本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种土壤热脱附修复工艺及设备。
背景技术：
土壤热脱附技术属于热处理技术中的一种，国外开展有机物污染土壤及污泥的热脱附研究始于20世纪80年代。在美国采用热脱附技术进行有机土壤修复处置的比例占70％以上。热脱附技术在我国处于刚刚起步的阶段，目前还没有一种能实现处理污染物广、污染物去除率高、不会造成二次污染的成套设备及工艺的相关报道。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种处理污染物广、污染物去除率高、不会造成二次污染的土壤热脱附修复工艺及设备。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明一种土壤热脱附修复工艺，包括如下操作步骤：
1)土壤预处理：将待修复土壤送至充气大棚预处理场内，在充气大棚预处理场内进行破碎、筛分和脱水预处理，控制土壤含水量在20％以下；
2)热脱附处理：将经步骤1)处理后的土壤在密闭环境下输送至热脱附回转窑内进行热脱附处理，回转窑热脱附过程包括干燥段、升温段、解析段、冷却段；干燥段控制物料温度小于或等于300℃，停留时间为6.5～9min；升温段控制物料温度300℃～450℃，停留时间为3.5～4.5min；解析段控制物料温度450℃～600℃，停留时间为13.5～18min；冷却段控制物料温度250℃～300℃，停留时间为6.5～9min；将经热脱附处理后的物料再通过喷淋加湿处理后送入待检区待检；
3)回转窑尾气处理：将回转窑产生的废气送入冷凝塔进行冷凝，控制气体温度在180℃以下，再送入布袋除尘器去除大部分粉尘，捕集下来的粉尘送至待检区待检；将经过布袋除尘器处理后的废气再送入活性炭吸附器进一步去除废气中的污染物，废气经过活性炭吸附器处理后再送入NOx化学吸收系统，净化燃烧过程中产生的NOx，最后经引风机抽出，达标后经烟囱排放至大气。
在步骤1)中，所述筛分处理选用筛分铲斗，斗下筛分物≤30mm的污染土壤进入后续脱水步骤，斗上筛分物＞30mm的杂物洗净后回填。
在步骤1)中，所述脱水采用自然晾晒和强制通风的形式，同时通过筛分铲斗的定期翻抛。
在步骤2)中，回转窑采用直接加热的方式进行工作。
本发明一种土壤热脱附修复设备，它包括土壤预处理系统、回转窑热脱附系统和回转窑尾气处理系统；所述土壤预处理系统包括充气大棚预处理场，充气大棚预处理场内设置有筛分机、上料车和料仓，待修复土壤通过挖掘机和输送车辆输送至筛分机进行破碎、筛分和脱水处理，处理后再经上料车送至料仓临时堆置；所述回转窑热脱附系统包括依次相接的热脱附回转窑、卸料仓、喷淋加湿器、卸料车，热脱附回转窑的进料端经密闭皮带输送机与充气大棚预处理场内的料仓相连接，热脱附回转窑与四通道回转窑专用燃烧器相连接，通过四通道回转窑专用燃烧器提供热源；所述回转窑尾气处理系统包括依次相接的冷凝塔、布袋除尘器、活性炭吸附器、NOx化学吸收系统和引风机，热脱附回转窑产生的废气经烟气管道输送至冷凝塔进行冷凝，同时冷凝塔产生的冷却水输送至喷淋加湿器。
所述充气大棚预处理场内无任何立柱和框架，采用双层PPDF膜内充气形成大棚的外部形状，棚内充气使大棚鼓起，并完全依靠大气压力差维持形状；大棚的一侧充气，另一侧排出尾气，尾气经收集后进入棚外的布袋除尘器，去除废气中的粉尘颗粒，再经过活性炭过滤器，充分吸附废气中的污染物，使废气达标排放到大气中。
