CN109290352B - 一种POPs污染土壤的热脱附修复处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种POPs污染土壤的热脱附修复处理装置及方法，所述装置主要包括预处理装置、热脱装置、除尘装置、喷淋装置、冷却装置、吸附装置、排放塔和控制系统，预处理装置、热脱装置、除尘装置、喷淋装置、冷却装置、吸附装置、排放塔依次连接，控制系统与预处理装置、热脱装置、除尘装置、喷淋装置、冷却装置、吸附装置连接；所述方法包括：预处理、热脱附修复处理、脱附后的尾气处理；本发明加入PID气体探测器和FID探测器能够有效地探测出土壤中的污染物类别从而做出对热修复处理时的温度进行调节，能够有效地节约运行成本，适合大量推广。

Description

一种POPs污染土壤的热脱附修复处理装置及方法

技术领域

本发明涉及污染土壤物化处置技术领域，具体涉及一种POPs污染土壤的热脱附修复处理装置及方法。

背景技术

POPs是一类具有长期残留性、生物累积性、半挥发性和高毒性，并通过各种环境介质(大气、水、生物等)能够长距离迁移对人类健康和环境具有严重危害的天然的或人工合成的有机污染物。

土壤是人类赖以生存的根本。随着社会的进步与发展，土壤环境已经遭受了越来越多的污染，持久性有机污染物对土壤已经造成了巨大的危害，持久性有机污染物能够直接对土壤动植物、微生物造成巨大危害，并且通过一些途径扩散到水体、空气中对人体的健康造成了巨大的损害，所以POPs污染土壤对整个生态系统都造成了巨大的危害。

现有技术中处理POPs污染土壤大多使用的是热脱附技术，热脱附技术具有污染物处理范围宽、处理速率高、设备可移动、修复后土壤可再利用等优点，特别是对于PCBs这类含氯有机物，非氧化燃烧的处理方式可以显著减少二噁英的生成；但是现有技术中都无法做出针对性的针对污染物做出热脱附温度的调整，这样就造成了要么处理成效不明显，要么运行成本过高的不足；如专利号： CN102218446A的发明专利，公开了一种污染土的热脱附方法，包括：将污染土在400-650℃下进行热脱附；将由所述热脱附步骤排出的包含气化污染物的烟气在750-1200℃下进行焚烧；因为在400-650℃下进行热脱附会发生不完全燃烧现象；并且现有技术中在进行热脱附时，并不会在热脱附前期进行有效地预处理，这样污染土壤会伴随灰尘进行扩散，污染人体健康，如国内首例：2014年10月 13日晚，毗邻北京南五环的北京焦化厂污染土壤修复项目施工现场尘土飞扬，施工过程中污染物挥发到空气中产生的异味，为附近环境造成了二次污染问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种智能化的POPs污染土壤的热脱附修复处理装置，本发明解决的另一个技术问题是提供了一种POPs污染土壤的热脱附修复处理方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种POPs污染土壤的热脱附修复处理装置，主要包括预处理装置、热脱装置、除尘装置、喷淋装置、冷却装置、吸附装置、排放塔和控制系统；所述热脱装置包括中转仓、一级热脱附仓、二级热脱附仓和燃烧室；所述除尘装置包括旋风除尘器和布袋除尘器；

所述预处理装置包括搅拌装置、筛选装置和烘干装置，所述搅拌装置上设置有注液口、搅拌进料口和搅拌出料口，所述筛选装置上设置有筛选进料口、筛选出料口一和筛选出料口二，所述烘干装置设置有烘干进料口、烘干出料口和尾气排放口；所述注液口用于注入少量液体，所述搅拌进料口用于POPs污染土壤的进料，所述搅拌出料口与所述筛选进料口连接，所述筛选出料口一与所述烘干进料口连接，所述筛选出料口二用于POPs污染土壤中的杂物，所述烘干出料口与所述中转仓连接，所述尾气排放口与所述二级热脱附仓连接，连接处设置有PID 气体探测器；

中转仓与所述一级热脱附仓连接，一级热脱附仓上设置有热能收集装置，所述热能收集装置与二级热脱附仓连接，所述燃烧室与一级热脱附仓连接；所述一级热脱附仓、二级热脱附仓内部都设置有FID探测器；

