CN106807735A - 一种污染土壤修复***和污染土壤修复的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种污染土壤修复***，所述污染土壤修复***包括干燥部和球磨机，所述干燥部包括回转炉8和燃烧室7，所述燃烧室7套在所述回转炉8靠近入料装置2的前段，回转炉8的尾部设有出料装置10，所述出料装置10与所述球磨机的进料口12连接。污染土壤修复的方法，所述方法包括，将预处理后的污染土壤输送至回转炉8内，干燥除水后进行球磨；优选地，所述加热的温度为80‑110℃；更优选地，所述污染土壤在回转炉8内的干燥时间为0.2‑5h；所述污染土壤进行球磨的时间为0.2‑5h。

Description

一种污染土壤修复***和污染土壤修复的方法
技术领域
本发明涉及环保领域，具体而言，涉及一种污染土壤修复***和污染土壤修复的方法。
背景技术
工业的迅速发展使环境污染问题凸显，尤其是危险废物的不合理处置造成土壤和地下水的污染。土壤污染具有隐蔽性和难以逆转性等特点，会直接或间接的危害人体健康，还将导致其他环境问题。目前，污染物按其性质通常可分为四类：有机污染物、重金属、放射性元素和病原微生物，其中有机污染物和重金属污染及其复合污染场地最为普遍。
一般而言，针对不同的污染物，修复技术也不同。对于有机污染土壤，常用的技术包括热解吸、气相抽提、化学氧化、微生物修复等；对于重金属污染土壤，常用技术有固化-稳定化、化学还原、土壤淋洗、植物修复等。针对有机物和重金属复合污染场地，目前大部分技术工艺需分步修复，对重金属和有机污染物采取不同的修复技术依次进行修复。这样就导致对于重金属和有机物复合污染场地的修复，过程繁琐且工程量大，处理成本过高。
机械化学法特别是机械球磨技术在土壤修复过程中的研究和应用越来越多。通过磨球与土壤物料间的撞击和摩擦，可使土壤中的污染组分发生物理或化学变化，进而使污染土壤得到修复。对于重金属和有机污染物，机械球磨均可以修复处理。重金属污染物在机械球磨过程中发生迁移及化学转化，生成稳定、低毒性的金属化合物，从而达到固化-稳定化的效果。有机污染物在机械球磨过程中可发生断链、开环、脱卤反应，生成小分子、低毒性的产物，从而得到修复处理。但是，机械球磨法也存在其弊端，土壤球磨前必须经过干燥除水，且球磨过程噪音过大，这些都限制了机械球磨技术的应用。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种污染土壤修复***，所述的土壤修复***具有能够一步完成干燥和球磨的过程，整个修复***成为一个整体，预处理后的污染土壤可以通过本发明的修复***快速高效地修复，而不产生多余废气。
本发明的第二目的在于提供一种修复污染土壤的方法，该方法通过使用本发明的土壤修复***进行污染土壤的修复，在保持较大处理量的同时，球磨过程无需加热，只需对土壤进行烘干或者大棚翻抛风干，能耗及经济成本大幅降低。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明的一个方面涉及一种污染土壤修复***，所述污染土壤修复***包括干燥部和球磨机，所述干燥部包括回转炉8和燃烧室7，所述燃烧室7套在所述回转炉8靠近入料装置2的前段，回转炉8的尾部设有出料装置10，所述出料装置10与所述球磨机的进料口12连接。
优选地，所述回转炉8由一组滚圈4支撑，所述滚圈4可以调节高度以使得所述回转炉8与水平面呈0-15度角。
优选地，所述回转炉8上设有回转炉齿轮9，所述回转炉齿轮9用于带动所述回转炉8进行轴向旋转；优选的，所述回转炉8的两端分别设有第一进气口11和第一出气口3。
优选地，所述燃烧室7的下部设有燃气入口6，所述燃烧室7的上部设有燃气出口5。。
优选地，所述球磨机为水平转筒式球磨机，优选的，所述水平转筒式球磨机包括滚筒、用于支撑滚筒的支撑滚圈13、带动滚筒旋转的主动齿轮17和设置在滚筒内的磨球15，所述滚筒上设有第二进气口19、第二出气口14和出料口18，优选地，所述磨球15的直径为10-200mm。
