TWM555757U - 含汞及戴奧辛之汙染土之回收設備 - Google Patents

Abstract

本創作揭露一種含汞及戴奧辛之汙染土之之回收設備，係包括間接加熱旋轉爐，用以將汙染土以進行熱脫附處理，以分離汞及戴奧辛；冷凝回收單元，用以除汞；以及二次間接燃燒爐，用於進行戴奧辛高溫裂解。

Description

含汞及戴奧辛之汙染土之回收設備

本創作係關於一種汙染土的回收方法及設備，尤係關於可處理含汞及戴奧辛之汙染土的回收方法及設備。

國內的台南安南區的台鹼公司安順廠址早期為鹼氯產業，由於不當排放汙泥及廢水，導致廠區之土壤同時含戴奧辛及汞之高度汙染，整治技術難度高。

目前技術揭露用以處理此類高汙染的土壤，有熱處理法、吸附法、細菌降解法及有機溶液萃取法，其中該熱處理法係以熱脫附方式將汙染物自土料分離，第201408389號中華民國專利即揭示此熱處理法技術。咸知，在處理過程中土料會產生相當大量的粉塵，而在前案第201408389號中華民國專利之製程中由於直接進行熱交換處理，則容易形成污垢堵塞系統，進而導致製程穩定度問題。

此外，由於汙染土在熱處理過程中會產生約2至3%的粉塵，該粉塵中PM2.5占總體積比例約25%，若未經處理容易在空氣中飄散，造成額外的空氣汙染問題。

有鑑於此，有必要提出一種高穩定處理含汞及戴奧辛 之汙染土之回收方法及設備，以解決習知技術所存在的問題。

為解決上述之問題，本創作提供一種含汞及戴奧辛之汙染土之處理設備，係包括：間接加熱旋轉爐，係容置和熱處理該汙染土，以使該汞和戴奧辛自該汙染土脫附，以產生含該汞及戴奧辛之廢氣和落土料；落土貯槽，係連接該間接加熱旋轉爐，用於接收該落土料；第一集塵單元，係流體連接該間接加熱旋轉爐，以吸附該廢氣中的粉塵；冷凝回收單元，係流體連接該第一集塵單元，以冷凝該廢氣中之汞蒸氣，並排出液態汞；二次間接燃燒爐，係流體連接該冷凝回收單元，用以熱處理經冷凝之該廢氣，並令經冷凝之該廢氣中之戴奧辛裂解；第二集塵單元，係流體連接該二次間接燃燒爐，以吸附來自該二次間接燃燒爐之廢氣中的粉塵；以及煙囪，係連接該第二集塵單元，以排放來自該第二集塵單元之廢氣至大氣。

本創作復提供一種含汞及戴奧辛之污染土之回收方法，包括：以間接加熱旋轉爐熱處理該汙染土，以使該汞和戴奧辛自該汙染土脫附，以產生含該汞及戴奧辛之廢氣和落土料；以第一集塵單元吸附該廢氣中的粉塵；以冷凝回收單元接收來自該第一集塵單元之廢氣，以冷凝該廢氣中之汞蒸氣，並排出液態粗汞；使經冷凝之該廢氣通過二次間接燃燒爐，以裂解經冷凝之該廢氣中之戴奧辛；使第二集塵單元吸附來自該二次間接燃燒爐之廢氣中的粉塵； 以及經由連接該第二集塵單元之煙囪，排放來自該第二集塵單元之廢氣至大氣。

藉由本創作提供之回收方法及設備，可同時處理含汞及戴奧辛之高汙染土壤，使處理後之土壤和排氣能夠達到管制標準，且較先前技術更能節省該汙染土之處理成本。此外，還可減少汙染土處理過程中產生的粉塵，避免該粉塵外洩造成空氣汙染及汙垢堵塞系統，並提升整體製程的穩定度。

