CN108815985A - 一种脉冲加热式处理污染土壤热解析尾气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲加热式处理污染土壤热解析尾气的方法，包括：除尘处理、冷却处理、脉冲加热式催化降解、吸收处理；其中的脉冲加热式催化降解是将冷却除尘后的尾气送入催化处理室进行处理，处理过程是伴有吸附‑加热两个阶段的间歇式反应，其中吸附过程是在低温下首先将污染物吸附在催化剂上；检测达到吸附饱和后，将催化剂升温至150‑500℃，催化降解时间为2秒以上；吸附的各种污染物被完全分解，催化剂得以原位再生，再生后的催化剂可继续下一个脉冲吸附阶段。

Description

一种脉冲加热式处理污染土壤热解析尾气的方法
技术领域
本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体地讲，涉及到一种脉冲加热式处理污染土壤热解析尾气的方法。
背景技术
本发明是关于一种脉冲加热式处理污染土壤热解析尾气的方法，该方法是在传统热解析技术的基础上对其进行优化、改进并结合催化燃烧技术开发而成。传统的热解析适用于挥发性或半挥发性有机物治理，具有处理效率高、无二次污染、修复后土壤可利用的特点，但是也存在能耗较大，热能利用率低，作为尾气吸附的活性炭需要再次处理等问题。一般，热解析工艺分为热解析和尾气处理两部分，首先，污染物在相对高的温度下与土壤分离，其次，解析的污染物以高温焚烧或活性炭吸附的方式进行处理，高温焚烧通常需要在1200℃的高温下进行，能耗约占工艺总能耗的60％以上，高能耗限制了该技术的实际应用；与此同时，使用活性炭吸附尾气中的污染物，并没有从根本上分解污染物，当活性炭吸附饱和时，需要进行再次处理，同样增加了处理成本。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
本发明是基于发明人的下列发现而完成的：
在利用热解析技术进行污染土壤修复时，尾气处理过程会伴随着高能耗或吸附饱和的问题，因此，限制了热解析技术在土壤修复领域的应用。发明人通过研究意外地发现，通过脉冲式加热技术可以有效的分解污染物，同时具有较低的能耗，而且兼具吸附和催化功能的材料可以重复利用，节约了更换成本。
有鉴于此，本发明提出了一种脉冲加热式处理土壤热解析尾气的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：除尘处理、脉冲加热式催化降解、吸收处理；
根据本发明的实施例，上述脉冲加热式处理土壤热解析尾气的方法还可以具有下列附加技术特征：
根据本发明的实施例，所述除尘处理可以为水洗除尘，旋风除尘，布袋除尘或静电除尘的一种或几种联用，经过除尘处理后，尾气中的颗粒物污染物被去除，有利于提高后续挥发性有机物的去除。
根据本发明的实施例，所述脉冲加热式催化降解是将除去了颗粒物的尾气送入催化处理室进行间歇式吸附-加热降解反应，经过降解后的尾气排出进入吸收处理。
根据本发明的实施例，所述间歇式吸附-加热降解反应的过程如下：在20-100℃的低温阶段，含有机污染物的气体经过催化剂床层，有机污染物被催化剂的孔道和表面活性物种捕捉吸附，当传感器检测到出口有机物浓度超过设定值时，启动加热模块至200-500℃，此时吸附在催化剂表面的有机物与催化剂发生催化降解反应，降解为小分子的分解产物，如二氧化碳，水等，有机物分解后，催化剂得以再生，可以重新吸附有机物。以上过程可以有效的去除热解析过程产生的有机污染物，并达到降低能耗、节省成本的效果。
根据本发明的实施例，所述催化剂为选自下列的至少一种：TiO2、CeO2、ZrO2、NiO、CuxO、MnOx、FeOx、CoOx、水滑石、羟基磷灰石。由此，可以有效地对挥发性有机物进行分解，并且能够通过对催化剂在不同温度下的活性进行调节控制，进而可以进一步提高降解的效率和效果。
根据本发明的实施例，所述催化剂负载于载体上，所述载体为选自下列的至少一种：天然沸石、合成分子筛、堇青石、尖晶石、莫来石。由此，可以为所述催化剂提供载体支撑，提高催化剂的分散度、降低催化剂的成本、提高催化剂的强度、而可以进一步提高降解效率和效果。
根据本发明的实施例，所述间歇式吸附-加热降解反应进一步包括：气体浓度传感器，所述气体传感器用于检测反应器出口的污染物浓度；以及第一控制模块，所述第一控制模块分别与所述气体传感器和所述加热模块相连，用于控制所述加热模块的开启和关闭。由此，可以有效地控制催化剂的温度和加热时间，从而便于提高有机物的降解效率，另外可以实现节省能量。
