CN107855354A - 一种有机污染土壤热脱附修复装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种有机污染土壤热脱附修复装置和方法，包括依次通过管道连通的热脱附单元、冷却单元、废气处置单元和尾气排放单元，以及与热脱附单元、废气处置单元和尾气排放单元分别电连接的系统控制单元。该装置能够根据实时监控调整气体温度和流速，对挥发性有机物和半挥发性有机物污染土壤进行热脱附处理，对脱附出来的有机污染物通过高效、节能的有机废气处理技术，实现尾气达标排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机污染土壤热脱附修复装置和方法，属于土壤修复技术领域。
背景技术
土壤是人类赖以生存的衣食之本。随着社会和工业发展，土壤环境正遭受严重污染，包括重金属污染、有机污染及其他污染。土壤中有机污染物主要包括挥发性有机污染物和半挥发性有机污染物。我国土壤有机污染物的主要种类包括：石油烃类污染物、卤代烃类污染物，农药类污染物、多环芳烃、多氯联苯、二噁英、邻苯二甲酸酯等有机污染物。
针对土壤有机污染物，土壤修复技术可以分为原位修复技术与异位修复技术，相比较而言，原位修复技术更为经济，异位修复技术的环境风险较低、处理效果较易控制。热脱附技术是污染土壤修复的高效技术之一，通过控制系统温度和物料停留时间有选择地使污染物得以挥发并不出现对有机污染物的破坏作用，可以有效去除易挥发性的有机物，也可以有效去除半挥发或难挥发性、高沸点、难分解的有机污染物，并且对于含有多种不同沸点的有机污染物可以一次加热处理以达到修复目标值。热脱附为非氧化燃烧的处理方式可避免二噁英的产生，广泛用于有机污染土壤修复。异位热脱附作为一种成型的土壤修复技术，广泛应用于多个欧美国家。自2012来以来，异位热脱附技术在国内得到快速发展，根据环境修复项目数据库的资料统计，在2012年至 2016年的114个项目中，有11个项目应用了异位热脱附技术，占比达9.6％。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可移动式的有机污染土壤热脱附修复装置及其方法，可有效提高土壤中有机污染物去除率、提高修复效率，轻松实现修复装置移动和转场，便于修复工程的开展。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种有机污染土壤热脱附修复装置，包括依次通过管道连通的热脱附单元、冷却单元、废气处置单元和尾气排放单元，以及与热脱附单元、废气处置单元和尾气排放单元分别电连接的系统控制单元，系统控制单元可以是计算机、处理器等。
其中，所述热脱附单元包括热脱附罐以及与系统控制单元电连接的加热棒，热脱附罐内设有废气回收孔柱以及围绕废气回收孔柱分布的两个以上的加热棒套管；所述加热棒位于加热棒套管内，所述废气回收孔柱底部通过管道连接冷却单元；所述热脱附罐侧壁上部设有第一气阀，底部设有第二气阀和气路通道进入罐体内，以及与系统控制单元电连接的用于检测气体中有机物浓度的第一检测器和压力传感器，热脱附罐顶部设有封盖，封盖顶部设有把手。
所述冷却单元包括冷却风机、气液分离装置和水冷装置；所述冷却风机内部设有管道，管道一端连通废气回收孔柱，另一端连通气液分离装置，通过冷却风机对管道进行冷却，从而将管道内气体部分液化，并流入气液分离装置；所述气液分离装置顶部插入有一液位计，下部设有阀门，上部通过管道连接水冷装置；所述水冷装置外部套有冷凝水循环回路，对水冷装置内的气体进一步液化，并将液体导入气液分离装置内。