11‧‧‧間接加熱旋轉爐

12‧‧‧第一集塵單元

13‧‧‧冷凝回收單元

14‧‧‧二次間接燃燒爐

15‧‧‧第二集塵單元

16‧‧‧煙囪

21,22‧‧‧抽風裝置

31‧‧‧除水單元

41‧‧‧熱交換裝置

71‧‧‧活性碳噴注單元

100‧‧‧汙染土

110‧‧‧落土貯槽

111,121,131,141,151,303,304,311,312,710‧‧‧管線

112‧‧‧進料斗

113‧‧‧固定外爐(爐體內充滿液體燃料)

114‧‧‧內旋轉爐

115‧‧‧排放室

115a‧‧‧落土料排出口

115b‧‧‧廢氣排出口

122,123‧‧‧陶瓷過濾器

152,153,154,155‧‧‧粉塵過濾器

130‧‧‧液態汞

310‧‧‧廢水

313‧‧‧另一間接加熱旋轉爐

314‧‧‧集塵裝置

315‧‧‧冷卻裝置

透過例示性之參考附圖說明本創作的實施方式：第1圖係含汞及戴奧辛之汙染土之處理設備的流程圖；第2圖係間接加熱旋轉爐之結構示意圖；第3圖係第一集塵單元之具體實施態樣示意圖；第4圖係第二集塵單元之具體實施態樣示意圖；第5圖係含汞及戴奧辛之汙染土之處理設備之第二實施例的流程圖；第6圖係含汞及戴奧辛之汙染土之處理設備之第三實施例的流程圖；第7圖係除水單元之具體實施態樣示意圖；以及第8圖係含汞及戴奧辛之汙染土之處理設備之第四實施例的流程圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本創作之實施方 式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本創作之優點及功效。本創作亦可藉由其它不同之實施方式加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作所揭示之精神下賦予不同之修飾與變更。此外，本文所有範圍和值都係包含及可合併的。落在本文中所述的範圍內之任何數值或點，例如任何整數都可以作為最小值或最大值以導出下位範圍等。

請參閱第1圖，係說明本創作之含汞及戴奧辛之汙染土100之處理設備，該設備依序包括間接加熱旋轉爐11、落土貯槽110、第一集塵單元12、冷凝回收單元13、二次間接燃燒爐14、第二集塵單元15及煙囪16。其中，該間接加熱旋轉爐11係容置和熱處理該汙染土100。於一具體實施態樣中，其汙染土最大處理量為6噸/小時，使該汞自該汙染土100脫附，並令多數戴奧辛裂解。該間接加熱旋轉爐11不同於直接加熱爐之處，在於間接加熱旋轉爐可避免空氣被汙染土所汙染，造成後續處理的難度提高，使用間接內旋轉爐可節省設備的投資及操作的變動成本。

第2圖係說明該間接加熱旋轉爐11之結構。該間接加熱旋轉爐11包括進料斗112；連接該進料斗112之內旋轉爐114；包覆該內旋轉爐114之固定外爐113；以及排放室115。進料斗112係用於供該汙染土100入料，該間接加熱旋轉爐11之主體為傾斜(傾斜角度通常為1.25至4.75度)之圓筒窯爐，其包括固定外爐113及內旋轉爐114，於固定外爐113與內旋轉爐114間充滿液體燃料，例如柴油。 藉由燃燒柴油對內旋轉爐114進行間接加熱，溫度可設定為550至650℃，並令該間接加熱旋轉爐11之熱處理時間為20至60分鐘。相較於習知技術，欲氧化或裂解戴奧辛至少需要溫度850℃，但本創作間接加熱旋轉爐11之溫度可設定為550至650℃之主要原因在於本創作所用的加熱設備為間接加熱的方式，使汙染土100於內旋轉爐114中呈缺氧悶燒且藉內旋轉爐114以1至7轉/分鐘之速度旋轉，該內旋轉爐114內之螺紋以摩擦攪動汙染土100使之均勻受熱，有助於熱脫附並破壞大部分的戴奧辛汙染物，故能以較低的操作溫度進行熱脫附處理。該圓筒窯爐的末端連接排放室115，使熱脫附處理所生成的含該汞及戴奧辛之廢氣由廢氣排出口115b連接管線111排至第一集塵單元12，且於一具體實施態樣中，經熱脫附處理後的落土料之出土量為1.5至4噸/小時，可由落土料排出口115a排至落土貯槽110，待降溫後接受檢測，經處理後的汙染土的含汞量少於20毫克/公斤(mg/kg)，其含戴奧辛量少於1000奈克國際毒性當量/公斤(ng I-TEQ/kg)，經本創作處理後的汙染土其汞的削減率可達97%，及戴奧辛汙染物的削減率可達99.87%。

