CN109420669A - 含汞及二噁英的污染土的回收方法及处理设备 - Google Patents

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Abstract

一种含汞及二噁英的污染土的回收方法及处理设备，包括将污染土以间接加热旋转炉进行热脱附处理，以分离汞及二噁英，再以冷凝回收单元除汞，最后以二次间接燃烧炉进行二噁英高温裂解，使排气检验污染物浓度合乎排放管制标准，且经处理的土料即为符合现行规定的合格土。

Description

含汞及二噁英的污染土的回收方法及处理设备
技术领域
本发明涉及一种污染土的回收方法及处理设备，尤指可处理含汞及二噁英的污染土的回收方法及处理设备。
背景技术
台南安南区的台碱公司安顺厂址早期为碱氯产业，由于不当排放污泥及废水，导致厂区的土壤同时含二噁英及汞的高度污染，整治技术难度高。
目前技术揭露用以处理此类高污染的土壤，有热处理法、吸附法、细菌降解法及有机溶液萃取法，其中该热处理法是以热脱附方式将污染物自土料分离，第201408389号中国台湾专利即揭示此热处理法技术。咸知，在处理过程中土料会产生相当大量的粉尘，而在前案第201408389号中国台湾专利的制程中由于直接进行热交换处理，则容易形成污垢堵塞系统，进而导致制程稳定度问题。
此外，由于污染土在热处理过程中会产生约2至3％的粉尘，该粉尘中PM2.5占总体积比例约25％，若未经处理容易在空气中飘散，造成额外的空气污染问题。
有鉴于此，有必要提出一种高稳定处理含汞及二噁英的污染土的回收方法及处理设备，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
为解决上述的问题，本发明提供一种含汞及二噁英的污染土的回收方法及处理设备，更能节省污染土的处理成本
本发明的含汞及二噁英的污染土的处理设备，包括：间接加热旋转炉，用于容置和热处理该污染土，以使该汞和二噁英自该污染土脱附，以产生含该汞及二噁英的废气和落土料；落土贮槽，其连接该间接加热旋转炉，用于接收该落土料；第一集尘单元，其流体连接该间接加热旋转炉，以吸附该废气中的粉尘；冷凝回收单元，其流体连接该第一集尘单元，以冷凝该废气中的汞蒸气，并排出液态汞；二次间接燃烧炉，其流体连接该冷凝回收单元，用以热处理经冷凝的该废气，并令经冷凝的该废气中的二噁英裂解；第二集尘单元，其流体连接该二次间接燃烧炉，以吸附来自该二次间接燃烧炉的废气中的粉尘；以及烟囱，其连接该第二集尘单元，以排放来自该第二集尘单元的废气至大气。
本发明还提供一种含汞及二噁英的污染土的回收方法，包括：以间接加热旋转炉热处理该污染土，以使该汞和二噁英自该污染土脱附，以产生含该汞及二噁英的废气和落土料；以第一集尘单元吸附该废气中的粉尘；以冷凝回收单元接收来自该第一集尘单元的废气，以冷凝该废气中的汞蒸气，并排出液态粗汞；使经冷凝的该废气通过二次间接燃烧炉，以裂解经冷凝的该废气中的二噁英；使第二集尘单元吸附来自该二次间接燃烧炉的废气中的粉尘；以及经由连接该第二集尘单元的烟囱，排放来自该第二集尘单元的废气至大气。
通过本发明提供的回收方法及设备，可同时处理含汞及二噁英的高污染土壤，使处理后的土壤和排气能够达到管制标准，且较先前技术更能节省该污染土的处理成本。此外，还可减少污染土处理过程中产生的粉尘，避免该粉尘外泄造成空气污染及污垢堵塞系统，并提升整体制程的稳定度。
附图说明
通过例示性的参考附图说明本发明的实施方式：
图1为含汞及二噁英的污染土的处理设备的流程图；
图2为间接加热旋转炉的结构示意图；
图3为第一集尘单元的具体实施例示意图；
