CN106363017A - 一种修复多环芳烃污染土壤的系统及其方法 - Google Patents

一种修复多环芳烃污染土壤的系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种修复多环芳烃污染土壤的系统,依次设有土壤预处理设备、化学氧化设备、热脱附设备、土壤堆积设备、烟气除尘设备,所述土壤预处理设备、化学氧化设备、热脱附设备及土壤堆积设备之间设传送带,所述热脱附设备经管路与所述烟气除尘设备相连通,所述土壤堆积设备经管路与所述土壤预处理设备相连通。本发明还进一步提供了多环芳烃污染土壤的修复方法。本发明提供一种修复多环芳烃污染土壤的系统及其方法,通过采用化学氧化联合低温热脱附,能够对土壤多环芳烃的去除率达到99%,有效提高污染土壤的修复效果和缩短修复周期。

Description

一种修复多环芳烃污染土壤的系统及其方法
技术领域
[0001] 本发明属于有机污染土壤修复技术领域,涉及一种修复多环芳烃污染土壤的系统及其方法,具体涉及一种采用化学氧化联合低温热脱附修复多环芳烃污染土壤及污泥的系统及其方法。
背景技术
[0002] 近年来,伴随着我国城市布局的调整和产业结构的升级,大量的污染企业搬迀工作遂在各个城市展开,致使了大量污染场地遗留在城区,严重地阻碍了城市建设和地方经济的发展,制约着城市土地资源的二次开发利用。这些污染场地之前多是煤化工、石油、塑料、焦化等化工行业,故土壤富集了大量的多环芳烃有机物污染物。
[0003]多环芳烃(简称PAHs)通常是指由两个或两个以上苯环组成的物质,因为该类化合物具有高度的稳定性,在环境中难以降解,且具有致癌、致畸、致突变等特性,极大地威胁着人类健康。其中,苯并(a)芘、苯并(k)荧蒽类是多环芳烃中毒性较大的强烈致癌物质。我国土壤环境质量标准中规定居住用地中苯并(a)花应小于0.5mg/kg、苯并(k)焚蒽应小于Img/kg,商业用地中苯并(a)花应小于lmg/kg、苯并(k)焚蒽应小于5mg/kg。因此,针对我国城市发展遗留下来的工业污染场地进行土壤修复治理,已成为当前环保工作的新热点。
[0004] 对于有机物污染土壤的修复,化学修复技术和脱附技术都是目前主要污染土壤修复技术,多环芳烃污染土壤化学修复技术,包括化学淋洗修复技术,化学氧化还原修复技术。土壤中的PAHs由于受到毛细管力粘附力作用而形成残留形态,对土壤用洗脱液冲洗,可以大大降低污染物与土壤之间的作用力。化学氧化还原技术是向土壤中投加氧化剂(过氧化氢,高锰酸钾,Fenton药剂等)或者还原剂(零价铁等),使其与污染物质发生化学反应来实现氧化土壤中的多环芳烃。化学氧化技术修复周期短,对土壤适应性强,环境风险小,且对于一般难以处理有机污染物化学修复具有更高效稳定的处理结果。但对于多种污染物污染的大规模有机污染土壤异位化学修复,仍存在土壤修复效率低,不能有效全面氧化降解的问题,因此限制了异位化学氧化修复方法的大规模应用。
[0005]热脱附技术是指在真空条件下或通入载气时,通过直接或间接热交换,将土壤中的有机污染物加热到足够的温度,以使有机污染物从污染介质上得以挥发或分离,进入气体处理系统的过程。热脱附技术适用于处理土壤中挥发性有机物、半挥发性有机物、农药和高沸点氯代化合物,具有能应用于各种类型的土壤且修复后土壤性质不改变等优点,广泛用于有机污染物污染土壤的修复。目前我国虽有一些热脱处置工艺和方法,但均存在设备能耗高,设备结构复杂,同时运行过程中可能存在二次污染等问题。
[0006]目前,中国专利CN 102029287 A公布了一种有机物污染突然滚筒式逆向热脱附系统,该发明通过直接加热的形式,实现土壤中有机污染物与土壤颗粒的分离,处置过程中,土壤受热时间较短,土壤未能全面均匀加热,且设备运行能耗较高,尾气处置中具有产生二噁英等有毒有害物质的风险。
[0007]中国专利CN 204171074 U公布了一种土壤修复预处理装置技术,将土壤进行微波预处理,增大后续热脱附的效率,该发明需要对污染土壤进行微波预处理,限制了处理规模,也增大系统运行维护的费用和难度。
[0008]中国专利CN 105382024 A公布了一种利用生物质循环流化床来修复土壤,利用生物质循环流化床锅炉循环灰的热量来脱附土壤中的污染物,同时利用循环灰中的活性成分提高修复后土壤的肥力。该发明将热解析气体全部送入生物质循环流化床锅炉中进行直接焚烧,焚烧后可能产生二噁英等毒害物质,设备工艺过于复杂,且易发生爆炸危险。
[0009] 中国专利CN103464455 A公布了一种采用高锰酸钾与双氧水复配进行有机污染土壤化学氧化修复的方法,利用双氧化剂相互激发促进氧化土壤中的多环芳烃污染物。该方法可能会引起土壤不必要的物理化学变化,从而导致土壤酸碱度,氧化还原电势,孔隙度等参数的变化。
[0010]以上土壤修复的方法和装置均能不同程度的降解土壤中的多环芳烃污染物,但是实际工程运用中,仍需考虑环境是否友好,工艺的成本和占地,设备运行能耗以及处理效果等,所以低能耗高效率地修复多环芳烃污染土壤是关键。
发明内容
[0011] 鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种修复多环芳烃污染土壤的系统及其方法,用于解决现有技术中缺乏采用化学氧化联合低温热脱附修复多环芳烃污染土壤的系统及其方法的问题。
