CN107309264B - 一种有机污染土壤异位热脱附修复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机污染土壤异位热脱附修复系统及方法，该系统包括热脱附单元，还包括沿烟气流通方向依次连接的废气焚烧炉、除尘单元、烟气换热单元、冷却塔及活性炭吸附单元，冷却塔用于将烟气快速冷却至200℃以下，废气焚烧炉与热脱附单元的废气出口连接。污染土壤在热脱附单元热脱附处理，产生的脱附烟气进入废气焚烧炉内高温焚烧，烟气中的有机污染物可充分分解去除，烟气换热单元可回收烟气的余热，以节约系统能耗，在冷却塔中烟气被快速冷却至200℃以下，从而避开二噁英的再合成温度区间，防止二噁英的产生，再通过活性炭吸附单元处理以去除烟气中可能存在的二噁英等污染物，有效提高处理烟气的洁净度。

Description

一种有机污染土壤异位热脱附修复系统及方法

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种有机污染土壤异位热脱附修复系统及方法。

背景技术

热脱附技术是将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，使目标污染物从土壤中得以挥发或分离的过程，热脱附过程中目标污染物发生蒸发、蒸馏、沸腾、氧化和热解等作用，通过控制系统温度和物料停留时间可以选择性的移除不同的污染物，污染土壤中的污染物在负压条件下从土壤中分离出来，最终在尾气处理设施中彻底消除或浓缩收集。该修复技术能够高效地去除污染土壤中的挥发及半挥发性有机污染物(如多环芳烃、农药、石油烃、多氯联苯)，污染物去除率最高可达99.98％以上。

热脱附修复技术是重要的土壤修复技术之一，其在国外有机物污染土壤修复中具有非常成熟和广泛的应用。近年来，国内也出现了一些关于热脱附处置工艺和方法的报道，但均存在一定的不足。

专利号为CN103658165B的发明公布了一种节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，该发明采用回转转筒烘干机进行污染土壤预热和余热回收利用，虽可降低能耗，但由于烘干机出口烟气温度远低于污染物沸点，极易造成已脱附的有机污染物在回转转筒烘干机内重新凝结进入污染土壤中造成污染富集，从而影响热脱附修复效果。

专利号为CN102029287B的发明公布了一种有机物污染土壤滚筒式逆向热脱附系统，专利号为CN 104226681B的发明公布了一种持久性有机物污染土壤间接热脱附处置装置及方法，上述2项发明均采用活性炭作为热脱附有机废气吸附装置，污染物富集在活性炭内并未彻底去除，产生的废活性炭还需作为危险废物处置，由于热脱附烟气量大，运行中需要频繁更换活性炭，活性炭更换和处置成本较高。

鉴于目前有机污染土壤热脱附修复处理方法和设备的种种不足与局限，开发一种经济适用、高效节能的污染土壤热脱附修复系统及方法具有重要的社会意义和环境意义。

发明内容

本发明实施例涉及一种有机污染土壤异位热脱附修复系统及方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种有机污染土壤异位热脱附修复系统，包括热脱附单元，所述热脱附单元具有废气出口和净化土壤出口，还包括废气焚烧炉、除尘单元、烟气换热单元、活性炭吸附单元以及用于将烟气快速冷却至200℃以下的冷却塔，所述废气焚烧炉、所述除尘单元、所述烟气换热单元、所述冷却塔及所述活性炭吸附单元沿烟气流通方向依次连接，所述废气焚烧炉与所述热脱附单元的废气出口连接。

作为实施例之一，所述废气焚烧炉包括焚烧炉体段和排烟炉体段，所述焚烧炉体段上设有燃烧机构，所述排烟炉体段竖直设置且底部设有灰斗，所述焚烧炉体段一端与所述热脱附单元的废气出口连接，另一端与所述排烟炉体段的侧壁连接且与所述排烟炉体段的内腔导通，所述排烟炉体段的顶端与所述除尘单元连接。