所述废气处置单元包括光降解装置、废气吸附装置以及真空泵；所述光降解装置内部设有发射光源，顶部一端通过管道连通尾气排放单元，另一端通过传感器连接系统控制单元，光降解装置侧壁通过管道一端连通水冷装置，另一端连通废气吸附装置；所述废气吸附装置顶部和下部分别通过第二检测器和第三检测器连接系统控制单元，废气吸附装置侧壁下部通过管道连接真空泵，真空泵通过管道连通尾气排放单元。
所述尾气排放单元包括尾气暂存装置，所述尾气暂存装置顶部设有尾气排放口和第三气阀，第三气阀通过管道连通光降解装置顶部；所述尾气暂存装置内通过第四检测器电连接系统控制单元。
所述第一检测器选自PID、FID、XSD检测器中的一种，所述第二检测器选自PID、FID、XSD检测器中的一种，所述第三检测器选自PID、FID、XSD检测器中的一种，所述第四检测器选自PID、FID、XSD检测器中的一种，可根据污染土壤中目标有机污染物进行选择和调整；发射光源也可根据目标有机污染物选择合适光源。
所述热脱附罐内壁设有保温层，罐体性状可根据实际情况进行调整，如圆柱形、立方体或其他不规则形状，加热棒数量和分布可根据罐体形状进行调整和优化，以提高加热效率，气路管道能够耐受一定负压，耐高温、耐腐蚀。
所述吸附装置内具有吸附材料，吸附材料为活性炭或树脂等环境友好型吸附材料。
本发明还提供上述装置修复有机污染土壤的方法，包括如下步骤：
步骤一：将污染土壤经筛分、剔除石块和砖块后，热脱附罐内装入待修复的有机土壤，盖上封盖并关闭第一气阀、第二气阀、阀门以及第三气阀，完成污染土壤热脱附准备工作；
步骤二：打开真空泵和第二气阀，系统控制单元控制加热棒进行加热，并通过第一检测器和压力传感器测定热脱附罐内蒸汽中有机物浓度和压力，通过传感器测定光降解装置内蒸汽的流速，通过第二检测器和第三检测器测定废气吸附装置内的吸附前后气体中有机物浓度，通过第四检测器测定尾气暂存装置内部气体中有机物浓度，并将上述参数显示于系统控制单元；
步骤三：根据步骤二中系统控制单元显示的各参数，通过系统控制单元调节加热棒的加热速率，通过真空泵调节光降解装置内蒸汽的流速；
步骤四：当液位计示数超过警戒线后，打开阀门排放冷凝水并集中处理；
步骤五：当第一检测器检测出热脱附罐内蒸汽中有机物浓度低于设定值后，则土壤修复完成；
步骤六：由第四检测器测定尾气暂存装置内部气体中有机物浓度，当低于安全值时，通过尾气排放口直接排出；当高于安全值时，打开第三气阀，将尾气排入光降解装置内再次降解和吸附，直至第四检测器检测值低于安全值后排放。
所述的有机污染物包括挥发性有机物和半挥发性有机物，如烷烃类、卤代烃类、苯类、硝基苯类、氯苯类、苯酚类等，其沸点应小于热脱附罐所能达到最高工作温度。
有益效果：
1、本装置通过依次管道连接的热脱附单元、冷却单元、废气处置单元、尾气排放单元以及系统控制单元，能够根据实时监控调整气体温度和流速，对挥发性有机物和半挥发性有机物污染土壤进行热脱附处理，对脱附出来的有机污染物通过高效、节能的有机废气处理技术，实现尾气达标排放。
2、本装置整个系统相较于大气压为微负压，在热脱附实施过程中避免了对环境产生二次污染。
3、本装置各单元集成安装，设备稳定性好，便于移动和转场。
4、本装置处理对象为有机污染土壤，仅需对其中的建筑垃圾、石块等进行预处理，无其他要求，该修复装置对不同土壤质地、含水率等适应性强。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/ 或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明装置整体结构示意图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
如图1所示，该装置包括热脱附单元(单元1)、冷却单元(单元2)、废气处置单元(单元3)、尾气排放单元(单元4)以及系统控制单元(单元5)。
