用甘蔗渣修复有机物‑重金属复合污染土壤的系统及方法与流程

本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种利用甘蔗渣修复有机物-重金属复合污染土壤的系统及方法。

背景技术：

近年来，随着我国城市化进程的快速发展以及产业布局的调整，多数大中城市老城区的大批化工、冶炼、电镀等企业搬迁或关闭，由于这些企业设备陈旧、工业“三废”处理技术不完善，导致遗留了大片重污染场地。这些重污染场地大多存在高浓度的重金属和有机物的复合污染。

土壤复合污染，指的是两种或两种以上污染物共存于土壤中，同时污染物的浓度超过国家土壤环境质量标准或已达到影响土壤环境质量水平。土壤复合污染的形式多种多样，包括有机复合污染、无机复合污染以及有机和无机复合污染等。

在土、水环境中，单一的污染是很少的，绝大多数污染是多种污染物质共存所造成的复合污染。但国内外有关研究大多只涉及单一污染物的环境效应，对多种污染物质所形成的环境复合污染效应及其机理的认识还远远不够。有机污染物和重金属在性质上存在极大的差异，导致开展有机污染物与重金属之间复合污染效应和机理的研究还存在一定的难度。

对于复合污染土壤，多针对重金属和有机物分别进行土壤修复处理。目前，可采用化学淋洗法和热修复技术等化学修复法同时实现污染土壤中复合污染物的脱除。其中，采用化学淋洗法时，由于重金属与有机物差异较大，单一洗脱剂在同时洗脱重金属和有机物时，存在一定局限，对土质也有一定的要求，并且洗脱液需要进一步处理。当采用热脱附技术时，可以有效的去除挥发性和半挥发性有机污染物及部分易挥发的汞、砷，但是大多数重金属无法去除。而生物修复处理成本低，适用于大面积的有机物-重金属污染土壤修复，但是处理周期长，对土壤的条件有一定的要求，大多用于低浓度污染的土壤。

综上，目前缺少可用于有机物-重金属复合污染土壤修复的成熟的应用技术，国外研究的复合污染同时修复往往需要将两种或两种以上的技术进行组合，存在处理成本高、施工复杂的问题，难以进行大规模推广。

现有技术一公开了一种淋洗修复重金属-有机物复合污染土壤的方法，其淋洗液可同时修复重金属-有机物复合污染的土壤，但是淋洗液单一，只能络合部分重金属，对有机污染物的淋洗率比较低，淋洗液消耗量大，淋洗后的废液仍需进一步处理。

现有技术二公开了一种污染土壤的异位热脱附处理方法，该方法对于挥发性和半挥发性有机物的去除率可稳定在95％以上，但是对重金属污染土壤(汞除外)无法修复。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种利用甘蔗渣修复有机物-重金属复合污染土壤的系统及方法。本发明解决了有机污染物和重金属污染同时修复的技术问题，工艺流程简单，反应迅速。