由於該汙染土100在熱處理過程中會產生大量粉塵，該粉塵中的PM 2.5占粉塵總體積的25%，因此，在間接加熱旋轉爐11後方需設置第一集塵單元12，以吸附粉塵。於一具體實施態樣中，該第一集塵單元12係包括兩個並聯設置之陶瓷過濾器122,123，如第3圖所示。該陶瓷過濾器 122,123係接收管線111之廢氣，經吸附處理後由管線121送至冷凝回收單元13。第一集塵單元12可復包括多管式集塵器(或稱多管旋風集塵器，未呈現於流程圖)，其係將管線111之廢氣中的大顆粒粉塵做初步篩除，再以陶瓷過濾器122,123吸附小顆粒粉塵，由於該間接加熱旋轉爐所排放之廢氣具550至650℃高溫，故陶瓷過濾器122,123中並無設置觸媒，且該陶瓷過濾器122,123可耐溫至900℃，利用其富微孔性的陶瓷纖維去除多數粒徑約0.1微米的粉塵粒子。藉由並聯的設置方式，使在製程連續操作中能不停機進行汰換，減少能源耗損，亦可降低濾袋更換頻率，提升製程效率。

該冷凝回收單元13係接收管線121之廢氣，以低溫冷凝該廢氣中之汞蒸氣，呈液態汞130後排出，其中，該冷凝回收單元之溫度設定範圍為-30至4℃。於一具體實施態樣中，該液態汞排出量為0至0.6公斤/小時，並密封收集於聚乙烯桶中，該液態汞130為粗汞(汞含量約95重量%)需後續精餾純化始得99.99重量%的純汞。該冷凝回收單元13係可包括兩個階段，第一階段將管線121之廢氣降溫至4℃後，再經第二階段降溫至-30℃。該冷凝回收單元13後方可復設置硫改質活性碳槽(未呈現於流程圖)，並令來自該冷凝回收單元13之廢氣吸附其殘餘汞成分，再由管線131傳送至二次間接燃燒爐14進行裂解殘餘戴奧辛之處理。

該二次間接燃燒爐14係用以熱處理該管線131之廢 氣，並令該廢氣之殘餘戴奧辛裂解。其中該二次間接燃燒爐14係水平設置，其結構亦分為外爐及內爐，且內爐非旋轉爐，加熱方式亦使用液體燃料柴油對內爐進行間接加熱，溫度設定為850至950℃，並令該二次間接燃燒爐14之裂解處理時間為至少2秒，以將廢氣內最後殘餘的戴奧辛進行完全的裂解破壞。該二次間接燃燒爐14後方可復設置熱交換器(未呈現於流程圖)，令管線141先於熱交換器中與管線131熱對流降溫至180至220℃後，再傳送至第二集塵單元15，避免高溫下戴奧辛再行重生反應(de-novo reaction)。