[0012] 为实现上述目的及其他相关目的,本发明第一方面提供一种修复多环芳烃污染土壤的系统,依次设有土壤预处理设备、化学氧化设备、热脱附设备、土壤堆积设备、烟气除尘设备,所述土壤预处理设备、化学氧化设备、热脱附设备及土壤堆积设备之间设传送带,所述热脱附设备经管路与所述烟气除尘设备相连通,所述土壤堆积设备经管路与所述土壤预处理设备相连通。
[0013] 所述污染土壤中含水率较高的土壤为污泥。
[0014] 优选地,所述传送带为皮带。所述皮带为常规的橡胶皮带,可从市场上购买获得。
[0015] 优选地,所述土壤预处理设备包括有经传送带依次连接的物料储存装置、初级筛分装置、二级筛分装置。
[0016] 更优选地,所述物料储存装置为物料储存仓,所述物料储存装置设有第一出料口。所述物料储存仓为现有常规的物料储存仓。
[0017] 更优选地,所述初级筛分装置为滚筒筛,所述初级筛分装置顶部设有第一进料口,所述初级筛分装置底部设有粗料出口和细料出口。所述滚筒筛为常规的滚筒筛,可从市场上购买获得。所述初级筛分装置能够剔除土壤中的大粒径的石块。
[0018] 更优选地,所述二级筛分装置为筛分破碎机,所述二级筛分装置顶部设有第二进料口,所述二级筛分装置底部设有第二出料口。所述筛分破碎机为常规的筛分破碎机,可从市场上购买获得。
[0019] 进一步优选地,所述第一出料口经传送带与第一进料口相连接,所述细料出口经传送带与第二进料口相连接。
[0020] 优选地,所述化学氧化设备为混合反应器,所述混合反应器前端设有第三进料口,所述混合反应器后端设有第三出料口,所述混合反应器内底部设有传输带,所述混合反应器内顶部沿传输方向依次设有第一投药管和第二投药管。
[0021] 更优选地,所述第三进料口经传送带与第二出料口相连接。
[0022] 更优选地,所述传输带为皮带。所述皮带为常规的橡胶皮带,可从市场上购买获得。
[0023] 更优选地,所述第一投药管和/或第二投药管上设有多个喷头。
[0024] 更优选地,所述第一投药管投加过硫酸盐,所述过硫酸盐持续投加。
[0025] 更优选地,所述第二投药管投加铁盐,所述铁盐分批次投加。
[0026] 更优选地,所述混合反应器为常规的混合反应器,可从市场上购买获得。
[0027] 进一步优选地,所述混合反应器为专利号为ZL201320555506.X的一种用于污泥处理的混合传输装置。
[0028] 优选地,所述热脱附设备为回转窑,所述回转窑前端设有第四进料口,所述第四进料口上端设有烟气引出口,所述回转窑后端设有第四出料口。
[0029] 更优选地,所述第四进料口经传送带与第三出料口相连接。
[0030] 更优选地,所述回转窑内设有滚筒,所述滚筒中轴线与水平面之间形成5°〜15°的夹角,所述滚筒内壁沿传输方向焊接有多根篦条,所述滚筒外设有燃烧器。所述篦条均匀分布在所述滚筒内壁上。所述篦条能够防止土壤粘结呈大块团状。所述燃烧器为常规的燃烧器,可从市场上购买获得。所述燃烧器位于所述回转窑后端,采用逆向加热方式。
[0031] 所述滚筒中轴线与水平面之间形成5°〜15°的夹角,使物料在滚筒内运动时,能够在重力作用下从进料口缓慢运动至出料口,减少传输动力。
[0032] 更优选地,所述烟气引出口上设有第一检测口。所述第一检测口用于收集在回转窑中经过热脱附后产生的高温烟气,并将收集的高温烟气送至实验室,采用分析仪器检测烟气中多环芳烃的浓度,对污染土壤的修复效果进行评估。
[0033] 优选地,所述土壤堆积设备为土壤堆积室,所述土壤堆积室前端设有第五进料口,所述土壤堆积室上方设有喷水装置,所述土壤堆积室下方设有排出渠,所述土壤堆积室内设有热交换装置,所述土壤堆积室经第一管路与所述物料储存装置相连通。所述喷水装置、热交换装置为常规的喷水装置、热交换装置,可从市场上购买获得。
[0034] 更优选地,所述第五进料口经传送带与第四出料口相连接。
[0035] 更优选地,所述第一管路为传送热量的管路。
[0036] 优选地,所述烟气除尘设备包括有旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔、灰仓、处理池,所述旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔经第二管路依次连接,所述洗涤塔经第三管路与所述处理池相连接,所述灰仓经第四管路分别与所述旋风除尘器、电除尘布袋相连接。
[0037] 更优选地,所述烟气除尘设备还包括有活性炭吸附装置,所述活性炭吸附装置经第二管路与所述洗涤塔相连接。所述活性炭吸附装置为常规的活性炭吸附装置,可从市场上购买获得。
[0038] 更优选地,所述洗涤塔与第三管路连接的一端上设有第二检测口。所述第二检测口用于收集在洗涤塔中经过洗涤后的淋洗水,并将收集的淋洗水送至实验室,采用分析仪器检测淋洗水中多环芳烃的浓度,对污染土壤的修复效果进行评估。
[0039] 更优选地,所述旋风除尘器为常规的旋风除尘器,所述电除尘布袋为常规的电除尘布袋,所述洗涤塔为常规的洗涤塔,均可从市场上购买获得。所述灰仓为收集烟气中灰尘的储仓设备,形状类似于料斗。所述处理池为对洗涤塔中经过洗涤后的淋洗水进行处理的芬顿反应池。
