CN113426814A - 有机物污染土壤的减量化修复方法与装置 - Google Patents

有机物污染土壤的减量化修复方法与装置 Download PDF

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马凯
刘毅
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徐博文
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    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
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Abstract

本公开涉及有机物污染土壤的减量化修复方法与装置，提供了一种有机物污染土壤的减量化修复方法，包括：(i)利用热气裹挟土壤进入分级旋流器，基于土壤颗粒与污染物浓度的关联性实现有机物污染土壤分级，分选出土壤中的无污染土壤并就地回填；(ii)步骤(i)中减量化残留的有机污染物超标土壤与输运热气升压后再进入下一级热脱附旋流器，在输运热气吹脱作用和旋流场颗粒自转作用下，脱附土壤颗粒表面及孔道残留的有机污染物；以及(iii)步骤(ii)中有机污染物脱附处理达标后的土壤颗粒再经过气‑固分离旋流器旋流分离，以确保达标修复土壤就地回填；气固分离产生的混入了有机污染物的废气经过无害化处理后继续循环用做裹挟土壤的输运气体。

Description

有机物污染土壤的减量化修复方法与装置
技术领域
本公开属于有机污染土壤修复领域，涉及一种利用土壤粒径与污染物呈负相关性，并利用热风加热土壤吹入总体多级串联局部并联的旋流分离系统，以同步实现有机物污染土壤减量化处理和自转修复，适用于处理含有机污染物的土壤。具体地说，本公开提供了一种同步实现有机物污染土壤减量化和修复的集成方法与装置。
背景技术
随着城市布局和产业结构的调整，原来的工业厂区变为商业区或住宅区，而被工业生产所污染的土壤也亟需修复。被污染的土壤中含有大量的有机物，如有机氯农药、苯并芘、多氯联苯、有机磷酸酯等，这些物质对人体和环境都有巨大的伤害，因此土壤修复技术的提出与使用迫在眉睫。
目前国内采用的土壤修复方法大致可分为三类。第一类为生物修复法，该方法利用生物代谢吸收土壤中的有机污染物，成本低、绿色环保，但是修复周期长；第二类为物理修复法，该方法利用物理作用对土壤进行加热、气相抽提、电动修复等将有机物从土壤中分离出来，修复周期短、效果好，但是修复过程中耗能高，会产生二次污染物；第三类为化学修复法，该方法利用化学反应将土壤中的污染物分解出来，但是在分解反应过程中往往会加入药剂参与反应且会产生二次污染。针对相关问题，研究者们正在进行相关努力。
CN109465284A提出了一种植物修复的方法，该法在含有机污染物的土壤中种植植物并添加硅酸钠增强植物生长，待植物达到成熟期后再对其进行收割，从而达到有机污染物去除的目的，但是该法仅可去除石油烃类污染，适用面较窄，不利于广泛推广。
CN207386150U提出了一种移动式连续旋流热脱附技术，该法利用热空气与土壤在旋流器内连续旋转以达到有机污染物脱附，但是该法没有进行土壤粒径分级，导致无污染土壤一起参与了热脱附，增加了脱附成本，耗能较高。
CN111940480提出了一种热脱附方法，该法将土壤与石灰粉充分混合并在导热油锅中加热，在高温下土壤中的有机物变成气态物质挥发入空气，从而达到土壤修复的目的，但是该法没有后续有机废气的处理设施，容易造成二次污染且耗能较高。
CN105170630A提出了一种土壤洗涤脱附的方法，该法先利用旋流器进行土壤粒径分级再对高污染的土壤进行洗涤脱附，但是该法在洗涤之后会产生大量含有机污染物的废液，增加了后期的处理成本且对于粒径低于76微米的土壤颗粒洗涤效果差。
因此，针对上述现有技术的缺陷，本领域亟需开发一种可同步实现有机物污染土壤减量化和修复、处理成本低、效率高、范围广，设备简单，无二次污染的一套土壤修复方法和装置。
发明内容
本公开提供了一种新颖的有机物污染土壤的减量化修复方法与装置，从而克服了现有技术中存在的缺陷。
一方面，本公开提供了一种有机物污染土壤的减量化修复方法，该方法包括以下步骤：
(i)利用热气裹挟土壤进入分级旋流器，基于土壤颗粒与污染物浓度的关联性实现有机物污染土壤分级，分选出土壤中的无污染土壤并就地回填；
