CN107983760B - 一种采用微波工艺实现有机类污染固废修复的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用微波工艺实现有机类污染固废修复的方法，采用微波加热技术对有机类污染固废进行加热，使固废中的有机物汽化脱附，实现对有机类污染固废的修复。本发明充分利用了微波选择性加热的技术优势，将微波能直接作用于有机物污染物，使有机物脱附的同时固体基质产生较小升温和影响，解决了加热脱附工艺中的烟气量大、粉尘量大以及氮氧化物污染等高能耗、高污染问题，实现了有机污染固废的低耗、高效、清洁的修复工艺。本发明修复效果好、处理温度低、产生烟气量小且几乎无粉尘，修复后的土壤能够满足公园、住宅用地要求。

Description

一种采用微波工艺实现有机类污染固废修复的方法

技术领域

本发明涉及固体污染物修复处理技术领域，尤其涉及一种采用微波工艺实现有机类污染固废修复的方法。

背景技术

土壤是生态系统的重要组成部分，土壤污染的治理是生态文明建设中需要攻坚克难的重要难题。工业用地如石油开采、炼油化工、钢铁工业、煤化工工业等产生的固体废弃物都是造成土壤污染的主要来源，同时市政污泥、河泥、塘泥、污水灌溉等也都会产生大量的污染土壤。2014年4月17日，国家环保部和国土资源部联合发布《全国土壤污染状况调查公报》指出，全国土壤总的超标率达到16.1％，耕地点位超标率高达19.4％。全国土壤环境状况总体不容乐观，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出，其中有机类污染固废是十分典型的一类污染。其中工业受污土壤是有机污染固废的主要来源，尤其是在石化、焦化工业用地及周边土壤，由于含有超量的VOCs类如甲苯、乙苯、邻-二甲苯、异丙基苯及多环芳烃类如苯并(a)蒽、苯并(a)芘等污染物，不仅对人体和环境有直接危害，而且还具有迁移性特征和易挥发性特征。

在有机污染固废的修复中，现有的技术包括：微生物修复、植物修复等生物学修复技术，其处理的有机污染固废在浓度、种类上有较大限制，且对环境要求较高，处理的周期长，不适合大宗修复；还有化学淋洗技术，处理周期较短，适用范围较广，但是会产生大量的水二次污染；气相抽提技术处理成本低、修复周期短，二次污染较小，但是只适用挥发性有机污染的处理。目前投入工业化生产应用最广的处理工艺是回转窑热脱附法，该工艺是将有机污染固废在回转窑中加热约550℃，使有机污染物从土壤中脱附出来进入气相，清洁土壤冷却后返回，含有污染物的烟气则经旋风除尘、二燃室燃烧、余热回收、急冷、干式脱酸、活性炭吸附、布袋除尘后排放。这种修复技术的工艺复杂、设备投资及运行成本高，尤其是对天然气的依赖性非常大，同时由于高温烟气与物料直接换热的加热方式，烟气量及烟气中的粉尘量十分巨大，二次污染控制压力较大。土壤在经过550℃以上的焙烧后，出现陶粒化，对土壤的再生利用产生不利影响。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种采用微波工艺实现有机类污染固废修复的方法，以解决在传统热脱附工艺中的诸多问题，本发明充分利用了微波选择性加热的技术优势，将微波能直接作用于有机物污染物，使有机物脱附的同时固体基质产生较小升温和影响。该方法修复效果好、处理温度低、产生烟气量小且几乎无粉尘，修复后的土壤能够满足公园、住宅用地要求。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种采用微波工艺实现有机类污染固废修复的方法，采用微波加热技术对有机类污染固废进行加热，使固废中的有机物汽化脱附，实现对有机类污染固废的修复。