本发明处理工艺具有处理污染物广、污染物去除率高，而且采用设备是在密封状态下操作，不会造成二次污染。
附图说明
图1为本发明工艺采用的设备连接示意图。
图中：1-挖掘机，2-运输车辆，3-筛分机，4-上料车，5-料仓，6-充气大棚预处理场，7-密闭皮带输送机，8-四通道回转窑专用燃烧器，9-热脱附回转窑，10-卸料仓，11-喷淋加湿器，12-卸料车，13-引风机，14-NOx化学吸收系统，15-活性炭吸附器，16-布袋除尘器，17-冷凝塔。
具体实施方式
以下结合附图和实施案例，对本发明的技术方案作更详细的说明。
本发明土壤热脱附修复工艺采用的设备包括土壤预处理系统、回转窑热脱附系统和回转窑尾气处理系统，具体结构见图1所示，它包括挖掘机1，运输车辆2，筛分机3，上料车4，料仓5，充气大棚预处理场6，密闭皮带输送机7，四通道回转窑专用燃烧器8，热脱附回转窑9，卸料仓10，喷淋加湿器11，卸料车12，引风机13，NOx化学吸收系统14，活性炭吸附器15，布袋除尘器16，冷凝塔17。所述土壤预处理系统包括充气大棚预处理场6，充气大棚预处理场6内设置有筛分机3、上料车4和料仓5，待修复土壤通过挖掘机1和输送车辆2输送至筛分机3进行破碎、筛分和脱水处理，处理后再经上料车4输送至料仓5作临时堆置。所述回转窑热脱附系统包括依次相接的热脱附回转窑9、卸料仓10、喷淋加湿器11、卸料车12，热脱附回转窑的进料端经密闭皮带输送机7与充气大棚预处理场6内的料仓5相连接，热脱附回转窑9与四通道回转窑专用燃烧器8相连接，天然气通过四通道回转窑专用燃烧器8为热脱附回转窑9提供热源。所述回转窑尾气处理系统包括依次相接的冷凝塔17、布袋除尘器16、活性炭吸附器15、NOx化学吸收系统14和引风机13，热脱附回转窑9产生的废气经烟气管道输送至冷凝塔17进行冷凝，同时冷凝塔17产生的冷却水输送至喷淋加湿器11。
本发明土壤热脱附修复工艺过程如下：
污染土壤经挖掘机1挖掘后进入运输车辆2，污染土壤通过运输车辆2送入充气大棚预处理场6，污染土壤在充气大棚预处理场6内进行破碎、筛分与脱水处理，筛分机3选用筛分铲斗，斗下筛分物≤30mm的污染土壤进入后续脱水步骤，斗上筛分物＞30mm的石块等杂物洗净后回填。脱水采用自然晾晒加强制通风的形式，同时通过筛分铲斗的定期翻抛，确保污染土壤含水率≤20％，洁净空气从充气大棚一侧鼓入，废气经处理后从大棚另一侧排出。污染土壤在充气大棚预处理场6进行筛分脱水后，经上料车4转运至料仓5。料仓5与热脱附回转窑9之间采用密闭皮带输送机7连接，将土壤输送至热脱附回转窑9进行热脱附处理。
四通道回转窑专用燃烧器8与热脱附回转窑9连接，天然气通过回转窑专用燃烧器8为热脱附回转窑9提供热源，污染土壤在热脱附回转窑9内进行热脱附处理，使得土壤中的污染物达到修复标准。土壤达标后经卸料仓10输送至喷淋加湿器11降温，最终经皮带输送机运至卸料车12卸料，卸料车12将土壤运至待检区待检。
热脱附回转窑9产生的废气烟气经烟气管道输送至冷凝塔17进行冷凝，将烟气温度控制在180℃以下。废气经过冷凝塔17后再经布袋除尘器16，去除废气中大部分粉尘，捕集下来的粉尘经运输车运至待检区待检。废气经过布袋除尘器16后再经活性炭吸附器15，进一步去除废气中的污染物。废气经过活性炭吸附器15后再经NOx化学吸收系统14，净化燃烧过程中产生的NOx，最终经引风机13抽出，达标后经烟囱排放至大气。