优选地，所述复合污染土壤修复***还包括废气处理装置20，所述废气处理装置与所述回转炉的出气口和/或球磨机的出气口相连，优选的，所述废气处理装置是活性炭吸附箱。
本发明的另一方面涉及污染土壤修复的方法，所述方法包括，将预处理后的污染土壤输送至回转炉8内，干燥除水后进行球磨；
优选地，所述加热的温度为80-110℃；
更优选地，所述污染土壤在回转炉8内的干燥时间为0.2-5h；所述污染土壤进行球磨的时间为0.2-5h。
优选地，进行所述球磨时，磨球总质量与土壤质量比为10:1～1:1，优选地，球磨过程中加入球磨助剂，更优选地，所述球磨助剂包括CaO、SiO2、NaOH和Mg中的一种或多种。
优选地，所述预处理包括风干和筛分，
优选地，所述预处理完成后，污染土壤的粒径小于25mm。
优选地，所述干燥和球磨过程中产生的烟气从第一出气口3和第二出气口14排出后，汇总至废气处理装置进行处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明的土壤修复***对于重金属污染物和有机污染物均有修复效果，可同时一步处理，避免了多步骤多种技术联用带来的工艺流程长且复杂，工程量大的缺陷；
2)使用本发明的土壤修复***进行污染土壤的修复过程中，机械球磨过程与传统的有机污染土壤修复方法如热解吸等相比，在保持较大处理量的同时，球磨过程无需加热，只需对土壤进行烘干或者大棚翻抛风干，能耗及经济成本大幅降低；
3)整个处理过程中产生有机尾气，对含卤素有机物具有较好的脱卤效果，同时能够避免二恶英的产生，对环境无二次污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的污染土壤修复***的示意图。
附图标记：
1-料斗 2-入料装置 3-第一出气口
4-滚圈 5-燃气出口 6-燃气入口
7-燃烧室 8-回转炉 9-回转炉齿轮
10-出料装置 11-第一进气口 12-进料口
13-球磨机滚圈 14-第二出气口 15-磨球
16-滚筒 17-球磨机齿轮 18-出料口
19-第二进气口 20-废气处理装置
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明的目的是这样实现的：如图1所示，为本发明的重金属和有机物复合污染土壤修复技术工艺流程简图。图中经挖掘、风干、筛分后粒径<25mm的污染土壤进入进料斗1后，经入料装置2输送至低温回转炉8的炉腔内，其中，入料装置2优选为螺旋输送机，回转炉8依靠支撑滚圈4支撑，通过调节两个滚圈4的相对高度，回转炉8可倾斜0～15度，并在电机带动的回转炉齿轮9的带动下转动。
进入炉腔内的污染土壤在回转炉的转动下缓慢向出料端移动，通过调节回转炉转速及倾角可调节物料在炉内的停留时间在0.2～5h。回转炉8前段位于外套的燃烧室7内，天然气通过燃气入口6进入燃烧室7并燃烧产生高温烟气对回转炉8外壁加热，使炉内温度达到80～110℃。
燃烧室7产生的尾气经燃气出口5排出，经后处理达标后排放。当污染土壤经过回转炉8时，在炉内干燥脱水，经出料装置10离开回转炉经进料斗12进入转筒式球磨机16。为加速回转炉8中土壤干燥速度，可从进气口11逆向通入空气，携带有水蒸气和挥发性有机物的尾气由出气口3排出，经后处理达标后排放。球磨机滚筒依靠球磨机滚圈13支撑，并在电机带动的球磨机齿轮17的带动下转动。进入球磨机滚筒16的干燥土壤与滚筒中的磨球15在滚筒的转动过程中发生剧烈的撞击、摩擦，其中的污染物发生物理、化学变化而得到修复处理。滚筒中磨球15直径为10～200mm，磨球总质量与土壤质量比为10:1～1:1。土壤在滚筒的转动下不断向前移动，球磨时间控制在0.2～5h，经球磨后的达标土壤由出口18排出并回填。球磨过程中产生的少量废气由从第二出气口19进入的空气流携带第二出气口14，经进一步处理合格后排空。气口3和14排出的废气经活性炭吸附箱20处理达标后排空。干燥的污染土壤进入球磨机16前，根据污染物种类的不同，可由料斗12混加一定量的球磨助剂，这些助剂包括但不限于CaO，SiO2，NaOH，Mg等等。