[0040] 更优选地,所述第二管路为传送烟气的管路。
[0041] 更优选地,所述第三管路为排放淋洗水的管路。
[0042] 更优选地,所述第四管路为传送灰尘的管路。
[0043] 本发明第二方面提供一种多环芳烃污染土壤的修复方法,包括以下步骤:
[0044] I) 土壤预处理:将污染土壤由土壤预处理设备中的物料储存装置送至初级筛分装置内进行初步筛分后,再送至二级筛分装置内进行筛分破碎,从而获得粒径可控的土壤颗粒;
[0045] 优选地,所述污染土壤由物料储存装置通过第一出料口经传送带至初级筛分装置,由第一进料口进入初级筛分装置内进行初步筛分后,通过细料出口经传送带至二级筛分装置,由第二进料口进入二级筛分装置内进行筛分破碎,从而获得粒径可控的土壤颗粒。
[0046] 优选地,所述土壤的输送量为50〜100m3/h。所述土壤的输送量由传送带的速度控制。
[0047] 优选地,所述传送带的速度为0.05〜0.3m/s。所述传送带的速度根据热脱附设备的装机容量确定。
[0048] 优选地,所述初级筛分装置通过粗料出口将土壤中的大粒径石块排出,所述大粒径石块的粒径不小于50_。所述初级筛分装置能够剔除土壤中的大粒径的石块。
[0049] 优选地,所述二级筛分装置筛分破碎后的土壤颗粒的粒径为5〜25mm。超出粒径大小的土壤颗粒重新回送至物料储存装置中的物料堆,符合要求的土壤经传送带输送至化学氧化设备。
[0050] 2)化学氧化:将土壤颗粒送至化学氧化设备的混合反应器内,在传输带上投加过硫酸盐和铁盐,进行化学氧化;
[0051] 优选地,所述土壤颗粒通过第二出料口经传送带至化学氧化设备,由第三进料口进入混合反应器内。
[0052] 优选地,所述过硫酸盐选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸氢钾等中的一种。
[0053] 优选地,所述铁盐选自硫酸亚铁,氯化亚铁等中的一种。
[0054] 优选地,所述过硫酸盐通过第一投药管进行投加,所述铁盐通过第二投药管进行投加。
[0055] 更优选地,所述第一投药管投加过硫酸盐为持续投加。
[0056] 更优选地,所述第二投药管投加铁盐为分批次投加。
[0057] 更优选地,所述第一投药管和/或第二投药管上设有多个喷头。
[0058] 更优选地,所述第一投药管的流速压力为0.15〜0.3Mpa。
[0059] 更优选地,所述第二投药管的流速压力为0.15〜0.3Mpa。
[0060] 优选地,所述过硫酸盐与铁盐投加的质量比为2:1〜3.5:1。
[0061] 优选地,所述过硫酸盐与铁盐的总投加量为土壤颗粒质量的25〜35%。
[0062] 优选地,所述土壤颗粒在混合反应器内的反应时间为15〜25分钟。能够使土壤颗粒与药剂(过硫酸盐与铁盐)混合均匀。通过化学氧化反应后,30 %以上的多环芳烃被降解,其它残留的多环芳烃伴随着未完全反应的氧化剂进入到热脱附设备中。
[0063] 优选地,所述混合反应器内的叶轮转速为10〜25r/min。
[0064] 3)热脱附及堆积:将化学氧化后的土壤颗粒送至回转窑的滚筒内进行加热脱附,产生的烟气通过烟气引出口排出,加热脱附后的土壤送至土壤堆积室内进行加湿降温,土壤所带热量送至物料储存装置,土壤经喷水装置淋洗后,淋洗液经排出渠排出;
[0065] 优选地,所述化学氧化后的土壤颗粒通过第三出料口经传送带至热脱附设备,由第四进料口进入回转窑的滚筒内进行加热脱附,加热脱附后的土壤通过第四出料口经传送带至土壤堆积设备,由第五进料口进入土壤堆积室内通过喷水装置进行加湿降温,土壤所带热量通过热交换装置经第一管路传送至物料储存装置。
[0066] 优选地,所述回转窑内设有滚筒,所述滚筒中轴线与水平面之间形成5°〜15°的夹角。使物料在滚筒内运动时,能够在重力作用下从进料口缓慢运动至出料口,减少传输动力。
[0067] 优选地,所述滚筒内壁沿传输方向焊接有多根篦条。
[0068] 优选地,所述滚筒内温度控制在200〜300 °C。
[0069] 优选地,所述滚筒内反应时间为5〜20min。
[0070] 优选地,所述滚筒的转速为3〜4r/min。通过滚筒内的加热脱附,使氧化剂过硫酸盐在高温下以及过渡金属铁盐协同作用下被完全激活,在极短的时间内生成大量硫酸根自由基,氧化土壤中的多环芳烃,使多环芳烃的多环,单环裂解,形成无致癌性的小分子物质。
[0071] 更优选地,所述滚筒的转速为3.8r/min。
[0072] 优选地,所述烟气经烟气引出口流出时,通过第一检测口收集在回转窑中经过热脱附后产生的高温烟气,送至实验室中采用分析仪器检测烟气中多环芳烃的浓度。经检测发现,经过热脱附后,土壤中99%的多环芳烃均得到有效降解去除,土壤呈半干化状态。
[0073] 所述热交换装置既对土壤既有降温作用,又能将回收的热量用于加热未筛分的土壤,使未筛分的土壤湿度降低,易于土壤预处理设备后续的破碎分离。
[0074] 所述喷水装置用于加湿降温。所述排出渠对淋洗液进行采样分析,检测热脱附工艺的效果。对符合回用要求的土壤进行填埋回用。
