对有机物?重金属复合污染土壤进行修复的修复装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了对有机物?重金属复合污染土壤进行修复的修复装置，包括：用于对生物炭进行活化的活化组件；热脱附炉，热脱附炉包括炉体、布料板和第一辐射管燃烧器，炉体上设有进料口和出料口，进料口与混匀系统相连以接收活化生物炭和污染土壤的混合物，炉体内具有热脱附区，第一辐射管燃烧器设在炉体的侧壁上以对热脱附区内的土壤提供热脱附热量，炉体对应热脱附区的位置设有挥发性气体出口；尾气处理系统，尾气处理系统与挥发性气体出口相连以对挥发性气体进行处理。根据本实用新型的修复方法，实现同时对土壤中的重金属和有机污染物的可靠去除，有利于解决各种类型的土壤中有机物和重金属复合污染同时修复的问题，工艺流程简单，成本低。
【专利说明】
对有机物-重金属复合污染土壤进行修复的修复装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及土壤修复技术领域，尤其是涉及一种对有机物-重金属复合污染 土壤进行修复的修复装置。
【背景技术】
[0002] 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、电镀等企业搬迀或关闭，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都存在高浓度的重金属和 有机物的复合污染。
[0003] 由于有机污染物和重金属在性质上的极大的差异，致使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。
[0004] -般地，对有机污染物和重金属复合污染的土壤实现同时修复的化学修复法主要 为化学淋洗技术和热脱附技术。然而，对于淋洗技术而言，淋洗液单一，
[0005] 对重金属和有机物同时淋洗有一定局限性，淋洗液只能络合部分的重金属而且淋 洗液耗量大，对有机污染物的淋洗率低，对土质也有一定的要求，并且淋洗后的废液中污染 物仍需进一步的处理。而就热脱附技术而言，虽可以有效的去除挥发性和半挥发性的有机 污染物及部分易挥发的汞、砷，但是大多数重金属无法被去除。
[0006] 生物修复是一种处理成本低，且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，大多数用于低浓度污染的土壤。
[0007] 国外研究的复合污染同时修复方法往往需要采用两种或两种以上的技术相互组 合以分别针对有机污染物和重金属污染物进行处理，这虽能解决复合污染的问题，但是这 种方法处理成本高、施工复杂，难以进行大规模推广。 【实用新型内容】
[0008] 本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实 用新型提出一种对有机物-重金属复合污染土壤进行修复的修复装置，解决了土壤中有机 物和重金属复合污染同时修复的问题，工艺流程简单，成本低。
[0009] 根据本实用新型实施例的对有机物-重金属复合污染土壤进行修复的修复装置， 包括：用于对生物炭进行活化的活化组件；热脱附炉，所述热脱附炉包括炉体、可水平转动 地设在所述炉体内的布料板和第一辐射管燃烧器，所述炉体的横截面形成为环形，所述炉 体上设有进料口和出料口，所述进料口与混匀系统相连以接收活化生物炭和污染土壤的混 合物，所述炉体内具有热脱附区，所述第一辐射管燃烧器设在所述炉体的侧壁上以对所述 热脱附区内的土壤提供热脱附热量，所述炉体对应所述热脱附区的位置设有挥发性气体出 口；尾气处理系统，所述尾气处理系统与所述挥发性气体出口相连以对挥发性气体进行处 理。
[0010] 根据本实用新型实施例的对有机物-重金属复合污染土壤进行修复的修复装置， 通过使得活化生物炭在混匀系统中与污染土壤充分混合并使活化生物炭和土壤的混合物 进入到热脱附炉的热脱附区进行热脱，在第一辐射管燃烧器提供的热脱附热量的作用下， 土壤中的重金属被活化生物炭吸附固定于土壤中，土壤中的有机污染物等挥发成挥发性气 体，同时热脱附形成的挥发性气体进入到尾气处理系统4中被处理，从而实现了同时对土壤 中的重金属和有机污染物的可靠去除，有利于解决各种类型的土壤中有机物和重金属复合 污染同时修复的问题，不但工艺流程简单，成本低，处理周期短，有利于实现大规模的推广， 而且避免了相关技术中采用淋洗技术修复土壤带来的淋洗液单一、淋洗液只能络合部分重 金属、淋洗液耗量大、淋洗液对有机污染物淋洗率低及淋洗后的废液中污染物仍需进一步 处理等问题，同时避免了相关技术中采用热脱附技术无法去除土壤中的大多数种类的重金 属的问题。
