一种污染土壤修复方法与流程

本发明涉及化工厂场地的修复，具体地说是一种污染土壤修复方法。

背景技术：

当前治理重金属污染问题已成为全球亟待解决的一个环境问题。其中水污染主要指水体(包括河流、湖泊、水库、海洋以及工业用水、排放水和生活饮用水等)遭到重金属类污染物的污染，包括镉、铅、汞、铬、砷等，污染来源主要是工业废水，如选矿厂、电镀厂、钢铁厂等排放的废水。

土壤中的重金属除本身含有的重金属外，其余则是由于污染使重金属进入土壤中。土壤重金属污染主要来自各方面：大气中重金属的沉降，例如，工业生产排放的废气、含铅汽车尾气等通过自然沉降和雨淋沉降进入土壤；采用含重金属的污水进行灌溉，导致土壤重cd、as、cu等含量的增加；另外，日常生活用的塑料簿膜、农业应用的化肥农药也导致土壤污染。

化工厂采用的化学方法会对土壤性质产生破坏性影响，土壤中氮、磷及有机质随着淋洗等步骤流失，难以作为正常土壤回填，若大面积使用，难免造成水土流失现象产生。

近年来，植物修复技术在重金属污染修复方面已成为研究热点之一，相对于其它修复技术，它具有费用低、易于操作管理、不产生二次污染等特点，但是目前发现的大多数重金属富集植物繁殖能力弱、生长缓慢、地上部生物量小等，在实际应用中受到限制；加之土壤中大部分重金属呈与固相结合且难于被修复植物吸收利用的状态，造成修复效率的低下以及修复时间较长，不适合长久的发展和使用。

为此，在不影响土壤持续使用的前提下，我们提供一种受vocs、svocs、pahs等有机污染物污染土壤的土壤修复方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种修复效率高、节约能源的污染土壤修复方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种污染土壤修复方法，包括如下步骤：

步骤1、将污染土壤与生石灰搅拌在一起，使污染土壤由块状变成颗粒状，然后通过滚筒筛分机筛除污染土壤与生石灰的混合物中的杂物；

步骤2、将步骤1处理过的污染土壤用热脱附装置的燃料燃烧产生的烟气进行预热后放入热脱附装置中进行二次加热；

步骤3、经步骤2二次加热后产生的混合蒸汽依次进行冷却水喷淋、除雾和活性炭吸附后高空排入大气；经步骤2加热后的土壤直接排出；

步骤4、向步骤3排出后的土壤喷淋水雾，进行加湿及除尘；

步骤5、将步骤4处理过的土壤运输到指定区域。

进一步的，所述步骤1中的搅拌是通过挖掘机来完成，通过挖掘机的挖掘铲将生石灰和污染土壤搅拌均匀，然后将搅拌均匀后的混合物铲到滚筒筛分机内。

进一步的，步骤1~步骤5通过污染土壤修复设备完成，所述污染土壤修复设备包括电控系统和分别与电控系统电连接的预处理装置、上料装置、热脱附装置、出料装置、混合蒸汽处理装置；

所述预处理装置包括挖掘机构和滚筒筛分机构，所述挖掘机构包括可移动且可翻转的挖掘铲，污染土壤通过挖掘铲移动到滚筒筛分机构内；

所述上料装置包括刮板输送机，所述滚筒筛分机构的出料口与刮板输送机的进料口连接，所述刮板输送机中设置有烟道，所述热脱附装置包括燃烧室、一级热脱附室、二级热脱附室和风机；

所述燃烧室设有烟囱，所述燃烧室分别与一级热脱附室和二级热脱附室连接并向一级热脱附室和二级热脱附室供热，所述风机的出风口与烟囱的入口连接，所述烟囱的出口与烟道连接；

所述一级热脱附室设有第一土壤入口、第一土壤排出口和第一混合蒸汽排出口，所述二级热脱附室设有第二土壤入口、第二土壤排出口和第二混合蒸汽排出口，所述第一土壤入口与刮板输送机的出料口连接，所述第一土壤排出口与第二土壤入口连接，所述第二土壤排出口与出料装置的入口连接，所述第一混合蒸汽排出口和第二混合蒸汽排出口均与混合蒸汽处理装置连接。

