CN108372197B - 一种用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，包括以下具体步骤：a、筛选；b、干燥；c、热脱附；d、冷却；e、二次冷却。上述复合工艺，采用圆盘式热脱附设备，内部转动装置少，灰尘产生量小，能耗低；热脱附后的高温土壤，采用水间接冷却和空气直接冷却方式，对土壤进行冷却降温，同时回收的能量用于土壤干燥预处理；对土壤进行二次冷却时，利用土壤的热量引发过硫酸盐产生自由基进一步分解土壤中的污染物。本发明以热脱附为主，以化学氧化为辅助工艺，可以一次达到较高的修复标准。

Description

一种用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺

技术领域

本发明涉及环保、土壤处理的领域，尤其涉及一种用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺。

背景技术

我国的土壤污染问题由来已久，随着工业迅猛发展，大量的废水、废气和固废排向环境造成了土壤污染。早在20世纪80年代就有学者呼吁保护土壤环境，但一直以来没能得到重视。直至近年来土壤环境污染事件的频发，暴露出土壤污染的普遍性和严重性，污染土地的修复和再利用已成为目前亟需解决的问题，土壤污染治理成为学术圈和环保行业关注的焦点。目前修复技术主要包括植物、微生物、固化、土壤气提、热脱附、淋洗和化学萃取等。

异位热脱附是以燃气或燃油燃烧产生高温烟气将土壤加热，土壤中挥发性、半挥发性有机物从土壤中脱附生成尾气，再对尾气进行吸附、焚烧等后续处理后达标排放。热脱附需要高温热源对土壤进行加热，目前一般采用燃气作为热源，燃气燃烧产生的高温烟气加热土壤，系统内最高温度较高，风险较大。燃气具有易燃易爆性，热脱附设备的设计、制造要求较高，运行管理水平要求较高。

电磁加热是电加热的一种，加热效率高，目前以炼钢和家庭使用为主。在土壤修复方面，专利201320389183.1以电磁加热的滚筒设备处理污染土壤，依靠滚筒的旋转对土壤进行搅拌，变换换热面，搅拌效果较差。高温土壤未进行后续热回收利用。

若土壤受到污染时间较长，土壤中污染有机物可能处于封锁状态，有机物挥发难度较大，仅仅采用热脱附难以将土壤处理至修复目标，或者消耗较高的能耗。考虑到土壤热脱附后温度较高，一般需要喷水降温同时提高湿度。利用高温引发过硫酸盐产生自由基氧化土壤中的有机污染物，可达到较高的修复标准，同时可节省热脱附的能耗。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，采用圆盘式热脱附设备，内部转动装置少，灰尘产生量小，能耗低；热脱附后的高温土壤，采用水间接冷却和空气直接冷却方式，对土壤进行冷却降温，同时回收的能量用于土壤预处理；采用直接喷淋冷却的方式对土壤进行二次冷却，利用土壤的热量引发过硫酸盐产生自由基，自由基进一步分解土壤中的污染物。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，包括以下具体步骤：

a、筛选，土壤经过振动筛去除其中大体积的石块或建筑垃圾，再经二次振动筛控制土壤颗粒直径不大于40mm后进入干燥机；

b、干燥，干燥机对土壤进行加热干燥处理，降低土壤中的含水率；

c、热脱附，土壤经干燥机预处理升温后进入热脱附设备，热脱附设备采用圆盘式热脱附设备，分为加热圆盘和机壳两部分，加热圆盘与机壳间设有密闭装置，气体不能流通，热脱附设备上设有物料进口和物料出口，土壤进入热脱附设备后，均匀分布于加热圆盘上，土壤被快速加热至500-600℃同时随加热圆盘旋转，固定于机壳上的搅拌叶对土壤进行翻抛搅拌，土壤到达出料口后，被出料螺旋输送机出热脱附设备；

d、冷却，高温的土壤从热脱附设备排出后，进入冷却机，经冷却后土壤温度降至150℃，冷却得到高温水和空气对土壤进行预处理；

e、二次冷却，降温后的土壤进入二级冷却装置，采用冷却水对土壤进行直接喷淋冷却。

在本发明一个较佳实施例中，所述热脱附设备采用电磁加热，电磁线圈布置于加热圆盘底层外部和外侧面。

在本发明一个较佳实施例中，所述电磁线圈与加热圆盘之间布置有隔热保温板，电磁线圈采取风冷方式进行冷却，机壳侧壁设置有进风口，机壳底部设置有出风口。

在本发明一个较佳实施例中，所述机壳上固定有搅拌叶，搅拌叶上设有加强筋。

在本发明一个较佳实施例中，所述机壳上设有导流板和挡板。

在本发明一个较佳实施例中，所述出料螺旋输送机为有轴螺旋，分为两段，进料末端无机壳。

在本发明一个较佳实施例中，所述出料螺旋输送机包括螺旋轴，所述螺旋轴上焊接有加长的搅拌桨。

在本发明一个较佳实施例中，所述冷却机为圆盘式冷却机，冷却机的圆盘内和夹套内通入高压冷却水对土壤进行间接冷却，同时冷却机内通入冷却风对土壤进行直接冷却。

在本发明一个较佳实施例中，所述二级冷却装置内的冷却水中有过硫酸盐，冷却土壤的同时对土壤进行氧化处理，其中，所述过硫酸盐采用过硫酸钠或过硫酸钾。

本发明的有益效果是：本发明的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，采用圆盘式热脱附设备，内部转动装置少，灰尘产生量小，能耗低；热脱附后的高温土壤，采用水间接冷却和空气直接冷却方式，对土壤进行冷却降温，同时回收的能量用于土壤预处理；采用直接喷淋冷却的方式对土壤进行二次冷却，利用土壤的热量引发过硫酸盐产生自由基，自由基进一步分解土壤中的污染物。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，其中：

