一种处理POPs污染土壤的新型热脱附修复系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于土壤修复领域，特别涉及一种处理污染土壤的新型热脱附修复系统及 方法。
【背景技术】
[0002] 处理POPs污染土壤的新型热脱附技术是在传统热脱附技术的基础上对其进行优 化、改进，并结合烧结过程开发而成。传统的热脱附技术，虽然具有修复效率高，反应过程稳 定以及操作较为简单等优点，但在处理实际POPs污染土壤过程中仍然存在高能耗、高处理 成本的弊端，且会在处理过程中产生二次污染物，如：氯苯、二恶英等，如果尾气处理不当或 者在吸附剂吸附饱和的状态下，极易出现超标的污染物排放到大气中的情况，给周围环境 及人体健康造成严重危害。此外，尾气中吸附使用后的炭化物(如：活性炭）等，由于含有大 量的污染物，需要进行再次处理，会进一步增加处理的成本。基于此，为了降低处理能耗、成 本以及避免产生二次污染物，本技术研宄开发了利用木炭同时作为尾气吸附剂和燃烧热源 的新型热脱附技术。在连续型的修复模式下，首先选择具有较强吸附能力且价格低廉的木 炭取代活性炭作为尾气吸附剂，吸附在热脱附过程中产生尾气中的POPs物质；其次，将使 用后的木炭与POPs污染土壤按照一定比例再次混合，让其在之后的反应过程中充当燃烧 热源。这样不仅避免了需再次处理木炭的麻烦，而且还可利用木炭发出的热量供热，节约了 处理成本。
[0003] POPs物质是环境中存在的一类生物蓄积性、难降解性、高毒性、并可随大气而进行 长距离迀移的有机污染物质，主要通过各种工业活动以及焚烧过程产生，会对环境及人体 健康产生严重危害。POPS物质一旦产生，首先会随着工业排放活动等而进入大气，并可迀移 到距离污染源较远的地方；之后，可通过大气沉降等过程而返回地面以及河流中，最终蓄积 在土壤或者水体沉积物中。其可以通过污染物的再次释放过程而进入到食物链，并通过生 物富集等作用蓄积在各种动植物体内，最后进入人体。因此，为了降低POPs的危害，其污染 土壤的防治及修复工作受到了国内外科研工作者的广泛关注。
[0004] 尽管近年来，多种修复POPS污染土壤的技术不断被研宄开发，但真正具有实用价 值的应用技术并不多，且考虑到处理成本、处理时间以及能耗等因素，可用于实际POPs污 染场地修复、且能取得较好修复效果的技术更是寥寥无几。因此，急需一种低成本且修复效 果好的POPs污染土壤修复方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种能在较低的处理成本及耗能条件下，用于处理POPs 污染土壤的新型热脱附修复系统及方法，以实现对POPs污染土壤的修复，净化以及再利 用。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案： 一种处理POPs污染土壤的新型热脱附修复系统，所述新型热脱附修复系统包括热脱 附处理系统和尾气处理系统；所述热脱附处理系统包括恒温装置和反应装置，所述反应装 置放置于恒温装置中；所述尾气处理系统包括土壤吸附柱、水收集部、冷却部、木炭吸附柱 以及XAD树脂，以上尾气处理系统中的各装置间通过连通部件连接；所述热脱附处理系统 和尾气处理系统之间，通过连通部件连接。
[0007] 进一步的，所述新型热脱附修复系统还包括流量计和真空泵，所述流量计和真空 泵通过连接部件与XAD树脂相连接。
[0008] 进一步的，所述流量计为DC-5干式流量计，所述真空泵为隔膜真空泵。