进一步的，控制一级热脱附室和二级热脱附室的温度345-355℃，土壤在一级热脱附室和二级热脱附室的停留时间各为30-35min。

进一步的，所述出料装置包括螺旋输送机和加湿喷淋管路，所述螺旋输送机设有第三土壤入口和第三土壤排出口，所述加湿喷淋管路的喷嘴与第三土壤排出口连接，所述第三土壤入口与第二土壤排出口连接。

进一步的，所述混合蒸汽处理装置包括依次连接的喷淋罐、除雾罐、活性炭吸附罐，所述喷淋罐具有喷淋水出口，所述喷淋水出口同时与第一混合蒸汽排出口和第二混合蒸汽排出口连接。

进一步的，所述喷淋罐和除雾罐之间设有循环水箱。

进一步的，所述循环水箱和喷淋罐之间设有冷却器。

进一步的，所述电控系统包括总控室、现场控制柜、测量仪表、传感器和连接电缆。

进一步的，所述的燃烧室与天然气管道连接。

进一步的，所述烟道设置在刮板输送机底部，且位于刮板输送机进料端。

进一步的，刮板输送机沿其进料口向出料口方向倾斜向上设置。

本发明的关键技术构思：用热脱附装置的燃料燃烧产生的烟气对预处理过的土壤进行预热，可充分利用高温烟气的余热，实现能量的充分利用。

上述技术方案的有益效果是：用热脱附装置的燃料燃烧产生的烟气对预处理过的土壤进行预热，可充分利用高温烟气的余热，实现能量的充分利用；拌和污染土壤和生石灰，可调节土壤含水率，便于筛分大块杂物；筛除大块杂物后的土壤进入热脱附装置中进行二次高温加热，使土壤中的污染物充分释放出来，形成混合蒸汽，脱除污染物后的土壤进行加湿及除尘后即可直接排出，而混合蒸汽进行冷却水喷淋、除雾和活性炭吸附后高空排入大气，避免混合蒸汽直接排放造成大气污染，土壤修复效率高且节约能源。

附图说明

图1表示不同处理量对土壤中有机污染物去除率影响；

图2表示不同停留时间对土壤中有机污染物去除率影响；

图3所示为本发明实施例使用到的污染土壤修复设备的结构示意图；

图4所示为本发明实施例热脱附的原理图；

图5所示为本发明实施例的工艺流程图。

附图标号说明：

1-预处理装置；2-上料装置；31-燃烧室；32一级热脱附室；321-第一土壤入口；322-第一土壤排出口；323-第一混合蒸汽排出口；33-二级热脱附室；331-第二土壤入口；332-第二土壤排出口；333-第二混合蒸汽排出口；34-风机；4-出料装置；51-喷淋罐；52-除雾罐；53-活性炭吸附罐；54-循环水箱；55-冷却器；6-烟囱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明如下：

如图1-图5所示，本发明提供的一种污染土壤修复方法，包括如下步骤：

步骤1、将污染土壤与生石灰搅拌在一起，使污染土壤由块状变成颗粒状，然后通过滚筒筛分机筛除污染土壤与生石灰的混合物中的杂物；

步骤2、将步骤1处理过的污染土壤用热脱附装置的燃料燃烧产生的烟气进行预热后放入热脱附装置中进行二次加热；

步骤3、经步骤2二次加热后产生的混合蒸汽依次进行冷却水喷淋、除雾和活性炭吸附后高空排入大气；经步骤2加热后的土壤直接排出；

步骤4、向步骤3排出后的土壤喷淋水雾，进行加湿及除尘；

步骤5、将步骤4处理过的土壤运输到指定区域。

进一步的，所述步骤1中的搅拌是通过挖掘机来完成，通过挖掘机的挖掘铲将生石灰和污染土壤搅拌均匀，然后将搅拌均匀后的混合物铲到滚筒筛分机内。

进一步的，步骤1~步骤5通过污染土壤修复设备完成，所述污染土壤修复设备包括电控系统和分别与电控系统电连接的预处理装置1、上料装置2、热脱附装置、出料装置4、混合蒸汽处理装置；