本发明提供了一种用甘蔗渣修复有机物-重金属复合污染土壤的系统，所述系统包括无热载体蓄热式旋转床、土壤冷却装置；

所述无热载体蓄热式旋转床包括热脱附环形炉、蓄热式燃气辐射管，所述蓄热式燃气辐射管位于所述热脱附环形炉的炉壁上；所述热脱附环形炉包括干燥区和热解区；

所述无热载体蓄热式旋转床上设置有混合物入口、土壤出口、高温油气出口、烟气出口；其中，所述高温油气出口位于所述热解区顶部；

所述土壤冷却装置包括土壤入口、冷凝水入口、冷却后土壤出口，所述土壤入口与所述无热载体蓄热式旋转床的土壤出口连接。

进一步的，所述蓄热式燃气辐射管具有高温油气入口，所述高温油气入口与所述热解区顶部设置的高温油气出口连接。

进一步的，所述土壤冷却装置为间接水冷却装置。

上述的系统中，进一步包括污染土壤预处理单元，该污染土壤预处理单元包括破碎装置、滚筒筛；

所述污染土壤预处理单元具有污染土壤原料入口、甘蔗渣入口、混合物出口，所述混合物出口与所述无热载体蓄热式旋转床的混合物入口连接。

上述的系统中，进一步包括烟气净化装置，该烟气净化装置中设置有介孔硅基沸石吸附反应区；

所述烟气净化装置包括烟气入口、冷凝水出口、净化烟气出口；

所述烟气入口与所述无热载体蓄热式旋转床的烟气出口连接。

本发明还提供了一种利用上述系统来修复有机物-重金属复合污染土壤的方法，包括以下步骤：

步骤A、热脱附：将污染土壤和甘蔗渣的混合物经由所述无热载体蓄热式旋转床的混合物入口送入所述热脱附环形炉中，首先进入干燥区中，在T1温度下对所述混合物进行干燥，然后进入热解区中，在T2温度下进行热脱附反应，反应时间为t，得到高温油气、土壤；

步骤B、土壤冷却：将所述土壤送入所述土壤冷却装置中，得到冷却后土壤。

上述修复有机物-重金属复合污染土壤的方法中，所述反应温度T1设为80～150℃，所述反应温度T2设为300～800℃；所述反应时间t为30～60min。

上述修复有机物-重金属复合污染土壤的方法中，在所述步骤A之前还包括步骤：将污染土壤原料和甘蔗渣分别通过污染土壤原料入口、甘蔗渣入口送入所述污染土壤预处理单元中，经过其中所述破碎装置和滚筒筛的破碎和筛选后，得到粒径＜5㎝的污染土壤。

上述修复有机物-重金属复合污染土壤的方法中，所述步骤A得到的高温油气经由所述热解区顶部设置的高温油气出口输送至所述蓄热式燃气辐射管中进行燃烧，得到烟气。

上述修复有机物-重金属复合污染土壤的方法中，所述烟气经由所述无热载体蓄热式旋转床的烟气出口输送至所述烟气净化装置中，得到冷凝水、净化烟气。

本发明可实现农作物甘蔗渣和有机物-重金属复合污染土壤的同时处理，利用甘蔗渣热解产生的高温油气作为蓄热式燃气辐射管的燃料，实现资源的回收利用。

甘蔗渣和有机物-重金属复合污染土壤在热脱附炉中进行热解的过程中，相对料床静止。蓄热式燃气辐射管中的烟气与热脱附炉中的气氛完全隔离，避免反应产物的二次污染。

本发明既实现了热量的回收利用，又可达到节能减排的目的，适用于各种土壤类型的修复处理。

附图说明

图1是本发明中用甘蔗渣修复有机物-重金属复合污染土壤的方法流程示意图。

图2是本发明中用甘蔗渣修复有机物-重金属复合污染土壤的系统示意图。

附图中的附图标记如下：

1、污染土壤预处理单元；2、无热载体蓄热式旋转床；3、土壤冷却装置；4、烟气净化装置。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明提供了一种用甘蔗渣修复有机物-重金属复合污染土壤的系统。如图2所示，该系统包括污染土壤预处理单元1、无热载体蓄热式旋转床2、土壤冷却装置3、烟气净化装置4。该系统中各装置的连接关系如下：

污染土壤预处理单元1包括破碎装置、滚筒筛。污染土壤预处理单元1具有污染土壤原料入口、甘蔗渣入口、混合物出口。

无热载体蓄热式旋转床2具有混合物入口、土壤出口、高温油气出口、高温油气入口、烟气出口。其中，混合物入口与污染土壤预处理单元1的混合物出口连接，高温油气出口与高温油气入口连接。土壤出口处采用的出料装置为双螺旋出料机。

无热载体蓄热式旋转床2包括热脱附环形炉、蓄热式燃气辐射管、布料装置、出料装置。其中，热脱附环形炉为可转动的环形炉，并且，蓄热式燃气辐射管设置在热脱附炉的环形炉壁上，通过燃烧可燃气以热辐射的方式为土壤的热脱附反应提供热量，辐射管内的气氛与无热载体蓄热式旋转床2内的气氛隔绝。

热脱附环形炉包括两个区域：干燥区和热解区。干燥区的温度为80～150℃，用于对污染土壤中的水分进行烘干。热解区的温度为300～800℃，用于污染土壤发生热脱附反应，是主反应区。其中，高温油气出口设置在热脱附环形炉的炉体顶部，且靠近热解区，用于收集挥发出的高温油气混合物。