該第二集塵單元15係用以吸附管線141之廢氣中的粉塵。於一具體實施態樣中，該第二集塵單元15係包括串聯設置之至少兩個粉塵過濾器，且在至少一個粉塵過濾器內有設置觸媒。如第4圖所示之一具體實施態樣中，該第二集塵單元15係包括串聯設置之四個粉塵過濾器152,153,154,155，且在至少一個粉塵過濾器內有設置觸媒，其中，該粉塵過濾器152宜使用陶瓷過濾器，承接自二次間接燃燒爐14之高溫廢氣，且該粉塵過濾器154尤以使用觸媒粉塵過濾器為佳，且氣布比為標準狀態下1至10米/小時(NM³/M²/hr)。該觸媒係用以分解管線141之廢氣的殘餘戴奧辛，藉由觸媒表面之活性位置與戴奧辛進行接觸性之氧化反應，反應溫度控制在200至274℃之間，進而將戴奧辛分解成二氧化碳、水及氯化氫等氧化物。此外，觸媒的活性成分係可以選自五氧化二釩、三氧化鎢及三氧 化鉬之至少一種，觸媒之基材為二氧化鈦及其氧化物，其觸媒型態種類係可選自顆粒裝、蜂巢狀、塊狀或發泡狀之其中一種。此外，第二集塵單元15後方可復設置硫改質活性碳槽(未呈現於流程圖)，確實將廢氣中之殘餘汞蒸氣吸附完全，最後再由管線151傳送至煙囪16進行排放，排放廢氣溫度為180至240℃，通常排出之廢氣中含汞量少於0.05毫克/立方公尺(mg/Nm³)，含戴奧辛量少於0.1奈克國際毒性當量/立方公尺(ng I-TEQ/Nm³)，粒狀汙染物含量少於80毫克/立方公尺(mg/Nm³)，以及氯化氫含量少於40百萬分濃度(ppm)。

請參閱第4圖，於一具體實施態樣中，為確實除去管線141之廢氣中的戴奧辛，復設置一活性碳噴注單元71與第二集塵單元15並聯設置，藉由管線710在煙道氣流進入各粉塵過濾器152,153,154,155前注入活性碳以吸附戴奧辛，使戴奧辛汙染物由氣相轉化為固相，再以粉塵過濾器152,153,154,155去除，通常去除廢氣中戴奧辛效率可達80至90%。

請參閱第5圖，於一具體實施態樣中，為加強粉塵的收斂效果，係透過在第一集塵單元12及第二集塵單元15後方設置抽風裝置21,22，利用風壓以令該設備處於負壓環境，得以將粉塵抽入第一集塵單元12及第二集塵單元15，避免粉塵累積成污垢造成後續製程設備功能失效。

請參閱第6圖，於一具體實施態樣中，為提升該冷凝回收單元13的冷凝汞蒸氣效率及操作穩定性，於該間接加 熱旋轉爐11熱處理該汙染土100前，先以除水單元31移除該汙染土100中之水分，並排出冷凝廢水310，該廢水310仍需待後續廢水處理始能排放。該除水單元31係設置並連接於該間接加熱旋轉爐11之上游，並將業經移除水分之汙染土經管線311導入間接加熱旋轉爐11，且將該汙染土100中之水分移除時產生之氣體經管線312導入該冷凝回收單元13。

第7圖係說明該除水單元31之一具體實施態樣，係包括依序流體連接之另一間接加熱旋轉爐313、集塵裝置314及冷卻裝置315，其中，該另一間接加熱旋轉爐313與該間接加熱旋轉爐11之結構及液體燃料相同，惟，該另一間接加熱旋轉爐313之圓筒窯爐之傾斜角度為1.25至5.15度，其旋轉速度為1至5轉/分鐘，且溫度設定為100至200℃，較佳溫度設定為120至150℃，熱處理時間為25至50分鐘，且自該另一間接加熱旋轉爐313經移除水氣之汙染土通過管線311連接該間接加熱旋轉爐11。另外，該冷卻裝置315係將含有水氣的廢氣降溫至50℃，使水氣冷凝成液態廢水310，該廢水310需再經其他廢水處理始能流放，該自冷卻裝置315經移除水分之氣體通過管線312再連接於該冷凝回收單元13。其中，該集塵裝置314以管線303,304連接於另一間接加熱旋轉爐313及冷卻裝置315之間，用於吸附自另一間接加熱旋轉爐313所產生氣體中的粉塵，以避免粉塵累積於後方冷卻裝置315，影響其凝水效能。

此外，該另一間接加熱旋轉爐313與該間接加熱旋轉爐11之結構相同，係具有進料斗；連接該進料斗之內旋轉爐；包覆該內旋轉爐之固定外爐；以及排放室，其中，該另一間接加熱旋轉爐313與該間接加熱旋轉爐11之間係藉由設於管線311上之雙螺旋輸送機連接。例如該另一間接加熱旋轉爐313之內旋轉爐連接該間接加熱旋轉爐11之進料斗，且使用雙螺旋輸送機將經移除水氣之汙染土送至該間接加熱旋轉爐11之進料斗(圖略)。