[0075] 4)烟气除尘:将步骤3)产生的烟气依次经旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔进行处理后排出,同时将经旋风除尘器、电除尘布袋处理后产生的灰尘输送到灰仓,将经洗涤塔处理后产生的淋洗水输送到处理池。
[0076] 优选地,所述烟气通过第二管路依次经旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔进行处理后排出,同时将经旋风除尘器、电除尘布袋处理后产生的灰尘通过第四管路输送到灰仓,将经洗涤塔处理后产生的淋洗水通过第三管路输送到处理池。
[0077] 更优选地,所述洗涤塔与第三管路连接的一端上设有第二检测口。所述第二检测口用于收集在洗涤塔中经过洗涤后的淋洗水,并将收集的淋洗水送至实验室,采用分析仪器检测淋洗水中多环芳烃的浓度,判断是否启用备用活性炭吸附装置。由于土壤中的多环芳烃大部分经化学氧化,已经分解为无毒害性小分子物质,故对于烟气除尘设备的负荷大大降低。
[0078] 更优选地,所述洗涤塔经第二管路与所述活性炭吸附装置相连接。所述活性炭吸附装置备用,用于吸附多环芳烃。
[0079]如上所述,本发明提供的一种修复多环芳烃污染土壤的系统及其方法,针对常规土壤修复过程中需要消耗大量热量,能耗高,修复后产生大量的解析气体含有有污染性有机物易引起二次污染及以上问题,提供一种化学氧化联合低温热脱附修复多环芳烃污染土壤的系统及其方法,具有以下有益效果:
[0080] (I)由于本发明在化学氧化设的混合反应器中采用了铁盐激活过硫酸盐的氧化反应机制,而且采用了喷雾式投加使药剂与土壤充分混合,铁盐采用间隔分批式投加,从而降低二价铁离子与过硫酸盐的竞争效应,保证了氧化剂的最大利用率,在混合反应器中,污染土壤的停留时间仅需15〜25min即可,实现土壤富集的多环芳烃的去除率30%以上,极大降低了后续处理工艺的负荷,也缩短了整个土壤修复过程的时间。
[0081] (2)相对于传统的高温热脱附系统,本发明采用的是一种低温低能耗的热脱附系统,过硫酸盐在热脱附中铁盐催化作用可快速被全部热激活,生成大量硫酸根自由基,实现对土壤中多环芳烃多环类毒性物质的有效氧化降解,生成无毒害作用低沸点的小分子有机物,热脱附系统内部温度控制在200〜300°C之间,物料停留时间为5〜20min,大量被降解的多环芳烃和小部分未被降解的多环芳烃热解析出来,土壤多环芳烃的去除率达到99%,能耗和运行成本较常规的热脱附系统降低了60%。
[0082] (3)由于热脱附的效果也取决于土壤的本身性质,在加入铁盐和过硫酸盐高级氧化调理过程中,土壤孔隙变成了结构松散的层状,出现圆片堆积形成空洞结构,是由于铁盐沉淀促使新的矿物相生成,这种结构为水分和有机物的解析提供了通道,极大地提高了热脱附效率。
[0083] (4)相对于现有的化学修复技术或是热脱附技术,本发明的化学氧化联合热脱附修复多环芳烃污染土壤方法综合利用了化学-物理等手段的协同作用,既扩大了氧化剂对污染物的降解范围,又降低了热脱附的温度,促使了土壤中多环芳烃等有机物氧化分解,能够有效提高污染土壤的修复效果和缩短修复周期。
[0084] (5)本发明通过对热脱附的出口烟气和土壤淋洗液进行收集,处理和测定实时有机物的变化情况,既可以来控制化学氧化剂的投加量和投加配比,又可以保证系统的稳定、连续运行及高效的污染物处理效果。该方法易于工程实际运用,化学氧化预处理后减少了热脱附的处理负荷,极大地降低了能耗,且有效地减轻了尾气处理系统的有毒有害的污染性气体。
附图说明
[0085]图1显示为本发明中的一种修复多环芳烃污染土壤的系统的结构示意图。
[0086] 附图标记
[0087] I 土壤预处理设备
[0088] 11 物料储存装置
[0089] 111 第一出料口
[0090] 12 初级筛分装置
[0091] 121 第一进料口
[0092] 122 粗料出口
[0093] 123 细料出口
[0094] 13 二级筛分装置
[0095] 131 第二进料口
[0096] 132 第二出料口
[0097] 2 化学氧化设备
[0098] 21 混合反应器
[0099] 211 第一投药管
[0100] 212 第二投药管
[0101] 213 传输带
[0102] 22 第三进料口
[0103] 23 第三出料口
[0104] 3 热脱附设备
[0105] 31 回转窑
[0106] 311 燃烧器
[0107] 32 第四进料口
[0108] 33 第四出料口
[0109] 34 烟气引出口
[0110] 35 第一检测口
[0111] 4 土壤堆积设备
[0112] 41 土壤堆积室
[0113] 42 第五进料口
[0114] 5 烟气除尘设备
[0115] 51 旋风除尘器
[0116] 52 电除尘布袋
[0117] 53 洗涤塔
[0118] 54 灰仓
[0119] 55 处理池
[0120] 56 活性炭吸附装置
[0121] 57 第二检测口
[0122] 6 传送带
[0123] 7 第一管路
[0124] 8 第二管路
[0125] 9 第三管路
[0126] 10 第四管路
具体实施方式
[0127]下面结合具体实施例进一步阐述本发明,应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