作为实施例之一，所述冷却塔的塔体内布置有冷却水喷淋机构和碱液喷淋机构。

作为实施例之一，所述活性炭吸附单元包括活性炭喷射塔，所述活性炭喷射塔塔体内布置有用于喷吹活性炭粉末的喷吹机构。

作为实施例之一，所述热脱附单元包括热脱附滚筒，所述热脱附滚筒具有污染土壤入口、所述废气出口及所述净化土壤出口，所述热脱附滚筒上设有多个烧嘴。

作为实施例之一，所述污染土壤入口位于所述热脱附滚筒的一端，所述废气出口与所述净化土壤出口位于所述热脱附滚筒的另一端，各所述烧嘴均靠近所述污染土壤入口设置。

作为实施例之一，所述热脱附滚筒包括相互套接的内筒和外筒，所述内筒与所述外筒之间具有间隙。

作为实施例之一，所述烟气换热单元包括换热器，所述换热器的烟气入口与所述除尘单元连接，所述换热器的烟气出口与所述冷却塔连接，所述换热器还具有助燃气入口和助燃气出口，所述助燃气出口通过助燃气管与所述热脱附单元的助燃气供管和/或所述废气焚烧炉的助燃气供管连通。

本发明实施例涉及一种有机污染土壤异位热脱附修复方法，包括如下步骤：

步骤一，污染土壤进行热脱附处理，得到脱附废气和净化土壤；

步骤二，所述脱附废气进入废气焚烧炉内被加热至850～1100℃，脱附废气在所述废气焚烧炉内850℃以上温度区间停留时间不少于2S，以去除烟气中污染物且不会产生二噁英；

步骤三，所述废气焚烧炉排出的烟气经除尘处理后进入换热器进行余热回收，烟气温度降至550～650℃；

步骤四，对所述换热器排出的烟气进行冷却处理，在不超过2S的时间范围内降至200℃以下；

步骤五，对冷却处理后的烟气进行活性炭吸附处理；

步骤六，经活性炭吸附处理后的烟气经除尘后，外排或回收。

作为实施例之一，热脱附处理过程中，烟气与土壤流向相同。

本发明实施例至少具有如下有益效果：将污染土壤送入热脱附单元进行热脱附处理，产生的脱附烟气进入废气焚烧炉并在废气焚烧炉内被高温焚烧，使得烟气中的有机污染物能够充分分解去除，烟气经除尘单元除尘后通过烟气换热单元回收其余热，以节约系统能耗，在冷却塔中烟气被快速冷却至200℃以下，从而避开二噁英的再合成温度区间(300～500℃)，防止二噁英的产生，再通过活性炭吸附单元处理以去除烟气中可能存在的二噁英等污染物，有效提高处理烟气的洁净度。本修复系统对污染土壤土质及含水率适应范围广、处理能力大、修复效果好、二次污染低、自动化程度高，可用于各种挥发和半挥发性有机物污染土壤的异位热脱附修复作业，具有良好的环保效益及社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的有机污染土壤异位热脱附修复系统的结构示意图；

图2为图1中的焚烧炉的一种结构示意图；

图3为图1中的焚烧炉的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1，本发明实施例提供一种有机污染土壤异位热脱附修复系统，包括热脱附单元3，所述热脱附单元3具有废气出口和净化土壤出口，还包括沿烟气流通方向依次连接的废气焚烧炉4、除尘单元5、烟气换热单元6、冷却塔7以及活性炭吸附单元8，所述废气焚烧炉4与所述热脱附单元3的废气出口连接，其中，冷却塔7用于将烟气快速冷却至200℃以下。将污染土壤送入热脱附单元3进行热脱附处理，产生的脱附烟气进入废气焚烧炉4并在废气焚烧炉4内被高温焚烧，使得烟气中的有机污染物能够充分分解去除，烟气经除尘单元5除尘后通过烟气换热单元6回收其余热，以节约系统能耗，在冷却塔7中烟气被快速冷却至200℃以下，从而避开二噁英的再合成温度区间，防止二噁英的产生，再通过活性炭吸附单元8处理以去除烟气中可能存在的二噁英等污染物，有效提高处理烟气的洁净度。本实施例提高的修复系统对污染土壤土质及含水率适应范围广、处理能力大、修复效果好、二次污染低、自动化程度高，可用于各种挥发和半挥发性有机物污染土壤的异位热脱附修复作业，具有良好的环保效益及社会效益。