[0011] 根据本实用新型的一些实施例，所述尾气处理系统包括吸附腔室，所述吸附腔室 设有进气口和出气口，所述吸附腔室内盛放有活性炭，所述进气口与所述挥发性气体出口 连通。
[0012] 根据本实用新型的一些实施例，所述炉体内还设有干燥区，所述干燥区位于所述 热脱附区和所述进料口之间，所述炉体上设有第二辐射管燃烧器，所述第二辐射管燃烧器 对所述干燥区内的土壤提供干燥热量，所述炉体对应所述干燥区的位置设有水蒸气出口。
[0013] 根据本实用新型的一些实施例，所述活化组件包括:盛放蒸馏水的第一容器，所述 生物炭放置在所述第一容器内以去除杂质；盛放酸性溶液或者碱性溶液的第二容器，去杂 质后的所述生物炭放置在所述第二容器内进行浸泡活化;盛放蒸馏水的第三容器，所述第 三容器内的蒸馏水对活化后的所述生物炭进行洗涤至呈中性状态。
【附图说明】
[0014] 图1是根据本实用新型一些实施例的对有机物-重金属复合污染土壤进行修复的 修复装置的部分结构示意图；
[0015] 图2是根据本实用新型一些实施例的有机物-重金属复合污染土壤的修复方法的 流程图；
[0016] 图3是根据本实用新型另一些实施例的有机物-重金属复合污染土壤的修复方法 的流程图。
[0017]附图标记：
[0018] 修复装置100;
[0019] 活化组件1;
[0020]热脱附炉2;进料口 21;出料口 22;热脱附区23;挥发性气体出口 231;干燥区24;水 蒸气出口 241;
[0021]混匀系统3;
[0022] 尾气处理系统4;进气口41;出气口42。
【具体实施方式】
[0023]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过 参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新 型的限制。
[0024]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽 度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底""内"、"外"、"顺 时针"、"逆时针"、"轴向"、"径向"、"周向"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位 或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限 制。
[0025]此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者 隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是至少两个，例如两 个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0026] 在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"、"固 定"等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是 机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相 连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本 领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0027] 下面参考图1描述根据本实用新型实施例的对有机物-重金属复合污染土壤进行 修复的修复装置1〇〇,修复装置1〇〇可修复有机物-重金属复合污染土壤，从而使得土壤中有 机物和重金属的浓度达到国家土壤环境质量标准。
[0028] 根据本实用新型实施例的对有机物-重金属复合污染土壤进行修复的修复装置 100,可以包括:活化组件1、混匀系统3、热脱附炉2和尾气处理系统4。
[0029] 具体地，活化组件1可以用于对生物炭进行活化，被活化组件1活化的生物炭可进 入到混匀系统3中，以与污染土壤混合均匀。
[0030]热脱附炉2包括炉体、设在炉体内的布料板（未不出）和第一福射管燃烧器（未不 出），炉体上设有进料口 21和出料口 22，进料口 21与混匀系统3相连以接收活化生物炭和污 染土壤的混合物，由此，活化生物炭和污染土壤的混合物可从进料口 21进入到炉体内，并储 存在布料板上，热脱附后的干净的土壤可从出料口 22排出。