請參閱第8圖，於一具體實施態樣中，為有效利用熱能，復設置一熱交換裝置41連接該第一集塵單元12及該冷凝回收單元13，利用來自該冷凝回收單元13之管線131之低溫廢氣先於該熱交換裝置41中與該來自第一集塵單元12之管線121的高溫廢氣進行熱對流快速降溫，使管線121溫度降溫至180至220℃，並使管線131溫度升溫至140至160℃，有效達到熱整合回收，減少製程不必要能耗。再者，由於甫裂解的戴奧辛呈不穩定狀態，在250至400℃情況下，仍有機會進行重生反應(de-novo reaction)，再回復成戴奧辛，因此，該熱交換裝置41使550至650℃廢氣由高溫降至180至220℃，低於重生反應之反應溫度250℃，藉由低溫致使重生反應速率變慢，以及管線中的負壓設計以抑制重生反應的進行。

另外，本創作所提到之管線可視其傳遞內容物為何而改變，若傳遞內容物為高溫者，則須採用耐高溫管線，若傳遞廢水或廢氣者，則須採用具有防蝕性能的管線，此為 本領域之技術人員所熟知，故不再逐一說明。

實施例：

將含汞及戴奧辛之汙染土以6噸/小時先通過除水單元之另一間接加熱旋轉爐進行除水處理，該另一間接加熱旋轉爐之傾斜角度為2.6度，以2轉/分鐘之轉速，溫度150℃，持續除水約35分鐘；完成除水後，再將汙染土以管線輸送至間接加熱旋轉爐進行熱處理，其間接加熱旋轉爐之傾斜角度為2.5度，以2.5轉/分鐘之轉速，溫度650℃，熱處理約40分鐘，以使該汞和戴奧辛自該汙染土脫附；最後，再將完成熱處理的落土料約4噸/小時排至落土貯槽。

其經熱處理之廢氣先透過多管式集塵器，再經第一集塵單元除塵，其中該第一集塵單元除塵係由兩個並聯之高溫陶瓷過濾器所組成，接著，再經熱交換裝置降溫至220℃，接著由管線送至冷凝回收單元；同樣地，經除水處理之廢氣亦先透過集塵裝置除塵，再先經冷卻裝置降溫至50℃排出冷凝廢水；經除水後之廢氣並與上述經熱處理之廢氣管線連接送至冷凝回收單元；緊接著，使該連接後之廢氣先經第一階段冷凝器降溫至4℃，再經第二階段冷凝器降溫至-30℃，將廢氣中之汞冷凝為液態汞後以0至0.6公斤/小時之排出量排至聚乙烯桶收集，其冷凝廢水之排水量最多50噸/天。

後續，將完成冷凝之廢氣先經硫改質活性碳槽復吸附殘餘汞成分後，經熱交換裝置逐步升溫至530℃後，至二次間接燃燒爐進行殘餘戴奧辛之熱裂解處理，其處理溫度 為900℃，熱裂解處理時間為至少2秒；接著，使該廢氣先經熱交換裝置降溫至220℃抑制重生反應，再進入第二集塵單元之四個粉塵過濾器除塵及並聯設置的活性碳噴注單元吸附戴奧辛，其中該粉塵過濾器依序為高溫陶瓷過濾器、觸媒粉塵過濾器(REMEDIA；戈爾公司(W.L.Gore & Associates,Inc.))、粉塵過濾器；最後，將廢氣送至煙囪排放，其煙囪排氣量為標準狀態下小於1000立方米/小時之流量且排氣溫度為65℃。

上述集塵裝置後方皆復設置抽風裝置，以利於粉塵收集。

於本創作之回收設備中設置數個採樣點，進行採樣分析並記錄於表1及表2。

針對進料土、落土料、冷凝廢水水質、煙囪尾氣及周界空氣品質檢測分別記錄於表3、表4、表5及表6。

綜上所述，本創作所提供之回收方法及設備，確具可同時處理含汞及戴奧辛之高汙染土壤之能力，使處理後之土壤和排氣皆低於管制標準，並可減少汙染土處理過程中產生的粉塵，此製程亦較先前技術更能節省該汙染土之處理成本，且具提升製程穩定度之功效。

