CN107855355A

CN107855355A - 一种低温热解脱附油污染土壤修复装置

Info

Publication number: CN107855355A
Application number: CN201711318142.2A
Authority: CN
Inventors: 王晓伟; 水春雨; 白晓军; 宋珺; 薛强; 沈骏; 马麒; 范英宏; 洪蔚; 于晓莹; 黄大鹏
Original assignee: China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; China Railway Corp; Energy Saving and Environmental Protection and Occupational Safety and Health Research of CARS
Current assignee: China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; China State Railway Group Co Ltd; Energy Saving and Environmental Protection and Occupational Safety and Health Research of CARS
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2018-03-30

Abstract

本发明涉及一种低温热解脱附油污染土壤修复装置，属于环保技术领域，包括进料斗、单向密封给料阀、装置外壁、热解脱附处理室、加热电丝、温度控制装置、温度检测元件、吹气系统、炉排、灰渣室、油水分离器、水冷却装置、储油室、除焦器、尾气处理器、气体净化吸附室和排气口。本发明的油污染土壤热解脱附修复装置，能快速有效地去除污染土壤中的挥发性污染物质，且挥发出的污染物被尾气处理装置吸附，避免污染大气。本发明的装置结构简单，操作简单、安全，成本低，可移动，适用范围广。

Description

一种低温热解脱附油污染土壤修复装置

技术领域

本发明涉及一种污染土壤修复装置，具体涉及一种低温热解脱附油污染土壤修复装置，属于环保技术领域。

背景技术

石油是一种由各类碳氢化合物所组成的复杂混合物，其中不乏含有对人及动物毒性较大的芳香烃类物质。

目前在各种场合中，由于技术、管理多方面原因，造成柴油、汽油和机油等石油类污染物直接洒落入地，对土壤造成不同程度的污染。长此以往，迁移性强的石油烃如苯、甲苯、二甲苯等会随土壤水分迁移，穿过土壤包气带到达地下含水层而污染地下水。此外，难降解的石油烃如萘、蒽等多环芳烃可长期蓄积在土壤中，通过食物链对人类产生长远伤害。因此石油对土壤的污染存在环境复杂、范围广、治理难、周期长、危害大的特点。

近年来，全球范围内已经形成包括物理修复、化学修复、生物修复及其联合修复技术在内的污染土壤修复体系，并积累了不同污染类型场地土壤综合修复技术应用经验。其中物理修复尤其是热解修复技术，以其永久性去除污染物、无二次污染、可创造二次效益、可达到不同程度的处理效果、分阶段分离不同污染物、处理范围大六大优点而被广泛使用。

热解修复的技术原理是：低温热解(小于700℃)可产生高热值的油和固态碳含量高的固体残渣；中高温(700～1200℃)热解，以产生中热值燃料气和焦炭为目的。

热解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，将土壤中的挥发性/半挥发性污染物加热到一定的温度，使污染物得以从污染介质上挥发或分离，进入气体处理系统的过程。

2015年5月13日公开的，发明名称为一种有机污染土壤多级热脱附修复系统，专利申请号为CN201510063379.5的中国发明专利申请公开了一种有机污染土壤多级热脱附修复系统，属于土壤修复技术领域。该系统由第一级热脱附装置、第二级热脱附装置、尾气处理装置、二燃室和坠落式输送带组成。采用热脱附产生的高温尾气对土壤进行预热和初步的脱附，两级或更多级的污染土壤处理方法，充分利用尾气余热，使系统热能综合利用率显著提高；S形坠落式输送带使土壤在重力作用下进入更高温度的热脱附仓中，避免了输送传输装置和输送过程的耗能，同时增加了土壤输运路径和输运时间，延长了停留时间，使土壤污染物的脱附更充分。该系统采用的方法能耗高，并容易产生挂焦，而且容易造成二次污染。