[0031] 具体地，布料板可水平转动地设在炉体内以便于活化生物炭和污染土壤的混合物 均匀地分布在布料板上。炉体内具有热脱附区23,第一辐射管燃烧器设在炉体的侧壁上以 对热脱附区23内的土壤提供热脱附热量，炉体对应热脱附区23的位置设有挥发性气体出口 231，由此，不但可使得热脱附区23的活化生物炭和污染土壤发生热脱附反应以使得活化生 物炭吸附污染土壤中的重金属，并使得污染土壤中的有机污染物、汞及土壤中的水等受热 挥发成挥发性气体，且使挥发性气体从挥发性气体出口 231排出，热脱后的土壤从出料口 22 排出，而且第一辐射管燃烧器内的燃烧反应与热脱附区23内的热脱反应完全隔离，有效地 避免了产生危险废弃物、飞灰等问题。具体地，热脱附区23的温度约为300-800°C。
[0032] 具体而言，当第一辐射管燃烧器提供热脱附热量时，位于热脱附区23的活化生物 炭中的更多的孔道被打开，活化生物炭通过结构电荷，含氧官能团，羟基络合螯合作用吸附 固定土壤中的重金属，而且热脱附区23的高温环境可使得活化生物炭吸附重金属的稳定/ 固定化更高。
[0033]具体地，炉体的横截面形成为环形，由此，结构简单。
[0034]尾气处理系统4与挥发性气体出口 231相连以对挥发性气体进行处理，从而避免了 挥发性气体直接排出而对大气环境造成的污染。
[0035]根据本实用新型实施例的对有机物-重金属复合污染土壤进行修复的修复装置 100,通过使得活化生物炭在混匀系统3中与污染土壤充分混合并使活化生物炭和土壤的混 合物进入到热脱附炉2的热脱附区23进行热脱，在第一辐射管燃烧器提供的热脱附热量的 作用下，土壤中的重金属被活化生物炭吸附固定于土壤中，土壤中的有机污染物等挥发成 挥发性气体，同时热脱附形成的挥发性气体进入到尾气处理系统4中被处理，从而实现了同 时对土壤中的重金属和有机污染物的可靠去除，有利于解决各种类型的土壤中有机物和重 金属复合污染同时修复的问题，不但工艺流程简单，成本低，处理周期短，有利于实现大规 模的推广，而且避免了相关技术中采用淋洗技术修复土壤带来的淋洗液单一、淋洗液只能 络合部分重金属、淋洗液耗量大、淋洗液对有机污染物淋洗率低及淋洗后的废液中污染物 仍需进一步处理等问题，同时避免了相关技术中采用热脱附技术无法去除土壤中的大多数 种类的重金属的问题。
[0036]在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，尾气处理系统4包括吸附腔室，吸附腔 室设有进气口 41和出气口 42，吸附腔室内盛放有活性炭，进气口 41与挥发性气体出口 231连 通，从进气口 41进入到吸气腔室内的具有有机污染物、汞及水蒸汽等的挥发性气体，在吸附 腔室内与活性炭反应，挥发性气体中的例如有机污染物、汞等气体被活性炭吸附后，干净的 无污染的气体例如水蒸汽从出气口 42排出到大气中。
[0037]根据本实用新型的一些实施例，炉体内还设有干燥区24,干燥区24位于热脱附区 23和进料口21之间，炉体上设有第二辐射管燃烧器，第二辐射管燃烧器对干燥区24内的土 壤提供干燥热量，炉体对应干燥区24的位置设有水蒸气出口 241。具体而言，在混匀系统3中 混合后的活化生物炭和污染土壤的混合物可首先经过进料口 21进入到干燥区24,第二辐射 管燃烧器内发生燃烧反应以对干燥区24内的土壤提供干燥热量，从而干燥活化生物炭和污 染土壤的混合物，混合物中的水汽等蒸发后可从水蒸气出口 241排出。当干燥区24内的活化 生物炭和污染土壤的混合物干燥完成后，布料板水平转动以使得干燥完成后的混合物进入 到热脱附区23,第一辐射管燃烧器提供混合物热脱附所需的热量，以使得生物炭吸附污染 土壤中的重金属，同时使得污染土壤中的有机污染物、汞和水等受热挥发成混合气体，混合 气体可从挥发性气体出口 231排出并进入到尾气处理系统4，而反应后的土壤可从出料口 22 排出，简单可靠。具体地，干燥区24的干燥温度约为100-300 °C。
[0038]具体地，炉体对应热脱附区23的顶部位置设有挥发性气体出口 231，简单可靠。 [0039] 可选地，热脱附时间为30-60min，由此，反应迅速，方便生产。
[0040]可以理解的是，从出料口 22排出的土壤温度比较高，土壤在静置冷却至常温后，可 进入土壤出料厂、或回填、或外运至其他地方。当然，在另一些实施例中，修复装置100还可 以包括冷却系统(未示出），以对从出料口 22排出的土壤进行冷却。可选地，冷却系统为带有 水套管的双螺旋出料机。
[0041] 根据本实用新型的一些实施例，活化组件1包括:盛放蒸馏水的第一容器、盛放酸 性溶液或者碱性溶液的第二容器和盛放蒸馏水的第三容器。