图4为第二集尘单元的具体实施例示意图；
图5为含汞及二噁英的污染土的处理设备的第二实施例的流程图；
图6为含汞及二噁英的污染土的处理设备的第三实施例的流程图；
图7为除水单元的具体实施例示意图；以及
图8为含汞及二噁英的污染土的处理设备的第四实施例的流程图。
其中，附图标记说明如下：
11 间接加热旋转炉
12 第一集尘单元
13 冷凝回收单元
14 二次间接燃烧炉
15 第二集尘单元
16 烟囱
21,22 抽风装置
31 除水单元
41 热交换装置
71 活性炭喷注单元
100 污染土
110 落土贮槽
111,121,131,141,151,303,304,311,312,710 管线
112 进料斗
113 固定外炉(炉体内充满液体燃料)
114 内旋转炉
115 排放室
115a 落土料排出口
115b 废气排出口
122,123 陶瓷过滤器
152,153,154,155 粉尘过滤器
130 液态汞
310 废水
313 另一间接加热旋转炉
314 集尘装置
315 冷却装置。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可通过其它不同的实施方式加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明所揭示的精神下赋予不同的修饰与变更。此外，本文所有范围和值都为包含及可合并的。落在本文中所述的范围内的任何数值或点，例如任何整数都可以作为最小值或最大值以导出下位范围等。
请参阅图1，其为说明本发明的含汞及二噁英的污染土100的处理设备，该处理设备依序包括间接加热旋转炉11、落土贮槽110、第一集尘单元12、冷凝回收单元13、二次间接燃烧炉14、第二集尘单元15及烟囱16。其中，该间接加热旋转炉11用于容置和热处理该污染土100。于一具体实施例中，其污染土最大处理量为6吨/小时，使该汞自该污染土100脱附，并令多数二噁英裂解。该间接加热旋转炉11不同于直接加热炉之处，在于间接加热旋转炉可避免空气被污染土所污染，造成后续处理的难度提高，使用间接内旋转炉可节省设备的投资及操作的变动成本。
图2为说明该间接加热旋转炉11的结构。该间接加热旋转炉11包括进料斗112；连接该进料斗112的内旋转炉114；包覆该内旋转炉114的固定外炉113；以及排放室115。进料斗112用于供该污染土100入料，该间接加热旋转炉11的主体为倾斜(倾斜角度通常为1.25至4.75度)的圆筒窑炉，其包括固定外炉113及内旋转炉114，于固定外炉113与内旋转炉114间充满液体燃料，例如柴油。通过燃烧柴油对内旋转炉114进行间接加热，温度可设定为550至650℃，并令该间接加热旋转炉11的热处理时间为20至60分钟。相较于现有技术，欲氧化或裂解二噁英至少需要温度850℃，但本发明间接加热旋转炉11的温度可设定为550至650℃的主要原因在于本发明所用的加热设备为间接加热的方式，使污染土100于内旋转炉114中呈缺氧闷烧且通过内旋转炉114以1至7转/分钟的速度旋转，该内旋转炉114内的螺纹以摩擦搅动污染土100使的均匀受热，有助于热脱附并破坏大部分的二噁英污染物，故能以较低的操作温度进行热脱附处理。该圆筒窑炉的末端连接排放室115，使热脱附处理所生成的含该汞及二噁英的废气由废气排出口115b连接管线111排至第一集尘单元12，且于一具体实施例中，经热脱附处理后的落土料的出土量为1.5至4吨/小时，可由落土料排出口115a排至落土贮槽110，待降温后接受检测，经处理后的污染土的含汞量少于20毫克/公斤(mg/kg)，其含二噁英量少于1000奈克国际毒性当量/公斤(ng I-TEQ/kg)，经本发明处理后的污染土其汞的削减率可达97％，及二噁英污染物的削减率可达99.87％。