根据本发明的实施例，所述的吸收处理的过程是尾气经过催化剂的降解后，进入吸收处理，通过吸收液将二氧化硫、氮氧化物或氯化氢等污染物吸收，最后尾气达到标准排出。
根据本发明的实施例，本发明具有下列优点至少之一：
1、根据本发明的实施例，可以对土壤热解析尾气催化降解，降解效率高，无二次污染物产生。
2、根据本发明的实施例，以脉冲加热式处理有机污染物，可以控制加热的温度和时间，具有能耗小，寿命长，催化剂可以反复利用的优点。
3、根据本发明的实施例，对于不同污染类型的土壤，可以有针对性的选择不同类型的催化剂，确保对污染土壤进行经济有效的处理，因而对污染土壤中的有机物复杂性有很好的适应能力。
附图说明
图1显示了根据本发明一个实施例的方法示意图；
图2显示了根据本发明另一个实施例的方法示意图；
附图标记说明：
100：除尘处理反应器
200：脉冲加热式催化降解反应器
300：吸收处理反应器
400：第一控制模块
500：气体传感器
600：加热模块
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参考图1，根据本发明的实施例，该方法包括除尘处理反应器100、脉冲加热式催化降解反应器200和吸收处理反应器300。根据本发明的实施例，除尘处理反应器100用于去除尾气中的颗粒物，脉冲加热式催化降解反应器200与除尘处理反应器100相连，用于对所述尾气进行净化，吸收处理反应器300与脉冲加热式催化降解反应器200相连，用于吸收难分解的小分子污染物。由此，利用根据本发明实施例的方法，能够有效地对污染土壤热解析产生的尾气进行净化处理，最后达标排放。
关于除尘处理反应器100，其类型并不受特别限制。本领域技术人员可以根据需要选择适当的除尘手段作为除尘处理反应器100对尾气进行除尘处理。根据本发明的实施例，除尘处理反应器100可以选自水洗除尘，旋风除尘，布袋除尘或静电除尘的至少一种。由此，可以降低尾气中的颗粒物浓度，便于下一步的催化降解反应。
关于脉冲加热式催化降解反应器200，污染土壤热解析尾气中含有大量的有机污染物，如苯系物，多环芳烃等，本领域技术人员可以将去除颗粒物的尾气通入脉冲加热式催化降解反应器200，发明人发现，有机物污染我在通过催化剂床层时会吸附在催化剂上，吸附温度为20-100℃，吸附时间依据有机物的浓度和催化剂的放置量的不同可以达到0-10小时。根据本发明的实施例，催化剂为选自下列的至少一种：TiO2、CeO2、ZrO2、NiO、CuxO、MnOx、FeOx、CoOx、水滑石、羟基磷灰石。其中，x为分别独立的0到4。根据本发明的实施例，载体对所述催化剂起支撑作用，催化剂对有机物起到吸附和分解作用，催化剂与载体的质量比可以为0.1％到50％。由此，可以有效地对有机物进行分解，并且能够通过对催化剂活性进行调节控制有机物分解的类型，进而可以进一步提高污染物降解的效率和效果。根据本发明的实施例，催化剂负载于载体上，载体为选自下列的至少一种：天然沸石、合成分子筛、堇青石、尖晶石、莫来石。由此，可以通过控制催化剂的活性，例如通过调节催化剂的温度和加热时间来实现对催化剂的工作效率进行调节，实现将吸附在催化剂上的有机物完全催化分解，尾气中的有机物分解率可以达到99.99％以上。
另外，根据本发明的实施例，参考图2，空气净化装置还可以进一步包括第一控制模块400、气体传感器500和加热模块600。根据本发明的实施例，气体传感器500用于检测尾气中的有机物浓度，第一控制模块400分别与气体传感器500和加热模块600相连，用于控制加热模块600的开启和关闭。换句话说，气体传感器500可以检测到尾气中有机物的浓度，第一控制模块400可以基于从气体传感器500接收到的有机物浓度参数，来控制加热模块600的开启或者关闭。如果有机物浓度低于预定的数值，则关闭加热模块600，使催化剂在不进行加热处理的情况下，直接在低温吸附有机物。如果有机物浓度参数高于预定的数值，则启动加热模块600，使催化剂的温度至200-500℃，此时吸附在催化剂表面的有机物与催化剂发生催化降解反应，降解为小分子的分解产物，如二氧化碳，水等，有机物分解后，催化剂得以再生，可以重新吸附有机物。这里所提到的预定的数值，可以为至少有机物进口浓度的1％，优选至少0.1％。