采用微波热脱附技术，解决了加热脱附工艺中的烟气量大、粉尘量大以及氮氧化物污染等高能耗、高污染问题，实现了有机污染固废的低耗、高效、清洁的修复工艺。

进一步地，具体包括以下步骤：

步骤一、对待处理的有机类污染固废进行预处理，保证物料粒度符合要求；

步骤二、将辅热小球与预处理后的物料进行混合后布料，或将预处理后的物料在辅热板上进行布料；布料厚度满足微波穿透性需求，布料后将料层表面抹平整；

步骤三、布料后的物料在微波腔体内接受微波照射处理，根据物料的性质及布料厚度选择微波的功率、升温速率和升温时间，使有机物在物料升温的过程中从所述物料中脱附；

步骤四、脱附有机物后的物料降温冷却后出料回填。

进一步地，所述步骤一具体为，将待处理的有机类污染固废物料中的金属和大颗粒石块进行筛分去除，保证预处理后的物料粒度小于20mm。

为减少物料在微波照射过程中对微波均匀性及打火的影响，待处理的固废要进行预处理，将其中金属和大颗粒石块进行筛分去除，保证入炉物料粒度小于20mm。

进一步地，所述步骤二中辅热小球和辅热板的材料为碳化硅；布物料的布料厚度不超过300mm。

对于受热能力较低或不受热的有机类污染固废而言，辅热小球或辅热板能够增加物料的受热能力，促进物料的升温，进而使物料中的有机物汽化脱附，实现对有机类污染固废的修复。布料的厚度需要满足微波穿透性的需求，因此将布料厚度控制在300mm以下。

进一步地，辅热小球与预处理后的物料混合的球料比为1:2～2.5。

辅热小球能够增加物料的受热能力，促进物料的升温，为了达到增加物料受热能力的作用，同时能够使处理物料的能力最大化，需要控制球料比，在提高物料受热能力的同时保证有机类污染固废的处理量最多，提高物料的处理效率。

进一步地，步骤三中微波的频率为915MHz，产生微波的单体微波发生器功率为10～75kW。

915MHz的微波穿透能力更强，其穿透深度可达300mm，因此选择915MHz的微波对物料进行处理。根据预先设计的物料处理能力，采用多个单体微波发生器叠加的方式进行微波处理，为了能够达到总微波功率，选择多个功率为10～75kW的单体微波发生器进行叠加产生微波。

根据有机类污染固废的性质，如物料吸收微波的能力、物料中有机物的种类和含量、物料的布料厚度及升温速率等因素调节总微波功率。

进一步地，步骤三中物料的升温过程分为两段，第一段物料升温至200～300℃，升温速率为5±3℃/min；第二段物料继续升温至350～650℃，升温速率为10±3℃/min。

根据物料的性质及物料中有机物的种类和含量等因素，微波热脱附处理过程为“两段式”升温，包括第一段的微波预热段和第二段的微波热脱附段。

进一步地，步骤三中物料的恒温时间为100～150min。

为了使物料中的有机物挥发完全，将恒温时间控制在100～150min内。

进一步地，步骤三中微波腔体内为-10～-5Pa的微负压。

微负压的条件下，物料中挥发出的有机物能够随烟气通过抽风排走，利用现有技术对含有有机物的烟气进行后续处理。

进一步地，所述有机类污染固废包括被VOCs类或轻油类污染物污染的工业用地、市政污泥、油渣和渗滤液。

本发明有益效果如下：

本发明提供一种采用微波工艺实现有机类污染固废修复的方法，充分利用了微波选择性加热的技术优势，将微波能直接作用于有机物污染物，使有机物脱附的同时固体基质产生较小升温和影响。通过将物料与辅热材料接触，提高物料的受热能力，促进物料的升温，进而使物料中的有机物汽化脱附，选择穿透能力强的915MHz微波，提高处理物料的能力，实现对有机类污染固废的修复。

本发明可实现物料在微波修复设备内的连续化处理，即连续布料进料，经过预处理、微波热脱附处理、冷却降温后出料。与传统有机类污染固废的修复方法相比，本发明的微波设备使用电力作为能源消耗，而不使用天然气，是一种清洁的有机类污染固废修复方法。