图1 是本发明用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺的一较佳实施例的流程示意图；

图2是本发明热脱附设备的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明螺旋输送机的结构示意图；

图5是本发明挡板的结构示意图；

图6是本发明冷却机的结构示意图；

附图中的标记为：1、加热圆盘，2、机壳，3、进料螺旋输送机，4、密闭装置，5、物料进口，6、出料螺旋输送机，7、搅拌叶，8、加强筋，9、物料出口，10、电磁线圈，11、隔热保温材料，12、气孔，13、抽气口，14、尾气口，15、第一导流板，16、螺旋轴，17、桨叶，18、搅拌桨，19、挡板，20、第二导流板，21、进风口，22、出风口，23、圆盘，24、夹套，25、进水口，26、出水口。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。

如图1所示，本发明实施例包括：

一种用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，包括以下具体步骤：

a、筛选，土壤经过振动筛去除其中大体积的石块或建筑垃圾，再经二次振动筛控制土壤颗粒直径不大于40mm后进入干燥机；

b、干燥，干燥机对土壤进行加热干燥处理，降低土壤中的含水率；

c、热脱附，土壤经干燥机预处理升温后进入热脱附设备，热脱附设备采用圆盘式热脱附设备，分为加热圆盘和机壳两部分，加热圆盘与机壳间设有密闭装置，气体不能流通，热脱附设备上设有物料进口和物料出口，土壤进入热脱附设备后，均匀分布于加热圆盘上，土壤被快速加热至500-600℃同时随加热圆盘旋转，固定于机壳上的搅拌叶对土壤进行翻抛搅拌，土壤到达出料口后，被出料螺旋输送机出热脱附设备；

d、冷却，高温的土壤从热脱附设备排出后，进入冷却机，经冷却后土壤温度降至150℃，冷却得到高温水和空气对土壤进行预处理；

e、二次冷却，降温后的土壤进入二级冷却装置，采用冷却水对土壤进行直接喷淋冷却。

上述中，所述的干燥机采用带式干燥机。其中，所述的干燥机使用的热源为高温土壤回收的高温水和高温空气。

所述的热脱附设备采用电磁加热，电磁线圈布置于加热圆盘底层外部和外侧面；所述的热脱附设备采用工频电源，在交变磁场变化下，加热圆盘和土壤中的铁质土壤微粒被加热。其中，所述的热脱附设备的机壳上还设有抽气口，通过抽气口将热脱附设备产生的气体抽出后进行后续处理。本实施例中，所述的热脱附产生的尾气从热脱附设备顶部的尾气口排出，经喷淋冷却后至50-60℃，使尾气中的水蒸气与部分有机物冷凝。

结合附图1至图6，本发明的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺的具体实施过程：

污染土壤经挖掘机挖掘后送至处理场所，土壤先用振动筛去除其中大体积的石块、建筑垃圾等，经二次振动筛控制颗粒直径不大于40mm后进入干燥机，干燥机的热源为高温土壤回收的高温水和高温空气，干燥机产生的尾气经处理后达标排放。土壤经预处理后含水量降低，温度提高，采用出料螺旋输送机送至热脱附设备；

热脱附设备为圆形，采用圆盘式热脱附设备，分为加热圆盘1和机壳2两部分，加热圆盘1在电机带动下转动，机壳2固定不动，加热圆盘1与机壳2间设有密闭装置4，防止二者的气体混杂。机壳2上设有物料进口5和物料出口9，机壳2连接有进料螺旋输送机3和出料螺旋输送机6。土壤由进料螺旋输送机3均匀分布于加热圆盘1上。热脱附采用电磁加热，采用工频电源，在交变磁场变化下，加热圆盘1以及土壤中的铁质土壤微粒被加热。由于电磁加热优良性能，土壤被快速加热至500-600℃，土壤中的挥发性物质从土壤中脱附分离。机壳2的顶部还设置有尾气口14，热脱附产生的尾气从热脱附设备顶部的尾气口排出；

随着加热圆盘1的旋转，固定于机壳2上的搅拌叶7对土壤进行翻抛搅拌，使土壤均匀受热，同时加快挥发性物质与土壤的脱离。搅拌叶7上设有加强筋8，提高搅拌叶7的结构稳定性，同时提高搅拌效果。相邻两个搅拌叶7为间隔排布；