[0042] 具体地，生物炭放置在第一容器内以去除杂质，去杂质后的生物炭放置在第二容 器内进行浸泡活化，第三容器内的蒸馏水可对活化生物炭进行洗涤至呈中性状态，从而获 得活化的生物炭。进一步地，洗涤后的生物炭可在烘干结构的作用下被烘干以待使用。可选 地，烘干温度约为80-105 °C。
[0043] 具体地，活化组件1还包括机械震荡结构，机械震荡结构可以使得去杂质后的生物 炭在第二容器完全浸泡活化。
[0044] 具体而言，例如生物炭放置在第一容器内以去除杂质，去杂质后的生物炭放置在 第二容器内被酸性溶液例如磷酸浸泡活化，随后第三容器内的蒸馏水对活化生物炭进行洗 涤至呈中性状态，随后对生物炭进行烘干。进一步地，烘干后的生物炭可进行研磨处理，并 在研磨后过60目筛备用。
[0045] 可选地，酸性溶液例如磷酸的浓度在0.1-1 .Omol/L，浸泡活化时间为lh。
[0046] 在本实用新型的一些实施例中，混匀系统3包括破碎机和振动筛。破碎机可对土壤 进行破碎处理，而后振动筛筛选去除其中的大块无机物例如砖头、石块、大件玻璃金属制品 等。筛选去除大块无机物后的污染土壤可与活化生物炭在混匀系统3中机械混匀。可选地， 破碎机可将土壤破碎成小于5cm的土块。
[0047] 发明人在实际研究中配备包括重金属(铅、镉)和有机污染物(苯并蒽、苯酚）的复 合模拟污染土壤，并以自行配备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。在实验过程中采用上述实施例中的修复装置1〇〇。
[0048] 本实施例中土壤热脱附处理参数为:处理量为20t/day，烘干区温度为150°C，热脱 附区23温度为500°C，热脱附时间为45min。反应后测定土壤中有机污染物的含量以及重金 属的浸出浓度。
[0049]表1热脱附后污染土壤中有机污染物去除率和重金属浸出率
[0051]由上表可以得知，采用本实用新型实施例中的修复装置100可有效地去除污染土 壤中的有机物和重金属，简单可靠。
[0052]下面参考图2描述根据本实用新型实施例的有机物-重金属复合污染土壤的修复 方法。
[0053]如图2-图3所示，根据本实用新型实施例的有机物-重金属复合污染土壤的修复方 法，包括如下步骤：
[0054] S1:对生物炭进行活化以得到活化生物炭;例如，通过活化组件以对生物炭进行活 化。
[0055] S2:将活化生物炭和土壤混匀放入到热脱附炉内进行热脱附，在加热过程中，土壤 中的有机污染物挥发成为挥发性气体，土壤中的重金属被活化生物炭吸附固定于土壤中； [0056] S3:对从热脱附炉排出的挥发性气体进行尾气处理。例如，通过尾气处理系统对从 热脱附炉排出的挥发性气体进行尾气处理。
[0057]根据本实用新型实施例的有机物-重金属复合污染土壤的修复方法，通过首先对 生物炭进行活化以得到活化生物炭，而后将活化生物炭和土壤混匀放入到热脱附炉内进行 热脱附，在加热过程中，使得土壤中的有机污染物挥发成为挥发性气体，土壤中的重金属被 活化生物炭吸附固定于土壤中，随后对从热脱附炉排出的挥发性气体进行尾气处理，从而 实现了同时对土壤中的重金属和有机污染物的可靠去除，有利于解决各种类型的土壤中有 机物和重金属复合污染同时修复的问题，不但工艺流程简单，成本低，处理周期短，有利于 实现大规模的推广，而且避免了相关技术中单独采用淋洗技术修复土壤和采用热脱附技术 修复土壤带来的各种问题。
[0058]根据本实用新型的一些实施例，步骤S1包括如下子步骤：
[0059] S11:去除生物炭中的杂质。例如，将生物炭放置在具有蒸馏水的第一容器内以去 除生物炭中的杂质。
[0060] S12:采用酸性溶液或者碱性溶液对生物炭进行浸泡活化。例如，将生物炭放置在 具有磷酸的第二容器内浸泡活化。
[0061] S13:将活化生物炭洗涤至呈中性状态。例如，可利用第三容器内的蒸馏水对活化 后的生物炭进行洗涤。
[0062] 根据本实用新型的一些实施例，步骤S3中利用活性炭吸附挥发性气体以进行尾气 处理。由此，不但可实现对挥发性气体的可靠处理，而且价格低廉，成本低。
[0063]具体地，步骤S2中活化生物炭与污染土壤在混匀系统中混匀，由此可实现对活化 生物炭与污染土壤的充分混合。
[0064] 可选地，步骤S2中的热脱附炉采用蓄热式燃气辐射管燃烧器以热辐射的方式进行 加热。由此，不但结构简单，而且可以使得蓄热式辐射管燃烧器内的燃烧反应与热脱附炉内 的热脱反应完全隔离，有效地避免了产生危险废弃物、飞灰等问题。