[0128]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0129]如图1所示,本发明提供一种修复多环芳烃污染土壤的系统,依次设有土壤预处理设备、化学氧化设备、热脱附设备、土壤堆积设备、烟气除尘设备,所述土壤预处理设备、化学氧化设备、热脱附设备及土壤堆积设备之间设传送带,所述热脱附设备经管路与所述烟气除尘设备相连通,所述土壤堆积设备经管路与所述土壤预处理设备相连通。
[0130] 在一个优选的实施例中,如图1所示,所述土壤预处理设备包括有经传送带依次连接的物料储存装置、初级筛分装置、二级筛分装置。所述物料储存装置为物料储存仓,所述物料储存装置设有第一出料口。所述初级筛分装置为滚筒筛,所述初级筛分装置顶部设有第一进料口,所述初级筛分装置底部设有粗料出口和细料出口。所述二级筛分装置为筛分破碎机,所述二级筛分装置顶部设有第二进料口,所述二级筛分装置底部设有第二出料口。所述第一出料口经传送带与第一进料口相连接,所述细料出口经传送带与第二进料口相连接。
[0131] 在一个优选的实施例中,如图1所示,所述化学氧化设备为混合反应器,所述混合反应器前端设有第三进料口,所述混合反应器后端设有第三出料口,所述混合反应器内底部设有传输带,所述混合反应器内顶部沿传输方向依次设有第一投药管和第二投药管。所述传输带为皮带。所述第一投药管和/或第二投药管上设有多个喷头。所述第三进料口经传送带与第二出料口相连接。
[0132] 在一个优选的实施例中,如图1所示,所述热脱附设备为回转窑,所述回转窑前端设有第四进料口,所述第四进料口上端设有烟气引出口,所述回转窑后端设有第四出料口。所述回转窑内设有滚筒,所述滚筒中轴线与水平面之间形成5°〜15°的夹角,所述滚筒内壁沿传输方向焊接有多根篦条,所述滚筒外设有燃烧器。所述烟气引出口上设有第一检测口。所述第四进料口经传送带与第三出料口相连接。
[0133] 在一个优选的实施例中,如图1所示,所述土壤堆积设备为土壤堆积室,所述土壤堆积室前端设有第五进料口,所述土壤堆积室上方设有喷水装置,所述土壤堆积室下方设有排出渠,所述土壤堆积室内设有热交换装置,所述土壤堆积室经第一管路与所述物料储存装置相连通。所述第一管路为传送热量的管路。所述第五进料口经传送带与第四出料口相连接。
[0134] 在一个优选的实施例中,如图1所示,所述烟气除尘设备包括有旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔、灰仓、处理池,所述旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔经第二管路依次连接,所述洗涤塔经第三管路与所述处理池相连接,所述灰仓经第四管路分别与所述旋风除尘器、电除尘布袋相连接。所述烟气除尘设备还包括有活性炭吸附装置,所述活性炭吸附装置经第二管路与所述洗涤塔相连接。所述洗涤塔与第三管路连接的一端上设有第二检测口。所述第二管路为传送烟气的管路。所述第三管路为排放淋洗水的管路。所述第四管路为传送灰尘的管路。
[0135] 本发明还提供一种多环芳烃污染土壤的修复方法,包括以下步骤:
[0136] I) 土壤预处理:将污染土壤由土壤预处理设备中的物料储存装置送至初级筛分装置内进行初步筛分后,再送至二级筛分装置内进行筛分破碎,从而获得粒径可控的土壤颗粒;
[0137] 2)化学氧化:将土壤颗粒送至化学氧化设备的混合反应器内,在传输带上投加过硫酸盐和铁盐,进行化学氧化;
[0138] 3)热脱附及堆积:将化学氧化后的土壤颗粒送至回转窑的滚筒内进行加热脱附,产生的烟气通过烟气引出口排出,加热脱附后的土壤送至土壤堆积室内进行加湿降温,土壤所带热量送至物料储存装置,土壤经喷水装置淋洗后,淋洗液经排出渠排出;
[0139] 4)烟气除尘:将步骤3)产生的烟气依次经旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔进行处理后排出,同时将经旋风除尘器、电除尘布袋处理后产生的灰尘输送到灰仓,将经洗涤塔处理后产生的淋洗水输送到处理池。
[0140] 在一个优选的实施例中,步骤I)中,所述污染土壤由物料储存装置通过第一出料口经传送带至初级筛分装置,由第一进料口进入初级筛分装置内进行初步筛分后,通过细料出口经传送带至二级筛分装置,由第二进料口进入二级筛分装置内进行筛分破碎,从而获得粒径可控的土壤颗粒。所述土壤的输送量为50〜100m3/h。所述传送带的速度为0.05〜0.3m/s。所述初级筛分装置通过粗料出口将土壤中的大粒径石块排出,所述大粒径石块的粒径不小于50_。所述二级筛分装置筛分破碎后的土壤颗粒的粒径为5〜25_。
[0141] 在一个优选的实施例中,步骤2)中,所述土壤颗粒通过第二出料口经传送带至化学氧化设备,由第三进料口进入混合反应器内。所述过硫酸盐选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸氢钾等中的一种。所述铁盐选自硫酸亚铁,氯化亚铁等中的一种。所述过硫酸盐通过第一投药管进行投加,所述铁盐通过第二投药管进行投加;所述第一投药管投加过硫酸盐为持续投加,所述第二投药管投加铁盐为分批次投加。所述第一投药管的流速压力为0.15〜0.3Mpa。所述第二投药管的流速压力为0.15〜0.3Mpa。所述过硫酸盐与铁盐投加的质量比为2:1〜3.5:1。所述过硫酸盐与铁盐的总投加量为土壤颗粒质量的25〜35%。所述土壤颗粒在混合反应器内的反应时间为15〜25分钟。所述混合反应器内的叶轮转速为10〜25r/min。
