CN112691755A - 一种基于热脱附助剂的异位热脱附处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于热脱附助剂的异位热脱附处理方法，主要包括以下步骤：土壤预处理：通过挖机将需要处理的土壤运输至收集点，通过预处理机构将土壤进行筛分、破碎、吸附和干燥预处理，将颗粒粒径大小为1‑2.5cm的土壤颗粒直接进行干燥处理，未达到径粒要求的土壤颗粒需经过破碎后再进行干燥处理，使土壤含水率为降至3％‑5％；土壤热脱附处理：加入热脱附助剂，对热脱附机构进行抽真空处理，并对土壤进行分段加热；尾气处理：通过急冷塔、布袋除尘器和酸性气体洗涤塔对热脱附产生的有害气体进行净化，本发明土壤处理的效率高，且有害物质处理率高，适合广泛推广。
Description
技术领域
本发明涉及土壤处理技术领域，尤其涉及一种基于热脱附助剂的异位热脱附处理方法及装置。
背景技术
随着工业的高速发展，有机污染问题逐渐突出，土壤中大量复合有机污染物会改变土壤的理化性质，破坏局部生态***，对区域的动植物产生间接和直接毒性作用，并通过食物链的富集和放大效应对人类健康造成严重的危害，进而严重影响土地的使用功能，土壤有机物污染问题已引起人们的广泛关注，土壤修复势在必行。
土壤热脱附处理技术为土壤异位修复技术中最常用的方法，热脱附可通过加热方式有选择地将污染物从一相转化为另一相，在修复过程中并不出现对有机污染物的破坏作用。
现有的土壤热脱附往往直接采用火焰的方式对土壤热脱附腔中的土源进行强烈高温加热，这样容易造成土源产生有害物质挥发脱附之外的额外的氧化、分解等化学反应，造成二次污染，同时现有的土壤热脱附还有加热不均匀，受热慢的弊端。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于热脱附助剂的异位热脱附处理方法。
本发明的技术要点为：
一种基于热脱附助剂的异位热脱附处理方法，主要包括以下步骤：
S1土壤预处理：通过挖机将需要处理的土壤运输至收集点，通过预处理机构将土壤进行筛分、破碎、吸附和干燥预处理，具体为：通过第一处理室对土壤进行初步筛分粉碎，再通过第二处理室对初步粉碎后的土壤进行细粉碎，将颗粒粒径大小为1-2.5cm的土壤颗粒直接进行干燥处理，未达到径粒要求的土壤颗粒需经过破碎后再进行干燥处理，使土壤含水率为降至3％-5％；
S2土壤热脱附处理：将S中得到的干燥土壤通过传输机构传输进热脱附机构，在进料管处加入热脱附机构容积8-10％的热脱附助剂，并关闭密封机构，通过外接一个真空泵对热脱附机构进行抽真空处理，并对土壤进行分段加热，加热时设置温度区间为：100-900℃，加热总时间为27-45min。
S3尾气处理：尾气处理机构包括急冷塔、布袋除尘器和酸性气体洗涤塔，急冷塔和热脱附机构相连通，对高温烟气进行快速冷却降温，在烟囱上装有烟气监测装置，经过处理后的尾气达标后才能排放。
进一步的，S1步骤中预处理机构在对土壤进行预处理时，通过微波加热器加热的方式在土壤筛选和破碎时进行干燥，使土壤含水率迅速降低，大块的土壤不易被干燥，通过两层的粉碎使大块的土壤被打碎成很小的颗粒，由于微波加热温度上升较快，且通过第二粉碎轮的搅拌粉碎可快速使小颗粒的土壤含水量下降。
进一步的，在所述热脱附机构的内部设置红外线加热管，S2中在通过红外加热时，先将真空度抽至60pa，首先加热至100℃然后开始升高温度，每提升50℃使土壤停留3-5min直至加热到900℃，低真空强度更加适合干燥加热，且要求成本较低，因为土壤中不仅只存在一种污染物，且每一种污染物的蒸发点不同，通过加热至不同温度段来满足不同的污染物去除，且红外加热的方式,是由发热体直接发出远红外能量波,加热整个空间中的土壤颗粒，通过调节入射的红外线频率，使其与土壤中污染物的物质分子固有频率相等,此时产生共振现象，先引起分子、原子的振动和转动,继而使物质分子运动的振幅加大，从而产生热，红外加热使土壤内部温度先升高再逐渐向外部放热的过程，更加有效的去除土壤中的污染物质。