由于该污染土100在热处理过程中会产生大量粉尘，该粉尘中的PM 2.5占粉尘总体积的25％，因此，在间接加热旋转炉11后方需设置第一集尘单元12，以吸附粉尘。于一具体实施例中，该第一集尘单元12包括两个并联设置的陶瓷过滤器122,123，如图3所示。该陶瓷过滤器122,123用于接收管线111的废气，经吸附处理后由管线121送至冷凝回收单元13。第一集尘单元12可还包括多管式集尘器(或称多管旋风集尘器，未呈现于流程图)，其用于将管线111的废气中的大颗粒粉尘做初步筛除，再以陶瓷过滤器122,123吸附小颗粒粉尘，由于该间接加热旋转炉所排放的废气具550至650℃高温，故陶瓷过滤器122,123中并无设置触媒，且该陶瓷过滤器122,123可耐温至900℃，利用其富微孔性的陶瓷纤维去除多数粒径约0.1微米的粉尘粒子。通过并联的设置方式，使在制程连续操作中能不停机进行汰换，减少能源耗损，也可降低滤袋更换频率，提升制程效率。
该冷凝回收单元13用于接收管线121的废气，以低温冷凝该废气中的汞蒸气，呈液态汞130后排出，其中，该冷凝回收单元的温度设定范围为-30至4℃。于一具体实施例中，该液态汞排出量为0至0.6公斤/小时，并密封收集于聚乙烯桶中，该液态汞130为粗汞(汞含量约95重量％)需后续精馏纯化始得99.99重量％的纯汞。该冷凝回收单元13可包括两个阶段，第一阶段将管线121的废气降温至4℃后，再经第二阶段降温至-30℃。该冷凝回收单元13后方可还设置硫改质活性炭槽(未呈现于流程图)，并令来自该冷凝回收单元13的废气吸附其残余汞成分，再由管线131传送至二次间接燃烧炉14进行裂解残余二噁英的处理。
该二次间接燃烧炉14用以热处理该管线131的废气，并令该废气的残余二噁英裂解。其中该二次间接燃烧炉14为水平设置，其结构也分为外炉及内炉，且内炉非旋转炉，加热方式也使用液体燃料柴油对内炉进行间接加热，温度设定为850至950℃，并令该二次间接燃烧炉14的裂解处理时间为至少2秒，以将废气内最后残余的二噁英进行完全的裂解破坏。该二次间接燃烧炉14后方可还设置热交换器(未呈现于流程图)，令管线141先于热交换器中与管线131热对流降温至180至220℃后，再传送至第二集尘单元15，避免高温下二噁英再行重生反应(de-novo reaction)。
该第二集尘单元15用以吸附管线141的废气中的粉尘。于一具体实施例中，该第二集尘单元15包括串联设置的至少两个粉尘过滤器，且在至少一个粉尘过滤器内有设置触媒。如图4所示的一具体实施例中，该第二集尘单元15包括串联设置的四个粉尘过滤器152,153,154,155，且在至少一个粉尘过滤器内有设置触媒，其中，该粉尘过滤器152宜使用陶瓷过滤器，承接自二次间接燃烧炉14的高温废气，且该粉尘过滤器154尤以使用触媒粉尘过滤器为佳，且气布比为标准状态下1至10米/小时(NM3/M2/hr)。该触媒用以分解管线141的废气的残余二噁英，通过触媒表面的活性位置与二噁英进行接触性的氧化反应，反应温度控制在200至274℃之间，进而将二噁英分解成二氧化碳、水及氯化氢等氧化物。此外，触媒的活性成分可以选自五氧化二钒、三氧化钨及三氧化钼的至少一种，触媒的基材为二氧化钛及其氧化物，其触媒型态种类可选自颗粒装、蜂巢状、块状或发泡状的其中一种。此外，第二集尘单元15后方可还设置硫改质活性炭槽(未呈现于流程图)，确实将废气中的残余汞蒸气吸附完全，最后再由管线151传送至烟囱16进行排放，排放废气温度为180至240℃，通常排出的废气中含汞量少于0.05毫克/立方公尺(mg/Nm3)，含二噁英量少于0.1奈克国际毒性当量/立方公尺(ng I-TEQ/Nm3)，粒状污染物含量少于80毫克/立方公尺(mg/Nm3)，以及氯化氢含量少于40百万分浓度(ppm)。