其中，热脱附单元包括内壁设有保温层的热脱附罐1以及与系统控制单元电连接的加热棒2，热脱附罐1内设有废气回收孔柱1-2和加热棒套管1-1，加热棒2设于加热棒套管1-1内，废气回收孔柱1-2通过管道3进入冷却风机4，热脱附罐1侧壁上部设有第一气阀1-8、第二气阀1-9及底部气路、第一检测器1-5和压力传感器1-6，顶部设有封盖1-4，封盖1-4顶部设有把手1-3。
冷却单元包括冷却风机4、气液分离装置5和水冷装置6，冷却风机4内部设有管道，管道一端连通废气回收孔柱1-2，另一端连通气液分离装置5，气液分离装置5顶部插有液位计5-2，下部设阀门5-3，上部连通水冷装置6，水冷装置6外部套有冷凝水循环回路6-1。
废气处置单元包括光降解装置7、废气吸附装置8以及真空泵9，光降解装置7内部设有发射光源7-1，顶部通过管道连通尾气排放单元的第三气阀10-3，并通过传感器 7-2连接系统控制单元，光降解装置7侧壁一端连通水冷装置6，另一端连通废气吸附装置8，废气吸附装置8内装有活性炭，顶部和下部分别通过第二检测器8-2和第三检测器8-3连接系统控制单元，废气吸附装置8侧壁下部通过管道连通真空泵9，真空泵 9通过管道连通尾气排放单元的尾气暂存装置10。
尾气排放单元包括尾气暂存装置10，尾气暂存装置10顶部设有尾气排放口10-2和第三气阀10-3，第三气阀10-3通过管道连通光降解装置7，尾气暂存装置10内通过第四检测器10-1电连接系统控制单元。
具体使用步骤如下：
步骤一：将污染土壤经筛分、剔除石块和砖块后，热脱附罐1内装入待修复的有机土壤，盖上封盖1-4并关闭第一气阀1-8、第二气阀1-9、阀门5-3、以及第三气阀 10-3；
步骤二：打开真空泵9和第二气阀1-9，系统控制单元控制加热棒2进行加热，并通过第一检测器1-5和压力传感器1-6测定热脱附罐1内蒸汽中有机物浓度和压力，通过传感器7-2测定光降解装置7内蒸汽的流速，通过第二检测器8-2和第三检测器8-3 测定废气吸附装置8内的吸附前后气体中有机物浓度，通过第四检测器10-1测定尾气暂存装置10内部气体中有机物浓度，并将上述参数显示于系统控制单元；
步骤三：根据步骤二中系统控制单元显示的各参数，通过系统控制单元调节加热棒2的加热速率，通过真空泵9调节光降解装置7内蒸汽的流速；
步骤四：当液位计5-2示数超过警戒线后，打开阀门5-3排放冷凝水并集中处理；
步骤五：当第一检测器1-5检测出热脱附罐1内蒸汽中有机物浓度低于设定值后，则土壤修复完成；
步骤六：由第四检测器10-1测定尾气暂存装置10内部气体中有机物浓度，当低于安全值时，通过尾气排放口10-2直接排出；当高于安全值时，打开第三气阀10-3，将尾气排入光降解装置7内再次降解和吸附，直至第四检测器10-1检测值低于安全值后排放。
表1是典型挥发性有机污染土壤热脱附效果，可以看出该热脱附修复装置对土壤中污染物的去除率可达95％以上。
表1
本发明提供了一种有机污染土壤热脱附修复装置和方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种有机污染土壤热脱附修复装置，其特征在于，包括依次通过管道连通的热脱附单元、冷却单元、废气处置单元和尾气排放单元，以及与热脱附单元、废气处置单元和尾气排放单元分别电连接的系统控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤热脱附修复装置，其特征在于，所述热脱附单元包括热脱附罐(1)以及与系统控制单元电连接的加热棒(2)，热脱附罐(1)内设有废气回收孔柱(1-2)以及围绕废气回收孔柱(1-2)分布的两个以上的加热棒套管(1-1)，所述加热棒(2)位于加热棒套管(1-1)内，所述废气回收孔柱(1-2)底部通过管道连接冷却单元；所述热脱附罐(1)上设有第一气阀(1-8)，底部设有第二气阀(1-9)和气路通道进入罐体内，以及与系统控制单元电连接的第一检测器(1-5)和压力传感器(1-6)，热脱附罐(1)顶部设有封盖(1-4)。