因此，提供一种提高石油污染土壤的修复能效，在除去土壤污染物的同时可以回收污染土壤中的石油，同时降低石油污染土壤修复技术的运行成本的污染土壤修复装置就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温热解脱附油污染土壤修复装置，提高石油污染土壤的修复能效，在除去土壤污染物的同时可以回收污染土壤中的石油，同时降低石油污染土壤修复技术的运行成本，并采用光催化单元净化尾气。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种低温热解脱附油污染土壤修复装置，其特征在于：包括进料斗、单向密封给料阀、装置外壁、热解脱附处理室、加热电丝、温度控制装置、温度检测元件、吹气系统、炉排、灰渣室、油水分离器、水冷却装置、储油室、除焦器、尾气处理器、气体净化吸附室和排气口；所述进料斗通过单向密封给料阀与热解脱附处理室的顶端连接；所述热解脱附处理室的下部与炉排相连接；热解脱附处理室的下部设有加热电丝和吹气系统，所述吹气系统包括吹气棒和进气系统，所述吹气棒与进气系统相连接；所述进气系统由产气装置、进气管道和进气口组成，所述产气装置与所述进气管道相连接，并通过进气口与吹气系统相连接，所述进气口设置在热解脱附处理室的下方，所述温度控制装置设置在所述装置外壁的外部，所述温度检测元件设置在所述热解脱附处理室的上部，所述加热电丝和温度检测元件分别与所述温度控制装置相连接，加热电丝和吹气棒间隔布置，灰渣室位于炉排的下方，灰渣室的底部设有排渣口；热解脱附处理室的顶部右侧通过导气管与油水分离器连通，油水分离器通过导气管和水冷却装置连通；水冷却装置的下端和上端分别设置进水口和排水口与外界的给排水管网相连通；水冷却装置的正下方通过导气管与储油室相连接；储油室的上部通过导气管与除焦器相连接，除焦器通过导气管与尾气处理器相连接，储油室的下部设有排出口；尾气处理器包括下部的紫外光催化尾气处理系统和与之相连接的气体净化吸附室，紫外光催化尾气处理系统为含石英套管的紫外线灯管，其中，石英套管的内表面有TiO₂涂层，气体净化吸附室位于尾气处理器的上部尾气出口处；气体净化吸附室通过导气管与排气口相连接；所述热解脱附处理室的下方还设有出料装置，所述出料装置设置有出料孔和旋转式复合闸板阀。

优选地，所述热解脱附处理室的外壁包裹有一层2～4cm厚的保温棉。

优选地，所述排气口处设有排气引风机。

优选地，所述加热电丝和吹气棒均为多个，间隔布置。

优选地，所述加热电丝和吹气棒均为两个，间隔布置。

优选地，所述装置外壁由内外壁双层和填充轻质隔热材料的中间层组成。

优选地，所述轻质隔热材料为无机隔热材料如岩棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩，或者有机隔热材料如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料。

优选地，所述气体净化吸附室中装有吸附剂活性炭和分子筛A。

优选地，所述装置外壁的底部设有若干个实心支座，均匀对称布置，优选6个。

有益效果：

与现有技术相比，本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置中，加热系统分级控温，能高效挥发出土壤中的石油并避免产出大量萘、二噁英等污染气体；采用循环折流水冷却挥发气体，大幅提升石油回收率；尾气处理采用光催化单元并耦合吸附单元，双重控制，深度分解处理废气；操作简单，可自动化工作。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1是本发明低温热解脱附油污染土壤修复装置的结构示意图。

主要附图标记说明：

1进料斗 2进料锁气器

3装置外壁 4热解脱附炉

5加热电丝 6吹气棒

7炉排(含出料口) 8灰渣室

9油水分离器 10水冷却装置

11储油室 12除焦器

13尾气处理器 14含石英套管的紫外灯

15气体净化吸附室 16排气引风机

17温度控制装置 18温度检测元件

具体实施方式

实施例1

如图1所示，是本发明低温热解脱附油污染土壤修复装置的结构示意图；其中，1为进料斗，2为进料锁气器，3为装置外壁，4为热解脱附炉，5为加热电丝，6为吹气棒，7为炉排(含出料口)，8为灰渣室，9为油水分离器，10为水冷却装置，11为储油室，12为除焦器，13为尾气处理器，14为含石英套管的紫外灯，15为气体净化吸附室，16为排气引风机，17为温度控制装置、18为温度检测元件，；本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置包括进料斗1、进料锁气器2、装置外壁3、热解脱附炉4、加热电丝5、吹气棒6、炉排(含出料口)7、灰渣室8、油水分离器9、水冷却装置10、储油室11、除焦器12、尾气处理器13、含石英套管的紫外灯14、气体净化吸附室15、排气引风机16、温度控制装置17、温度检测元件18；进料斗1通过进料锁气器2与热脱附炉4的顶端连接，以避免大量尾气从进料口排出，装置外壁3(材质是304不锈钢)有内外壁双层，中间填充轻质隔热材料(可以是市场上可买到的无机隔热材料如岩棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩等，有机隔热材料如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等)；热解脱附炉4的外壁包裹有一层2-4cm厚的保温棉，热解脱附炉4的下端与炉排(含出料口)7相连接；热解脱附炉4的底部设有两个加热电丝5和两个吹气棒6，所述加热电丝5与温度控制装置17相连，所述温度检测元件18与温度控制装置17相连接，所述温度控制装置17为常规的温度控制装置，内部设有温度显示器、PID调节器和变送器，吹气棒6与进气系统相连接；所述进气系统由产气装置、进气管道和进气口组成，所述产气装置与所述进气管道相连接，并通过进气口与吹气棒6相连接，所述进气口设置在热解脱附炉4的下方，可以充分利用出料和热解脱附炉4的余热对鼓吹空气进行预热，加热电丝5和吹气棒6间隔布置，炉排(含出料口)7的下方设有灰渣室8；对处理过后的土壤短暂冷却降温储存，灰渣室8的底部设有排渣口；热解脱附炉4的顶部右侧通过导气管与油水分离器9连通，油水分离器9通过导气管和水冷却装置10连通；水冷却装置10的下端和上端分别设置进水口和排水口与外界的给排水管网相连通；水冷却装置10的正下方通过导气管与储油室11相连接；储油室11的上部通过导气管与除焦器12相连接，除焦器12通过导气管与尾气处理器13相连接，储油室11的下部设有排出口；尾气处理器13由位于下部的含石英套管的紫外灯14(紫外光催化尾气处理系统)和与之相连接的气体净化吸附室15组成，含石英套管的紫外灯14位于尾气处理器13的下部，含石英套管的紫外灯14中的石英套管的内表面有TiO₂涂层，气体净化吸附室15位于尾气处理器13的上部尾气出口处；尾气处理器13中的气体净化吸附室15通过导气管与排气引风机16相连接，并通过排气引风机16将尾气排放到大气中；气体净化吸附室15内装有吸附剂：活性炭+分子筛A。

