一种处理有机污染土壤的热脱附系统及其处理方法与流程

本发明属于有机污染土壤的修复技术领域，具体是一种处理有机污染土壤的热脱附系统及其处理方法。

背景技术：

随着产业结构的调整，我国大批农药厂、钢铁厂和化工厂等高污染企业产和业将逐步被关停转产或搬迁，农业上杀虫剂大量使用以及石油行业事故泄油等，产生了大量高污染风险有机污染土壤。而城市化进程的加快促进了原有土地功能转变，大量工业用地改为住宅用地，然而这些场地存在的污染问题影响了再开发利用。污染企业搬迁引发的环境污染事故和对人体健康伤害事件在全国各地时有发生，已经成为城市土地开发引发环境纠纷的主要因素之一，污染土壤治理工作刻不容缓。

有机污染物污染土壤的修复技术主要有生物修复、化学修复、物理修复等。生物修复多为原位修复，其投资小、运行成本低、操作条件温和、对环境干扰小，但生物修复周期长，且受限于植物或微生物种类，仅能处理某些特定种类的有机污染物，且只能应用于较低浓度条件下；物理修复或化学修复多为异位修复，初始投资大、运行成本较高，但修复周期短，且适用于各种类型的有机污染物以及高浓度污染场地。比较而言，物理修复或化学修复有着更广泛的适用性，特别适用于高浓度、多组分有机污染场地。

在众多的物理修复或化学修复技术中，热脱附是公认处理有机物污染土壤的成熟可靠技术，是最广泛的应用于有机物污染场地修复技术之一。热脱附技术对不同有机污染物种类及浓度有着良好的适应性，同时修复速度快，周期短。目前我国虽有一些热脱附设备报道，但大多数热脱附加热设备采样回转窑加热，回转窑对进料的粒度和含水率有较高的要求，物料的前处理投入大、周期长，而且物料在回转窑内容易堵塞、受热不均，影响处理效果，热脱附效率低。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种处理有机污染土壤的热脱附系统及其处理方法，通过该系统能够实现连续均匀加热土壤，有效避免堵塞现象，提高处理效率以及处理效果。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明一种处理有机污染土壤的热脱附系统，该系统包括进料系统、主燃烧系统、出料系统、二次燃烧系统、尾气处理系统、控制及操作系统；所述进料系统的出料端与主燃烧系统的进料口相接，主燃烧系统的固体出料口与出料系统相接，主燃烧系统的气体出口与二次燃烧系统的进口相接，二次燃烧系统的气体出口与尾气处理系统的进口相接，所述进料系统、主燃烧系统、出料系统、二次燃烧系统及尾气处理系统分别设有实时监控传感器，并与控制及操作系统相连接以实现自动控制。

本发明所述的进料系统包括上料机1、输送机3、检查门4和测量箱5，上料机和输送机采用镀锌板覆盖，上料机1通过输送机3与测量箱5相连，上料机1上设有筛网，输送机3上安装有称重秤2，测量箱5的侧边设有检查门，测量箱5的出料端接主燃烧系统的进料口。

本发明所述的主燃烧系统包括带式传送器25和主燃烧室26，带式传送器25位于主燃烧室26的下部，主燃烧室26的上部设有一系列具有独立控温的燃烧器6，主燃烧室26的输出端设有检查门8，主燃烧室26顶部设有气体出口。

本发明所述的出料系统包括螺旋输送机9和喷淋降温除尘系统10，螺旋输送机9与主燃烧系统的固体出料口相连接，喷淋降温除尘系统10设置在螺旋输送机9上方，通过喷淋降温除尘系统10使螺旋输送机9上的物料经冷却后从螺旋输送机9的出料口11输出。

本发明所述的二次燃烧系统由二次燃烧室13、注射喷嘴12、应急通气口14组成，二次燃烧室13水平安装并且涂有耐火材料，二次燃烧室13的进口端设有注射喷嘴12，主燃烧系统的尾气通过注射喷嘴12进入二次燃烧室，二次燃烧室13的顶部设有应急通气口14。