土壤冷却装置3为带有水套管的双螺旋出料装置，为间接水冷却装置，土壤经过间接水冷之后送入料场或者回填或者外运填埋。土壤冷却装置3包括土壤入口、冷凝水入口、冷却后土壤出口。其中，土壤入口与无热载体蓄热式旋转床2的土壤出口连接。

烟气净化装置4包括烟气入口、冷凝水出口、净化烟气出口。其中，烟气入口与无热载体蓄热式旋转床2的烟气出口连接，冷凝水出口与土壤冷却装置3的冷凝水入口连接。

并且，烟气净化装置4中设置有介孔硅基沸石吸附反应区，其中的介孔硅基沸石用于吸附烟气中的污染物，实现烟气的达标排放。

如图1所示，为本发明中用甘蔗渣修复有机物-重金属复合污染土壤的方法流程示意图。本发明的技术方案包括如下步骤：

⑴污染土壤预处理

将污染土壤经污染土壤原料入口运送至污染土壤预处理单元1中的破碎装置中进行破碎，同时经滚筒筛筛选出其中的大块无机物，如砖头、石块、大件玻璃金属制品等，将污染土壤破碎成粒径＜5㎝的土块。

然后，经由甘蔗渣入口向污染土壤中加入甘蔗渣，并对污染土壤和甘蔗渣进行机械混匀，得到的混合物经混合物出口排出。

⑵污染土壤的热脱附

上述步骤排出的混合物经由混合物入口送入无热载体蓄热式旋转床2中。混合物中的甘蔗渣在热解区的高温作用下，发生热解炭化反应，所生成的甘蔗生物炭在结构电荷、含氧官能团、羟基络合螯合的作用下，吸附污染土壤中的重金属。同时，热解区的高温条件可促进重金属的稳定/固定化。热脱附反应的时间为30～60min。

在热脱附反应过程中，甘蔗渣发生热解炭化反应，还会生成挥发分，其可变为油气与热脱附出的挥发性有机污染物混合在一起，经由高温油气出口排出无热载体蓄热式旋转床2。

上述高温油气混合物，可经由高温油气入口送入无热载体蓄热式旋转床2中的蓄热式燃气辐射管中。其可作为燃料在蓄热式燃气辐射管中进行燃烧产热，为无热载体蓄热式旋转床2中发生热脱附反应提供热量。燃烧反应生成的烟气经由烟气出口排出。

经过热脱附和重金属固化后的高温洁净土壤，经土壤出口排出无热载体蓄热式旋转床2。

⑶土壤冷却

上述高温洁净土壤经由土壤入口送入土壤冷却装置3中，在其中冷凝水的作用下进行间接冷却至室温，并经由冷却后土壤出口排出。冷却后土壤排出后可进入土壤出料场，或者回填或者外运填埋。从而实现有机物-重金属复合污染土壤的修复。

⑷烟气净化

上述经蓄热式燃气辐射管排出的烟气，经由烟气入口送入烟气净化装置4中。烟气中的污染物在其中进行脱除，得到净化烟气，并经由净化烟气出口排出，实现尾气的达标排放。

烟气中的污染物脱除过程中，其中的水蒸气冷凝为水。该冷凝水经由冷凝水出口排出，并通过冷凝水入口送入土壤冷却装置3中，用于冷却高温洁净土壤。

实施例

本实施例针对有机物和重金属复合污染物，自行配置含有重金属铅、镉以及有机物苯并蒽、苯酚的复合模拟污染土壤为试验对象，进行污染土壤修复处理试验。

本实施例中，污染土壤进行热脱附处理的参数为：处理量为20t/d，，干燥区温度为110℃，热解区温度为500℃，热脱附时间为45min。热脱附反应后测定土壤中有机物的含量以及重金属的浸出浓度。

表1污染土壤中有机物去除率和重金属浸出率

由表1可得，本发明可利用甘蔗渣，实现有机物-重金属复合污染土壤中重金属和有机物污染的同时去除，且脱除效率高，操作简便。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。