所述旋风除尘器分别与一级热脱附仓、二级热脱附仓连接，所述布袋除尘器与旋风除尘器连接；

所述喷淋装置分别于一级热脱附仓、布袋除尘器连接；所述冷却装置与喷淋装置连接；所述吸附装置与冷却装置连接；所述排放塔与吸附装置连接；所述控制系统与PID气体探测器、FID探测器、压力感应装置、搅拌装置、筛选装置和烘干装置、热脱装置、除尘装置、喷淋装置、冷却装置、吸附装置、排放塔连接预处理装置还包括壳体，且搅拌进料口、烘干出料口和尾气排放口与壳体接触处都设置有密封条。

进一步地，搅拌装置内部设置有重量传感器，能够有效地控制加入待修复的污染土壤的质量。

进一步地，少量液体为乙醚和水，且乙醚与POPs污染土壤的质量比为 1:800-1000，水与POPs污染土壤的质量比为1:20；持久性有机污染物通常是卤化有机化合物，并且显示出高质量脂溶性，乙醚的沸点是34.6℃，少量液体为乙醚和水的加入能够分担部分污染物在进行烘干处理时随着尾气进入二级热脱附仓中进行处理，更加高效。

进一步地，冷却装置和吸附装置之间增设有等离子处理装置，利用等离子处理装置能够进一步地处理尾气中无污染物，避免了二次污染。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：一种POPs污染土壤的热脱附修复处理方法，包括以下步骤：

S1：预处理

将待处理的POPs污染土壤由搅拌进料口加入，由重量传感器感应加入的土壤的重量，再通过注液口向搅拌装置加入与已加入土壤质量比为1:800-1000的乙醚和与已加入土壤质量比为1:20的水，进行搅拌，搅拌时间为5-8min；完毕后，土壤进入筛选装置，将污染土壤经筛分、剔除石块和砖块后，进入烘干装置中，经过15-20min后，进入中转仓；其中，烘干时，打开二级热脱附仓，令烘干时产生的尾气进入二级热脱附仓，并且由PID气体探测器判断POPs污染土壤中的主要污染物；

S2：热脱附修复处理

由中转仓将土壤转移至一级热脱附仓中，对土壤在1200℃下先进行探测性热脱附处理，由FID探测器探测主要污染物；再对土壤在500～1200℃下进行热脱附；同时，二级热脱附仓通过热能收集装置将一级热脱附仓的热能传递到二级热脱附仓对上述产生的烘干尾气进行热脱附；

S3：脱附后的尾气处理

脱附后的尾气依次进入旋风除尘器、布袋除尘器、喷淋装置、冷却装置、等离子处理装置、吸附装置，分别进行除尘、冷却至室温、去除水分、等离子反应和吸附处理达标后通过排放塔进行排放；将冷却装置处理的冷却浓缩液和吸附装置处理后的的活性炭进行外运单独处理。

进一步地，S2中通过FID探测器探测主要污染物，对土壤在500～1200℃下进行阶梯式增温的热脱附处理，并且每2min增温50℃，并且当FID探测器不再探测到污染物时热脱附处理过程结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明在预处理时加入与POPs污染土壤的质量比为1:20的水能够有效地防止在进行预处理(破碎、筛选)时产生的灰尘夹杂污染物对周围环境造成二次污染；同时，本发明在与处理时加入与 POPs污染土壤的质量比为1:800-1000的乙醚，能够有效地将土壤中的污染物分离少部分出来利用二级热脱附仓进行热脱附修复处理，具有高效性；同时，本发明加入PID气体探测器和FID探测器能够有效地探测出土壤中的污染物类别从而做出对热修复处理时的温度进行调节，能够有效地节约运行成本，适合大量推广。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明的预处理装置的结构示意图；

其中，1-预处理装置、11-搅拌装置、12-筛选装置、13-烘干装置、110-注液口、21-转仓、22-一级热脱附仓、220-热能收集装置、23-二级热脱附仓、24- 燃烧室、31-旋风除尘器、32-布袋除尘器、4-喷淋装置、5-冷却装置、6-吸附装置、7-排放塔、8-控制系统、9-等离子处理装置。

具体实施方式

实施例1：如图1所示的一种POPs污染土壤的热脱附修复处理装置，主要包括预处理装置1、热脱装置、除尘装置、喷淋装置4、冷却装置5、吸附装置6、排放塔7和控制系统8；热脱装置包括中转仓21、一级热脱附仓22、二级热脱附仓23和燃烧室24；除尘装置包括旋风除尘器31和布袋除尘器32；