本发明所述的尾气处理系统由依次相接的冷却塔16、文丘里除尘器17、填料塔18、除雾器垫和排放管19组成，冷却塔16连接二次燃烧系统的气体出口。

本发明所述的控制及操作系统设置在操作室23内，操作室23内设操作平台、办公室和应急救助室。

本发明所述处理有机污染土壤的热脱附系统所采用的处理方法，该方法包括以下步骤：

(1)将污染土壤进行风干、破碎及筛分的预处理，使预处理后的土壤、污泥含水率小于40％，粒径小于10cm；

(2)将步骤(1)处理后的土壤通过进料系统输送至主燃烧系统，并通过进料系统控制进入主燃烧系统的物料厚度在4cm～7cm，在主燃烧系统内于300℃～850℃下脱附10～60min，得到脱附土壤与脱附尾气；

(3)脱附土壤通过出料系统出料，并通过喷淋降温方式使出料温度冷却至60℃，同时补充4％～6％的水分，以降低出料的灰尘；

(4)将脱附尾气送入二次燃烧系统，并于900℃～1400℃下停留1.5s～3s，使其充分裂解、燃烧；

(5)将经过步骤(4)处理的尾气送入尾气处理系统，使气体通过冷却器冷却至400℃～500℃，冷却后的气体进入文丘里除尘器除去颗粒物质，然后进入填料塔中和酸碱气体，再通过除雾器垫，最后通过排放管排放。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明在主燃烧系统内采用耐氧化、腐蚀和高温的不锈钢带式传送器，对进入主燃烧室内的物料的粒度和含水率要求低，有效避免堵塞现象；

2)本发明在主燃烧系统内采用多个燃烧器进行加热，每个燃烧器可以单独控制温度，物料受热均匀、充分，有机污染物脱附完全；

3)本发明采用二次燃烧—冷却—除尘—除酸碱气体—干燥的尾气处理系统对热脱附产生的尾气进行处置，对尾气中有害组分去除率达99.9999％；

4)本发明整个系统保持在微负压运行，能有效避免污染气体的外逸；排料是经过喷淋降温处理，有效降低出料的灰尘；上料机和输送机采用镀锌板覆盖，从而减少粉尘排放，并防止雨水带来的操作问题。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图。

图2是本发明方法的工艺流程图。

图中：1-上料机，2-称重秤，3-输送机，4-检查门，5-测量箱，6-燃烧器，7-控制拖车，8-检查门，9-螺旋输送机，10-喷淋降温除尘系统，11-出料口，12-注射喷嘴，13-二次燃烧室，14-应急通气口，15-控制拖车，16-冷却塔，17-文丘里除尘器，18-填料塔，19-排放管，20-引风机，21-引风机，22-引风机，23-操作室，24-控制及操作系统，25-带式传送器，26-主燃烧室，27-进料系统，28-主燃烧系统，29-出料系统，30-二次燃烧系统，31-尾气处理系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明

如图1所示，本发明系统包括进料系统27、主燃烧系统28、出料系统29、二次燃烧系统30、尾气处理系统31、控制及操作系统24；进料系统27的出料端与主燃烧系统28的进料口相连，主燃烧系统28的固体出料口与出料系统29相连，主燃烧系统28的气体出口与二次燃烧系统30的进口相连，二次燃烧系统30的气体出口与尾气处理系统31相连，进料系统27、主燃烧系统28、出料系统29、二次燃烧系统30、尾气处理系统31均设有实时监控传感器，各实时监控传感器均与控制及操作系统24相连，控制及操作系统24设置在操作室23内，操作室23内设操作平台、办公室和应急救助室。

所述进料系统27包括上料机1、输送机3、检查门4和测量箱5；上料机1和输送机3采用镀锌板覆盖，上料机1通过输送机3与测量箱5相连，上料机1上设有筛网，确保进入输送带的物料直径小于10cm，输送机3上安装有称重秤2，测量箱5的侧边设有检查门4，测量箱5的出料端接主燃烧系统28的进料口。

所述的主燃烧系统28包括带式传送器25、主燃烧室26和控制拖车7，带式传送器25的传送带采样耐氧化、腐蚀、高温的钢带，通过测量箱5调节钢带上物料厚度在4cm～7cm，主燃烧室26为水平安装、内腔凃有耐火材料，主燃烧室26内下部安装带式传送器25，上部设有一系列的燃烧器6，通过燃烧器6使腔室温度保持在300℃～850℃，各燃烧器6可独立控温，可以使用天然气、柴油等作为燃料，主燃烧室26下方设有控制拖车7。

