CN113714268A - 一种高效热脱附模块化处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效热脱附模块化处理装置，涉及土壤修复技术领域。包括加热单元；加热单元包括箱体；箱体顶部可拆卸设置有上盖；箱体一侧铰接有侧门；箱体另一侧顶部设置有排气管；排气管用于与冷凝降温装置连接；箱体内部设置有加热装置；箱体内部用于盛放待处理土壤；还包括多个多相抽提井；多相抽提井插设于待处理土壤内；加热单元通过载重卡车和吊车进行运输与吊装。本发明具有模块化处理的优势，可以根据污染土壤处理量灵活调整加热单元数量，处理能力可通过增加加热单元的方式快速提升，解决了处理规模越大，处理能力或处理效率下降的问题。

Description

一种高效热脱附模块化处理装置

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，特别是涉及一种高效热脱附模块化处理装置。

背景技术

近年来，随着我国产业结构升级和城市建设速度的加快，导致大量城市工业企业搬迁后遗留的场地存在严重的污染问题，苯系物、石油烃、多环芳烃等典型有机污染物在土壤和地下水中大量分布，有机污染物具有浓度高、毒性大、易扩散等特点，对生态环境和人类健康造成严重威胁，并影响用地的再开发利用。

热脱附修复技术是污染场地修复主要技术之一，已被广泛应用于有机物污染场地修复治理中。热脱附技术可分为原位热脱附和异位热脱附两种，由于异位热脱附具有容易控制、去除效率高、修复周期短、适用性强等优势，近几年国内对异位热脱附装置的研发和应用呈现出进程加快的趋势，但现有的异位热脱附装置仍普遍存在能源利用效率低、占地面积大、可移动性差、修复时间受土壤处理规模限制等问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种高效热脱附模块化处理装置，该装置将污染土壤集中至一个密闭的加热单元中，通过采用分批投料间接热脱附方式，在污染场地现场或指定区域高效进行污染土壤的热脱附处理，使有机污染物从土壤中挥发和分离，以达到去除土壤中污染物的目的。相对于现有的异位热脱附修复装置，该装备具有可扩展性，能根据土壤处理量灵活调整加热单元的数量，修复时间可不受土壤量影响；此外具有可移动性，可实现快速部署、高效处理、安全排放，适用于紧急土壤处理场景中；还可以有效应对水文地质条件复杂、极端天气变化等因素带来的挑战。

为达上述目的，本发明提供一种高效热脱附模块化处理装置，包括加热单元；所述加热单元包括箱体；所述箱体顶部可拆卸设置有上盖；所述箱体一侧铰接有侧门；所述箱体另一侧顶部设置有排气管；所述排气管用于与冷凝降温装置连接；所述箱体内部设置有加热装置；所述箱体内部用于盛放待处理土壤；还包括多个多相抽提井；所述多相抽提井插设于待处理土壤内；所述加热单元通过载重卡车和吊车进行运输与吊装。

进一步的，所述箱体、上盖和侧门外部均包设有保温材料。

进一步的，所述箱体底部设置有排水管；所述排水管用于与废水处理系统连接。

进一步的，所述加热装置平行设置有八组；所述箱体上与侧门相邻的两个侧面上分别设置两组；所述箱体底部设置四组。

进一步的，还包括尾气及废水处理系统；所述尾气及废水处理系统包括冷凝降温装置、多相分离器、固废收集装置、抽水泵、废水处理系统、前置过滤器、真空泵及活性炭吸附装置；所述冷凝降温装置与多相分离器连接；所述多相分离器的固废出口与固废收集装置连接；所述多相分离器的废水出口与抽水泵连接；所述抽水泵与废水处理系统连接；所述多相分离器的废气出口与前置过滤器连接；所述前置过滤器与真空泵连接；所述真空泵出口与活性炭吸附装置连接。

进一步的，还包括余热回收及利用系统；所述余热回收及利用系统包括热交换管和曝气管；所述热交换管设置于冷凝降温装置内，且与曝气管连接；所述曝气管设置于箱体内侧底部。

进一步的，还包括综合控制系统；所述综合控制系分别与加热单元、余热回收及利用系统及尾气及废水处理系统电连接；用于对加热单元、余热回收及利用系统及尾气及废水处理系统的各项指标进行统一监测和控制。

进一步的，多个所述加热单元对应一套综合控制系、余热回收及利用系统及尾气及废水处理系统。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明具有模块化处理的优势，可以根据污染土壤处理量灵活调整加热单元数量，处理能力可通过增加加热单元的方式快速提升，解决了处理规模越大，处理能力或处理效率下降的问题。

(2)模块化的加热单元可以通过拖车或专用卡车快速部署到处理场地，在挖掘污染土壤的同时，加热单元即可作为容器装载污染土壤，再关闭上盖，并接入预先布置好的尾气及废水处理系统后，即可开始运行，可应用于应急处置中。此外解决了修复工程存在的工期紧、周期短等问题。