本发明不仅能够处理VOCs类有机污染土，也能处理市政污泥、油泥及油砂等有机物类污染固废。本发明解决了加热脱附工艺中的烟气量大、粉尘量大以及氮氧化物污染等高能耗、高污染问题，实现了有机污染固废的低耗、高效、清洁的修复工艺。本发明所述方法修复效果好、处理温度低、产生烟气量小且几乎无粉尘，修复后的土壤能够满足公园、住宅用地要求。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及具体实施方式中所特别指出的方法来实现和获得。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施例可用于阐释本发明的原理。

微波修复有机污染固废技术的工艺流程是将污染土壤、污泥或油泥首先进行预处理，通过筛分去除金属及大颗粒石块等杂物，然后破碎、均匀化后与辅热小球采用适宜的球土比例混合布料，物料厚度满足微波穿透性需求。装载物料的台车在微波处理设备经过微波预热段、微波热脱附段，按升温曲线升温至350～650℃，随后降低功率恒温，经过冷却换热，土壤降温后出料回填。

采用微波加热技术，使用10～75kW功率的微波，在350～650℃、-10Pa～-5Pa的微负压条件下进行热脱附，实现VOCs类、轻油类等有机污染类固废的修复，修复后土壤满足国家标准GB15618-1995，工艺分为4个步骤：

第一步：物料预处理。为减少物料在微波照射过程中对微波均匀性及打火的影响，污染物要进行预处理，将其中金属和大颗粒石块进行筛分去除，保证入炉物料粒度小于20mm。预处理的筛分、除铁和破碎装置可选择振动筛、除铁器、破碎机等预处理装置。

第二步：混合布料。采用辅热小球与物料进行混合布料，控制球料比1:2～2.5，均匀布料，采用915MHz微波处理物料，由于915MHz的微波穿透能力更强，其穿透深度可达300mm。布料的厚度需要满足微波穿透性的需求，因此将布料厚度控制在300mm以下，布料后将料层表面抹平整。

除采用辅热小球与物料混合的方式来提高物料受热能力外，还可以将物料布在辅热板上，以增加物料的受热能力。辅热小球或辅热板的材料可选择碳化硅材料。因此选择该频率的微波对物料进行处理，有利于提高处理物料的能力。

第三步：微波热脱附处理。装载物料的台车在微波腔体内接受微波照射，物料逐渐升温，呈现“两段式”升温规律，即在200～300℃的低温段升温速率约为5±3℃/min，在高温段升温变快，升温速率约为10±3℃/min。物料在30～300min内升温至350～650℃，其中恒温时间为100～150min。根据有机类污染固废的性质，如物料吸收微波的能力、物料中有机物的种类和含量、物料的布料厚度及升温速率等因素调节总微波功率。有机物在升温的过程中从固废中脱附，进入烟气，炉内烟气通过抽风排走，设定炉内条件为-10～-5Pa微负压，以保证有机物能够随烟气排走，含有有机物的烟气可采用现有的方法进一步处理。

微波炉体可采用隧道窑式装备；其中总微波功率根据实际设计的处理物料的能力确定，总微波功率可由多个单体微波发生器所产生的微波叠加，其中产生微波的单体微波设备可选用10～75kW的微波发生器。本发明可实现物料在微波设备内的连续化处理，即连续布料进料，经过预处理、微波热脱附处理、冷却降温后出料。与传统有机类污染固废的修复方法相比，本发明的微波设备使用电力作为能源消耗，而不使用天然气，是一种清洁的修复方法。

