷却，热交换器、冷凝器的下端液体通向水处理单元，冷凝器的上端尾气通向尾气洗涤单元；

步骤g：冷凝后的尾气在尾气洗涤单元的喷淋塔内进一步洗涤处理，喷淋塔的上端气体通向气液分离单元，下端液体进入水处理单元；

步骤h：所述步骤g中通向气液分离单元的气体，在气液分离器中降低尾气含水率；气液分离器的上端气体通向尾气处理单元，气液分离器的下端液体通向水处理单元。

5.根据权利要求3或4所述的一种高效热脱附修复含汞污染处理方法，其特征步骤还包括：

步骤i：降温冷凝单元、尾气洗涤单元和气液分离单元产生的冷凝水、喷淋液通过管道依次经过调节池、混凝沉淀池、澄清池、活性炭吸附处理器处理；水处理单元产生的汞及汞的化合物沉淀污泥进行浓缩脱水后回造粒预处理单元，或外送至危险废物处理处置机构；经水处理单元处理达标后的水储存于回湿水箱，回湿水箱通过管道与冷却出料单元相连，用于处理后土壤的加湿冷却，或处理达标后排放。

6.根据权利要求4所述的的一种高效热脱附修复含汞污染处理方法，其特征步骤还包括：

步骤j：所述步骤h中通向尾气处理单元的气体依次通过活性炭吸附装置、引风机和排气管道，排入大气；所述活性炭吸附塔内部填充渗硫活性炭，产生的含汞活性炭吸附剂，进入造粒预处理单元循环利用，或外送至危险废物处理处置机构。

7.根据权利要求3所述的的一种高效热脱附修复含汞污染处理方法，其特征在于所述步骤a中的粘结剂为硅酸盐水泥、酰胺、凝胶和羧甲基纤维素钠按照6:1:2:3的比例配合而成。