(ii)步骤(i)中减量化残留的有机污染物超标土壤与输运热气升压后再进入下一级热脱附旋流器，在输运热气吹脱作用和旋流场颗粒自转作用下，脱附土壤颗粒表面及孔道残留的有机污染物；以及
(iii)步骤(ii)中有机污染物脱附处理达标后的土壤颗粒再经过气-固分离旋流器旋流分离，以确保达标修复土壤就地回填；气固分离产生的混入了有机污染物的废气经过无害化处理后继续循环用做裹挟土壤的输运气体。
在一个优选的实施方式中，处理1m3有机污染土壤所需风量为2500m3，分级旋流器实现达标土壤减量化不小于40％，热脱附旋流器底流口土壤有机物浓度达到就地回填标准，气-固分离旋流器溢流口气体悬浮物浓度不大于150mg/m3。
在另一个优选的实施方式中，分级旋流器底流口分流比为5％～30％，底流口土壤有机物浓度达到就地回填标准。
在另一个优选的实施方式中，土壤颗粒在热脱附旋流器中的停留时间小于5s。
另一方面，本公开提供了一种有机物污染土壤的减量化修复装置，该装置包括：
分级旋流器，用于进行步骤(i)利用热气裹挟土壤进入分级旋流器，基于土壤颗粒与污染物浓度的关联性实现有机物污染土壤分级，分选出土壤中的无污染土壤并就地回填；
与分级旋流器连接的热脱附旋流器，用于进行步骤(ii)步骤(i)中减量化残留的有机污染物超标土壤与输运热气升压后再进入下一级热脱附旋流器，在输运热气吹脱作用和旋流场颗粒自转作用下，脱附土壤颗粒表面及孔道残留的有机污染物；以及
与热脱附旋流器连接的气-固分离旋流器，用于进行步骤(iii)步骤(ii)中有机污染物脱附处理达标后的土壤颗粒再经过气-固分离旋流器旋流分离，以确保达标修复土壤就地回填；气固分离产生的混入了有机污染物的废气经过无害化处理后继续循环用做裹挟土壤的输运气体。
在一个优选的实施方式中，该装置还包括与分级旋流器连接的风机，用于对输运热气升压；风机进气口与焚烧后的高温废气相连接。
在另一个优选的实施方式中，所述热脱附旋流器和气-固分离旋流器溢流口产生气体采用焚烧方式进行无害化处理，焚烧后的尾气与风机相连，以充分利用尾气余热，降低能耗。
在另一个优选的实施方式中，所述分级旋流器、热脱附旋流器和气-固分离旋流器的压降不大于0.3kPa。
在另一个优选的实施方式中，所述分级旋流器、热脱附旋流器和气-固分离旋流器的旋流管切向进口的截面形状为圆形或矩形，尺寸根据处理量进行设计，并且根据处理量可采用多根并联连接方式。
在另一个优选的实施方式中，所述热脱附旋流器与所述气-固分离旋流器之间设有阀门，通过控制阀门的开闭从而达到系统的连续运行。
有益效果：
1)本发明的方法可同步实现土壤分选减量化及有毒污染物吹脱，提高了处理效率，降低了后续装置的处理压力及处理成本。
2)本发明的方法对于小粒径高有机污染的土壤颗粒尤其是低于50微米的土壤颗粒修复效果好。
3)本发明的装置结构简单，处理效率高，维修方便，占地面积小，后期产生的二次污染小。
4)本发明的方法使得土壤在旋流器中由于旋流场中的自、公转耦合作用及微界面旋流作用，既增加了土壤颗粒与热空气的传热作用，降低了颗粒停留时间，又提高了VOCs(挥发性有机化合物)从土壤中的脱附效率。
附图说明
附图是用以提供对本公开的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本公开，并不构成对本公开的限制。
图1是根据本公开的一个优选实施方式的有机物污染土壤的修复工艺流程示意图。
具体实施方式
本申请的发明人经过广泛而深入的研究，针对上述现有技术中存在的问题，根据前期研究发现的土壤粒径与有机物浓度呈负相关性，开发出了一种可同步实现有机物污染土壤减量化和修复、处理成本低、效率高、范围广，设备简单，无二次污染的一套土壤修复方法和装置。
在本公开的第一方面，提供了一种有机物污染土壤的减量化修复方法，该方法包括以下步骤：
(i)利用热气裹挟土壤进入分级旋流器，基于土壤颗粒与污染物浓度的关联性实现有机物污染土壤分级，分选出土壤中的无污染土壤并就地回填；
(ii)步骤(i)中分选减量化残留的有机污染物超标土壤与输运热气经风机升压后再进入下一级热脱附旋流器，在输运热风吹脱作用和旋流场颗粒自转作用下，显著脱附土壤颗粒表面及孔道残留的有机污染物；以及
(iii)步骤(ii)中有机污染物脱附处理达标后的土壤颗粒再经过气-固分离旋流器分离，以确保达标修复土壤就地回填；气固分离产生的混入了有机污染物的废气经过吸收、焚烧等无害化处理后继续循环用做裹挟土壤的输运气体。