本发明的一个方面提供了一种污染土壤修复***，所述污染土壤修复***包括干燥部和球磨机，所述干燥部包括回转炉8和燃烧室7，所述燃烧室7套在所述回转炉8靠近入料装置2的前段，回转炉8的尾部设有出料装置10，所述出料装置10与所述球磨机的进料口12连接。
在本发明的一个优选实施方式中，所述入料装置是螺旋输送机，自料斗1进入的土壤碎粒通过螺旋输送机输送进入回转炉8进行加热。
在本发明的一个优选实施方式中，所述回转炉8由一组滚圈4支撑，所述滚圈4可以调节高度以使得所述回转炉8与水平面呈0-15度角。
在本发明的一个优选实施方式中，所述回转炉8上设有回转炉齿轮9，所述回转炉齿轮9用于带动所述回转炉8进行轴向旋转；
在本发明的一个优选实施方式中，所述回转炉8的两端分别设有第一进气口11和第一出气口3。
在本发明的一个优选实施方式中，出气口和进气口逆向设置，即第一进气口11设置在回转炉尾部，而第一出气口3设置在回转炉前部。
在本发明的一个优选实施方式中，所述燃烧室7的下部设有燃气入口6，所述燃烧室7的上部设有燃气出口5。
在本发明的一个优选实施方式中，所述球磨机为水平转筒式球磨机，
在本发明的一个优选实施方式中，所述水平转筒式球磨机包括滚筒、用于支撑滚筒的球磨机滚圈13、带动滚筒旋转的球磨机齿轮17和设置在滚筒16内的磨球15，所述滚筒上设有第二进气口19、第二出气口14和出料口18，优选地，所述磨球15的直径为10-200mm。
在本发明的一个优选实施方式中，所述复合污染土壤修复***还包括废气处理装置20，所述废气处理装置与所述回转炉的出气口和/或球磨机的出气口相连，优选的，所述废气处理装置是活性炭吸附箱。
本发明的另一个方面提供了一种污染土壤修复的方法，所述方法包括，将预处理后的污染土壤输送至回转炉8内，干燥除水后进行球磨；
在本发明的一个优选实施方式中，所述加热的温度为80-110℃；
在本发明的一个优选实施方式中，所述污染土壤在回转炉8内的干燥时间为0.2-5h；所述污染土壤进行球磨的时间为0.2-5h。
在本发明的一个优选实施方式中，进行所述球磨时，磨球总质量与土壤质量比为10:1～1:1，优选地，球磨过程中加入球磨助剂，更优选地，所述球磨助剂包括CaO、SiO2、NaOH和Mg中的一种或多种。
在本发明的一个优选实施方式中，所述预处理包括风干和筛分，优选地，所述预处理完成后，污染土壤的粒径小于25mm。
在本发明的一个优选实施方式中，所述干燥和球磨过程中产生的烟气从第一出气口3和第二出气口14排出后，汇总至废气处理装置进行处理。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
某重金属砷污染场地，污染土壤中砷平均浓度为122mg/kg。经风干，筛分后得到粒径<5mm的污染土壤，经螺旋输送机送入低温回转炉，105℃下干燥60min后进入球磨机转筒。控制进土速度使磨球与土壤质量比保持在6:1～3:1，球磨机转筒转速为15r/min，土壤球磨时间60min，对处理后的土壤采样进行分析，按照US EPA SW 846 Method 1312方法对球磨处理前后的土壤进行浸出试验，通过ICP-OES分析浸出液中砷浓度，测得球磨处理前后浸出液中砷浓度分别为3.3mg/L和0.03mg/L，达到地下水质量标准(GB/T 14848-93)III类水质标准，土壤中重金属砷固化效率达到99.1％。
实施例2
某重金属铅污染场地，污染土壤中铅平均浓度为1120mg/kg。经风干，筛分后得到粒径<5mm的污染土壤，经螺旋输送机送入低温回转炉，110℃下干燥30min后进入球磨机转筒。控制进土速度使磨球与土壤质量比保持在10:1～1:1，球磨机转筒转速为10～15r/min，土壤球磨时间30min，对处理后的土壤采样进行分析，按照US EPA SW 846 Method 1312方法对球磨处理前后的土壤进行浸出试验，通过ICP-OES分析浸出液中铅浓度，测得球磨处理前后浸出液中铅浓度分别为42mg/L和0.01mg/L，达到地下水质量标准(GB/T 14848-93)II类水质标准，固化效率达到99.9％。
实施例3