3.根据权利要求2所述的一种有机污染土壤热脱附修复装置，其特征在于，所述冷却单元包括冷却风机(4)、气液分离装置(5)和水冷装置(6)；所述冷却风机(4)内部设有管道，管道一端连通废气回收孔柱(1-2)，另一端连通气液分离装置(5)；所述气液分离装置(5)顶部插入有一液位计(5-2)，下部设有阀门(5-3)，上部通过管道连接水冷装置(6)；所述水冷装置(6)外部套有冷凝水循环回路(6-1)。
4.根据权利要求3所述的一种有机污染土壤热脱附修复装置，其特征在于，所述废气处置单元包括光降解装置(7)、废气吸附装置(8)以及真空泵(9)；所述光降解装置(7)内部设有发射光源(7-1)，顶部一端通过管道连通尾气排放单元，另一端通过传感器(7-2)连接系统控制单元，光降解装置(7)侧壁通过管道一端连通水冷装置(6)，另一端连通废气吸附装置(8)；所述废气吸附装置(8)顶部和下部分别通过第二检测器(8-2)和第三检测器(8-3)连接系统控制单元，废气吸附装置(8)侧壁下部通过管道连接真空泵(9)，真空泵(9)通过管道连通尾气排放单元。
5.根据权利要求4所述的一种有机污染土壤热脱附修复装置，其特征在于，所述尾气排放单元包括尾气暂存装置(10)，所述尾气暂存装置(10)顶部设有尾气排放口(10-2)和第三气阀(10-3)，第三气阀(10-3)通过管道连通光降解装置(7)顶部；所述尾气暂存装置(10)内通过第四检测器(10-1)电连接系统控制单元。
6.根据权利要求5所述的一种有机污染土壤热脱附修复装置，其特征在于，所述第一检测器选自PID、FID、XSD检测器中的一种，所述第二检测器选自PID、FID、XSD检测器中的一种，所述第三检测器选自PID、FID、XSD检测器中的一种，所述第四检测器选自PID、FID、XSD检测器中的一种。
7.根据权利要求2所述的一种有机污染土壤热脱附修复装置，其特征在于，所述热脱附罐(1)内壁设有保温层。
8.根据权利要求4所述的一种有机污染土壤热脱附修复装置，其特征在于，所述吸附装置(8)内具有吸附材料，吸附材料为活性炭或树脂。
9.权利要求1所述装置修复有机污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：热脱附罐(1)内装入待修复的有机土壤，盖上封盖(1-4)并关闭第一气阀(1-8)、第二气阀(1-9)、阀门(5-3)以及第三气阀(10-3)；
步骤二：打开真空泵(9)和第二气阀(1-9)，系统控制单元控制加热棒(2)进行加热，并通过第一检测器(1-5)和压力传感器(1-6)测定热脱附罐(1)内蒸汽中有机物浓度和压力，通过传感器(7-2)测定光降解装置(7)内蒸汽的流速，通过第二检测器(8-2)和第三检测器(8-3)测定废气吸附装置(8)内的吸附前后气体中有机物浓度，通过第四检测器(10-1)测定尾气暂存装置(10)内部气体中有机物浓度，并将上述参数显示于系统控制单元；
步骤三：根据步骤二中系统控制单元显示的各参数，通过系统控制单元调节加热棒(2)的加热速率，通过真空泵(9)调节光降解装置(7)内蒸汽的流速；
步骤四：当液位计(5-2)示数超过警戒线后，打开阀门(5-3)排放冷凝水并集中处理；
步骤五：当第一检测器(1-5)检测出热脱附罐(1)内蒸汽中有机物浓度低于设定值后，则土壤修复完成；
步骤六：由第四检测器(10-1)测定尾气暂存装置(10)内部气体中有机物浓度，当低于安全值时，通过尾气排放口(10-2)直接排出；当高于安全值时，打开第三气阀(10-3)，将尾气排入光降解装置(7)内再次降解和吸附，直至第四检测器(10-1)检测值低于安全值后排放。
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