在本公开中，处理1m3有机污染土壤所需风量为2500m3，分级旋流器实现达标土壤减量化不小于40％，热脱附旋流器底流口土壤有机物浓度达到就地回填标准，气-固分离旋流器溢流口气体悬浮物浓度不大于150mg/m3。
在本公开中，分级旋流器底流口分流比为5％～30％，底流口土壤有机物浓度达到就地回填标准。
在本公开中，土壤颗粒在热脱附旋流器中的停留时间小于5s。
在本公开的第二方面，提供了一种有机物污染土壤的减量化修复装置，该装置包括：
风机，用于对输运热气升压；
与风机相连接的，用于对污染土壤进行初步分离，以去除其中无污染的大颗粒土壤的分级旋流器；
与所述分级旋流器相连接的，用于对经分级旋流器溢流口流出的小粒径土壤进行脱附，以进一步去除土壤中有机物含量的热脱附旋流器；以及
与所述热脱附旋流器相连接的，用于对热脱附旋流器溢流口流出的含尘气体进行气固分离，以进一步去除气体中的土壤颗粒从而实现达标土壤回填的气-固分离旋流器。
在本公开中，所述分级旋流器、热脱附旋流器和气-固分离旋流器的压降不大于0.3kPa，材质为耐高温耐腐蚀材料。
在本公开中，所述分级旋流器、热脱附旋流器和气-固分离旋流器的旋流管切向进口的截面形状为圆形或矩形，尺寸根据处理量进行设计，并且根据处理量可采用多根并联连接方式。
在本公开中，所述热脱附旋流器可采用并联方式进行连接，利用旋流器的自、公转耦合作用增强土壤和热风的传导作用，加强土壤中有机物的挥发。
在本公开中，用于有机物吹脱的热脱附旋流器与用于气固分离的气-固分离旋流器之间设有阀门，通过控制阀门的开闭从而达到系统的连续运行。
在本公开中，风机进气口与焚烧后的高温废气相连接。
在本公开中，所述热脱附旋流器和气-固分离旋流器溢流口产生气体采用焚烧方式进行无害化处理，焚烧后的尾气与风机相连，充分利用尾气余热，降低能耗。
在本公开中，所述分级旋流器、热脱附旋流器和气-固分离旋流器采用串联方式连接，在一套装置中同步实现土壤颗粒的分选及有机污染物的脱附。
以下参看附图。
图1是根据本公开的一个优选实施方式的有机物污染土壤的修复工艺流程示意图。如图1所示，有机污染土壤以风机1作为动力源进入分级旋流器2进行土壤分选；分选后的有机物污染土壤进入并联的热脱附旋流器3-1、3-2脱附土壤颗粒表面及孔道残留的有机污染物；由热脱附旋流器溢流口流出的含尘气体进入气-固分离旋流器4进行气固分离，以进一步去除气体中的土壤颗粒从而实现达标土壤回填；气-固分离旋流器溢流口废气一部分直接回流至热脱附旋流器进行有机物的浓缩，另一部分焚烧后进入风机1经升压后再进入系统，其中，风机1与气-固分离旋流器4之间用止回阀连接，其余各设备之间用球阀5、7-14连接。
实施例
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。
实施例1：
本实施例应用于浙江某工业场地有机污染土壤修复，按照本发明方法，采用旋流器进行有机物的脱附。其中有机物的主要成分为多氯联苯(PCBs)，污染物平均浓度为10mg/kg。
1.工艺流程
如图1所示。
2.关键设备
该装置为多台旋流器串联处理，其中分级旋流器处理量为150-200m3/h，热脱附旋流管芯选用两根并联的方式处理，单根管芯处理量为60-80m3/h，气-固分离旋流器处理量为100-160m3/h。在实际应用中，可根据处理量的不同选择并联不同数量的设备，本实施例仅采用热脱附旋流器两级并联进行试验。
3.控制
含PCBs土壤经风机加压后进入分级旋流器进行颗粒分级，达标的大颗粒土壤就地填埋，污染的小颗粒土壤进入热脱附旋流器进行有机物脱附，脱附后的小颗粒土壤再进入气-固分离旋流器进行气固分离保证达标。
4.运行效果
含PCBs土壤经分级旋流器后达标土壤减量化大于40％，经热脱附旋流器脱附后的土壤PCBs浓度低于0.1mg/kg，可达到农业用地标准，气-固分离旋流器溢流口悬浮物平均浓度为100mg/m3，分级、热脱附、气-固分离旋流器压降均小于0.3kPa。
本实施例中，成套工艺流程较短，且可在一套装置中同步实现有机污染土壤的减量化和修复，有机物土壤的减量化可从源头上降低有机污染物修复的成本，同时全套设备均为密闭装置，可减少吹脱过程中VOCs的挥发。从实验结果表明，本套装置可有效实现有机污染土壤的同步减量化与修复，同时处理后的土壤PCBs含量小于0.1mg/kg，可达到农业用地标准；另外本实施例对于尾气的回收使用有效降低了VOCs的排放同时也提高了整个系统的热利用率，降低了运行成本。