某PCBs(多氯联苯)污染场地，污染土壤中多氯联苯同系物总浓度为830mg/kg。经风干，筛分后得到粒径<2mm的污染土壤混入一定量助剂后，经螺旋输送机送入低温回转炉，80℃下干燥5h后进入球磨机转筒。控制进土速度使磨球与土壤质量比保持在6:1～3:1，球磨机转筒转速为20～40r/min，土壤球磨时间5h min，对处理后的土壤采样，二氯甲烷超声萃取后按照US EPA 1668A标准方法对萃取液进行纯化，最后通过GC-MS定量分析，测得球磨处理后土壤中PCBs浓度为9.1mg/kg，PCBs去除率达到98.9％。
实施例4
某PAHs(多环芳烃)污染场地，污染土壤中多环芳烃总浓度为130mg/kg。经风干，筛分后得到粒径<2mm的污染土壤混入一定量助剂后，经螺旋输送机送入低温回转炉，105℃下干燥60min后进入球磨机转筒。控制进土速度使磨球与土壤质量比保持在6:1～3:1，球磨机转筒转速为20～40r/min，土壤球磨时间60min，对处理后的土壤采样，二氯甲烷超声萃取后按照US EPA 8270标准方法通过GC-MS定量分析，测得球磨处理后土壤中PAHs总浓度为0.65mg/kg，PAHs去除率达到99.5％。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种污染土壤修复***，其特征在于，所述污染土壤修复***包括干燥部和球磨机，所述干燥部包括回转炉(8)和燃烧室(7)，所述燃烧室(7)套在所述回转炉(8)靠近入料装置(2)的前段，回转炉(8)的尾部设有出料装置(10)，所述出料装置(10)与所述球磨机的进料口(12)连接。
2.根据权利要求1所述的土壤修复***，其特征在于，所述回转炉(8)由一组滚圈(4)支撑，所述滚圈(4)可以调节高度以使得所述回转炉(8)与水平面呈0-15度角。
3.根据权利要求1所述的土壤修复***，其特征在于，所述回转炉(8)上设有回转炉齿轮(9)，所述回转炉齿轮(9)用于带动所述回转炉(8)进行轴向旋转；优选的，所述回转炉(8)的两端分别设有第一进气口(11)和第一出气口(3)。
4.根据权利要求1所述的土壤修复***，其特征在于，所述燃烧室(7)的下部设有燃气入口(6)，所述燃烧室(7)的上部设有燃气出口(5)。
5.根据权利要求1所述的土壤修复***，其特征在于，所述球磨机为水平转筒式球磨机，优选的，所述水平转筒式球磨机包括滚筒、用于支撑滚筒的球磨机滚圈(13)、带动滚筒旋转的球磨机齿轮(17)和设置在滚筒(16)内的磨球(15)，所述滚筒上设有第二进气口(19)、第二出气口(14)和出料口(18)，优选地，所述磨球(15)的直径为10-200mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的土壤修复***，其特征在于，所述复合污染土壤修复***还包括废气处理装置(20)，所述废气处理装置与所述回转炉的出气口和/或球磨机的出气口相连，优选的，所述废气处理装置是活性炭吸附箱。
7.污染土壤修复的方法，其特征在于，所述方法包括，将预处理后的污染土壤输送至回转炉(8)内，干燥除水后进行球磨；
优选地，所述加热的温度为80-110℃；
更优选地，所述污染土壤在回转炉(8)内的干燥时间为0.2-5h；所述污染土壤进行球磨的时间为0.2-5h。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进行所述球磨时，磨球总质量与土壤质量比为10:1～1:1，优选地，球磨过程中加入球磨助剂，更优选地，所述球磨助剂包括CaO、SiO2、NaOH和Mg中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预处理包括风干和筛分，优选地，所述预处理完成后，污染土壤的粒径小于25mm。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述干燥和球磨过程中产生的烟气从第一出气口(3)和第二出气口(14)排出后，汇总至废气处理装置进行处理。
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