上述實施例僅為例示性說明，而非用於限制本創作。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本創作之權利保護範圍係由本創作所附之申請專利範圍所定義，只要 不影響本創作之效果及實施目的，應涵蓋於此公開技術內容中。

11‧‧‧間接加熱旋轉爐

12‧‧‧第一集塵單元

13‧‧‧冷凝回收單元

14‧‧‧二次間接燃燒爐

15‧‧‧第二集塵單元

16‧‧‧煙囪

100‧‧‧汙染土

110‧‧‧落土貯槽

111,121,131,141,151‧‧‧管線

130‧‧‧液態汞

Claims (13)

1. 一種含汞及戴奧辛之汙染土之處理設備，係包括：間接加熱旋轉爐，係容置和熱處理該汙染土，以使該汞和戴奧辛自該汙染土脫附，以產生含該汞及戴奧辛之廢氣和落土料；落土貯槽，係連接該間接加熱旋轉爐，用於接收該落土料；第一集塵單元，係流體連接該間接加熱旋轉爐，以吸附該廢氣中的粉塵；冷凝回收單元，係流體連接該第一集塵單元，以冷凝該廢氣中之汞蒸氣，並排出液態汞；二次間接燃燒爐，係流體連接該冷凝回收單元，用以熱處理經冷凝之該廢氣，並令經冷凝之該廢氣中之戴奧辛裂解；第二集塵單元，係流體連接該二次間接燃燒爐，以吸附來自該二次間接燃燒爐之廢氣中的粉塵；以及煙囪，係連接該第二集塵單元，以排放來自該第二集塵單元之廢氣至大氣。
2. 如申請專利範圍第1項所述之處理設備，復包括除水單元，係設置並連接於該間接加熱旋轉爐之上游，以於熱處理該汙染土之前，移除該汙染土中之水分，並將該水分業經移除之汙染土導入該間接加熱旋轉爐。
3. 如申請專利範圍第2項所述之處理設備，其中，該除水單元復流體連接該冷凝回收單元，以將該汙染土中之水 分移除時產生之氣體導入該冷凝回收單元。
4. 如申請專利範圍第2項所述之處理設備，其中，該除水單元係包括依序流體連接之另一間接加熱旋轉爐、集塵裝置及冷卻裝置，其中，該另一間接加熱旋轉爐復連接該間接加熱旋轉爐，且該冷卻裝置係復流體連接於該冷凝回收單元。
5. 如申請專利範圍第4項所述之處理設備，其中，該另一間接加熱旋轉爐及該間接加熱旋轉爐各者之結構包括：進料斗；連接該進料斗之內旋轉爐；包覆該內旋轉爐之固定外爐；以及排放室。
6. 如申請專利範圍第4項所述之處理設備，其中，該間接加熱旋轉爐之傾斜角為1.25至4.75度，且該另一間接加熱旋轉爐之傾斜角為1.25至5.15度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之處理設備，其中，該第一集塵單元係包括兩個並聯設置之陶瓷過濾器。
8. 如申請專利範圍第1項所述之處理設備，復包括二抽風裝置，係分別設置於該第一集塵單元後及第二集塵單元後，以令該處理設備處於負壓環境。
9. 如申請專利範圍第1項所述之處理設備，其中，該第二集塵單元係包括串聯設置之至少兩個粉塵過濾器。
10. 如申請專利範圍第9項所述之處理設備，其中，該粉塵過濾器係至少一個有設置觸媒。
11. 如申請專利範圍第9項所述之處理設備，其中，該第二集塵單元係包括串聯設置之四個粉塵過濾器。
12. 如申請專利範圍第1項所述之處理設備，復包括活性碳噴注單元，係與該第二集塵單元並聯設置。
13. 如申請專利範圍第1項所述之處理設備，復包括熱交換裝置，係流體連接該第一集塵單元及該冷凝回收單元，以令該來自該第一集塵單元之廢氣與來自該冷凝回收單元之廢氣彼此作熱對流。