上述系统中，通过土壤仓1储存污染土壤并向热脱附单元3供应污染土壤，优选地，该土壤仓1上方可设置可液压翻转的筛网，土壤仓1内部设有旋转破拱装置，土壤仓1侧壁安装有仓壁振动器，保证进入热脱附单元3内的土壤粒度均匀合适。该土壤仓1底部出料口下方设有定量给料机2，定量给料机2的出料口通过管道与热脱附单元3的进料口连接，通过该定量给料机2控制给料速度，以协调生产节奏。

上述系统中，热脱附单元3包括热脱附滚筒3，所述热脱附滚筒3具有污染土壤入口、所述废气出口及所述净化土壤出口，该污染土壤入口即与上述的定量给料机2连接，该废气出口即与上述焚烧炉4连接，该净化土壤出口可连接螺旋输送机12，在该螺旋输送机12内可喷水对热脱附后的土壤进行冷却降温，净化土壤可通过运输车转运至规定地点暂存等。在该热脱附滚筒3上设有燃烧装置，该燃烧装置可采用单独的燃烧器也可以采用多个烧嘴；采用多个烧嘴时，燃气及助燃空气通过各烧嘴燃烧后产生的高温烟气可与污染土壤进行接触换热，从而对土壤进行热脱附处理。作为优选的实施例之一，上述热脱附滚筒3优选为采用双层结构，即包括相互套接的内筒和外筒，内筒与外筒之间具有间隙，可根据需要抽真空或填充隔热材料等，采用这种结构的热脱附滚筒3，可有效提高保温效果，而且在保证使用寿命的同时可大幅降低设备的重量，便于安装和运输；其中，内筒和外筒均可采用耐高温材料制成，如耐高温不锈钢等。进一步优选地，在内筒内壁上焊接有扬料板，可有效增加污染土壤在热脱附滚筒3内与高温烟气的换热面积，提高污染土壤受热均匀性，从而改善热脱附效果，提高能源利用率。在另外的一个优选实施例中，该热脱附滚筒3采用顺流式设计，即烟气与污染土壤同方向流动，具体地，所述污染土壤入口位于所述热脱附滚筒3的一端，所述废气出口与所述净化土壤出口位于所述热脱附滚筒3的另一端，燃烧装置靠近该污染土壤入口设置；采用这种顺流式设计，从热脱附滚筒3废气出口带出的粉尘均已经过热脱附处理，这部分粉尘经收集后可直接作为干净土壤处置，无需再次进行热脱附处理，从而节约能耗，提高生产效率；另外，采用顺流式设计，与上述在内筒内设置扬料板以及采用双层结构的滚筒设计配合，可保证土壤的热脱附效果及效率。各烧嘴可以采用如下的布置方式：沿土壤流通方向，在上述内筒上依次设有多个燃烧层，每一燃烧层包括沿内筒周向环形布置的多个烧嘴；各燃烧层可位于上述污染土壤入口的同一侧，也可分别位于污染土壤入口的两侧。

