污染土壤热脱附修复系统及方法与流程

本申请涉及土壤修复技术领域，特别是涉及一种污染土壤热脱附修复系统及方法。

背景技术：

目前，采用异位修复的有机污染土壤大多采用热脱附技术进行修复处理，热脱附修复技术是经过直接加热或者间接加热将污染土壤加热到足够的温度，使其所含的有机污染物得以挥发或分离的过程。

对于含油污染土壤进行热脱附时，现有热脱附修复系统的尾气处理系统结构设计不合理，一般没有物质(油品)回收装置或回收物质(油品)的质量较差，造成环境二次污染，污染物处理不彻底。如cn104607455a公开一种有机污染土壤多级热脱附修复系统，包括第一级热脱附装置、第二级热脱附装置、尾气处理装置、二燃室和坠落式输送带组成。其中尾气处理装置由旋风除尘器、喷淋冷却塔、除湿器、尾气活性炭吸附器和真空泵构成。

其次，由于物理化学反应，污染有机物经常粘在热脱附装置的管壁上，该绝热层越厚，热传递效率越低。如cn105750319a公开一种土壤污染热脱附装置，包括支架、设在支架上的水平的加热筒。加热筒的左端上侧设有进料通道，加热筒的右端下侧设有出料通道，加热筒的外侧设有太阳能集热管，支架的一侧设有太阳能反光板。加热筒内设有主轴，主轴的表面设有螺旋带，支架上设有驱动主轴转到的电机，加热筒的左端上侧设有进气管，加热筒的右端上侧设有排气管，排气管上设有排风机。遇到污染有机物粘在热脱附装置的管壁上这种情况，只能停止操作，冷却窑炉，手工清理窑炉内部。

当然现有热脱附修复系统也存在运行能耗高，处理成本大、维护频率高，系统安全性差等问题。上述这些问题使该技术的推广应用受到了很大的限制。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有的尾气处理系统结构设计不合理的技术问题，提供一种污染土壤热脱附修复系统及方法。

本发明提供的技术方案为：一种污染土壤热脱附修复系统，包括污染土壤热脱附装置和尾气处理系统，所述尾气处理系统连接污染土壤热脱附装置的尾气排出口，所述尾气处理系统包括依次连接的蒸汽过滤器、一级冷凝装置、真空发生器、二级冷凝装置、活性炭过滤器和气体排放装置。

上述技术方案中，蒸汽过滤器可将尾气中的灰尘从尾气中移除，分离效率大于99.6％；同时，为避免蒸汽过滤器内产生冷凝，蒸汽过滤器的温度与热脱附工作区的温度保持一致。一级冷凝装置设有回收罐，尾气中的较高沸点的物质经过一级冷凝后由于冷凝点的不同先后凝结成液体得以回收(如水、油品等)。真空发生器为热脱附工作区提供真空环境，污染土壤在负压下被加热，降低污染物的沸点，只需要相对较低的加热温度即可达到高效的热脱附效果。二级冷凝装置设有挥发性有机物储罐，经过一级冷凝装置后，尾气中的低沸点挥发性有机物在二级冷凝装置的冷凝作用下凝结成液体而进入储罐。活性炭过滤器可将尾气中剩余的一些硫氧化物及氮氧化物等进行彻底吸附，使尾气得以达标排放。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述的污染土壤热脱附修复系统包括入料装置，所述入料装置连接污染土壤热脱附装置的进料口。

可选的，所述入料装置由螺旋输送机和计量称构成。预处理后的污染土壤在由螺旋输送机运往污染土壤热脱附装置的过程中进行计量。

可选的，所述的污染土壤热脱附修复系统包括出料装置，所述出料装置连接污染土壤热脱附装置的出料口。

可选的，所述污染土壤热脱附装置包括隔热外筒和导热内筒，所述隔热外筒和导热内筒之间为热交换区，所述导热内筒的内部为热脱附工作区；所述导热内筒内设有旋转轴，所述旋转轴上设有搅拌桨，所述搅拌桨端部设有贴靠所述导热内筒内壁的刮铲。导热内筒内设有旋转轴，旋转轴上设有搅拌桨，用于搅拌并输送热脱附工作区内的污染土壤。由于物理化学反应，污染有机物经常会粘在导热内筒的管壁上，在旋转轴转动时，靠近或贴靠导热内筒内壁的刮铲将导热内筒的管壁上粘着的污染有机物和污染土壤进行淸刮，确保热传递的最佳效果。

可选的，所述热交换区通过管路外接循环泵和热油加热装置。隔热外筒采用隔热材质，导热内筒采用导热材质，热交换区内流通有导热油，该导热油通过循环泵和热油加热装置在热交换区内循环流动。导热油的加热方式可以采用燃气加热，也可以采用电加热。