(3)通过加热单元具有较高的能源利用率，能够保证加热单元内的土壤都能加热到目标加热温度。

(4)有效避免了因为极端天气造成的施工困难、系统损坏、地下水量迅速升高、超过抽提处理量、场地温度下降、工期延误等风险；此外，异位热修复还能够有效避免因场地调查不充分而对处理区域造成的误判。

(5)由于加热单元具备良好的密闭性能，加热单元可以作为热处理的容器，也可以作为污染土壤的运输、存放容器。

(6)相比于绞龙式或回转窑式热脱附设备，该装置不需要连续进料，只需处理前将土壤装入加热单元，操作简便；此外，绞龙式热脱附设备对于含油率、含水率较高的土壤，存在粘连问题，导致热效率低下，本装置可处置土壤适应性广，不需预处理，不受含油率、含水率、粒径等参数的限制。

(7)针对含油率、含水率较高的土壤，采用堆体热脱附存在堆体不易成型的问题，且采用的保温混凝土无法重复利用，造成资源浪费，相比之下，该装置处置土壤范围广，采用钢制集装箱形式，设备可循环利用，从长远来看，处置成本相比于堆体热脱附大大降低。

附图说明

图1为本发明一种高效热脱附模块化处理装置的加热单元立体图。

图2为本发明一种高效热脱附模块化处理装置的加热单元去除侧门后的立体图。

图3为本发明一种高效热脱附模块化处理装置内加热单元另一视角立体图。

图4为本发明一种高效热脱附模块化处理装置的工作流程图。

其中，1-上盖；2-侧门；3-箱体；4-加热装置；5-多相抽提井；6-曝气管；7-排气管；8-排水管；10-待处理土壤。

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，结合附图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能。

如图1-4所示，本发明中提供了一种高效热脱附模块化处理装置，包括加热单元；所述加热单元包括箱体3；所述箱体顶部可拆卸设置有上盖1；所述箱体一侧铰接有侧门2；所述箱体3、上盖1和侧门2外部均包设有保温材料；所述箱体3另一侧底部设置有排水管8，顶部设置有排气管7；所述排水管8用于与废水处理系统连接；所述排气管7用于与冷凝降温装置连接；所述箱体3内部设置有加热装置4；所述箱体3内部用于盛放待处理土壤10；还包括多个多相抽提井5；所述多相抽提井5插设于待处理土壤内；所述加热单元通过载重卡车和吊车进行运输与吊装。

所述加热装置4平行设置有八组；所述箱体3上与侧门2相邻的两个侧面上分别设置两组；所述箱体3底部设置四组。

还包括尾气及废水处理系统；所述尾气及废水处理系统包括冷凝降温装置、多相分离器、固废收集装置、抽水泵、废水处理系统、前置过滤器、真空泵及活性炭吸附装置；所述冷凝降温装置与多相分离器连接；所述多相分离器的固废出口与固废收集装置连接；所述多相分离器的废水出口与抽水泵连接；所述抽水泵与废水处理系统连接；所述多相分离器的废气出口与前置过滤器连接；所述前置过滤器与真空泵连接；所述真空泵出口与活性炭吸附装置连接。

还包括余热回收及利用系统；所述余热回收及利用系统包括热交换管和曝气管6；所述热交换管设置于冷凝降温装置内，且与曝气管6连接；所述曝气管6设置于箱体内侧底部。将余热重新注入加热单元利用。

还包括综合控制系统；所述综合控制系统包括上位机，通过上位机实现具体功能控制；所述综合控制系分别与加热单元、余热回收及利用系统及尾气及废水处理系统电连接；用于对加热单元、余热回收及利用系统及尾气及废水处理系统的各项指标进行统一监测和控制。

多个所述加热单元对应一套综合控制系统、余热回收及利用系统及尾气及废水处理系统。

下面结合具体实施例进行说明：

某企业进行详细调查与风险评估后发现其部分区域浅层土壤存在三氯乙烯污染，需对该区域部分污染土壤进行修复。该区域污染土壤总量为25m³，污染物浓度为7681mg/kg，孔隙度0.3，含水率0.3，初始温度为20℃。修复方案经评估对比后选用异位热脱附技术，选用本发明专利设计的高效热脱附模块化处理装置。

具体实施步骤如下：

将加热单元通过载重卡车运输到物料装填目的地后，保持侧门2处于关闭状态，通过吊装机械将上盖1打开，妥善水平放置于地面。通过挖掘机械将待处理土壤10从顶部倾倒进入加热单元内。进料完成后，通过吊装机械垂直将多相抽提井插入加热单元的待处理土壤10中。通过吊装机械将上盖1安装到加热单元顶部，关闭所有气密阀。使用吊装机械将加热单元整体吊装水平置于载重卡车上。运输到指定处理中心后，通过吊装机械将加热单元从载重卡车上卸下，置于指定位置。