[0009] 进一步的，所述土壤吸附柱中的土壤为POPs污染土壤。
[0010] 进一步的，所述的连接部件为聚四氟乙烯软管或者玻璃管。
[0011] 本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的： 一种处理POPs污染土壤的新型热脱附修复方法，所述热脱附修复方法通过上述处理 POPs污染土壤的新型热脱附修复系统实现，所述方法包括以下步骤： (1) 土壤预处理：将污染土壤与木炭混合制得土壤木炭混合物，将所述混合物平铺于反 应装置中； 所述木炭占所述土壤木炭混合物的质量份数比为10%-30%。
[0012] (2)热脱附处理：将步骤（1)中所述的反应装置置于恒温装置中，打开恒温装置温 度开关，并将经过预热的碳块置于反应装置中，实现土壤木炭混合物的自发燃烧，同时打开 真空泵； (3) 尾气处理：真空泵打开后，热脱附处理过程中产生的尾气由反应装置底端引出，进 入尾气处理系统，依次经过土壤吸附柱、水收集部、冷却部、木炭吸附柱以及XAD树脂，实现 尾气处理，所述木炭吸附柱经过尾气通过后得到二次木炭； (4) 当土壤木炭混合物温度降低至500°C以下，关闭真空泵；土壤木炭混合物温度降低 至40°C时，关闭所述恒温装置温度开关，即得到处理后的土壤； (5) 步骤（3)中所述的二次木炭可循环利用，将所述二次木炭与污染土壤混合得到土壤 木炭混合物，依次按照上述步骤（1)- (4)即可实现污染土壤的修复。
[0013] 进一步的，步骤（1)所述反应装置表面先均匀平铺一层砂粒，再将所述土壤木炭混 合物平铺在所述砂粒之上。
[0014] 进一步的，步骤（1)所述反应装置固定在恒温装置中，按照反应装置中土壤木炭混 合物的高度，按等间距插入热电偶的感应管，测量不同样品层的温度变化。
[0015] 进一步的，步骤（1)中所述的木炭经过烘干处理，所述烘干处理的条件为 85〇C -95〇C,3-5h〇
[0016] 进一步的，所述木炭的粒径小于2mm。
[0017] 进一步的，步骤（2)所述碳块的预热在马弗炉实现，马弗炉的温度设定在600°C。
[0018] 进一步的，所述POPs污染土壤的污染物包括0CPs、PCBs或P⑶D/Fs以及几种的混 合物。所述的污染土壤有四种，即北京潮土，黑龙江黑土，湖南红壤和北京砂土。
[0019] 本发明的修复POPs污染土壤的新型热脱附技术相比现有技术的有益效果为： 1、本方法用木炭代替活性炭，与活性炭相比，木炭的价格会降低很多，仅为活性炭的十 分之一，有研宄表明木炭的吸附能力是可以达到有机物尾气吸附的要求的，相比之下，使用 木炭为尾气吸附剂具有较高的经济效益； 2、 本发明把木炭与污染土壤混合作为燃烧热源，反应过程只需要引火源引燃即可自发 进行，不需要外界持续的供热，这将节约了大量的能量，降低了能耗； 3、 本发明所述POPs污染土壤的新型热脱附修复方法中，尾气吸附剂的木炭再次使用， 作为燃烧热源与污染土壤混合，提高了原料的利用效率，节约了成本，又避免了对尾气吸附 剂进行二次处理的复杂过程，从而简化了修复处理过程。
[0020]
【附图说明】
[0021] 图1为本发明的新型热脱附处理系统示意图； 图2连续型修复模式图。
[0022]
【具体实施方式】
[0023] 为了进一步介绍本发明，以下对其实验过程的详细步骤及实例进行介绍。根据斯 德哥尔摩公约，POPs物质可分为三大类物质，即：农药类(林丹、六氯苯等)、工业产品类(多 氯联苯）和二恶英类(二恶英)。现分别从三大类中挑选一种，作为实施例的研宄对象物质。