本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置在热解脱附炉4的下方还设有出料装置，所述出料装置设置有出料孔和旋转式复合闸板阀，以根据物料出料情况调整开度，并避免进入大量冷风。

本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置的装置外壁的底部设有15cm高的实心支座6个，在装置外壁的底部均匀对称布置。

所述加热电丝5与温度控制装置17相连接，所述温度控制装置17设置在热解脱附炉4的外部，所述温度检测元件18设置在热解脱附炉4内部的上部，温度控制装置17内部设有温度显示器、PID调节器和变送器；所述加热电丝5、温度控制装置17和温度检测元件18构成了温度控制系统，可以通过控制加热实现对热解脱附炉4内土壤温度的控制；所述加热电丝5与吹气棒6在热解脱附炉4内均匀交替布置，在无需额外翻转或其他辅助处理设施，可实现对炉内土壤均匀处理。

本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置的工作原理是：在开始工作前，运行加热电丝5分钟，缓慢将热解脱附炉4内的温度升至60℃；然后打开吹气棒6，同时开始启动水冷却装置10和含石英套管的紫外灯管14；接着打开进料锁气器2，将漏斗内的污染土壤送进热解脱附炉4，土壤添加完毕后，及时关闭进料锁气器2；保持吹气棒6开启，继续升温加热电丝5，热解脱附炉4内的温度升至75℃，并维持10分钟，除去土壤中的水分和少量易挥发轻质油；接着继续升温加热电丝5，热解脱附炉4内的温度升至280℃，并维持热解脱附炉4的温度在280℃，20min～120min；土壤热脱附产生的尾气从热解脱附炉4顶端的尾气管引出，先经过油水分离器9除去水分，然后进入水冷却装置10的管网(管道)，此时管道高温尾气中的石油在水冷作用下，冷却液化成液态石油，并流入储油罐11内；剩余的尾气先进入除焦器12进行除焦处理，除焦处理后的尾气再进入尾气处理器13，尾气处理器13下部的含石英套管的紫外灯管14(紫外光催化尾气处理系统)中的石英套管的内壁的TiO₂涂料在紫外线灯管的紫外光照射下，去除尾气中气体污染物，然后进入气体净化吸附室15，气体净化吸附室15中的吸附剂为活性炭+分子筛A，去除残留的有毒有害气体，经排气口达标排放；若通风阻力较大，可启动排气引风机16，增加气体排放通量。

本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置适用于石油污染土壤，特别适用于处理铁路机务检修段的石油污染土壤油泥，尤其是含有机车清洗液高浓度机油污染土壤。

应用实施例1

本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置适用于含有机车清洗液高浓度机油污染土壤，处理前土壤中含有石油烃和挥发性污染物萘总量分别为20mg/kg，0.10mg/kg。当采用解吸温度280℃，停留时间10min时，水分和轻油去除率均达到了89％；当选用解吸温度280℃，停留时间为60min时，土壤中石油烃和挥发性污染物萘总量分别为0.356mg/kg，0.01mg/kg，均低于国家土壤环境质量标准二级标准(0.5mg/kg)；所回收的油(存于储油室11)可进一步深度净化处理或转移第三方处理回用。处理后的污染土壤基本上对农作物及环境不造成影响，且修复后对土壤有机质、pH、阳离子交换量、全氮等理化性质的影响较小，说明本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置对土壤自然肥力破坏较小，使得处理后土壤可恢复使用(或用于路基材料)。