所述预处理装置包括挖掘机构和滚筒筛分机构，所述挖掘机构包括可移动且可翻转的挖掘铲，污染土壤通过挖掘铲移动到滚筒筛分机构内；

所述上料装置包括刮板输送机，所述滚筒筛分机构的出料口与刮板输送机的进料口连接，所述刮板输送机中设置有烟道，所述热脱附装置包括燃烧室31、一级热脱附室32、二级热脱附室33和风机34；

所述燃烧室设有烟囱6，所述燃烧室分别与一级热脱附室和二级热脱附室连接并向一级热脱附室和二级热脱附室供热，所述风机的出风口与烟囱的入口连接，所述烟囱的出口与烟道连接；

所述一级热脱附室设有第一土壤入口321、第一土壤排出口322和第一混合蒸汽排出口323，所述二级热脱附室设有第二土壤入口331、第二土壤排出口332和第二混合蒸汽排出口333，所述第一土壤入口与刮板输送机的出料口连接，所述第一土壤排出口与第二土壤入口连接，所述第二土壤排出口与出料装置的入口连接，所述第一混合蒸汽排出口和第二混合蒸汽排出口均与混合蒸汽处理装置连接。

进一步的，控制一级热脱附室和二级热脱附室的温度345-355℃，土壤在一级热脱附室和二级热脱附室的停留时间各为30-35min。

进一步的，所述出料装置包括螺旋输送机和加湿喷淋管路，所述螺旋输送机设有第三土壤入口和第三土壤排出口，所述加湿喷淋管路的喷嘴与第三土壤排出口连接，所述第三土壤入口与第二土壤排出口连接。

进一步的，所述混合蒸汽处理装置包括依次连接的喷淋罐51、除雾罐52、活性炭吸附罐53，所述喷淋罐具有喷淋水出口，所述喷淋水出口同时与第一混合蒸汽排出口和第二混合蒸汽排出口连接，使得混合蒸汽首先进入喷淋罐，其中的蒸汽液化后直接排出，仍然为气态的污染物则进入除雾罐后被活性炭吸附罐吸收，避免污染气体直接排放。

进一步的，所述喷淋罐和除雾罐之间设有循环水箱54。

进一步的，所述循环水箱和喷淋罐之间设有冷却器55。

由上述描述可知，循环水箱的入口与外界自来水管连接，循环水箱内的水经过冷却器冷却后，对混合蒸汽进行喷淋，可迅速冷却液化，重新回到循环水箱内排出即可。

进一步的，所述电控系统包括总控室、现场控制柜、测量仪表、传感器和连接电缆。

进一步的，所述的燃烧室与天然气管道连接，用天然气对热脱附装置供热，成本低、污染小。

进一步的，所述烟道设置在刮板输送机底部，且位于刮板输送机进料端，使得烟道的烟气逆行于污染土壤的输送方向，可使污染土壤均匀受热。

进一步的，刮板输送机沿其进料口向出料口方向倾斜向上设置。

具体的，本发明的工作原理如下：

（1）预处理

预处理包括调节土壤含水率和筛分两部分。调节土壤含水率是通过挖掘机拌合少量生石灰，使土壤由块状变成散状，同时粘度降低，有利于后续处理。然后采用特制的滚筒筛分机对预处理之后的土壤进行筛分，去除大石块和垃圾杂物，使土壤呈现散装，方便土壤进入热脱附设备进行热处理。

（2）上料系统

进料设备主要由进料斗、皮带称重机、刮板输送机构成。预处理后的土壤用装载机投入进料斗，通过皮带秤控制进料量，由刮板机提升至热脱附系统进料口，进料量控制在3t/h。为了充分利用高温烟气的余热，本设备在刮板机中设置了烟道，可以使排出的烟气对土壤进行预热，实现能量的充分利用。