请参阅图4，于一具体实施例中，为确实除去管线141的废气中的二噁英，还设置一活性炭喷注单元71与第二集尘单元15并联设置，通过管线710在烟道气流进入各粉尘过滤器152,153,154,155前注入活性炭以吸附二噁英，使二噁英污染物由气相转化为固相，再以粉尘过滤器152,153,154,155去除，通常去除废气中二噁英效率可达80至90％。
请参阅图5，于一具体实施例中，为加强粉尘的收敛效果，通过在第一集尘单元12及第二集尘单元15后方设置抽风装置21,22，利用风压以令该设备处于负压环境，得以将粉尘抽入第一集尘单元12及第二集尘单元15，避免粉尘累积成污垢造成后续制程设备功能失效。
请参阅图6，于一具体实施例中，为提升该冷凝回收单元13的冷凝汞蒸气效率及操作稳定性，于该间接加热旋转炉11热处理该污染土100前，先以除水单元31移除该污染土100中的水分，并排出冷凝废水310，该废水310仍需待后续废水处理始能排放。该除水单元31设置并连接于该间接加热旋转炉11的上游，并将业经移除水分的污染土经管线311导入间接加热旋转炉11，且将该污染土100中的水分移除时产生的气体经管线312导入该冷凝回收单元13。
图7为说明该除水单元31的一具体实施例，其包括依序流体连接的另一间接加热旋转炉313、集尘装置314及冷却装置315，其中，该另一间接加热旋转炉313与该间接加热旋转炉11的结构及液体燃料相同，惟，该另一间接加热旋转炉313的圆筒窑炉的倾斜角度为1.25至5.15度，其旋转速度为1至5转/分钟，且温度设定为100至200℃，较佳温度设定为120至150℃，热处理时间为25至50分钟，且自该另一间接加热旋转炉313经移除水气的污染土通过管线311连接该间接加热旋转炉11。另外，该冷却装置315用于将含有水气的废气降温至50℃，使水气冷凝成液态废水310，该废水310需再经其他废水处理始能流放，该自冷却装置315经移除水分的气体通过管线312再连接于该冷凝回收单元13。其中，该集尘装置314以管线303,304连接于另一间接加热旋转炉313及冷却装置315之间，用于吸附自另一间接加热旋转炉313所产生气体中的粉尘，以避免粉尘累积于后方冷却装置315，影响其凝水效能。
此外，该另一间接加热旋转炉313与该间接加热旋转炉11的结构相同，其具有进料斗；连接该进料斗的内旋转炉；包覆该内旋转炉的固定外炉；以及排放室，其中，该另一间接加热旋转炉313与该间接加热旋转炉11之间通过设于管线311上的双螺旋输送机连接。例如该另一间接加热旋转炉313的内旋转炉连接该间接加热旋转炉11的进料斗，且使用双螺旋输送机将经移除水气的污染土送至该间接加热旋转炉11的进料斗(图略)。
请参阅图8，于一具体实施例中，为有效利用热能，还设置一热交换装置41连接该第一集尘单元12及该冷凝回收单元13，利用来自该冷凝回收单元13的管线131的低温废气先于该热交换装置41中与该来自第一集尘单元12的管线121的高温废气进行热对流快速降温，使管线121温度降温至180至220℃，并使管线131温度升温至140至160℃，有效达到热整合回收，减少制程不必要能耗。再者，由于甫裂解的二噁英呈不稳定状态，在250至400℃情况下，仍有机会进行重生反应(de-novo reaction)，再回复成二噁英，因此，该热交换装置41使550至650℃废气由高温降至180至220℃，低于重生反应的反应温度250℃，通过低温致使重生反应速率变慢，以及管线中的负压设计以抑制重生反应的进行。