[0142] 在一个优选的实施例中,步骤3)中,所述化学氧化后的土壤颗粒通过第三出料口经传送带至热脱附设备,由第四进料口进入回转窑的滚筒内进行加热脱附,加热脱附后的土壤通过第四出料口经传送带至土壤堆积设备,由第五进料口进入土壤堆积室内通过喷水装置进行加湿降温,土壤所带热量通过热交换装置经第一管路传送至物料储存装置。所述滚筒内温度控制在200〜300°C。所述滚筒内反应时间为5〜20min。所述滚筒的转速为3〜4r/min,优选为3.8r/min。所述烟气经烟气引出口流出时,通过第一检测口收集在回转窑中经过热脱附后产生的高温烟气,送至实验室中采用分析仪器检测烟气中多环芳烃的浓度。
[0143] 在一个优选的实施例中,步骤4)中,所述烟气通过第二管路依次经旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔进行处理后排出,同时将经旋风除尘器、电除尘布袋处理后产生的灰尘通过第四管路输送到灰仓,将经洗涤塔处理后产生的淋洗水通过第三管路输送到处理池。所述洗涤塔经第二管路与所述活性炭吸附装置相连接。所述洗涤塔与第三管路连接的一端上设有第二检测口。所述第二检测口用于收集在洗涤塔中经过洗涤后的淋洗水,并将收集的淋洗水送至实验室,采用分析仪器检测淋洗水中多环芳烃的浓度,判断是否启用备用活性炭吸附装置。
[0144] 实施例1
[0145]多环芳烃污染场地,原为某电器有限公司,多年来加工产品产生的多环芳烃污染场地周围土壤。污染土壤规模为7200m3,污染土壤中苯并(a)蒽最高检出2.lmg/kg,苯并(b)焚蒽最高检出4mg/kg,苯并(a)花最高检出浓度2.6mg/kg,土壤含水率为36%。
[0146] 采用本发明中的一种修复多环芳烃污染土壤的系统进行修复上述污染土壤,具体过程如下:
[0147] 将挖掘后的污染土壤放入土壤预处理设备中的物料储存装置(物料储存仓)内,物料储存装置内的污染土壤通过第一出料口经传送带至初级筛分装置(滚筒筛),由第一进料口进入初级筛分装置内进行初步筛分后,粒径不小于50mm的土壤从粗出料口排出堆放,粒径小于50mm的土壤从细出料口经传送带至二级筛分装置(筛分破碎机),由第二进料口进入二级筛分装置内进行筛分破碎,从而获得粒径为5〜25mm的土壤颗粒。
[0148] 将土壤颗粒通过第二出料口经传送带至化学氧化设备,由第三进料口进入混合反应器内,在传输带上通过第一投药管持续投加过硫酸盐,通过第二投药管分批次投加铁盐,进行化学氧化。其中,过硫酸盐与铁盐投加的质量比为3:1,过硫酸盐与铁盐的总投加量为土壤颗粒质量的25%,土壤颗粒在混合反应器内的反应时间为15min。混合反应器为专利号为ZL201320555506.X的一种用于污泥处理的混合传输装置,通过采集工况数据,控制投药管流速压力和叶轮的转速,从而控制进入热脱附系统的土方量,其中,第一投药管和第二投药管的流速压力为0.2Mpa,混合反应器内的叶轮转速为20r/min。
[0149] 将化学氧化后的土壤颗粒通过第三出料口经传送带至热脱附设备,由第四进料口进入回转窑的滚筒内进行加热脱附,产生的烟气通过烟气引出口排出,加热脱附后的土壤通过第四出料口经传送带至土壤堆积设备,由第五进料口进入土壤堆积室内进行加湿降温,土壤所带热量通过热交换装置经第一管路传送至物料储存仓,土壤经喷水装置淋洗后,淋洗液经排出渠排出。滚筒中轴线与水平面之间形成15°的夹角放置,使土壤从高的一端进料,随着滚筒筒体的转动缓慢向尾部出料口移动,采用的是逆向加热方式,燃烧器设置在尾部,燃烧器以煤或天然气作为燃料。所述烟气经烟气引出口流出时,通过第一检测口收集在回转窑中经过热脱附后产生的高温烟气,送至实验室中采用分析仪器检测烟气中多环芳烃的浓度。
[0150] 将烟气通过第二管路依次经旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔进行处理后排出,同时将经旋风除尘器、电除尘布袋处理后产生的灰尘通过第四管路输送到灰仓,将经洗涤塔处理后产生的淋洗水通过第三管路输送到处理池。洗涤塔经第二管路与所述活性炭吸附装置相连接。所述洗涤塔与第三管路连接的一端上设有第二检测口。所述第二检测口用于收集在洗涤塔中经过洗涤后的淋洗水,并将收集的淋洗水送至实验室,采用分析仪器检测淋洗水中多环芳烃的浓度,判断是否启用备用活性炭吸附装置。
[0151] 本发明中的上述系统及其修复方法的处理量为150t/d,其中热脱附过程中回转窑的滚筒内工作温度为250°C,停留时间为15min,滚筒的转速为3.8r/min。相对于同处理量的单一热脱附系统,运行成本仅为2/5左右。处理后的污染土壤中苯并(a)蒽,苯并(b)荧蒽,苯并(a)芘的浓度均小于0.2mg/kg,土壤中多环芳烃污染物的去除效果均达到99%以上。
[0152] 实施例2