关于吸收处理反应器300，其类型不受限制，尾气经过脉冲加热式催化降解反应器200处理后，依然含有少量的一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物等小分子无机污染物，需要进行吸收处理。本领域技术人员可以根据需要选择适当的吸收处理手段对尾气进行吸收处理。根据本发明的实施例，吸收处理反应器300可以选择使用氢氧化钠作为吸收液的吸收塔，运行方式可以为鼓泡式、喷淋式等，实现污染物与吸收液的酸碱中和。最终排出pH达到中性的废水和污染物浓度达标的尾气。
综上所述，根据本发明的实施例，整体过程如下，第一阶段对污染土壤进行加热，有机污染物从土壤中热解析下来形成尾气，尾气首先经过过滤掉颗粒物，可以通过选择适当的除尘处理反应器，对尾气中的颗粒物进行过滤净化，然后将尾气通入脉冲加热式催化降解反应器，该反应器是一种间歇式吸附-加热降解反应器，有机污染物在内部的反应过程如下：在20-100℃的低温阶段，含有机污染物的气体经过催化剂床层，有机污染物被催化剂的孔道和表面活性物种捕捉吸附，当传感器检测到出口有机物浓度超过设定值时，启动加热模块至200-500℃，此时吸附在催化剂表面的有机物与催化剂发生催化降解反应，降解为小分子的分解产物，如二氧化碳，水等，有机物分解后，催化剂得以再生，可以重新吸附有机物。该过程结束后，尾气通入吸收处理反应器，吸收难以分解的小分子无机污染物，最终实现尾气的达标排放。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种脉冲加热式处理土壤热解析尾气的方法。该方法包括：除尘处理、脉冲加热式催化降解、吸收处理。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲加热式处理土壤热解析尾气的方法，其特征在于，所述除尘处理可以为水洗除尘，旋风除尘，布袋除尘或静电除尘的一种或几种联用，经过除尘处理后，尾气中的颗粒物污染物被去除，有利于提高后续挥发性有机物的去除。
3.根据权利要求2所述的一种脉冲加热式处理土壤热解析尾气的方法，其特征在于，所述脉冲加热式催化降解是将除去了颗粒物的尾气送入催化处理室进行间歇式吸附-加热降解反应，经过降解后的尾气排出进入吸收处理。
4.根据权利要求3所述的一种脉冲加热式处理土壤热解析尾气的方法，其特征在于，所述间歇式吸附-加热降解反应的过程如下：在20-100℃的低温阶段，含有机污染物的气体经过催化剂床层，有机污染物被催化剂的孔道和表面活性物种捕捉吸附，当传感器检测到出口有机物浓度超过设定值时，启动加热模块至200-500℃，此时吸附在催化剂表面的有机物与催化剂发生催化降解反应，降解为小分子的分解产物，如二氧化碳，水等，有机物分解后，催化剂得以再生，可以重新吸附有机物。以上过程可以有效的去除热解析过程产生的有机污染物，并达到降低能耗、节省成本的效果。
5.根据权利要求3所述的一种脉冲加热式处理土壤热解析尾气的方法，其特征在于，所述催化剂为选自下列的至少一种：TiO2、CeO2、ZrO2、NiO、CuxO、MnOx、FeOx、CoOx、水滑石、羟基磷灰石。由此，可以有效地对挥发性有机物进行分解，并且能够通过对催化剂在不同温度下的活性进行调节控制，进而可以进一步提高降解的效率和效果。
6.根据权利要求3所述的一种脉冲加热式处理土壤热解析尾气的方法，其特征在于，所述催化剂负载于载体上，所述载体为选自下列的至少一种：天然沸石、合成分子筛、堇青石、尖晶石、莫来石。由此，可以为所述催化剂提供载体支撑，提高催化剂的分散度、降低催化剂的成本、提高催化剂的强度、而可以进一步提高降解效率和效果。
7.根据权利要求3所述的一种脉冲加热式处理土壤热解析尾气的方法，其特征在于，所述间歇式吸附-加热降解反应进一步包括：气体浓度传感器，所述气体传感器用于检测反应器出口的污染物浓度；以及第一控制模块，所述第一控制模块分别与所述气体传感器和所述加热模块相连，用于控制所述加热模块的开启和关闭。由此，可以有效地控制催化剂的温度和加热时间，从而便于提高有机物的降解效率，另外可以实现节省能量。
8.根据权利要求3所述的一种脉冲加热式处理土壤热解析尾气的方法，其特征在于，所述的吸收处理的过程是尾气经过催化剂的降解后，进入吸收处理，通过吸收液将二氧化硫、氮氧化物或氯化氢等污染物吸收，最后尾气达到标准排出。
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