可选的，所述热脱附工作区在工作时为真空工作区。热脱附工作区运行时处于约50mbar的真空状态，该压力下烃类沸点降低，可使导热内筒的加热温度降低100～120℃，同时，低压环境抑制了烃类的燃烧和爆炸，确保装置运行的安全与稳定。

可选的，所述隔热外筒和导热内筒为卧式结构，所述旋转轴水平设置，所述搅拌桨与垂直所述旋转轴的平面存在夹角。

可选的，所述隔热外筒的头部上方、尾部上方、以及尾部下方分别设置有进料口、出料口和尾气排出口。

可选的，相邻的搅拌桨叶错位布置，位于所述平面的两侧。

本发明还提供一种利用上述的污染土壤热脱附修复系统进行污染土壤热脱附修复的方法，包括如下步骤：

1)将经过预处理的污染土壤输送至入料装置，经入料装置的螺旋输送机输送至污染土壤热脱附装置中进行热脱附；

2)热脱附后的土壤经出料装置排出，热脱附后的尾气经过尾气处理系统进行相关物质回收与吸附，达标后排放。

可选的，所述步骤1)中热脱附时，热脱附工作区处于45-55mbar的真空状态，温度为200～380℃，污染土壤在热脱附工作区的停留时间为10～25min。

可选的，所述步骤2)中尾气经过尾气处理系统进行相关物质回收与吸附具体包括：

(1)蒸汽过滤器将热脱附后的尾气中的灰尘移除；

(2)一级冷凝装置设有回收罐，尾气中较高沸点的水、油品经过一级冷凝后先后凝结成液体回收；

(3)二级冷凝装置设有挥发性有机物储罐，经过一级冷凝装置后，尾气中的低沸点挥发性有机物在二级冷凝装置的冷凝作用下凝结成液体回收；

(4)活性炭过滤器将尾气中剩余的硫氧化物及氮氧化物进行吸附，使尾气得以达标排放。

本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明污染土壤热脱附修复系统中设有蒸汽过滤器，可高效的阻隔尾气中99.6％灰尘，致使后续冷凝物中的固含量小于0.02％。设置一级冷凝装置有效地回收较高沸点的水、油品，设置二级冷凝装置有效地回收低沸点挥发性有机物。

(2)本发明中污染土壤热脱附装置采用固定的筒型结构，配有旋转轴及搅拌桨，搅拌桨上设有刮铲。当旋转轴转动时，刮铲将对导热内筒的内部表面进行彻底地清刮，可确保热传递的最佳效果。同时也避免了对导热内筒的手动清洁，在热脱附工作区基本没有任何的维护需求。

(3)本发明污染土壤热脱附装置采用循环导热油的高效热传递，将热能有效地传递给导热内筒和旋转轴，使系统能耗的利用率维持在80％左右，可大大降低处理成本。

(4)本发明污染土壤热脱附装置在工作时为真空状态，处于45-55mbar的真空状态下工作，该压力条件下，污染物烃类的沸点降低，可使导热内筒的加热温度降低约100～120℃，同时，低压环境也确保了装置没有起火和爆炸的风险。

附图说明

图1为本发明中污染土壤热脱附修复系统的结构框图；

图2为本发明中污染土壤热脱附装置的结构示意图；

图3为本发明中污染土壤热脱附装置的侧视图。

其中，1、隔热外筒；2、导热内筒；3、热交换区；4、热脱附工作区；5、旋转轴；6、搅拌桨；7、刮铲；8、进料口；9、出料口；10、尾气排出口。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

如图1所述，污染土壤热脱附修复系统包括依次连接的入料装置、污染土壤热脱附装置、出料装置和尾气处理系统。

其中，入料装置由螺旋输送机和计量称构成。预处理后的污染土壤入料进入螺旋输送机，并由螺旋输送机运往污染土壤热脱附装置，过程中计量称进行计量。

如图2～3所述，污染土壤热脱附装置整体为圆筒状，包括隔热外筒1和导热内筒2，两者为卧式结构且同轴设置。隔热外筒1的头部上方设置有连通导热内筒2的进料口8，用于连接入料装置。隔热外筒1的尾部下方设置有连通导热内筒2的出料口9，用于连接出料装置。隔热外筒1的尾部上方设置有连通导热内筒2的尾气排出口10，用于连接尾气处理系统。

隔热外筒1采用隔热材质，导热内筒2采用导热材质，隔热外筒1和导热内筒2之间为热交换区3，热交换区3内流通有导热油，该导热油通过循环泵和热油加热装置在热交换区3内循环流动。热交换区3通过管路外接循环泵和热油加热装置。热油加热装置具体可以为导热油炉，导热油的加热方式可以采用燃气加热，也可以采用电源加热。采用循环导热油的高效热传递，将热能有效地传递给导热内筒2和旋转轴5，使系统能耗的利用率维持在80％左右，可大大降低处理成本。

