利用秸秆修复有机物‑重金属复合污染土壤的系统和方法与流程

本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种利用秸秆来修复有机物-重金属复合污染土壤的系统和方法。

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秸秆来修复有机物-重金属复合污染土壤的系统和方法。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。

本发明提供了一种利用秸秆修复有机物-重金属复合污染土壤的系统，所述系统包括混合装置、热脱附炉；

所述混合装置包括秸秆入口、污染土壤入口、混合物出口；

所述热脱附炉包括混合物入口、高温油气出口、洁净土壤出口，所述混合物入口与所述混合装置的混合物出口连接。

进一步的，所述热脱附炉中具有蓄热式燃气辐射管，所述蓄热式燃气辐射管位于所述热脱附炉的炉壁上；

所述热脱附炉上还设置有可燃气入口、助燃气入口、烟气出口。

上述的系统中，进一步包括燃烧室，所述燃烧室包括高温油气入口、高温烟气出口，所述高温油气入口与所述热脱附炉的高温油气出口连接。

上述的系统中，进一步包括秸秆破碎单元，该秸秆破碎单元由破碎装置、振动筛构成；

所述秸秆破碎单元具有原料入口、秸秆出口，所述秸秆出口与所述混合装置的秸秆入口连接。

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由破碎装置、振动筛、烘干装置构成；

所述污染土壤预处理单元具有原料入口、高温烟气入口、污染土壤出口、低温烟气出口，所述污染土壤出口与所述混合装置的污染土壤入口连接，所述高温烟气入口与所述燃烧室的高温烟气出口连接。

上述的系统中，进一步包括生物处理装置，所述生物处理装置包括低温烟气入口、净化烟气出口，所述低温烟气入口与所述污染土壤预处理单元的低温烟气出口连接。

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，所述方法包括以下步骤：

步骤A、混合：将污染土壤和秸秆分别送入所述混合装置中进行混合，得到混合物；

步骤B、热脱附：将所述混合物经由所述热脱附炉的混合物入口送入所述热脱附炉中，在T温度下进行热脱附反应，反应时间为t，得到高温油气、洁净土壤。

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T设为300～800℃，所述反应时间t设为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振动筛的破碎和筛选后，得到粒径＜5㎝的污染土壤，然后经由烘干装置烘干至所述污染土壤的含水率＜25wt％；

将秸秆原料送入所述秸秆破碎单元中，经过其中所述破碎装置和振动筛的破碎和筛选后，得到粒径≤8㎜的秸秆。

上述修复有机物-重金属复合污染土壤的方法中，所述步骤B中产生的高温油气经由所述高温油气入口送入所述燃烧室中，燃烧产生高温烟气，所述高温烟气输送至所述污染土壤预处理单元的烘干装置中，对所述污染土壤进行烘干，得到低温烟气，所述低温烟气输送至所述生物处理装置中，得到净化烟气。

本发明可实现农作物秸秆和有机物-重金属复合污染土壤的同时处理，利用秸秆热解产生的高温油气燃烧所释放的热量，对污染土壤进行烘干处理。

秸秆和有机物-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。

本发明的系统和方法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是本发明中利用秸秆来修复有机物-重金属复合污染土壤的方法流程示意图。

图2是本发明中利用秸秆来修复有机物-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；1＇、秸秆破碎单元；2、混合装置；3、热脱附炉；4、燃烧室；5、生物处理装置。

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。

本发明提供了一种利用秸秆修复有机物-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、秸秆破碎单元1＇、混合装置2、热脱附炉3、燃烧室4、生物处理装置5。该系统中各装置的连接关系如下：

污染土壤预处理单元1由破碎装置、振动筛、烘干装置构成。污染土壤预处理单元1具有原料入口、高温烟气入口、污染土壤出口、低温烟气出口。其中，高温烟气入口和低温烟气出口位于烘干装置上。

秸秆破碎单元1＇由破碎装置、振动筛构成。秸秆破碎单元1＇具有原料入口、秸秆出口。

混合装置2具有秸秆入口、污染土壤入口、混合物出口。其中，秸秆入口与秸秆破碎单元1＇的秸秆出口连接，污染土壤入口与污染土壤预处理单元1的污染土壤出口连接，

热脱附炉3具有混合物入口、高温油气出口、洁净土壤出口。其中，混合物入口与混合装置2的混合物出口连接。高温油气出口设置在热脱附炉3的炉顶位置处。并且，在热脱附炉3上还设置有可燃气入口、助燃气入口、烟气出口。

热脱附炉3包括辐射热脱附炉、蓄热式燃气辐射管、布料装置、出料装置，主体设备为辐射热脱附炉。其中，蓄热式燃气辐射管位于炉壁上，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，辐射管内的气氛与热脱附炉3内的气氛隔绝。

燃烧室4具有高温油气入口、高温烟气出口。其中，高温油气入口与热脱附炉3的高温油气出口连接，高温烟气出口与污染土壤预处理单元1的高温烟气入口连接。

生物处理装置5具有低温烟气入口、净化烟气出口。其中，低温烟气入口与污染土壤预处理单元1的低温烟气出口连接。

如图1所示，为本发明中利用秸秆来修复有机物-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，同时经振动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，并运送至烘干装置中，在80～110℃条件下进行烘干处理，使得土壤的含水率降至25wt％(wt％为质量百分比)以下，然后经污染土壤出口排出。

⑵农作物秸秆破碎

将农作物秸秆原料经原料入口运送至秸秆破碎单元1＇中，在其中的破碎装置中进行破碎处理，然后经振动筛筛选出粒径＞8㎜的秸秆，再次送入破碎装置中，直至将秸秆破碎至粒径≤8㎜，经由秸秆出口排出。

⑶混合

混合装置2的污染土壤入口用于接收由污染土壤出口排出的污染土壤，秸秆入口用于接收由秸秆出口排出的秸秆，使得经处理的污染土壤原料和秸秆原料在混合装置2中进行混合，得到的混合物经混合物出口排出。

⑷热脱附

热脱附炉3的混合物入口用于接收由混合物出口排出的混合物，使得污染土壤和秸秆在热脱附炉3中进行热脱附反应。热脱附反应的温度为300～800℃，秸秆在热脱附炉中的高温作用下热解为秸秆生物炭和高温油气，秸秆生物炭用于吸附污染土壤中的重金属，同时，高温可促进重金属的稳定/固定化。反应产生的高温油气以及有机污染物通过高温油气出口排出。

热脱附反应的时间为30～60min，经过热脱附和重金属固化后的洁净土壤，经冷却后回填或外运。

⑸燃烧反应

燃烧室4的高温油气入口用于接收由高温油气出口排出的高温油气和有机污染物，通过燃烧反应产生高温烟气。产生的高温烟气通过高温烟气出口经由污染土壤预处理单元1的高温烟气入口输送至烘干装置中，在实现污染土壤烘干的同时，高温烟气温度降低为低温烟气。

⑹生物处理

上述步骤产生的低温烟气经由低温烟气入口输送至生物处理装置5中，在其中微生物的作用下，对低温烟气中的污染物进行进一步的分解处理，净化后的气体通过净化烟气出口排出，实现尾气的达标排放。

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，热脱附温度为600℃，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，本发明可利用秸秆，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。