进一步优化上述有机污染土壤异位热脱附修复系统，如图2和图3，所述废气焚烧炉4包括焚烧炉体段401和排烟炉体段402，所述焚烧炉体段401上设有燃烧机构，所述排烟炉体段402竖直设置且底部设有灰斗，所述焚烧炉体段401一端与所述热脱附单元3的废气出口连接，另一端与所述排烟炉体段402的侧壁连接且与所述排烟炉体段402的内腔导通，所述排烟炉体段402的顶端与所述除尘单元5连接。上述焚烧炉体段401与排烟炉体段402相交连接，二者之间的交角可以是直角也可以非直角；对于是直角的情况，也即焚烧炉体段401是水平设置的；对于非直角的情况，上述焚烧炉体段401即倾斜设置，优选为其入口端位于其出口端上方，即自其远离排烟炉体段402的一端向其靠近排烟炉体段402的一端向下倾斜设置；采用上述结构，该焚烧段炉体内产生的烟气进入排烟炉体段402内时，烟气气流的流向会产生由水平向或斜向下转而为竖直向上的转向，有利于烟气中携带的粉尘的沉降，降低后续的除尘单元5的工作压力及能耗。本实施例中，优选为采用后种结构，也即焚烧炉体段401倾斜设置且其入口端位于其出口端上方，上述效果更佳，而且焚烧炉体段401内的粉尘也更容易滑落至排烟炉体段402内。上述焚烧炉体段401与排烟炉体段402优选为可拆卸连接，便于焚烧炉体段401的检修与安装；焚烧炉体段401与排烟炉体段402内部均设置有轻质耐高温浇注料，既可保证其耐受温度，又可降低设备重量。

进一步优化上述有机污染土壤异位热脱附修复系统，上述除尘单元5可采用常用的除尘设备，可采用一级或多级除尘设备，这是本领域技术人员根据实际情况易于确定的。本实施例中，该除尘单元5采用旋风除尘器5，通过该旋风除尘器5可去除烟气中的大部分粉尘。

进一步优化上述有机污染土壤异位热脱附修复系统，上述烟气换热单元6用于回收焚烧烟气的热量，其可用于预热空气以作为热脱附滚筒3和/废气焚烧炉4的助燃风使用，从而节约系统能耗。具体地，该烟气换热单元6可采用常用的空气-烟气换热器6，该换热器6的烟气入口与除尘单元5连接，换热器6的烟气出口与冷却塔7连接，该换热器6还具有助燃气入口和助燃气出口，所述助燃气出口通过助燃气管与热脱附单元3的助燃气供管和/或所述废气焚烧炉4的助燃气供管连通。换热器上设有声波清灰装置，可通过声波清除粘附在换热器管和换热器壳体上的粉尘，避免设备堵塞。

接续上述有机污染土壤异位热脱附修复系统的结构，上述冷却塔7用于对从烟气换热单元6出来的烟气快速冷却，冷却方式为喷水冷却，即该冷却塔7的塔体内布置有冷却水喷淋机构，以气雾喷淋方式为佳。进一步地，还可以在塔体内设置碱液喷淋机构，当烟气中存在酸性气体时可通过该碱液喷淋机构喷洒碱液对烟气进行脱酸处理。上述冷却水喷淋机构及碱液喷淋机构的具体结构是本领域技术人员根据现有技术易于确定的，以下以冷却水喷淋机构为例，碱液喷淋机构的结构则从略：该冷却水喷淋机构包括沿塔体周向环设于塔体内壁上的多个直管式喷管，各喷管沿塔体径向向塔体中轴线侧延伸，各喷管上沿其长度方向间隔设有多个气雾喷嘴；或者，该冷却水喷淋机构也可以包括与塔体同轴设置的多个环形喷管，各环形喷管的直径依次减小，各环形喷管可通过支架固定在塔体内壁上，各环形喷管上环设有多个气雾喷嘴。

接续上述有机污染土壤异位热脱附修复系统的结构，上述活性炭吸附单元8可以采用常规的活性炭吸附设备，本实施例中，该活性炭吸附单元8包括活性炭喷射塔8，所述活性炭喷射塔8塔体内布置有用于喷吹活性炭粉末的喷吹机构，该喷吹机构可借鉴上述的冷却水喷淋机构的结构，此处不再详述。通过喷射活性炭粉末的方式可彻底去除烟气中存在的包括二噁英等有害成分，提高烟气的洁净度；活性炭粉末在塔体内流态化，有效提高与逆流向的烟气接触几率，提高烟气净化效果及效率。活性炭粉末易于处理，且便于流态化输送至喷吹机构进行重复利用。

