CN111545558A

CN111545558A - 一种热脱附处理有机污染土壤的方法

Info

Publication number: CN111545558A
Application number: CN202010457773.8A
Authority: CN
Inventors: 李泓; 李森; 唐俊杰; 张杨; 张宏玲; 徐思遥; 宋一帆; 许明言; 殷曰彩; 陈杲
Original assignee: Shanghai Research Institute of Chemical Industry SRICI
Current assignee: Shanghai Research Institute of Chemical Industry SRICI
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2020-08-18
Anticipated expiration: 2040-05-26
Also published as: CN111545558B

Abstract

本发明涉及一种热脱附处理有机污染土壤的方法，包括以下步骤：(1)取有机污染土壤粉碎、过筛、烘干后，送入热脱附炉进行热脱附，得到修复土壤和脱附气体，其中，修复土壤冷却后即完成处理，脱附气体除尘后送入燃烧器燃烧；(2)从燃烧器排出的高温烟气送入热脱附炉中作为热源加热有机污染土壤，得到低温烟气；(3)所得低温烟气与送入燃烧器的助燃空气换热后，再经烟气处理系统处理，达标后排放。本发明提高了能源利用率，修复了土壤，避免了二次污染。

Description

一种热脱附处理有机污染土壤的方法

技术领域

本发明属于污染场地土壤修复技术领域，涉及一种热脱附处理有机污染土壤的方法。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，因油田开采、农药使用、工业生产而产生的各类有机污染物引起的土壤污染问题异常严峻。土壤的有机污染源主要来自三个方面：有机溶剂、石油烃类、农药类等。农田土壤中农药污染造成各类作物中农药含量超标，并经过食物链富集到动物体和人体内，严重危害人和动物的健康安全。

同时，随着城市规模的扩大，生产企业搬迁遗留下的厂区均不同程度的受到了污染；遍布于城市中的加油站造成的石油烃类泄漏也会污染城市用地；上述污染土壤中的挥发性有机物和石油烃类将对都市居民健康带来巨大威胁。

由于公众对有机污染物环境和健康危害的认识提高，迫切需要经济而有效方法处理这些毒性物质，而修复有机污染土壤一直是国际上的难点和热点研究课题。我国土壤污染修复产业方兴未艾，然而土壤修复产业缺乏有力的技术支撑，目前尚无简单成熟、易操作的技术，土壤修复产业亟待科技支撑。

热脱附作为一种非燃烧技术，污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用，特别是对含氯有机物，非氧化燃烧的处理方式可以避免二噁英的生成，是经过直接加热或间接加热，将污染土壤加热到足够的温度，使其所含的有机污染物得以挥发或分离的过程，热脱附是将污染物从一相转化为另一相的物理分离过程，通过控制热脱附系统的温度和物料停留时间可以有选择性的使目标污染物挥发。

中国专利CN102029287A公布了一种有机物污染土壤滚筒式逆向热脱附系统，该发明通过直接加热的形式，实现土壤中有机污染物与土壤颗粒的分离，处置过程中，土壤受热时间较短，土壤未能全面均匀加热，且设备运行能耗较高，尾气处置中具有产生二噁英等有毒有害物质的风险。

中国专利CN公204171074U布了一种土壤修复预处理装置技术，将土壤进行微波预处理，增大后续热脱附的效率，该发明需要对污染土壤进行微波预处理，限制了处理规模，也增大系统运行维护的费用和难度。

鉴于现有土壤热脱附处理技术处理操作过程耗能较大的缺陷，以及对含氯有机物热脱附产生的二恶英不能有效消除，限制了进料土壤的适用范围。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种热脱附处理有机污染土壤的方法，以解决二恶英不能有效消除和/或能耗较大等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种热脱附处理有机污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)取有机污染土壤粉碎、过筛、烘干后，送入热脱附炉进行热脱附，得到修复土壤和脱附气体，其中，修复土壤冷却后即完成处理，脱附气体除尘后送入燃烧器燃烧；