第四步：降温出料。处理完的物料在冷却段进行空冷降温，降至200℃以下即出料。

本发明充分利用了微波选择性加热的技术优势，将微波能直接作用于有机物污染物，使有机物脱附的同时固体基质产生较小升温和影响。本发明不仅能够处理VOCs类有机污染土壤，也能处理市政污泥、油泥、油砂、工业用地、油渣、渗滤液、工业盐渣等有机物类污染固废，采用微波热脱附技术，解决了加热脱附工艺中的烟气量大、粉尘量大以及氮氧化物污染等高能耗、高污染问题，实现了有机污染固废的低耗、高效、清洁的修复工艺。本发明所述方法修复效果好、处理温度低、产生烟气量小且几乎无粉尘，修复后的土壤能够满足公园、住宅用地要求。

实施例1

所处理的砂质有机污染土壤成分见表1。

表1待处理有机污染土(砂质土)的成分

第一步：物料经筛分、除铁以及破碎处理，处理后的物料中无大于20mm颗粒存在；

第二步：在处理后的物料中配加辅热小球，混合布料。取30kg成分如表1所示的砂质有机污染土，按照球料比1:2进行配比，均匀布料。

第三步：将配加辅热小球的物料置于微波炉内加热，使用功率为20kW，经过预热升温、高温热脱附，升至500～550℃后进行恒温。

第四步：恒温后的物料降温推出，进行出料。

经过微波处理后的土壤经检测各项成分均满足国家标准，结果如下

表2微波修复后土壤的检测结果

实施例2

所处理的粘质有机污染土壤成分见表3。

表3待处理有机污染土(粘质土)的成分

第一步：物料经筛分、除铁以及破碎处理，处理后的物料中无大于20mm颗粒存在；

第二步：在处理后的物料中配加辅热小球，混合布料。取30kg成分如表3所示的粘质有机污染土，按照球料比1:2.5进行配比，均匀布料。

第三步：将配加辅热小球的物料置于微波炉内加热，在25kW功率下进过预热升温、高温热脱附，升至450℃～550℃后进行恒温。

第四步：恒温后的物料降温推出，进行出料。

经过微波处理后的土壤经检测各项成分均满足国家标准，结果如下

表4微波修复后土壤的检测结果

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种采用微波工艺实现有机类污染固废修复的方法，其特征在于，采用微波加热技术对有机类污染固废进行加热，使固废中的有机物汽化脱附，实现对有机类污染固废的修复；具体步骤为：

步骤一、对待处理的有机类污染固废进行预处理，保证物料粒度符合要求；

步骤二、将辅热小球与预处理后的物料进行混合后布料，或将预处理后的物料在辅热板上进行布料；布料厚度满足微波穿透性需求，布料后将料层表面抹平整；物料的布料厚度不超过300mm；辅热小球与预处理后的物料混合的球料比为1:2～2.5；

步骤三、布料后的物料在微波腔体内接受微波照射处理，根据物料的性质及布料厚度选择微波的功率、升温速率和恒温时间，使有机物在物料升温的过程中从所述物料中脱附；微波腔体内为-10～-5Pa的微负压；

步骤四、脱附有机物后的物料降温冷却后出料回填；

所述步骤一具体为，将待处理的有机类污染固废物料中的金属和大颗粒石块进行筛分去除，保证预处理后的物料粒度小于20mm；

所述步骤三中物料的升温过程分为两段，第一段升温过程物料升温至200～300℃，升温速率为5±3℃/min；第二段升温过程物料继续升温至350～650℃，升温速率为10±3℃/min，恒温时间为100～150min；

所述方法使用电力作为能源消耗；

微波炉体采用隧道窑式装备；总微波功率由多个单体微波发生器所产生的微波叠加；

所述步骤三中微波的频率为915MHz，产生微波的单体微波发生器功率为10～75kW。

2.根据权利要求1所述采用微波工艺实现有机类污染固废修复的方法，其特征在于，所述步骤二中辅热小球和辅热板的材料为碳化硅。

3.根据权利要求1或2所述采用微波工艺实现有机类污染固废修复的方法，其特征在于，所述有机类污染固废包括被VOCs类或轻油类污染物污染的工业用地、市政污泥和油渣。