预处理装置1包括搅拌装置11、筛选装置12和烘干装置13，搅拌装置11 上设置有注液口110、搅拌进料口和搅拌出料口，筛选装置12上设置有筛选进料口、筛选出料口一和筛选出料口二，烘干装置13设置有烘干进料口、烘干出料口和尾气排放口；注液口110用于注入少量液体，搅拌进料口用于POPs污染土壤的进料，搅拌出料口与筛选进料口连接，筛选出料口一与烘干进料口连接，筛选出料口二用于POPs污染土壤中的杂物，烘干出料口与中转仓21连接，尾气排放口与二级热脱附仓23连接，连接处设置有PID气体探测器；

中转仓21与一级热脱附仓22连接，一级热脱附仓22上设置有热能收集装置220，热能收集装置220与二级热脱附仓23连接，燃烧室24与一级热脱附仓 22连接；一级热脱附仓22、二级热脱附仓23内部都设置有FID探测器；

旋风除尘器31分别与一级热脱附仓22、二级热脱附仓23连接，布袋除尘器32与旋风除尘器31连接；

喷淋装置4分别于一级热脱附仓22、布袋除尘器32连接；冷却装置5与喷淋装置4连接；吸附装置6与冷却装置5连接；排放塔7与吸附装置6连接；控制系统8与PID气体探测器、FID探测器、压力感应装置、搅拌装置11、筛选装置12和烘干装置13、热脱装置、除尘装置、喷淋装置4、冷却装置5、吸附装置6、排放塔7连接预处理装置1还包括壳体，且搅拌进料口、烘干出料口和尾气排放口与壳体接触处都设置有密封条

其中，搅拌装置11内部设置有重量传感器；少量液体为乙醚和水，且乙醚与POPs污染土壤的质量比为1:1000，水与POPs污染土壤的质量比为1:20；冷却装置5和吸附装置6之间增设有等离子处理装置9。

利用本装置对硝基苯类污染物土壤进行热脱附修复处理，包括以下步骤：

S1：预处理

将待处理的POPs污染土壤由搅拌进料口加入，由重量传感器感应加入的土壤的重量，再通过注液口110向搅拌装置11加入与已加入土壤质量比为1:1000 的乙醚和与已加入土壤质量比为1:20的水，进行搅拌，搅拌时间为8min；完毕后，土壤进入筛选装置12，将污染土壤经筛分、剔除石块和砖块后，进入烘干装置13中，经过20min后，进入中转仓21；其中，烘干时，打开二级热脱附仓 23，令烘干时产生的尾气进入二级热脱附仓23，并且由PID气体探测器判断POPs 污染土壤中的主要污染物为硝基苯类污染物；

S2：热脱附修复处理

由中转仓21将土壤转移至一级热脱附仓22中，对土壤在1200℃下先进行探测性热脱附处理，由FID探测器探测主要污染物；再对土壤在500-800℃下以每2min增温50℃的阶梯增温方式进行热脱附；同时，二级热脱附仓23通过热能收集装置220将一级热脱附仓22的热能传递到二级热脱附仓23对上述产生的烘干尾气进行热脱附；当FID探测器不再探测到污染物时，热脱附用时17min；

S3：脱附后的尾气处理

脱附后的尾气依次进入旋风除尘器31、布袋除尘器32、喷淋装置4、冷却装置5、等离子处理装置9、吸附装置6，分别进行除尘、冷却至室温、去除水分、等离子反应和吸附处理达标后通过排放塔7进行排放；将冷却装置5处理的冷却浓缩液和吸附装置6处理后的的活性炭进行外运单独处理。