(2)从燃烧器排出的高温烟气送入热脱附炉中作为热源加热有机污染土壤，得到低温烟气；

(3)所得低温烟气与送入燃烧器的助燃空气换热后，再经烟气处理系统处理，达标后排放。

进一步的，步骤(1)中，有机污染土壤粉碎、过筛后的粒径≤3cm。

进一步的，步骤(1)中，有机污染土壤烘干至含水率≤10％。

进一步的，步骤(1)中，热脱附温度为200-500℃。优选的，热脱附在微负压、常压或微正压，以及绝氧条件下进行。优选的，控制系统压力在-500Pa-500Pa，绝氧条件下进行。

进一步的，步骤(1)中，修复土壤的冷却方式为空气换热冷却，冷却修复土壤所得到的热空气则作为热源烘干有机污染土壤。

进一步的，步骤(1)中，燃烧器内的温度不低于1300℃。

进一步的，所述的热脱附炉为外热式旋转炉。更进一步的，所述的热脱附炉包括内筒体和外筒体，位于内筒体和外筒体之间的腔体则为高温烟气加热区。

进一步的，有机污染土壤烘干过程中产生的挥发性气体先冷凝除去水蒸气，所得不凝性气体再与低温烟气换热后送入燃烧器燃烧。

进一步的，燃烧器中还通有辅助燃料。更优选的，辅助燃料可以为天然气、液化气等。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明整合间接热脱附过程中各个环节的余热加以利用，使整个系统的能量高效利用，最大限度的避免热量损失及浪费。

(2)本发明创造性的将脱附有机气体输送进燃烧器，有机气体高温富氧燃烧，使有机气体燃烧完全，避免了因低温燃烧易生成二噁英而造成二次污染。

(3)本发明粉碎、筛分使土壤颗粒不大于3cm，使土壤易于烘干，降低污染土壤的含水量，另一方面，颗粒小热脱附完全，土壤得到彻底修复。

(4)本发明预处理烘干挥发出的气体冷凝脱水，不凝气体换热后进入燃烧器，挥发性气体在闭式工艺处理，防止进入空气。

(5)本发明处理的挥发性有机物在燃烧器中燃烧，脱附的有机物能源化利用。

附图说明

图1为本发明的处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供了一种热脱附处理有机污染土壤的方法，包括以下步骤：

在本发明的一种具体的实施方式中，步骤(1)中，有机污染土壤粉碎、过筛后的粒径≤3cm，这样，土壤更易于烘干，从而可有效降低土壤含水量，便于后续处理。

在本发明的一种具体的实施方式中，步骤(1)中，有机污染土壤烘干至含水率≤10％。

在本发明的一种具体的实施方式中，步骤(1)中，热脱附温度为200-500℃。优选的，热脱附在微负压、常压或微正压，以及绝氧条件下进行。

在本发明的一种具体的实施方式中，步骤(1)中，修复土壤的冷却方式为空气换热冷却，冷却修复土壤所得到的热空气则作为热源烘干有机污染土壤。

在本发明的一种具体的实施方式中，步骤(1)中，燃烧器内的温度不低于1300℃，以确保可燃烧脱除热脱附过程中产生的二恶英。

在本发明的一种具体的实施方式中，所述的热脱附炉为外热式旋转炉。更进一步的，所述的热脱附炉包括内筒体和外筒体，位于内筒体和外筒体之间的腔体则为通高温烟气的高温烟气加热区，内筒体内则用于放置有机污染土壤。

在本发明的一种具体的实施方式中，有机污染土壤烘干过程中产生的挥发性气体先冷凝除去水蒸气，所得不凝性气体再与低温烟气换热后送入燃烧器燃烧，这样，挥发性气体可基本实现闭式工艺处理，防止进入空气。

在本发明的一种具体的实施方式中，燃烧器中还通有辅助燃料燃烧。辅助燃料优选为天然气、液化气等，也可以根据实际情况选择其他可达到燃料温度的燃料。

以上实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

最优选的实施方式则如下所示：

如图1所示，一种热脱附处理有机污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)将有机污染土壤粉碎、过筛、烘干后，输送至烘干炉烘干，烘干后的土壤进入外热式热脱附炉，在系统微负压、常压或微正压、绝氧条件下热脱附，得到修复土壤和脱附气体；