进一步的，S2中所述的热脱附助剂具体为：浓度为15mol/L的氢氧化钠溶液和氧化铜粉末，且氢氧化钠溶液与氧化铜粉末的质量比为：8:2，土壤中的矿物质可加快土壤中有机污染物的分解，但矿物质含量不高时需要加入催化剂加快芳烃的分解。
进一步的，所述的一种土壤异位处理方法所使用的处理装置，其特征在于，包括：预处理机构、热脱附机构和一个尾气处理机构，其中预处理机构与热脱附机构相连，热脱附机构与尾气处理机构相连通。
更进一步的，所述预处理机构主要包括：第一处理室和与所述第一处理室通过两侧的滑道滑动连接的第二处理室，所述第一处理室内设置多个用于粗粉碎的第一粉碎轮和设置在第一处理室底端的第一筛分口，所述第二处理室包括：多个用于土壤细粉碎的粉碎机构、一个设置在所述第一处理室底端的微波加热器和一个可带动所述第二处理室竖直滑动的驱动机构，所述第二处理室的底端两侧设置第二筛分口，所述第二筛分口筛选出的土壤粒径大小为1-2.5cm，分两步式对土壤进行粉碎和筛选，且通过驱动结构和粉碎机构可在筛分的同时粉碎，在干燥的同时搅拌，加快土壤处理的效率。
更进一步的，所述粉碎机构包括：多个底部可贯穿所述第二处理室底端的丝杠、设置在所述丝杠上的第二粉碎轮和设置在所述第二粉碎轮上下两端的轴承，且设置在下面的轴承与所述第二处理室底端相连接，所述丝杠的顶端与所述第一处理室的底端固定连接，所述驱动机构包括：多个与所述第二处理室底端固定连接的撑杆、套装在所述撑杆上的弹簧、固定安装在所述撑杆底端的滑轮和与所述滑轮滑动连接的凸轮，所述丝杠和撑杆上均设置有一层保护套。
进一步的，所述预处理机构与所述热脱附机构通过一个传输机构相连通且在连通处设置一个进料管，所述热脱附机构上端设置一个尾气管，在进料管上设置有一个密封机构，在所述热脱附机构靠近底端位置处设置一个出料管，所述热脱附机构通过尾气管与所述尾气处理机构相连通。
更进一步的，所述密封机构包括：镶嵌在所述热脱附机构上的滑轨、滑动设置在所述滑轨上的电机、与所述电机连接的密封片、与所述密封片另一侧连接的密封轴、与所述密封轴匹配的内部圆筒、外切所述内部圆筒的外部套管，所述内部圆筒与所述密封轴通过螺纹匹配，且在所述内部圆筒和外部套管的顶端至底端开设有一条供土壤通过的进料通道，使热脱附机构的密封性更强，提高红外加热的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
第一，通过第一处理室和第二处理室完成土壤的分步粉碎和筛分，且第一处理室和第二处理室通过滑道滑动连接，通过驱动机构和粉碎机构可实现粉碎时同步筛分、干燥时同步搅拌，使带有水分的土壤颗粒快速干燥。
第二，通过采用真空红外加热的方式对土壤进行加热处理，使土壤颗粒的内部温度先升高，在逐步向外扩散，相比于目前的焚烧加热，加热效率更高，且通过不同温度段土壤的停留，充分蒸发土壤中的污染物质，通过在进料管处的密封机构使热脱附机构处于一个密封状态，使加热效果更佳。
附图说明
图1是本发明的土壤处理装置结构示意图的主视图；
图2是本发明a部结构示意图的放大图；
图3是本发明外部套管和内部圆筒结构示意图的立体图。
其中，1、预处理机构，2、第一处理室，21、第一粉碎轮，22、第一筛分口，3、第二处理室，31、滑道，32、粉碎机构，321、轴承，322、第二粉碎轮，323、丝杠，33、第二筛分口，4、微波加热器，5、保护套，6、驱动机构，61、凸轮，62、滑轮，63、撑杆，64、弹簧，7、传输机构，8、热脱附机构，81、尾气管，82、密封机构，821、电机，822、密封片，823、密封轴，824、外部套管，825、内部圆筒，826、进料通道，83、滑轨，84、进料管，85、出料管，9、尾气处理机构。