另外，本发明所提到的管线可视其传递内容物为何而改变，若传递内容物为高温者，则须采用耐高温管线，若传递废水或废气者，则须采用具有防蚀性能的管线，此为本领域的技术人员所熟知，故不再逐一说明。
实施例：
将含汞及二噁英的污染土以6吨/小时先通过除水单元的另一间接加热旋转炉进行除水处理，该另一间接加热旋转炉的倾斜角度为2.6度，以2转/分钟的转速，温度150℃，持续除水约35分钟；完成除水后，再将污染土以管线输送至间接加热旋转炉进行热处理，其间接加热旋转炉的倾斜角度为2.5度，以2.5转/分钟的转速，温度650℃，热处理约40分钟，以使该汞和二噁英自该污染土脱附；最后，再将完成热处理的落土料约4吨/小时排至落土贮槽。
其经热处理的废气先通过多管式集尘器，再经第一集尘单元除尘，其中该第一集尘单元除尘是由两个并联的高温陶瓷过滤器所组成，接着，再经热交换装置降温至220℃，接着由管线送至冷凝回收单元；同样地，经除水处理的废气也先通过集尘装置除尘，再先经冷却装置降温至50℃排出冷凝废水；经除水后的废气并与上述经热处理的废气管线连接送至冷凝回收单元；紧接着，使该连接后的废气先经第一阶段冷凝器降温至4℃，再经第二阶段冷凝器降温至-30℃，将废气中的汞冷凝为液态汞后以0至0.6公斤/小时的排出量排至聚乙烯桶收集，其冷凝废水的排水量最多50吨/天。
后续，将完成冷凝的废气先经硫改质活性炭槽还吸附残余汞成分后，经热交换装置逐步升温至530℃后，至二次间接燃烧炉进行残余二噁英的热裂解处理，其处理温度为900℃，热裂解处理时间为至少2秒；接着，使该废气先经热交换装置降温至220℃抑制重生反应，再进入第二集尘单元的四个粉尘过滤器除尘及并联设置的活性炭喷注单元吸附二噁英，其中该粉尘过滤器依序为高温陶瓷过滤器、触媒粉尘过滤器(REMEDIA；戈尔公司(W.L.Gore&Associates,Inc.))、粉尘过滤器；最后，将废气送至烟囱排放，其烟囱排气量为标准状态下小于1000立方米/小时的流量且排气温度为65℃。
上述集尘装置后方皆还设置抽风装置，以利于粉尘收集。
于本发明的处理设备中设置数个采样点，进行采样分析并记录于表1及表2。
表1
表2
针对进料土、落土料、冷凝废水水质、烟囱尾气及周界空气品质检测分别记录于表3、表4、表5及表6。
表3
表4
表5
*注：ND指未检出，低于期检测设备的最小量测值。
表6
*注：ND指未检出，低于期检测设备的最小量测值。
综上所述，本发明所提供的回收方法及处理设备，确具可同时处理含汞及二噁英的高污染土壤的能力，使处理后的土壤和排气皆低于管制标准，并可减少污染土处理过程中产生的粉尘，此制程也较先前技术更能节省该污染土的处理成本，且具提升制程稳定度的功效。
上述实施例仅为例示性说明，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围是由本发明所附的权利要求范围所定义，只要不影响本发明的效果及实施目的，应涵盖于此公开技术内容中。

Claims (20)

1.一种含汞及二噁英的污染土的处理设备，其特征为，该处理设备包括：
间接加热旋转炉，用于容置和热处理该污染土，以使该汞和二噁英自该污染土脱附，以产生含该汞及二噁英的废气和落土料；
落土贮槽，其连接该间接加热旋转炉，用于接收该落土料；
第一集尘单元，其流体连接该间接加热旋转炉，以吸附该废气中的粉尘；
冷凝回收单元，其流体连接该第一集尘单元，以冷凝该废气中的汞蒸气，并排出液态汞；