（3）热脱附主体

热脱附主体是由燃烧室、一级热脱附室、二级热脱附室、气锁、烟气风机、烟囱等组成。该燃烧室主要是通过燃烧天然气对整个设备进行加热，而一级热脱附室以及二级热脱附室主要是通过吸收燃烧室产生的热量对土壤进行加热处理。控制热脱附室的温度在350℃左右，停留时间在30-35min之间。

（4）出料设备

热脱附出料设备主要由一台螺旋输送机及除尘加湿喷淋管路组成，通过该设备对处理后的土壤进行运输到指定区域。

（5）混合蒸汽处理设备

该系统主要由喷淋塔、除雾塔、活性炭吸附罐、引风机、循环水箱、循环水空冷机及配套管路阀件组成。该设备主要是对热脱附室产生的混合蒸汽进行循环喷淋冷却处理。

（6）电控系统

电控系统为整套系统的控制核心，可实现对电磁阀、电动阀、电机、水泵、燃烧器等执行器件的准确控制，以及对设备温度、压力、流量等运行参数的实时监控与记录。系统由设在集装箱的总控室、各现场控制柜、各测量仪表、传感器及连接电缆构成。

从上述描述可知，本发明具有以下有益效果：

在刮板输送机内设置烟道，烟道与燃烧室的烟囱连接，可通过风机将燃烧室产生的烟气吹入到刮板输送机内，可充分利用高温烟气的余热，使排出的烟气对土壤进行预热，实现能量的充分利用；

挖掘机构的挖掘铲不仅可直接将污染土壤挖起，同时可用于拌和污染土壤和生石灰，以调节土壤含水率，将污染土壤和生石灰拌和以后还可以直接铲入滚筒筛分机构，滚筒筛分机构进行筛分，筛除污染土壤与生石灰的混合物中的杂物；