[0024] 实施例1 一种处理POPs污染土壤的新型热脱附修复系统，所述新型热脱附修复系统包括热脱 附处理系统和尾气处理系统；所述热脱附处理系统包括恒温装置和反应装置，所述反应装 置放置于恒温装置中；所述尾气处理系统包括土壤吸附柱、水收集部、冷却部、木炭吸附柱 以及XAD树脂，以上尾气处理系统中的各装置间通过连通部件连接；所述热脱附处理系统 和尾气处理系统之间，通过连通部件连接。进一步的，所述的连接部件为聚四氟乙烯软管或 者玻璃管。
[0025] XAD树脂是一种芳烃聚合物(也称作：大孔吸附树脂或全多孔树脂)，广泛用于疏水 性化合物；酚、有机物分离；表面活性剂；芳香烃化合物；催化剂；金属；抗生素提取等。
[0026] 进一步的，所述新型热脱附修复系统还包括流量计和真空泵，所述流量计和真空 泵通过连接部件与XAD树脂相连接。
[0027] 进一步的，所述流量计为DC-5干式流量计，所述真空泵为隔膜真空泵。
[0028] 进一步的，所述土壤吸附柱中的土壤为POPs污染土壤。
[0029] -种处理POPs污染土壤的新型热脱附修复方法，所述热脱附修复方法通过上述 处理POPs污染土壤的新型热脱附修复系统实现，所述方法包括以下步骤： (1) 土壤预处理：将污染土壤与木炭混合制得土壤木炭混合物，将所述混合物平铺于反 应装置中；所述木炭占所述土壤木炭混合物的质量份数比为10%_30% ; (2) 热脱附处理：将步骤（1)中所述的反应装置置于恒温装置中，打开恒温装置温度开 关，并将经过预热的碳块置于反应装置中，实现土壤木炭混合物的自发燃烧，同时打开真空 栗； (3) 尾气处理：真空泵打开后，热脱附处理过程中产生的尾气由反应装置底端引出，进 入尾气处理系统，依次经过土壤吸附柱、水收集部、冷却部、木炭吸附柱以及XAD树脂，实现 尾气处理，所述木炭吸附柱经过尾气通过后得到二次木炭； (4) 当土壤木炭混合物温度降低至500°C以下，关闭真空泵；土壤木炭混合物温度降低 至40°C时，关闭所述恒温装置温度开关，即得到处理后的土壤； (5) 步骤（3)中所述的二次木炭可循环利用，将所述二次木炭与污染土壤混合得到土壤 木炭混合物，依次按照上述步骤（1)- (4)即可实现污染土壤的修复。
[0030] 进一步的，步骤（1)所述反应装置表面先均匀平铺一层砂粒，再将所述土壤木炭混 合物平铺在所述砂粒之上。
[0031] 进一步的，步骤（1)所述反应装置固定在恒温装置中，按照反应装置中土壤木炭混 合物的高度，按等间距插入热电偶的感应管，测量不同样品层的温度变化。
[0032] 进一步的，步骤（1)中所述的木炭经过烘干处理，所述烘干处理的条件为 85〇C -95〇C,3-5h〇
[0033] 进一步的，所述木炭的粒径小于2mm。
[0034] 进一步的，步骤（2)所述碳块的预热在马弗炉实现，马弗炉的温度设定在600°C。
[0035] 实施例2 本实施例是在实施例1基础上的优选方案，所述处理POPS污染土壤的新型热脱附修复 包括以下步骤： 1、新型热脱附处理过程 (1) 分别称取50g砂粒，25g木炭和75g 土壤(木炭占25%)并把木炭与土壤混合均勾， 得到土壤木炭混合物； (2) 把砂粒转移到反应管，铺平，并用尺子量取反应管上端到砂粒的距离并记录； (3) 把混合好的土壤木炭混合物倒进反应管中，铺平，并测量到上端的距离，记录； (4 )填装好所述土壤木炭混合物后，把反应管固定在恒温箱中，按照反应管中样品的高 度，按等间距插入热电偶的感应管，测量不同样品层的温度变化； (5) 打开恒温箱温度开