一种钢铁厂废弃前就地修复污染场地的方法与流程

本发明涉及一种钢铁厂废弃前就地修复污染场地的方法。

背景技术：

我国是一个钢铁产量大国，据统计，2016 年中国粗钢产量占全球大约一半左右（49.6%）。但是通过分析发现，我国粗钢产量增长在近年明显放缓，进入了经济增长但耗钢停滞的状态，有大量中小型钢铁厂面临废弃。而钢铁企业区域由于存在炼焦、炼钢、炼铁等一系列的生产过程，使得钢铁企业工业区土壤中的多环芳烃含量严重超标。现有研究表明，储煤厂、焦化厂、发电厂、钢铁厂等周边地区的土壤多环芳烃含量污染水平较高。以东北某大型钢铁厂为例，工业区土壤中 16 种 PAHs总浓度范围为3.39×10³~1.54×10⁵ ng*g^-1 ，平均浓度3.21×10⁴ng*g^-1。在钢铁企业炼焦区域土壤的PAHs、BTEX、二恶英污染程度达到重度污染。因此需要对这部分区域土壤进行修复，国内外一般采用异位热脱附+原位生物阻隔技术联合修复。

但是，在钢铁厂废弃后再对污染土壤进行异位热处置存在许多缺陷，如将污染场地土壤挖出，易造成二次环境污染；修复价格昂贵，一般在150~450 美元/吨；修复周期长，一般在6~12个月。而原位热脱附技术是将热量导入到地下为土壤、地下水以及污染物加热，地下温度的提高将会导致挥发性污染物的气化，使地下水和有机污染物沸腾产生蒸汽；气相（水蒸气以及气态污染物的混合体）会被气提井捕获，在地面上进行处理，如申请号为201820917902.5的中国专利所示。如果能充分利用烟气余热，将其用于对重污染区域的原位热脱附则会提高整个系统的效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、成本低、周期短、更环保的钢铁厂废弃前就地修复污染场地的方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种钢铁厂废弃前就地修复污染场地的方法，其特征在于：步骤为：

一、对现有钢铁业炼焦工艺设备进行改造，增设加热管、加热井、双相抽提井、冷凝装置、常规水处理装置、加热支管和荒煤气返回管；加热支管一端与加热管连接，另一端与现有钢铁业炼焦工艺设备的上升管的出口连接；荒煤气返回管一端与加热井顶部连接，另一端与现有钢铁业炼焦工艺设备的桥管连接；加热井设置于目标修复区域；加热管安装在加热井中；双相抽提井与冷凝装置连接；双相抽提井设置于目标修复区域；冷凝装置与常规水处理装置和现有钢铁业炼焦工艺设备的焦炉二燃室连接；

二、改造完成后，在钢铁厂废弃前启动修复，步骤为：

（1）、炼焦所用精煤经过破碎后经带式输送机送到贮煤塔备用；推焦车在贮煤塔下取煤，捣固成煤饼后，按作业计划从机侧推入焦炉内；

（2）、煤饼在焦炉内经过一个结焦周期的高温干馏，炼成焦炭并产生700~750℃的荒煤气汇集到炭化室的顶部空间，荒煤气进入上升管，一部分荒煤气继续通向桥管中，通过氨水喷嘴的氨水喷洒降温后，通向集气管之后进行冷鼓工艺，另一部分荒煤气在上升管出口通过加热支管进入加热管；

（3）、荒煤气从加热管的底部流进加热井底部，然后上升到加热井顶部，以热传导的方式加热目标修复区域土壤；在加热过程中，土壤中的污染物从土壤中解析出来，形成含污染物的蒸汽，此时用双相抽提井将含有污染物的地下水和蒸汽提取至冷凝装置，经过冷凝液化的水从冷凝装置导出，进行常规水处理装置，达标后排放；污染气从冷凝装置通向二燃室继续高温氧化分解，去除所含污染物；

（4）、加热井中完成热交换后的荒煤气通过荒煤气返回管通回到桥管中，通过氨水喷嘴的氨水喷洒将荒煤气温度下降至75~85℃，进入集气管之后进行冷鼓工艺；

（5）、焦炉内的煤饼结焦成熟后，由推焦机推出并通过拦焦机的导焦栅送入熄焦车内；熄焦车由电机牵引至熄焦塔熄焦，冷却后将焦炭进行筛分和外运。

本发明所述的焦炉内炉温控制在1200~1300℃，墙面温度达到1050~1100℃。

本发明所述氨水喷嘴处用0.25~0.28Mpa、温度60~70℃的循环氨水喷洒，将700~750℃的荒煤气冷却至80~100℃。

本发明送至加热管的烟气体积流量占上升管出口烟气总流量的10～20%。

本发明修复启动时间根据钢铁企业区域土壤污染程度，选择钢铁厂废弃前的1~3个月开始运行。

本发明所述的加热管的外壁上间隔设有多个温度检测器和压力检测器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1）可以在钢铁厂废弃前直接对现有炼焦设备进行改造，减少了修复污染区域土壤所需的成本；