上述所列的实施例仅仅是本公开的较佳实施例，并非用来限定本公开的实施范围。即凡依据本申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本公开的技术范畴。
在本公开提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本公开的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本公开作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种有机物污染土壤的减量化修复方法，该方法包括以下步骤：
(i)利用热气裹挟土壤进入分级旋流器，基于土壤颗粒与污染物浓度的关联性实现有机物污染土壤分级，分选出土壤中的无污染土壤并就地回填；
(ii)步骤(i)中减量化残留的有机污染物超标土壤与输运热气升压后再进入下一级热脱附旋流器，在输运热气吹脱作用和旋流场颗粒自转作用下，脱附土壤颗粒表面及孔道残留的有机污染物；以及
(iii)步骤(ii)中有机污染物脱附处理达标后的土壤颗粒再经过气-固分离旋流器旋流分离，以确保达标修复土壤就地回填；气固分离产生的混入了有机污染物的废气经过无害化处理后继续循环用做裹挟土壤的输运气体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，处理1m3有机污染土壤所需风量为2500m3，分级旋流器实现达标土壤减量化不小于40％，热脱附旋流器底流口土壤有机物浓度达到就地回填标准，气-固分离旋流器溢流口气体悬浮物浓度不大于150mg/m3。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分级旋流器底流口分流比为5％～30％，底流口土壤有机物浓度达到就地回填标准。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，土壤颗粒在热脱附旋流器中的停留时间小于5s。
5.一种有机物污染土壤的减量化修复装置，该装置包括：
分级旋流器(2)，用于进行步骤(i)利用热气裹挟土壤进入分级旋流器，基于土壤颗粒与污染物浓度的关联性实现有机物污染土壤分级，分选出土壤中的无污染土壤并就地回填；
与分级旋流器(2)连接的热脱附旋流器，用于进行步骤(ii)步骤(i)中减量化残留的有机污染物超标土壤与输运热气升压后再进入下一级热脱附旋流器，在输运热气吹脱作用和旋流场颗粒自转作用下，脱附土壤颗粒表面及孔道残留的有机污染物；以及
与热脱附旋流器连接的气-固分离旋流器(4)，用于进行步骤(iii)步骤(ii)中有机污染物脱附处理达标后的土壤颗粒再经过气-固分离旋流器旋流分离，以确保达标修复土壤就地回填；气固分离产生的混入了有机污染物的废气经过无害化处理后继续循环用做裹挟土壤的输运气体。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置还包括与分级旋流器(2)连接的风机(1)，用于对输运热气升压；风机进气口与焚烧后的高温废气相连接。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述热脱附旋流器和气-固分离旋流器溢流口产生气体采用焚烧方式进行无害化处理，焚烧后的尾气与风机相连，以充分利用尾气余热，降低能耗。
8.如权利要求5-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述分级旋流器、热脱附旋流器和气-固分离旋流器的压降不大于0.3kPa。
9.如权利要求5-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述分级旋流器、热脱附旋流器和气-固分离旋流器的旋流管切向进口的截面形状为圆形或矩形，尺寸根据处理量进行设计，并且根据处理量可采用多根并联连接方式。
10.如权利要求5-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述热脱附旋流器与所述气-固分离旋流器之间设有阀门，通过控制阀门的开闭从而达到系统的连续运行。
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