对比例1：利用其它有机污染土壤热脱附修复装置对同批同质量硝基苯类污染物土壤进行热修复处理。

表1是实施例1与对比例1对同批同质量硝基苯类污染物土壤进行热修复处理的处理结果。

表1：对同批同质量硝基苯类污染物土壤进行热修复处理的对比

结论：由表1可以看出，在对硝基苯类污染物土壤进行热修复处理时，本发明更具高效性，并且最终的去除率更高。

实施例2：与实施例1不同的处在于：利用本装置对氯苯类污染物土壤进行热脱附修复处理，包括以下步骤：

S1：预处理

将待处理的POPs污染土壤由搅拌进料口加入，由重量传感器感应加入的土壤的重量，再通过注液口110向搅拌装置11加入与已加入土壤质量比为1:800 的乙醚和与已加入土壤质量比为1:20的水，进行搅拌，搅拌时间为5min；完毕后，土壤进入筛选装置12，将污染土壤经筛分、剔除石块和砖块后，进入烘干装置13中，经过15min后，进入中转仓21；其中，烘干时，打开二级热脱附仓 23，令烘干时产生的尾气进入二级热脱附仓23，并且由PID气体探测器判断POPs 污染土壤中的主要污染物为氯苯类污染物污染物；

S2：热脱附修复处理

由中转仓21将土壤转移至一级热脱附仓22中，对土壤在1200℃下先进行探测性热脱附处理，由FID探测器探测主要污染物；再对土壤在500-700℃下以每2min增温50℃的阶梯增温方式进行热脱附；同时，二级热脱附仓23通过热能收集装置220将一级热脱附仓22的热能传递到二级热脱附仓23对上述产生的烘干尾气进行热脱附；当FID探测器不再探测到污染物时，热脱附用时15min；

S3：脱附后的尾气处理

脱附后的尾气依次进入旋风除尘器31、布袋除尘器32、喷淋装置4、冷却装置5、等离子处理装置9、吸附装置6，分别进行除尘、冷却至室温、去除水分、等离子反应和吸附处理达标后通过排放塔7进行排放；将冷却装置5处理的冷却浓缩液和吸附装置6处理后的的活性炭进行外运单独处理。

对比例2：利用其它有机污染土壤热脱附修复装置对同批同质量氯苯类污染物土壤进行热修复处理。

表2是实施例2与对比例2对同批同质量硝基苯类污染物土壤进行热修复处理的处理结果。

表2：对同批同质量氯苯类污染物土壤进行热修复处理的对比

结论：由表2可以看出，在对硝基苯类污染物土壤进行热修复处理时，本发明更具高效性，并且最终的去除率更高。

实施例3：与实施例1不同的处在于：利用本装置对焚烧垃圾污染物土壤进行热脱附修复处理，包括以下步骤：

S1：预处理

将待处理的POPs污染土壤由搅拌进料口加入，由重量传感器感应加入的土壤的重量，在通过注液口110向搅拌装置11加入与已加入土壤质量比为1:900 的乙醚和与已加入土壤质量比为1:20的水，进行搅拌，搅拌时间为6min；完毕后，土壤进入筛选装置12，将污染土壤经筛分、剔除石块和砖块后，进入烘干装置13中，经过18min后，进入中转仓21；其中，烘干时，打开二级热脱附仓 23，令烘干时产生的尾气进入二级热脱附仓23，并且由PID气体探测器判断POPs 污染土壤中的主要污染物为二噁英；

S2：热脱附修复处理

由中转仓21将土壤转移至一级热脱附仓22中，对土壤在1200℃下先进行探测性热脱附处理，由FID探测器探测主要污染物；再对土壤在500-1200℃下以每2min增温50℃的阶梯增温方式进行热脱附；同时，二级热脱附仓23通过热能收集装置220将一级热脱附仓22的热能传递到二级热脱附仓23对上述产生的烘干尾气进行热脱附；当FID探测器不再探测到污染物时，热脱附用时60min；

S3：脱附后的尾气处理

脱附后的尾气依次进入旋风除尘器31、布袋除尘器32、喷淋装置4、冷却装置5、等离子处理装置9、吸附装置6，分别进行除尘、冷却至室温、去除水分、等离子反应和吸附处理达标后通过排放塔7进行排放；将冷却装置5处理的冷却浓缩液和吸附装置6处理后的的活性炭进行外运单独处理。

对比例3：利用其它有机污染土壤热脱附修复装置对同批同质量氯苯类污染物土壤进行热修复处理。

表3是实施例3与对比例3对同批同质量焚烧垃圾污染物土壤进行热修复处理的处理结果。

表3：对同批同质量焚烧垃圾污染物土壤进行热修复处理的对比

结论：由表3可以看出，在对焚烧垃圾污染物土壤(易产生二噁英污染物的土壤)进行热修复处理时，本发明依旧具备有较高的去除率，而对比例3中的装置无法有效地对二噁英污染物进行降解。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种POPs污染土壤的热脱附修复处理装置，其特征在于，主要包括预处理装置（1）、热脱装置、除尘装置、喷淋装置（4）、冷却装置（5）、吸附装置（6）、排放塔（7）和控制系统（8）；所述热脱装置包括中转仓（21）、一级热脱附仓（22）、二级热脱附仓（23）和燃烧室（24）；所述除尘装置包括旋风除尘器（31）和布袋除尘器（32）；