(2)修复土壤进入空气冷却系统，冷却后可以回填或作为它用，冷空气变成热空气作为热源对污染土壤进行烘干脱水处理；

(3)热脱附炉脱附的有机气体除尘后进入燃烧室进行燃烧，得到高温烟气；

(4)高温烟气输送到热脱附炉的内筒体和外筒体中间的加热区间接加热有机污染土壤，并变成低温烟气输出；

(5)热脱附炉出来的低温烟气与空气换热，换热后的空气，输送到燃烧器内作为助燃空气；

(6)换热后的烟气经过烟气处理系统处理，达标后排放；

(7)烘干过程出来挥发性气体冷凝脱水后得到不凝气体，继续与低温烟气换热后进入燃烧器燃烧。

本实施方式利用外热式间接热脱附有机污染土壤，并辅以粉碎、筛分和烘干、除尘、冷凝、烟气处理，将土壤修复，实现了规模化、连续化、自动化处理工艺，脱附出的有机气体能源化利用，避免了二次污染。

下面采用上述最优选的实施方式并进行具体的有机污染土壤处理。

实施例1：

选择含有多环芳烃平均值785mg/kg的污染土壤，在粉碎、过筛等预处理后，热脱附温度控制在500℃，在负压1000Pa，绝氧状态在热脱附炉中停留时间1小时，热脱附出来的烟气进行高温1300℃燃烧，处理后的土壤多环芳烃含量为2.8mg/kg，去除和破坏效率达到99.6％，烟气中苯并(a)芘含量0.05μg/m³，小于《大气污染物综合排放标准》的限制0.3μg/m³。

实施例2：

选择多氯联苯污染的原始土壤，土壤中多氯联苯的含量总和为4374μg/g，主要是二氯联苯、三氯联苯和四氯联苯，三者占据了总体的94％，在粉碎、过筛等预处理后，热脱附控制温度为550℃，在氮气保护下常压热脱附，在热脱附炉中停留时间50分钟，热脱附的气体进入燃烧室，燃烧室温度1300℃，处理后土壤内多氯联苯含量45.6μg/g，去除效率为98.9％，低于GB13015-91所要求的处置最低限度50μg/g的标准。

实施例3：

农药厂污染土壤主要污染物敌敌畏、氧化乐果和对硫磷为主，其中敌敌畏含量5.96μg/g、氧化乐果5.45μg/g以及对硫磷130μg/g，粉碎、过筛等预处理后，在350℃操作压力-500Pa，绝氧热脱附污染土壤，热脱附出来的烟气进行高温1300℃燃烧，脱附率分别为95.2％、96.4％、98.9％，净化土壤残留敌敌畏0.28μg/g、氧化乐果0.20、对硫磷1.43μg/g，烟气中非甲烷总烃32.6mg/m3、苯并(a)芘0.12μg/m³，有机氯类污染物残留量、净化后烟气排放浓度满足污染物排放标准限制要求。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种热脱附处理有机污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种热脱附处理有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中，有机污染土壤粉碎、过筛后的粒径≤3cm。

3.根据权利要求1所述的一种热脱附处理有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中，有机污染土壤烘干至含水率≤10％。

4.根据权利要求1所述的一种热脱附处理有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中，热脱附温度为200-500℃。

5.根据权利要求1所述的一种热脱附处理有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中，修复土壤的冷却方式为空气换热冷却，冷却修复土壤所得到的热空气则作为热源烘干有机污染土壤。

6.根据权利要求1所述的一种热脱附处理有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中，燃烧器内的温度不低于1300℃。

7.根据权利要求1所述的一种热脱附处理有机污染土壤的方法，其特征在于，所述的热脱附炉为外热式旋转炉。

8.根据权利要求1所述的一种热脱附处理有机污染土壤的方法，其特征在于，有机污染土壤烘干过程中产生的挥发性气体先冷凝除去水蒸气，所得不凝性气体再与低温烟气换热后送入燃烧器燃烧。

9.根据权利要求1所述的一种热脱附处理有机污染土壤的方法，其特征在于，燃烧器中还通有辅助燃料。

10.根据权利要求9所述的一种热脱附处理有机污染土壤的方法，其特征在于，所述辅助燃料为天然气。