本发明设备采用的充气大棚预处理场内无任何立柱和框架，采用双层PPDF膜内充气形成大棚的外部形状，棚内充气使大棚鼓起如蒙古包，大棚完全依靠大气压力差维持形状。大棚外侧的电动控制设备，可自动显示棚内的气压，并可自动充气，调节大棚气压。尾气经收集后进入棚外的布袋除尘器，去除废气中的粉尘颗粒，再经过活性炭过滤器，充分吸附废气中的污染物，使废气达标排放到大气中。
本发明土壤预处理系统中临时堆置的料仓位于充气大棚内，旨在便于进料系统的调节，同时防止二次污染。
本发明采用的热脱附回转窑采用直接加热的方式，回转窑热脱附过程包括干燥段、升温段、解析段、冷却段；干燥段长4m，控制物料温度小于或等于300℃，停留时间为6.5～9min；升温段长2m，控制物料温度300℃～450℃，停留时间为3.5～4.5min；解析段长8m，控制物料温度450℃～600℃，停留时间为13.5～18min；冷却段长4m，控制物料温度250℃～300℃，停留时间为6.5～9min；回转窑筒体尺寸为Φ1265×19765mm。
本发明所述与热脱附回转窑连接的四通道回转窑燃烧器，各通道分别为天然气通道、中心风通道、旋流风通道和轴流风通道。天然气用量为288～378Nm3/h。
本发明所述的布袋除尘器采用脉冲清灰袋式除尘器，进气口烟尘浓度为20000mg/Nm3，出口浓度小于或等于30mg/Nm3。
本发明采用的活性炭吸附器为立式抽屉式活性炭吸附器，用于对尾气中的有害成分进行深度处理，包括重金属、VOCs、SVOCs、多环芳烃以及其他微量有害成分。针对回转窑尾气特性，本发明采用煤质柱状活性炭，设计更换周期为3个月，吸附达标烟气直接排放。
本发明采用的NOx化学吸收系统为喷淋塔，喷淋药剂为NaOH，喷淋塔与吸收剂储存箱连接，采用吸收剂投加泵将碱液泵送至喷淋塔喷嘴，对污染气体进行喷淋，洗收去除气体中的NOx。
案例1：某化工场地有机污染土壤，土壤污染物多环芳烃含量为15.55mg/kg，该土壤经过本发明所述的预处理系统后含水率为17.6％，粒径为20mm。在本发明所述的热脱附回转窑内直接加热，控制平均温度在550℃下停留30min，其中干燥段控制物料温度为300℃，停留时间6.5min；升温段控制物料温度400℃，停留时间为3.5min；解析段控制物料温度550℃，停留时间为13.5min；冷却段控制物料温度300℃，停留时间为6.5min。出料土壤达到场地修复目标值0.64mg/kg，去除率达95.9％。
案例2：某氯碱场地有机污染土壤，土壤污染物六六六含量为885.03mg/kg，该土壤经过本发明所述的预处理系统后含水率为11％，粒径为20mm。在本发明所述的热脱附回转窑内直接加热，控制平均温度在450℃下停留40min，其中干燥段控制物料温度为200℃，停留时间9min；升温段控制物料温度300℃，停留时间为4min；解析段控制物料温度450℃，停留时间为18min；冷却段控制物料温度300℃，停留时间为9min。出料土壤达到场地修复目标值1.0mg/kg，去除率达99.8％。
案例3：某氯碱场地含汞废渣，含汞废渣汞含量为483mg/kg，该土壤经过本发明所述的预处理系统后含水率为10％，粒径为8mm。在本发明所述的热脱附回转窑内直接加热，控制平均温度在450℃下停留30min，其中干燥段控制物料温度为200℃，停留时间6.5min；升温段控制物料温度300℃，停留时间为3.5min；解析段控制物料温度450℃，停留时间为13.5min；冷却段控制物料温度300℃，停留时间为6.5min。出料土壤达到场地修复目标值4.92mg/kg，去除率达98.9％。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。