具体实施方式
实施例1：
一种基于热脱附助剂的异位热脱附处理方法，具体按照以下步骤进行：
S1土壤预处理：通过挖机将需要处理的土壤运输至收集点，通过预处理机构1将土壤进行筛分、破碎、吸附和干燥预处理，具体为：通过第一处理室2对土壤进行初步筛分粉碎，,再通过第二处理室3对初步粉碎后的土壤进行细粉碎，将颗粒粒径大小为1.5cm的土壤颗粒直接进行干燥处理，未达到径粒要求的土壤颗粒需经过破碎后再进行干燥处理，使土壤含水率为降至5％；
S2土壤热脱附处理：将S1中得到的干燥土壤通过传输机构7传输进热脱附机构8，在进料管84处加入热脱附机构容积8％的热脱附助剂，并关闭密封机构82，所述热脱附机构8的内部设置红外线加热管，通过红外加热时，先将真空度抽至60pa，并对土壤进行分段加热，首先加热至100℃然后开始升高温度，每提升50℃使土壤停留3min直至加热到900℃，加热总时间为27min。
S3尾气处理：尾气处理机构9包括急冷塔、布袋除尘器和酸性气体洗涤塔，急冷塔和热脱附机构相连通，对高温烟气进行快速冷却降温，在烟囱上装有烟气监测装置，经过处理后的尾气达标后才能排放。
S1步骤中预处理机构1在对土壤进行预处理时，通过微波加热器4加热的方式在土壤筛选和破碎时进行干燥，使土壤含水率迅速降低。
S2中所述的热脱附助剂具体为：浓度为15mol/L的氢氧化钠溶液和氧化铜粉末，且氢氧化钠溶液和氧化铜粉末的质量比为：8:2。
如图1所示，按照上述土壤处理方法进行土壤处理的装置，包括：预处理机构1、热脱附机构8和一个尾气处理机构9，其中预处理机构1与热脱附机构8相连，热脱附机构8与尾气处理机构9相连通。
所述预处理机构1主要包括：第一处理室2和与所述第一处理室2通过两侧的滑道31滑动连接的第二处理室3，所述第一处理室2内设置多个用于粗粉碎的第一粉碎轮21和设置在第一处理室2底端的第一筛分口22，所述第二处理室3包括：多个用于土壤细粉碎的粉碎机构32、一个设置在所述第一处理室2底端的微波加热器4和一个可带动所述第二处理室3竖直滑动的驱动机构6，所述第二处理室3的底端两侧设置第二筛分口33，所述第二筛分口33筛选出的土壤粒径大小为1.5cm。
所述粉碎机构32包括：多个底部可贯穿所述第二处理室3底端的丝杠323、设置在所述丝杠323上的第二粉碎轮322和设置在所述第二粉碎轮322上下两端的轴承321，且设置在下面的轴承321与所述第二处理室3底端相连接，所述丝杠323的顶端与所述第一处理室2的底端固定连接，所述驱动机构6包括：多个与所述第二处理室3底端固定连接的撑杆63、套装在所述撑杆63上的弹簧64、固定安装在所述撑杆63底端的滑轮62和与所述滑轮62滑动连接的凸轮61，所述丝杠323和撑杆63上均设置有一层保护套5。
所述预处理机构1与所述热脱附机构8通过一个传输机构7相连通且在连通处设置一个进料管85，所述热脱附机构8上端设置一个尾气管81，在进料管85上设置有一个密封机构82，在所述热脱附机构8靠近底端位置处设置一个出料管85，所述热脱附机构8通过尾气管81与所述尾气处理机构9相连通。
如图2所示，所述密封机构82包括：镶嵌在所述热脱附机构8上的滑轨83、滑动设置在所述滑轨83上的电机821、与所述电机821连接的密封片822、与所述密封片822另一侧连接的密封轴823、与所述密封轴823匹配的内部圆筒825、外切所述内部圆筒825的外部套管824，所述内部圆筒825与所述密封轴823通过螺纹匹配，且在所述内部圆筒825和外部套管824的顶端至底端开设有一条供土壤通过的进料通道826。
使用冬日瀛能科技有限公司的监测仪对经过本实施例的方法处理后的土壤成分进行检测得出数据如表1所示：
表1：土壤污染物成分表
使用上述方法进行土壤处理，处理速度可达：45吨/小时。