所述的出料系统29包括螺旋输送机9和喷淋降温除尘系统10，通过喷淋降温除尘系统10使螺旋输送机上的物料温度冷却至60℃后经出料口11排出。

所述的二次燃烧系统30由二次燃烧室13、引风机21、注射喷嘴12、应急通气口14组成，二次燃烧室13水平安装并且涂有耐火材料，二次燃烧室13的进口端设有注射喷嘴12，二次燃烧室13的顶部设有应急通气口14。主燃烧系统的尾气通过注射喷嘴12进入二次燃烧室13，二次燃烧室13内的工作温度为900℃～1400℃，停留时间为1.5s～3s，主燃烧系统28产生的尾气采用注射喷嘴12方式进入二次燃烧室13，使其充分混合及有机污染物被完全破坏。

所述的尾气处理系统31由控制拖车15、冷却塔16、文丘里除尘器17、填料塔18、引风机20、除雾器垫和排放管19依次相接构成，冷却塔16的下方设置控制拖车15，冷却塔16连接二次燃烧系统30的气体出口，二次燃烧系统30产生的气体先进入冷却塔16，冷却至400℃～500℃，然后经过文丘里除尘器17、填料塔18、除雾器垫，最后由排放管19排出，过程产生的清水循环使用。

上述尾气处理系统31、二次燃烧系统30及主燃烧系统28分别设置引风机20、引风机21和引风机22，使整个热脱附系统形成微负压运行，能有效避免污染气体的外逸。

本发明采用热脱附系统的处理方法，包括如下操作步骤：

(1)将污染土壤进行风干、破碎、筛分等预处理，使预处理后的土壤、污泥含水率小于40％，粒径小于10cm；

(2)将步骤(1)处理后的土壤通过进料系统输送至主燃烧系统，并通过进料系统中的测量箱调节主燃烧系统中传送的物料厚度在4cm～7cm，并在300℃～850℃下脱附10～60min，得到脱附土壤与脱附尾气；

(3)脱附土壤通过出料系统出料，并通过喷淋降温除尘方式使出料温度冷却至60℃，并补充4％～6％的水分，降低出料的灰尘；

(4)将脱附尾气送入二次燃烧系统，在900℃～1400℃，停留时间为1.5s～3s条件下充分裂解、燃烧；

(5)将经过步骤(4)处理的尾气通过尾气处理系统，首先进入冷却塔，将温度冷却至400℃～500℃，冷却后的气体进入文丘里除尘器除去颗粒物质，然后进入填料塔中和酸碱气体，再通过除雾器垫，最后通过排放管排放。

以下是采用本发明系统的应用实例：

案例1：某化工场地有机污染土壤，该土壤为沙质土，土壤污染物多环芳烃含量为17.63mg/kg，该土壤经预处理后含水率为15.7％，粒径为2cm。在本发明所述的热脱附系统内直接加热，控制平均温度在300℃下停留10min，尾气燃烧温度维持在900℃下停留1.5s。出料土壤达到场地修复目标值0.64mg/kg，去除率达96.4％，尾气经处理后达到gb16297-1996《大气污染物综合排放标准》的排放标准。

案例2：某农药化工场地有机污染土壤，该土壤为黏质土，土壤污染物六六六含量为1031.56mg/kg，该土壤经预处理后含水率为39.7％，粒径为10cm。在本发明所述的热脱附系统内直接加热，控制平均温度在800℃下停留60min，尾气燃烧温度维持在1400℃下停留3s。处理后的出料土壤达到场地修复目标值1.0mg/kg，去除率达99.9％，尾气经处理后达到gb16297-1996《大气污染物综合排放标准》的排放标准。

案例3：某工业场地有机污染土壤，该土壤为壤土，土壤污染物多氯联苯的含量为341.98mg/kg，该土壤经预处理后含水率为21.3％，粒径为6cm。在本发明所述的热脱附系统内直接加热，控制平均温度在500℃下停留30min，尾气燃烧温度维持在1100℃下停留2s。处理后的出料土壤达到场地修复目标值0.33mg/kg，去除率达99.9％，尾气经处理后达到gb16297-1996《大气污染物综合排放标准》的排放标准。

以上仅是对本发明的优选实施方案进行了描述，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，所以，与本发明构思无实质性差异的各种技术方案均应视为本发明的保护范围内。