将排水管8与废水处理系统连接；将排气管7与尾气及废水处理系统的冷凝降温装置连接；将曝气管6与余热回收及利用系统的热交换管连接。首先打开排水管8，将箱体3中液体通过排水管8排放，进入废水处理系统。之后关闭排水管8阀门。启动尾气及废水处理系统、加热装置、多相抽提井。通过加热，逐渐将加热单元内冷点温度提高共沸温度，使物料中挥发性和半挥发性污染物发生挥发，进入气相。

在真空泵的负压作用下，使水蒸气和气相污染物的混合物进入排气管7。待大部分污染物蒸发后，再将温度提到约300℃，使残余污染物发生热解反应被破坏。总加热处理时间约为10-15天。

水蒸气和气相混合物在冷凝降温装置的作用下，生成冷凝水和不凝的废气，从而将气相混合物分离为气相和液相。气相混合物温度约为100-200℃。气液相混合物均包括部分土壤水及污染物三氯乙烯。冷凝水直接进入废水处理系统，废气进入多相分离装置继续分离；经多相分离装置分离的废气通过活性炭吸附装置将污染物从气体中去除，实现达标排放。被活性炭装置吸附的气相污染物质量约为62kg。经多相分离装置分离的废水进入废水处理系统进行处理。总废水处理量为2.03立方米。其中液态污染物质量约为267kg，剩余为被污染土壤水。经多相分离装置分离的固废经固废收集装置收集。

冷凝装置产生的废热通过热交换管进入加热单元内的曝气管6，对土壤进行高温曝气，实现废热再利用。待未处理尾气中污染物的浓度稳定低于排放标准后，关闭加热系统，对系统进行多相抽提通风散热。待箱体3内土壤温度低于40℃，关闭气密阀，断开加热单元与其它系统的连接。将加热单元运输前往处置目的地后，打开上盖1和侧门2，通过吊装系统协助，倾倒物料。此时污染土壤已通过异位热脱附实现污染物的去除，达到土壤修复的目的。

以上所述仅为本发明较佳实施例而已，非全部实施例，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高效热脱附模块化处理装置，其特征在于，包括加热单元；所述加热单元包括箱体；所述箱体顶部可拆卸设置有上盖；所述箱体一侧铰接有侧门；所述箱体另一侧顶部设置有排气管；所述排气管用于与冷凝降温装置连接；所述箱体内部设置有加热装置；所述箱体内部用于盛放待处理土壤；还包括多个多相抽提井；所述多相抽提井插设于待处理土壤内；所述加热单元通过载重卡车和吊车进行运输与吊装。

2.如权利要求1所述的一种高效热脱附模块化处理装置，其特征在于，所述箱体、上盖和侧门外部均包设有保温材料。

3.如权利要求1或2所述的一种高效热脱附模块化处理装置，其特征在于，所述箱体底部设置有排水管；所述排水管用于与废水处理系统连接。

4.如权利要求3所述的一种高效热脱附模块化处理装置，其特征在于，所述加热装置平行设置有八组；所述箱体上与侧门相邻的两个侧面上分别设置两组；所述箱体底部设置四组。

5.如权利要求4所述的一种高效热脱附模块化处理装置，其特征在于，还包括尾气及废水处理系统；所述尾气及废水处理系统包括冷凝降温装置、多相分离器、固废收集装置、抽水泵、废水处理系统、前置过滤器、真空泵及活性炭吸附装置；所述冷凝降温装置与多相分离器连接；所述多相分离器的固废出口与固废收集装置连接；所述多相分离器的废水出口与抽水泵连接；所述抽水泵与废水处理系统连接；所述多相分离器的废气出口与前置过滤器连接；所述前置过滤器与真空泵连接；所述真空泵出口与活性炭吸附装置连接。

6.如权利要求5所述的一种高效热脱附模块化处理装置，其特征在于，还包括余热回收及利用系统；所述余热回收及利用系统包括热交换管和曝气管；所述热交换管设置于冷凝降温装置内，且与曝气管连接；所述曝气管设置于箱体内侧底部。

7.如权利要求6所述的一种高效热脱附模块化处理装置，其特征在于，还包括综合控制系统；所述综合控制系分别与加热单元、余热回收及利用系统及尾气及废水处理系统电连接；用于对加热单元、余热回收及利用系统及尾气及废水处理系统的各项指标进行统一监测和控制。

8.如权利要求7所述的一种高效热脱附模块化处理装置，其特征在于，多个所述加热单元对应一套综合控制系、余热回收及利用系统及尾气及废水处理系统。

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