2）在确保炼焦工艺顺利进行的同时，充分利用高温荒煤气的余热，提高了系统效率，还可以在钢铁厂废弃前就地热脱附修复污染场地；

3）对原位热脱附时产生的污染地下水及蒸汽进行合理处置，简化了尾气处理步骤，提高了系统的经济效益；

4）结构紧凑、布置合理、污染区域土壤修复率高、更环保、运行稳定、流程简单、对污染物去除效率高、修复周期短、普适性强，有效缓解了钢铁厂废弃后场地污染严重的问题。

附图说明

图1是本发明实施例现有钢铁业炼焦工艺设备进行改造后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1， 一种钢铁厂废弃前就地修复污染场地的方法，步骤为：

一、现有钢铁业炼焦工艺设备包括贮煤塔1、推焦车2、焦炉3、上升管4、氨水喷嘴8、集气管9、拦焦机12、熄焦车13、熄焦塔14和桥管15；对现有钢铁业炼焦工艺设备进行改造，增设加热管5、加热井6、双相抽提井7、冷凝装置10、常规水处理装置11、加热支管16和荒煤气返回管17；

贮煤塔1通过推焦车2与焦炉3配合。

上升管4安装在焦炉3的顶部，上升管4的进口与焦炉3的炭化室连接，上升管4的出口与桥管15连接。

桥管15与集气管9连接。桥管15内安装有氨水喷嘴8。

加热支管16一端与加热管5连接，另一端与上升管4的出口连接。

荒煤气返回管17一端与加热井6顶部连接，另一端与桥管15连接。

加热井6设置于目标修复区域。

加热管5安装在加热井6中，加热管5的底部位于加热井6的底部。加热管5的外壁上间隔设有多个温度检测器和压力检测器，用于监测不同深度土壤的温度和压力数值。

双相抽提井7与冷凝装置10连接。双相抽提井7设置于目标修复区域。

冷凝装置10与常规水处理装置11和焦炉3的二燃室连接。

推焦车2与拦焦机12连接，拦焦机12通过熄焦车13与熄焦塔14配合。

二、改造完成后，该方法启动时间根据钢铁企业区域土壤污染程度，选择钢铁厂废弃前的1~3个月开始运行，其步骤为：

（1）、炼焦所用精煤经过破碎后经带式输送机送到贮煤塔1备用。推焦车2在贮煤塔1下取煤，捣固成煤饼后，按作业计划从机侧推入焦炉3内。

（2）、煤饼在焦炉3内经过一个结焦周期的高温干馏，炼成焦炭并产生700~750℃的荒煤气汇集到炭化室的顶部空间，荒煤气进入上升管4，一部分荒煤气继续通向桥管15中，通过氨水喷嘴8的氨水喷洒降温后，通向集气管9之后进行冷鼓工艺，另一部分荒煤气在上升管4出口通过加热支管16进入加热管5。

本实施例中，焦炉3内炉温控制在1200~1300℃，墙面温度达到1050~1100℃。

本实施例中，氨水喷嘴8处用0.25~0.28Mpa、温度60~70℃的循环氨水喷洒，将700~750℃的荒煤气冷却至80~100℃。

本实施例中，送至加热管5的烟气体积流量占上升管4出口烟气总流量的10～20%。

（3）、荒煤气从加热管5的底部流进加热井6底部，然后上升到加热井6顶部，充分换热，以热传导的方式加热目标修复区域土壤；在加热过程中，土壤中的污染物从土壤中解析出来，形成含污染物的蒸汽，此时用双相抽提井7将含有污染物的地下水和蒸汽提取至冷凝装置10，经过冷凝液化的水从冷凝装置10下方导出，进行常规水处理装置11，达标后排放；污染气从冷凝装置上方通向二燃室继续高温氧化分解，去除所含污染物。

（4）、加热井6中完成热交换后的荒煤气温度在520℃左右，荒煤气通过荒煤气返回管17通回到桥管15中，通过氨水喷嘴8的氨水喷洒将荒煤气温度下降至75~85℃，进入集气管9之后进行冷鼓工艺。

（5）、焦炉内的煤饼结焦成熟后，由推焦车2推出并通过拦焦机12的导焦栅送入熄焦车13内；熄焦车13由电机牵引至熄焦塔14熄焦，冷却后将焦炭进行筛分和外运。

实验例：

在山西省焦化场地污染土壤修复工程中对炼焦设备进行改造，制成土壤处理能力2吨/小时的原位热脱附装置，实验过程中采用流量阀控制加热支管16体积流量，研究不同体积流量对土壤有机物的去除率，如下表所示。其中污染场地面积与体积流量成正比，上升管4出口烟气750℃，修复周期1个月。实验过程中共修复了1000吨含苯系物和多环芳烃的重污染土壤，处理后土壤达到预定的污染土壤修复目标值。

表：不同体积流量对土壤有机物的去除率

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。