[0065] 在本实用新型的一些实施例中，热脱附炉包括炉体和可水平转动地设在炉体内的 布料板，由此，有利于活化生物炭和土壤放置在布料板上，且水平转动地布料板有利于活化 生物炭和土壤均匀地分布在布料板上。
[0066] 下面参考图2-图3对本实用新型具体实施例的有机物-重金属复合污染土壤的修 复方法进行详细说明。
[0067] 如图2-图3所示，本实施例中的有机物-重金属复合污染土壤的修复方法包括以下 步骤：
[0068]首先对生物炭进行活化以得到活化生物炭，对污染土壤进行破碎和筛选处理。 [0069]其次，将活化生物炭和筛选后的土壤混匀，并放入到热脱附炉内进行热脱附，在加 热过程中，土壤中的有机污染物挥发成为挥发性气体，土壤中的重金属被活化生物炭吸附 固定于土壤中；
[0070] S3:对从热脱附炉排出的挥发性气体进行尾气处理，尾气达标后排放。对从热脱附 炉排出的土壤进行冷却处理，冷却后的土壤可回填或外运至其他地方。
[0071] 在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下" 可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特 征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅 表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以 是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0072]在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表 述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以 在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域 的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进 行结合和组合。
[0073] 尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是 示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围 内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1. 一种对有机物-重金属复合污染土壤进行修复的修复装置，其特征在于，包括： 用于对生物炭进行活化的活化组件； 热脱附炉，所述热脱附炉包括炉体、可水平转动地设在所述炉体内的布料板和第一辐 射管燃烧器，所述炉体的横截面形成为环形，所述炉体上设有进料口和出料口，所述进料口 与混匀系统相连以接收活化生物炭和污染土壤的混合物，所述炉体内具有热脱附区，所述 第一辐射管燃烧器设在所述炉体的侧壁上以对所述热脱附区内的土壤提供热脱附热量，所 述炉体对应所述热脱附区的位置设有挥发性气体出口； 尾气处理系统，所述尾气处理系统与所述挥发性气体出口相连以对挥发性气体进行处 理。2. 根据权利要求1所述的对有机物-重金属复合污染土壤进行修复的修复装置，其特征 在于，所述尾气处理系统包括吸附腔室，所述吸附腔室设有进气口和出气口，所述吸附腔室 内盛放有活性炭，所述进气口与所述挥发性气体出口连通。3. 根据权利要求1所述的对有机物-重金属复合污染土壤进行修复的修复装置，其特征 在于，所述炉体内还设有干燥区，所述干燥区位于所述热脱附区和所述进料口之间，所述炉 体上设有第二辐射管燃烧器，所述第二辐射管燃烧器对所述干燥区内的土壤提供干燥热 量，所述炉体对应所述干燥区的位置设有水蒸气出口。4. 根据权利要求1所述的对有机物-重金属复合污染土壤进行修复的修复装置，其特征 在于，所述活化组件包括： 盛放蒸馏水的第一容器，所述生物炭放置在所述第一容器内以去除杂质； 盛放酸性溶液或者碱性溶液的第二容器，去杂质后的所述生物炭放置在所述第二容器 内进行浸泡活化； 盛放蒸馏水的第三容器，所述第三容器内的蒸馏水对活化后的所述生物炭进行洗涤至 呈中性状态。
【文档编号】B09C1/00GK205701840SQ201620557062
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】王惠惠, 巴玉鑫, 吴小飞, 房凯, 肖磊, 贾懿曼, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司