进一步地，从活性炭喷射塔8排出的烟气可进一步经除尘设备9除尘后回收或外排，该除尘设备9优选为采用布袋除尘器9，保证回收或外排的烟气的洁净度，使其符合排放标准。经布袋除尘器9排出的烟气可经引风机10、排气筒11等外排。

进一步优选地，本实施例提供的有机污染土壤异位热脱附修复系统还包括中央控制器，该中央控制器可采用计算机与PLC配合等常用的自动化控制设备系统，可在上述各设备所连接的烟气管道或土壤输送管道上设置测温热电偶和流量计等，在各烟气管道上还可设置压力变送器、调节阀、切断阀等，在热脱附滚筒3、废气焚烧炉4、冷却塔7、活性炭喷射塔8等设备的相应的供气管、供液管等管道上设置调节阀、切断阀、流量计等，上述各电气元件均与中央控制器电连接，以实现本修复系统的自动化控制，其中涉及的自动化控制方式可采用现有常用的自动化控制方法，无需另外编程。

实施例二

如图1，本发明实施例涉及一种有机污染土壤异位热脱附修复方法，包括如下步骤：

步骤一，污染土壤进行热脱附处理，得到脱附废气和净化土壤；

步骤二，所述脱附废气进入废气焚烧炉4内被加热至850～1100℃，脱附废气在所述废气焚烧炉4内850℃以上温度区间停留时间不少于2S，以去除烟气中污染物且不会产生二噁英；

步骤三，所述废气焚烧炉4排出的烟气经除尘处理后进入换热器进行余热回收，烟气温度降至550～650℃；

步骤四，对所述换热器排出的烟气进行冷却处理，在不超过2S的时间范围内降至200℃以下；

步骤五，对冷却处理后的烟气进行活性炭吸附处理；

步骤六，经活性炭吸附处理后的烟气经除尘后，外排或回收。

实施例三

如图1，本发明实施例涉及一种有机污染土壤异位热脱附修复方法，包括如下步骤：

步骤1：启动有机污染异位直接热脱附系统，在控制系统中设置定量给料机2的给料速度、热脱附滚筒3的转速和热脱附温度、废气焚烧炉4的焚烧温度等参数。

步骤2：待热脱附滚筒3和废气焚烧炉4内温度达到设置温度后，用挖机或装载机将污染土壤装入土壤仓1内，仓内污染土壤经定量给料机2按设置给料速度送入热脱附滚筒3内。

步骤3：污染土壤在热脱附滚筒3内被燃烧器燃烧产生的高温烟气加热，土壤被热脱附滚筒3内扬料板翻动与滚筒内烟气充分接触换热，土壤被加热至目标污染物沸点以上，使土壤中的污染物气化挥发到烟气中，热脱附后的土壤从热脱附滚筒3出料口落入螺旋输送机12内，富集污染物的烟气从热脱附滚筒3出气口排出进入废气焚烧炉4内。

步骤4：热脱附后的土壤在螺旋输送机12内被喷水冷却降温后，经运输车转运至规定地点暂存。

步骤5：富集污染物的烟气进入废气焚烧炉4内，被焚烧炉加热至850℃～1100℃，烟气在焚烧炉内850℃以上温度区间停留时间不少于2S，保证烟气中污染物被彻底分解去除，且不会产生二噁英，经高温焚烧去除有机污染物的烟气从废气焚烧炉4内出来后进入旋风除尘器5，经旋风除尘器5去除烟气中的大部分粉尘。

步骤6：经旋风除尘器5初步除尘后的烟气进入换热器内，经换热器将烟气温度从850℃以上降至600℃，换热器加热后的空气作为热脱附滚筒3和废气焚烧炉4的助燃风使用，可节省系统能耗。

步骤7：经换热器降温后的烟气，从换热器出口进入冷却塔7内，在冷却塔7内喷雾冷却，使烟气温度在1S内迅速从600℃降低至200℃，若烟气中存在酸性气体，还可开启碱液喷洒装置，向塔内喷洒碱液对烟气脱酸处理，经急速冷却后的烟气进入活性炭喷射塔8内，通过向活性炭喷射塔8内喷射活性炭粉末的方式彻底去除烟气中可能存在的二噁英。