二次间接燃烧炉，其流体连接该冷凝回收单元，用以热处理经冷凝的该废气，并令经冷凝的该废气中的二噁英裂解；
第二集尘单元，其流体连接该二次间接燃烧炉，以吸附来自该二次间接燃烧炉的废气中的粉尘；以及
烟囱，其连接该第二集尘单元，以排放来自该第二集尘单元的废气至大气。
2.根据权利要求1所述的处理设备，其特征为，该处理设备还包括除水单元，其设置并连接于该间接加热旋转炉的上游，以于热处理该污染土之前，移除该污染土中的水分，并将该水分业经移除的污染土导入该间接加热旋转炉。
3.根据权利要求2所述的处理设备，其特征为，该除水单元还流体连接该冷凝回收单元，以将该污染土中的水分移除时产生的气体导入该冷凝回收单元。
4.根据权利要求2所述的处理设备，其特征为，该除水单元包括依序流体连接的另一间接加热旋转炉、集尘装置及冷却装置，其中，该另一间接加热旋转炉还连接该间接加热旋转炉，且该冷却装置还流体连接于该冷凝回收单元。
5.根据权利要求4所述的处理设备，其特征为，该另一间接加热旋转炉及该间接加热旋转炉各者的结构包括：
进料斗；
连接该进料斗的内旋转炉；
包覆该内旋转炉的固定外炉；以及
排放室。
6.根据权利要求4所述的处理设备，其特征为，该间接加热旋转炉的倾斜角为1.25至4.75度，且该另一间接加热旋转炉的倾斜角为1.25至5.15度。
7.根据权利要求1所述的处理设备，其特征为，该第一集尘单元包括两个并联设置的陶瓷过滤器。
8.根据权利要求1所述的处理设备，其特征为，该处理设备还包括二抽风装置，其分别设置于该第一集尘单元后及第二集尘单元后，以令该处理设备处于负压环境。
9.根据权利要求1所述的处理设备，其特征为，该第二集尘单元包括串联设置的至少两个粉尘过滤器。
10.根据权利要求9所述的处理设备，其特征为，该粉尘过滤器中至少一个有设置触媒。
11.根据权利要求9所述的处理设备，其特征为，该第二集尘单元包括串联设置的四个粉尘过滤器。
12.根据权利要求1所述的处理设备，其特征为，该处理设备还包括活性炭喷注单元，其与该第二集尘单元并联设置。
13.根据权利要求1所述的处理设备，其特征为，该处理设备还包括热交换装置，其流体连接该第一集尘单元及该冷凝回收单元，以令该来自该第一集尘单元的废气与来自该冷凝回收单元的废气彼此作热对流。
14.一种含汞及二噁英的污染土的回收方法，其特征为，该回收方法包括：
以间接加热旋转炉热处理该污染土，以使该汞和二噁英自该污染土脱附，以产生含该汞及二噁英的废气和落土料；
以第一集尘单元吸附该废气中的粉尘；
以冷凝回收单元接收来自该第一集尘单元的废气，以冷凝该废气中的汞蒸气，并排出液态粗汞；
使经冷凝的该废气通过二次间接燃烧炉，以裂解经冷凝的该废气中的二噁英；
使第二集尘单元吸附来自该二次间接燃烧炉的废气中的粉尘；以及
经由连接该第二集尘单元的烟囱，排放来自该第二集尘单元的废气至大气。
15.根据权利要求14所述的回收方法，其特征为，该处理设备还包括于热处理该污染土前，先以除水单元移除该污染土中的水分。
16.根据权利要求15所述的回收方法，其特征为，该除水单元的加热温度设定为100至200℃。
17.根据权利要求14所述的回收方法，其特征为，该间接加热旋转炉的热处理温度设定为550至650℃。
18.根据权利要求17所述的回收方法，其特征为，该间接加热旋转炉的热处理时间设定为20至60分钟。
19.根据权利要求14所述的回收方法，其特征为，该冷凝回收单元的温度设定范围为-30至4℃。
20.根据权利要求14所述的回收方法，其特征为，该二次间接燃烧炉的温度设定范围为850至950℃。
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