导热内筒2的内部为热脱附工作区4，导热内筒2内设有旋转轴5，通过电机控制旋转。旋转轴5上设有若干组搅拌桨6，搅拌桨6端部设有贴靠导热内筒2内壁的刮铲7，一组搅拌桨6设有轴对称的四个刮铲7。旋转轴5转动时，搅拌并输送热脱附工作区4内的污染土壤，刮铲7将导热内筒2的管壁上粘着的污染有机物和污染土壤进行淸刮，确保热传递的最佳效果。

在其中一个实施例中，搅拌桨6与垂直旋转轴5的平面存在夹角，夹角大小一般在10-20°，相邻的搅拌桨6错位布置，即分布于垂直平面的两侧，以增加搅拌效果，提高刮铲效率。

热脱附工作区4在工作时为真空工作区。热脱附工作区4运行时处于约50mbar的真空状态，该压力下烃类沸点降低，可使导热内筒2的加热温度降低100～120℃，同时，低压环境抑制了烃类的燃烧和爆炸，确保装置运行的安全与稳定。

出料装置包括卸料坑、冷却装置和螺旋输送机。经过热脱附后的土壤进入卸料坑，经卸料坑进入螺旋输送机，通过冷却装置降温后排出洁净固体。

如图1所示，尾气处理系统包括依次连接的蒸汽过滤器、一级冷凝装置、真空发生器、二级冷凝装置、活性炭过滤器及气体排放装置。

其中，蒸汽过滤器可将尾气中的灰尘从尾气中移除，分离效率大于99.6％；同时，为避免蒸汽过滤器内产生冷凝，蒸汽过滤器的温度与热脱附工作区4的温度保持一致。

一级冷凝装置设有回收罐1和回收罐2，尾气中的较高沸点的物质经过一级冷凝后由于冷凝点的不同先后凝结成液体得以回收(如水、油品等)。

真空发生器为热脱附工作区4提供真空环境，污染土壤在负压下被加热，降低污染物的沸点，只需要相对较低的加热温度即可达到高效的热脱附效果。

二级冷凝装置设有挥发性有机物储罐1，经过一级冷凝装置后，尾气中的低沸点挥发性有机物在二级冷凝装置的冷凝作用下凝结成液体而进入储罐1。

活性炭过滤器可将尾气中剩余的一些硫氧化物及氮氧化物等进行彻底吸附，使尾气得以达标，并通过气体排放装置进行排放。

本发明污染土壤热脱附修复系统中还设有监控系统，由中央控制柜、plc、仪表及附属设备组成，监测探头分别设置于入料装置、污染土壤热脱附装置、出料装置和尾气处理系统中，能够监测系统相关部位运行的压力、温度和流量，实现了热脱附系统的自动化、精准化控制。

利用上述的污染土壤热脱附修复系统进行污染土壤热脱附修复的方法，包括如下步骤：

1)将经过预处理的污染土壤输送至入料装置，经入料装置的螺旋输送机输送至污染土壤热脱附装置中进行热脱附；

2)热脱附后的土壤经出料装置排出，热脱附后的尾气经过尾气处理系统进行相关物质回收与吸附，达标后排放。

其中，步骤1)中热脱附时，热脱附工作区4处于45-55mbar的真空状态，温度为200～380℃，污染土壤在热脱附工作区4的停留时间为10～25min。

步骤2)中尾气经过尾气处理系统进行相关物质回收与吸附具体包括：(1)蒸汽过滤器将热脱附后的尾气中的灰尘移除；(2)一级冷凝装置设有回收罐1和回收罐2，尾气中较高沸点的水、油品经过一级冷凝后先后凝结成液体回收；(3)二级冷凝装置设有挥发性有机物储罐1，经过一级冷凝装置后，尾气中的低沸点挥发性有机物在二级冷凝装置的冷凝作用下凝结成液体回收；(4)活性炭过滤器将尾气中剩余的硫氧化物及氮氧化物进行吸附，使尾气得以达标排放。

采用污染土壤热脱附修复系统以及污染土壤的热脱附修复方法，可显著降低系统运行能耗和修复成本，显著降低系统维护频率并可以保持系统安全稳定的连续运行，提高污染土壤热脱附效果。适用于任何常压下沸点低于450℃的物质，如tphs(总石油烃)，pahs(多环芳烃)、pcbs(多氯联苯)、挥发及半挥发有机化合物以及挥发性重金属汞。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。