所述预处理装置（1）包括搅拌装置（11）、筛选装置（12）和烘干装置（13），所述搅拌装置（11）上设置有注液口（110）、搅拌进料口和搅拌出料口，所述筛选装置（12）上设置有筛选进料口、筛选出料口一和筛选出料口二，所述烘干装置（13）设置有烘干进料口、烘干出料口和尾气排放口；所述注液口（110）用于注入少量液体，所述搅拌进料口用于POPs污染土壤的进料，所述搅拌出料口与所述筛选进料口连接，所述筛选出料口一与所述烘干进料口连接，所述筛选出料口二用于POPs污染土壤中的杂物，所述烘干出料口与所述中转仓（21）连接，所述尾气排放口与所述二级热脱附仓（23）连接，连接处设置有PID气体探测器；搅拌装置（11）内部设置有重量传感器；少量液体为乙醚和水，且乙醚与POPs污染土壤的质量比为1:800-1000，水与POPs污染土壤的质量比为1:20；

中转仓（21）与所述一级热脱附仓（22）连接，一级热脱附仓（22）上设置有热能收集装置（220），所述热能收集装置（220）与二级热脱附仓（23）连接，所述燃烧室（24）与一级热脱附仓（22）连接；所述一级热脱附仓（22）、二级热脱附仓（23）内部都设置有FID探测器；

所述旋风除尘器（31）分别与一级热脱附仓（22）、二级热脱附仓（23）连接，所述布袋除尘器（32）与旋风除尘器（31）连接；

所述喷淋装置（4）分别与一级热脱附仓（22）、布袋除尘器（32）连接；所述冷却装置（5）与喷淋装置（4）连接；所述吸附装置（6）与冷却装置（5）连接；所述排放塔（7）与吸附装置（6）连接；所述控制系统（8）与PID气体探测器、FID探测器、重量传感器、搅拌装置（11）、筛选装置（12）和烘干装置（13）、热脱装置、除尘装置、喷淋装置（4）、冷却装置（5）、吸附装置（6）、排放塔（7）连接；冷却装置（5）和吸附装置（6）之间增设有等离子处理装置（9）；

预处理装置（1）还包括壳体，且搅拌进料口、烘干出料口和尾气排放口与壳体接触处都设置有密封条。

2.一种POPs污染土壤的热脱附修复处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：预处理

将待处理的POPs污染土壤由搅拌进料口加入，由重量传感器感应加入的土壤的重量，再通过注液口（110）向搅拌装置（11）加入与已加入土壤质量比为1:800-1000的乙醚和与已加入土壤质量比为1:20的水，进行搅拌，搅拌时间为5-8min；完毕后，土壤进入筛选装置（12），将污染土壤经筛分、剔除石块和砖块后，进入烘干装置（13）中，经过15-20min后，进入中转仓（21）；其中，烘干时，打开二级热脱附仓（23），令烘干时产生的尾气进入二级热脱附仓（23），并且由PID气体探测器判断POPs污染土壤中的主要污染物；

S2：热脱附修复处理

由中转仓（21）将土壤转移至一级热脱附仓（22）中，对土壤在1200℃下先进行探测性热脱附处理，由FID探测器探测主要污染物；再对土壤在500～1200℃下进行热脱附；同时，二级热脱附仓（23）通过热能收集装置（220）将一级热脱附仓（22）的热能传递到二级热脱附仓（23）对上述产生的烘干尾气进行热脱附；

S3：脱附后的尾气处理

脱附后的尾气依次进入旋风除尘器（31）、布袋除尘器（32）、喷淋装置（4）、冷却装置（5）、等离子处理装置（9）、吸附装置（6），分别进行除尘、冷却至室温、去除水分、等离子反应和吸附处理达标后通过排放塔（7）进行排放；将冷却装置（5）处理的冷却浓缩液和吸附装置（6）处理后的活性炭进行外运单独处理。

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