热脱附设备内设有第一导流板15，第一导流板15用于将土壤导向出料螺旋输送机6。出料螺旋输送机6为有轴螺旋输送机，机身分为两段，进料的末端无机壳，出料螺旋输送机6的螺旋轴16上有叶片17，螺旋轴16还上设置有三个加长的搅拌桨18，将土壤提升至螺旋输送机。在热脱附设备内还设置有一挡板19和第二导流板20，第二导流板20将土壤导向螺旋输送机，挡板19避免土壤返混；

电磁线圈10均匀的设置在加热圆盘1的底部和外壁，与热脱附设备不接触，中间为隔热保温材料11。机壳2侧壁上开有气孔12，机壳底部设有抽气口13，通过风机抽风对电磁线圈10进行降温；

高温的土壤从热脱附设备排出后，进入冷却机，冷却机采取圆盘式，冷却机带有夹套24。冷却机的圆盘23内和夹套24内通入高压冷却水，对土壤进行间接冷却。同时，冷却机上设置有进水口25、出水口26、进风口21和出风口22，进风口21内通入冷却风，对土壤进行直接冷却。经冷却机后，高温土壤的温度降至150℃左右；

降温后的土壤进入二级冷却装置，采用冷却水直接喷淋冷却，冷却水中加有过硫酸钠或过硫酸钾，在热引发下，过硫酸钠或过硫酸钾产生自由基进一步氧化分解土壤中的污染物；

热脱附设备产生的尾气从热脱附设备顶部排出，经喷淋冷却后使尾气中的水蒸气与部分有机物冷凝，降温后的尾气在进行后续处理，达标后排放。

本发明的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺与现有技术相比具有如下优点：

1、热脱附设备内动设备较少，气体中含尘量小；

2、采用电磁加热，降低了系统最高温度，提高设备安全性，降低设备制造难度；

3、热脱附设备处理后土壤冷却采用直接接触与间接接触相结合的方式，传热系数高，换热面积小；

4、二级冷却设备采取过硫酸钠或过硫酸钾水溶液为冷却水，可以进一步降低土壤中污染物质含量。

综上所述，本发明的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，采用圆盘式热脱附设备，内部转动装置少，灰尘产生量小，能耗低；对于热脱附后的高温土壤，采用水间接冷却和空气直接冷却方式，对土壤进行冷却降温，同时回收的能量用于土壤预处理，再对土壤进行二次冷却时，充分利用土壤的热量，在冷却水中加入过硫酸盐，通过过硫酸盐的产生自由基进一步分解土壤中的污染物。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，其特征在于，包括以下具体步骤：

a、筛选，土壤经过振动筛去除其中大体积的石块或建筑垃圾，再经二次振动筛控制土壤颗粒直径不大于40mm后进入干燥机；

b、干燥，干燥机对土壤进行加热干燥处理，降低土壤中的含水率；

c、热脱附，土壤经干燥机预处理升温后进入热脱附设备，热脱附设备采用圆盘式热脱附设备，分为加热圆盘和机壳两部分，加热圆盘与机壳间设有密闭装置，气体不能流通，热脱附设备上设有物料进口和物料出口，土壤进入热脱附设备后，均匀分布于加热圆盘上，土壤被快速加热至500-600℃同时随加热圆盘旋转，固定于机壳上的搅拌叶对土壤进行翻抛搅拌，土壤到达出料口后，被出料螺旋输送机出热脱附设备；

d、冷却，高温的土壤从热脱附设备排出后，进入冷却机，经冷却后土壤温度降至150℃，冷却得到高温水和空气对土壤进行预处理；

e、二次冷却，降温后的土壤进入二级冷却装置，采用冷却水对土壤进行直接喷淋冷却。

2.根据权利要求1所述的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，其特征在于，所述热脱附设备采用电磁加热，电磁线圈布置于加热圆盘底层外部和外侧面。

3.根据权利要求2所述的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，其特征在于，所述电磁线圈与加热圆盘之间布置有隔热保温板，电磁线圈采取风冷方式进行冷却，机壳侧壁设置有进风口，机壳底部设置有出风口。

4.根据权利要求1所述的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，其特征在于，所述机壳上固定有搅拌叶，搅拌叶上设有加强筋。

5.根据权利要求1所述的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，其特征在于，所述机壳上设有导流板和挡板。

6.根据权利要求1所述的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，其特征在于，所述出料螺旋输送机为有轴螺旋，分为两段，进料末端无机壳。

7.根据权利要求6所述的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，其特征在于，所述出料螺旋输送机包括螺旋轴，所述螺旋轴上焊接有加长的搅拌桨。

8.根据权利要求1所述的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，其特征在于，所述冷却机为圆盘式冷却机，冷却机的圆盘内和夹套内通入高压冷却水对土壤进行间接冷却，同时冷却机内通入冷却风对土壤进行直接冷却。

9.根据权利要求1所述的用于治理污染土壤的以热脱附为主的复合工艺，其特征在于，所述二级冷却装置内的冷却水中有过硫酸盐，冷却土壤的同时对土壤进行氧化处理，其中，所述过硫酸盐采用过硫酸钠或过硫酸钾。

Images