筛除大块杂物后的土壤进入热脱附装置中进行二次高温加热，使土壤中的污染物充分释放出来，形成混合蒸汽，脱除污染物后的土壤进入出料装置，混合蒸汽进入混合蒸汽处理装置；

混合蒸汽处理装置与第一混合蒸汽排出口和第二混合蒸汽排出口连接，用于除去热脱附装置产生的混合蒸汽，避免混合蒸汽直接排放造成大气污染。

以下再列举出几个优选实施例或应用实施例，以帮助本领域技术人员更好的理解本发明的技术内容以及本发明相对于现有技术所做出的技术贡献。

实施例

请参照图1~图5和表1，一种污染土壤修复方法，包括如下步骤：

步骤1、将污染土壤与生石灰搅拌在一起，使污染土壤由块状变成颗粒状，然后通过滚筒筛分机筛除污染土壤与生石灰的混合物中的杂物；

步骤2、将步骤1处理过的污染土壤用热脱附装置的燃料燃烧产生的烟气进行预热后放入热脱附装置中进行二次加热；

步骤3、经步骤2二次加热后产生的混合蒸汽依次进行冷却水喷淋、除雾和活性炭吸附后高空排入大气；经步骤2加热后的土壤直接排出；

步骤4、向步骤3排出后的土壤喷淋水雾，进行加湿及除尘；

步骤5、将步骤4处理过的土壤运输到指定区域。

所述步骤1中的搅拌是通过挖掘机来完成，通过挖掘机的挖掘铲将生石灰和污染土壤搅拌均匀，然后将搅拌均匀后的混合物铲到滚筒筛分机内。

步骤1~步骤5通过污染土壤修复设备完成，所述污染土壤修复设备包括电控系统和分别与电控系统电连接的预处理装置1、上料装置2、热脱附装置、出料装置4、混合蒸汽处理装置；所述预处理装置包括挖掘机构和滚筒筛分机构，所述挖掘机构包括可移动且可翻转的挖掘铲，污染土壤通过挖掘铲移动到滚筒筛分机构内；所述上料装置包括刮板输送机，所述滚筒筛分机构的出料口与刮板输送机的进料口连接，所述刮板输送机中设置有烟道，所述热脱附装置包括燃烧室31、一级热脱附室32、二级热脱附室33和风机34；所述燃烧室设有烟囱6，所述燃烧室分别与一级热脱附室和二级热脱附室连接并向一级热脱附室和二级热脱附室供热，所述风机的出风口与烟囱的入口连接，所述烟囱的出口与烟道连接；所述一级热脱附室设有第一土壤入口321、第一土壤排出口322和第一混合蒸汽排出口323，所述二级热脱附室设有第二土壤入口331、第二土壤排出口332和第二混合蒸汽排出口333，所述第一土壤入口与刮板输送机的出料口连接，所述第一土壤排出口与第二土壤入口连接，所述第二土壤排出口与出料装置的入口连接，所述第一混合蒸汽排出口和第二混合蒸汽排出口均与混合蒸汽处理装置连接。控制一级热脱附室和二级热脱附室的温度345-355℃，土壤在一级热脱附室和二级热脱附室的停留时间各为30-35min。所述出料装置包括螺旋输送机和加湿喷淋管路，所述螺旋输送机设有第三土壤入口和第三土壤排出口，所述加湿喷淋管路的喷嘴与第三土壤排出口连接，所述第三土壤入口与第二土壤排出口连接。所述混合蒸汽处理装置包括依次连接的喷淋罐51、除雾罐52、活性炭吸附罐53，所述喷淋罐具有喷淋水出口，所述喷淋水出口同时与第一混合蒸汽排出口和第二混合蒸汽排出口连接。所述喷淋罐和除雾罐之间设有循环水箱54。所述循环水箱和喷淋罐之间设有冷却器55。所述电控系统包括总控室、现场控制柜、测量仪表、传感器和连接电缆。所述的燃烧室与天然气管道连接。所述烟道设置在刮板输送机底部，且位于刮板输送机进料端。刮板输送机沿其进料口向出料口方向倾斜向上设置。

影响异位热脱附处理效果和运行成本的因素很多，除了土壤中污染物含量及含水率等因素外，其中影响处理效果的最关键因素是出土温度和停留时间；影响运行成本的最关键因素是处理量和出土温度。因此本实验针对处理量、出土温度以及停留时间进行比较研究。基本步骤如下：异位热脱附系统基本操作步骤为，预处理-启动-升温-进料-调温-控温-出料-停止-降温。控温和调温点位于二级脱附室靠近出口部位（隔着钢板外壳的温度传感器采到的温度，该温度并不是直接的土壤温度，需要试烧过程摸索传感器温度和出料取样口温度的对应关系）。

预处理工序包括：土壤开挖，转运至料场，添加少量生石灰调节含水率。筛分去除大石块。启动到升温用2h，调温用0.5h，在温度达到实验要求之后，进入物料。进料到实验要求的量后进人控温阶段，加热到规定的时间后，采集出土样品。不同量的物料在1个工况点完成试验后，调温到下一个工况点，再进行切换物料控温采样等操作循环。试验结束后停止及降温2h。得到图1、图2和表1。

图1表示不同处理量对土壤中有机污染物去除率影响；

图2表示不同停留时间对土壤中有机污染物去除率影响；

表1为不同温度有机污染物含量统计表。

表1（单位：mg•kg^-1）

该实施例的有益效果在于：用热脱附装置的燃料燃烧产生的烟气对预处理过的土壤进行预热，可充分利用高温烟气的余热，实现能量的充分利用；拌和污染土壤和生石灰，可调节土壤含水率，便于筛分大块杂物；筛除大块杂物后的土壤进入热脱附装置中进行二次高温加热，使土壤中的污染物充分释放出来，形成混合蒸汽，脱除污染物后的土壤进行加湿及除尘后即可直接排出，而混合蒸汽进行冷却水喷淋、除雾和活性炭吸附后高空排入大气，避免混合蒸汽直接排放造成大气污染，土壤修复效率高且节约能源。

本发明已由上述相关实施例和附图加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必须指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包括于权利要求的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。