步骤8：从活性炭喷射塔8出来的烟气经布袋除尘器9除尘后，即可达到排放标准，由引风机10抽出后经排气筒11排放至大气环境。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种有机污染土壤异位热脱附修复系统，包括热脱附单元，所述热脱附单元具有废气出口和净化土壤出口，其特征在于：还包括废气焚烧炉、除尘单元、烟气换热单元、活性炭吸附单元以及用于将烟气快速冷却至200℃以下的冷却塔，所述废气焚烧炉、所述除尘单元、所述烟气换热单元、所述冷却塔及所述活性炭吸附单元沿烟气流通方向依次连接，所述废气焚烧炉与所述热脱附单元的废气出口连接；

所述废气焚烧炉包括焚烧炉体段和排烟炉体段，所述焚烧炉体段上设有燃烧机构，所述排烟炉体段竖直设置且底部设有灰斗，所述焚烧炉体段一端与所述热脱附单元的废气出口连接，另一端与所述排烟炉体段的侧壁连接且与所述排烟炉体段的内腔导通，所述排烟炉体段的顶端与所述除尘单元连接；

所述焚烧炉体段与所述排烟炉体段相交连接，二者之间的交角为非直角，所述焚烧炉体段倾斜设置并且其入口端位于其出口端上方；

所述热脱附单元包括热脱附滚筒，所述热脱附滚筒具有污染土壤入口、所述废气出口及所述净化土壤出口，所述热脱附滚筒上设有多个烧嘴，所述热脱附滚筒包括相互套接的内筒和外筒，所述内筒与所述外筒之间具有间隙，所述间隙抽真空或填充隔热材料；在内筒内壁上焊接有扬料板，以增大污染土壤在热脱附滚筒内与高温烟气的换热面积。

2.如权利要求1所述的有机污染土壤异位热脱附修复系统，其特征在于：所述冷却塔的塔体内布置有冷却水喷淋机构和碱液喷淋机构。

3.如权利要求1所述的有机污染土壤异位热脱附修复系统，其特征在于：所述活性炭吸附单元包括活性炭喷射塔，所述活性炭喷射塔塔体内布置有用于喷吹活性炭粉末的喷吹机构。

4.如权利要求1所述的有机污染土壤异位热脱附修复系统，其特征在于：所述污染土壤入口位于所述热脱附滚筒的一端，所述废气出口与所述净化土壤出口位于所述热脱附滚筒的另一端，各所述烧嘴均靠近所述污染土壤入口设置。

5.如权利要求1所述的有机污染土壤异位热脱附修复系统，其特征在于：所述烟气换热单元包括换热器，所述换热器的烟气入口与所述除尘单元连接，所述换热器的烟气出口与所述冷却塔连接，所述换热器还具有助燃气入口和助燃气出口，所述助燃气出口通过助燃气管与所述热脱附单元的助燃气供管和/或所述废气焚烧炉的助燃气供管连通。

6.一种有机污染土壤异位热脱附修复方法，其特征在于，基于权利要求1至5中任一项所述的有机污染土壤异位热脱附修复系统实施；

所述方法包括如下步骤：

步骤一，污染土壤进行热脱附处理，得到脱附废气和净化土壤；

步骤二，所述脱附废气进入废气焚烧炉内被加热至850～1100℃，脱附废气在所述废气焚烧炉内850℃以上温度区间停留时间不少于2S，以去除烟气中污染物且不会产生二噁英；

步骤三，所述废气焚烧炉排出的烟气经除尘处理后进入换热器进行余热回收，烟气温度降至550～650℃；

步骤四，对所述换热器排出的烟气进行冷却处理，在不超过2S的时间范围内降至200℃以下；

步骤五，对冷却处理后的烟气进行活性炭吸附处理；

步骤六，经活性炭吸附处理后的烟气经除尘后，外排或回收。

7.如权利要求6所述的有机污染土壤异位热脱附修复方法，其特征在于：热脱附处理过程中，烟气与土壤流向相同。

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