本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置中，所述水冷却装置采用循环折流管，让尾气中的石油充分冷却液化，大幅度提升石油资源的二次回收率。

本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置中，所述尾气处理器采用紫外反应处理与吸附双重尾气处理标准；壁层涂抹TiO₂层，在紫外光照射下发生光催化作用(产生羟基自由基)，氧化降解尾气中的气体污染物；气体净化吸附室15(活性炭+分子筛A)为残留尾气的保证单元，确保排放到大气中的尾气符合国家级环保要求。

本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置，能快速有效地去除污染土壤中的挥发性污染物质，且挥发出的污染物被尾气处理装置吸附，避免污染大气。本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置结构简单，操作简单、安全，成本低，可移动，适用范围广。

本发明的低温热解脱附油污染土壤修复装置中，热解脱附可通过调节加热温度和停留时间等方式有选择地将石油从土壤介质中分离挥发，在修复过程中并不出现对石油污染物有破坏作用的氧化、分解等化学反应。热解脱附主要包含两个基本过程：一是加热待处理物质，将目标污染物挥发成气态分离；二是将含有污染物的尾气进行冷凝、光解以及吸附等处理至达标后排放至大气中；此外，考虑油回收，提高油污染土壤修复资源化，以降低后续尾气处理负荷和成本。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但以上所述的具体实施示例仅仅是对本发明的实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定。在本发明基础上，对本领域技术人员对本发明的各种变形和改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种低温热解脱附油污染土壤修复装置，其特征在于：包括进料斗、单向密封给料阀、装置外壁、热解脱附处理室、加热电丝、温度控制装置、温度检测元件、吹气系统、炉排、灰渣室、油水分离器、水冷却装置、储油室、除焦器、尾气处理器、气体净化吸附室和排气口；所述进料斗通过单向密封给料阀与热解脱附处理室的顶端连接；所述热解脱附处理室的下部与炉排相连接；热解脱附处理室的下部设有加热电丝和吹气系统，所述吹气系统包括吹气棒和进气系统，所述吹气棒与进气系统相连接；所述进气系统由产气装置、进气管道和进气口组成，所述产气装置与所述进气管道相连接，并通过进气口与吹气系统相连接，所述进气口设置在热解脱附处理室的下方，所述温度控制装置设置在所述装置外壁的外部，所述温度检测元件设置在所述热解脱附处理室的上部，所述加热电丝和温度检测元件分别与所述温度控制装置相连接，加热电丝和吹气棒间隔布置，灰渣室位于炉排的下方，灰渣室的底部设有排渣口；热解脱附处理室的顶部右侧通过导气管与油水分离器连通，油水分离器通过导气管和水冷却装置连通；水冷却装置的下端和上端分别设置进水口和排水口与外界的给排水管网相连通；水冷却装置的正下方通过导气管与储油室相连接；储油室的上部通过导气管与除焦器相连接，除焦器通过导气管与尾气处理器相连接，储油室的下部设有排出口；尾气处理器包括下部的紫外光催化尾气处理系统和与之相连接的气体净化吸附室，紫外光催化尾气处理系统为含石英套管的紫外线灯管，其中，石英套管的内表面有TiO₂涂层，气体净化吸附室位于尾气处理器的上部尾气出口处；气体净化吸附室通过导气管与排气口相连接；所述热解脱附处理室的下方还设有出料装置，所述出料装置设置有出料孔和旋转式复合闸板阀。

2.根据权利要求1所述的低温热解脱附油污染土壤修复装置，其特征在于：所述热脱附处理室的外壁包裹有一层2～4cm厚的保温棉。

3.根据权利要求1所述的低温热解脱附油污染土壤修复装置，其特征在于：所述加热电丝和吹气棒均为两个，间隔布置。

4.根据权利要求1所述的低温热解脱附油污染土壤修复装置，其特征在于：所述排气口处设有排气引风机。

5.根据权利要求1所述的低温热解脱附油污染土壤修复装置，其特征在于：所述装置外壁由内外壁双层和中间填充轻质隔热材料层组成。

6.根据权利要求5所述的低温热解脱附油污染土壤修复装置，其特征在于：所述轻质隔热材料为无机隔热材料如岩棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩。

7.根据权利要求5所述的低温热解脱附油污染土壤修复装置，其特征在于：所述轻质隔热材料为有机隔热材料如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料。

8.根据权利要求1所述的低温热解脱附油污染土壤修复装置，其特征在于：所述气体净化吸附室中装有吸附剂活性炭和分子筛A。

9.根据权利要求1所述的低温热解脱附油污染土壤修复装置，其特征在于：所述装置外壁的底部设有若干个实心支座，均匀对称布置。

10.根据权利要求9所述的低温热解脱附油污染土壤修复装置，其特征在于：所述实心支座为6个。