[0153] 某乳钢厂附近,污染土壤规模为6250m3,污染土壤中苯并(a)蒽最高检出2.7mg/kg,苯并(b)焚蒽最高检出4.2mg/kg,苯并(a)花最高检出浓度2.lmg/kg,土壤含水率为32%。
[0154] 采用本发明中的一种修复多环芳烃污染土壤的系统进行修复上述污染土壤,具体过程如下:
[0155] 将挖掘后的污染土壤放入土壤预处理设备中的物料储存装置(物料储存仓)内,物料储存装置内的污染土壤通过第一出料口经传送带至初级筛分装置(滚筒筛),由第一进料口进入初级筛分装置内进行初步筛分后,粒径不小于50mm的土壤从粗出料口排出堆放,粒径小于50mm的土壤从细出料口经传送带至二级筛分装置(筛分破碎机),由第二进料口进入二级筛分装置内进行筛分破碎,从而获得粒径为5〜20mm的土壤颗粒。
[0156] 将土壤颗粒通过第二出料口经传送带至化学氧化设备,由第三进料口进入混合反应器内,在传输带上通过第一投药管持续投加过硫酸盐,通过第二投药管分批次投加铁盐,进行化学氧化。其中,过硫酸盐与铁盐投加的质量比为2.5:1,过硫酸盐与铁盐的总投加量为土壤颗粒质量的30%,土壤颗粒在混合反应器内的反应时间为20min分钟。混合反应器为专利号为ZL201320555506.X的一种用于污泥处理的混合传输装置,通过采集工况数据,控制投药管流速压力和叶轮的转速,从而控制进入热脱附系统的土方量,其中,第一投药管和第二投药管的流速压力为0.3Mpa,混合反应器内的叶轮转速为25r/min。
[0157] 将化学氧化后的土壤颗粒通过第三出料口经传送带至热脱附设备,由第四进料口进入回转窑的滚筒内进行加热脱附,产生的烟气通过烟气引出口排出,加热脱附后的土壤通过第四出料口经传送带至土壤堆积设备,由第五进料口进入土壤堆积室内进行加湿降温,土壤所带热量通过热交换装置经第一管路传送至物料储存仓,土壤经喷水装置淋洗后,淋洗液经排出渠排出。滚筒中轴线与水平面之间形成10°的夹角放置,使土壤从高的一端进料,随着滚筒筒体的转动缓慢向尾部出料口移动,采用的是逆向加热方式,燃烧器设置在尾部,燃烧器以煤或天然气作为燃料。所述烟气经烟气引出口流出时,通过第一检测口收集在回转窑中经过热脱附后产生的高温烟气,送至实验室中采用分析仪器检测烟气中多环芳烃的浓度。
[0158] 将烟气通过第二管路依次经旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔进行处理后排出,同时将经旋风除尘器、电除尘布袋处理后产生的灰尘通过第四管路输送到灰仓,将经洗涤塔处理后产生的淋洗水通过第三管路输送到处理池。洗涤塔经第二管路与所述活性炭吸附装置相连接。所述洗涤塔与第三管路连接的一端上设有第二检测口。所述第二检测口用于收集在洗涤塔中经过洗涤后的淋洗水,并将收集的淋洗水送至实验室,采用分析仪器检测淋洗水中多环芳烃的浓度,判断是否启用备用活性炭吸附装置。
[0159] 本发明中的上述系统及其修复方法的处理量为180t/d,其中热脱附过程中回转窑的滚筒内工作温度为300°C,停留时间为1min,滚筒的转速为4r/min。相对于同处理量的单一热脱附系统,运行成本仅为2/5左右。处理后的污染土壤中苯并(a)蒽,苯并(b)荧蒽,苯并
(a)花的浓度均小于最低检测浓度0.lmg/kg,土壤中多环芳经污染物的去除效果均达到99%以上。
[0160] 所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0161]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种修复多环芳烃污染土壤的系统,其特征在于,依次设有土壤预处理设备(I)、化学氧化设备⑵、热脱附设备⑶、土壤堆积设备⑷、烟气除尘设备⑶,所述土壤预处理设备⑴、化学氧化设备⑵、热脱附设备⑶及土壤堆积设备⑷之间设传送带(6),所述热脱附设备(3)经管路与所述烟气除尘设备(5)相连通,所述土壤堆积设备(4)经管路与所述土壤预处理设备(I)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种修复多环芳烃污染土壤的系统,其特征在于,包括以下条件中任一项或多项: Al)所述土壤预处理设备(I)包括有经传送带(6)依次连接的物料储存装置(11)、初级筛分装置(12)、二级筛分装置(13); A2)所述化学氧化设备(2)为混合反应器(21),所述混合反应器(21)前端设有第三进料口(22),所述混合反应器(21)后端设有第三出料口(23),所述混合反应器(21)内底部设有传输带(213),所述混合反应器(21)内顶部沿传输方向依次设有第一投药管(211)和第二投药管(212); A3)所述热脱附设备(3)为回转窑(31),所述回转窑(31)前端设有第四进料口(32),所述第四进料口(32)上端设有烟气引出口(34),所述回转窑(31)后端设有第四出料口(33); A4)所述土壤堆积设备⑷为土壤堆积室(41),所述土壤堆积室(41)前端设有第五进料口(42),所述土壤堆积室(41)上方设有喷水装置,所述土壤堆积室(41)下方设有排出渠,所述土壤堆积室(41)内设有热交换装置,所述土壤堆积室(41)经第一管路(7)与所述物料储存装置(11)相连通; A5)所述烟气除尘设备(5)包括有旋风除尘器(51)、电除尘布袋(52)、洗涤塔(53)、灰仓(54)、处理池(55),所述旋风除尘器(51)、电除尘布袋(52)、洗涤塔(53)经第二管路(8)依次连接,所述洗涤塔(53)经第三管路(9)与所述处理池(55)相连接,所述灰仓(54)经第四管路(10)分别与所述旋风除尘器(51)、电除尘布袋(52)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种修复多环芳烃污染土壤的系统,其特征在于,所述土壤预处理设备(I)包括以下条件中任一项或多项: BI)所述土壤预处理设备⑴中的物料储存装置(11)为物料储存仓,所述物料储存装置(11)设有第一出料口(111); B2)所述土壤预处理设备(I)中的初级筛分装置(12)为滚筒筛,所述初级筛分装置(12)顶部设有第一进料口(121),所述初级筛分装置(12)底部设有粗料出口(122)和细料出口(123); B3)所述土壤预处理设备⑴中的二级筛分装置(13)为筛分破碎机,所述二级筛分装置(13)顶部设有第二进料口(131),所述二级筛分装置(13)底部设有第二出料口(132)。
4.根据权利要求2所述的一种修复多环芳烃污染土壤的系统,其特征在于,所述回转窑(31)内设有滚筒,所述滚筒中轴线与水平面之间形成5°〜15°的夹角,所述滚筒内壁沿传输方向焊接有多根篦条,所述滚筒外设有燃烧器(311);所述烟气引出口(34)上设有第一检测口(35) ο
5.根据权利要求2所述的一种修复多环芳烃污染土壤的系统,其特征在于,所述烟气除尘设备⑶还包括有活性炭吸附装置(56),所述活性炭吸附装置(56)经第二管路⑶与所述洗涤塔(53)相连接;所述洗涤塔(53)与第三管路(9)连接的一端上设有第二检测口(57)。
6.—种多环芳烃污染土壤的修复方法,其特征在于,包括以下步骤: 1) 土壤预处理:将污染土壤由土壤预处理设备中的物料储存装置送至初级筛分装置内进行初步筛分后,再送至二级筛分装置内进行筛分破碎,从而获得粒径可控的土壤颗粒; 2)化学氧化:将土壤颗粒送至化学氧化设备的混合反应器内,在传输带上投加过硫酸盐和铁盐,进行化学氧化; 3)热脱附及堆积:将化学氧化后的土壤颗粒送至回转窑的滚筒内进行加热脱附,产生的烟气通过烟气引出口排出,加热脱附后的土壤送至土壤堆积室内进行加湿降温,土壤所带热量送至物料储存仓,土壤经喷水装置淋洗后,淋洗液经排出渠排出; 4)烟气除尘:将步骤3)产生的烟气依次经旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔进行处理后排出,同时将经旋风除尘器、电除尘布袋处理后产生的灰尘输送到灰仓,将经洗涤塔处理后产生的淋洗水输送到处理池。
7.根据权利要求6所述的一种多环芳烃污染土壤的修复方法,其特征在于,步骤I)中,还包括以下条件中任一项或多项: Cl)所述污染土壤由物料储存装置通过第一出料口经传送带至初级筛分装置,由第一进料口进入初级筛分装置内进行初步筛分后,通过细料出口经传送带至二级筛分装置,由第二进料口进入二级筛分装置内进行筛分破碎,从而获得粒径可控的土壤颗粒; C2)所述初级筛分装置通过粗料出口将土壤中的大粒径石块排出,所述大粒径石块的粒径不小于50mm;所述二级筛分装置筛分破碎后的土壤颗粒的粒径为5〜25_。
8.根据权利要求6所述的一种多环芳烃污染土壤的修复方法,其特征在于,步骤2)中,还包括以下条件中任一项或多项: Dl)所述土壤颗粒通过第二出料口经传送带至化学氧化设备,由第三进料口进入混合反应器内; D2)所述过硫酸盐选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸氢钾等中的一种;所述铁盐选自硫酸亚铁,氯化亚铁等中的一种; D3)所述过硫酸盐通过第一投药管进行投加,所述铁盐通过第二投药管进行投加;所述第一投药管投加过硫酸盐为持续投加,所述第二投药管投加铁盐为分批次投加;所述过硫酸盐与铁盐投加的质量比为2:1〜3.5:1; D4)所述过硫酸盐与铁盐的总投加量为土壤颗粒质量的25〜35%;所述土壤颗粒在混合反应器内的反应时间为15〜25分钟。
9.根据权利要求6所述的一种多环芳烃污染土壤的修复方法,其特征在于,步骤3)中,还包括以下条件中任一项或多项: El)所述化学氧化后的土壤颗粒通过第三出料口经传送带至热脱附设备,由第四进料口进入回转窑的滚筒内进行加热脱附,加热脱附后的土壤通过第四出料口经传送带至土壤堆积设备,由第五进料口进入土壤堆积室内通过喷水装置进行加湿降温,土壤所带热量通过热交换装置经第一管路传送至物料储存仓; E2)所述滚筒内温度控制在200〜300°C ;所述滚筒内反应时间为5〜20min;所述滚筒的转速为3〜4r/min。
10.根据权利要求6所述的一种多环芳烃污染土壤的修复方法,其特征在于,步骤4)中,所述烟气通过第二管路依次经旋风除尘器、电除尘布袋、洗涤塔进行处理后排出,同时将经旋风除尘器、电除尘布袋处理后产生的灰尘通过第四管路输送到灰仓,将经洗涤塔处理后产生的淋洗水通过第三管路输送到处理池。
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