实施例2：
所述实施例2与所述实施例1不同之处在于：
S2土壤热脱附处理：将S1中得到的干燥土壤通过传输机构7传输进热脱附机构8，在进料管84处加入热脱附机构容积9％的热脱附助剂，并关闭密封机构82，所述热脱附机构8的内部设置红外线加热管，通过红外加热时，先将真空度抽至60pa，并对土壤进行分段加热，首先加热至100℃然后开始升高温度，每提升50℃使土壤停留4min直至加热到900℃，加热总时间为36min。
使用冬日瀛能科技有限公司的监测仪对经过本实施例的方法处理后的土壤成分进行检测得出数据如表2所示：
表2：土壤污染物成分表
使用上述方法进行土壤处理，处理速度可达：38吨/小时。
实施例3：
所述实施例3与所述实施例2不同之处在于：
S2土壤热脱附处理：将S1中得到的干燥土壤通过传输机构7传输进热脱附机构8，在进料管84处加入热脱附机构容积10％的热脱附助剂，并关闭密封机构82，所述热脱附机构8的内部设置红外线加热管，通过红外加热时，先将真空度抽至60pa，并对土壤进行分段加热，首先加热至100℃然后开始升高温度，每提升50℃使土壤停留5min直至加热到900℃，加热总时间为45min。
使用冬日瀛能科技有限公司的监测仪对经过本实施例的方法处理后的土壤成分进行检测得出数据如表3所示：
表3：土壤污染物成分表
使用上述方法进行土壤处理，处理速度可达：36吨/小时。
实施例4：
所述实施例4与所述实施例3不同之处在于：
S1土壤预处理：通过挖机将需要处理的土壤运输至收集点，通过预处理机构1将土壤进行筛分、破碎、吸附和干燥预处理，具体为：通过第一处理室2对土壤进行初步筛分粉碎，,再通过第二处理室3对初步粉碎后的土壤进行细粉碎，将颗粒粒径大小为1.5cm的土壤颗粒直接进行干燥处理，未达到径粒要求的土壤颗粒需经过破碎后再进行干燥处理，使土壤含水率为降至4％；
使用冬日瀛能科技有限公司的监测仪对经过本实施例的方法处理后的土壤成分进行检测得出数据如表4所示：
表4：土壤污染物成分表
使用上述方法进行土壤处理，处理速度可达：39吨/小时。
实施例5：
所述实施例5与所述实施例4不同之处在于：
S1土壤预处理：通过挖机将需要处理的土壤运输至收集点，通过预处理机构1将土壤进行筛分、破碎、吸附和干燥预处理，具体为：通过第一处理室2对土壤进行初步筛分粉碎，,再通过第二处理室3对初步粉碎后的土壤进行细粉碎，将颗粒粒径大小为1.5cm的土壤颗粒直接进行干燥处理，未达到径粒要求的土壤颗粒需经过破碎后再进行干燥处理，使土壤含水率为降至3％；
使用冬日瀛能科技有限公司的监测仪对经过本实施例的方法处理后的土壤成分进行检测得出数据如表5所示：
表5：土壤污染物成分表
使用上述方法进行土壤处理，处理速度可达：41吨/小时。
通过上述实施例1、实施例2和实施例3可得出，在S2土壤热脱附处理过程中，土壤停留时间越长则处理效果更佳，且实施例3中土壤处理效果最好，但处理效率就会相对降低，从实施例4和实施例5中可的出，在S1土壤预处理对土壤干燥越彻底，则后续土壤热脱附处理的效率越高，所以经过上述实施例的对比，实施例5的方法对土壤处理效果最佳，且效率最高。
Claims (9)
1.一种基于热脱附助剂的异位热脱附处理方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
S1土壤预处理：通过挖机将需要处理的土壤运输至收集点，通过预处理机构(1)将土壤进行筛分、破碎、吸附和干燥预处理，具体为：通过第一处理室(2)对土壤进行初步筛分粉碎，再通过第二处理室(3)对初步粉碎后的土壤进行细粉碎，将颗粒粒径大小为1-2.5cm的土壤颗粒直接进行干燥处理，未达到径粒要求的土壤颗粒需经过破碎后再进行干燥处理，使土壤含水率为降至3％-5％；
S2土壤热脱附处理：将S1中得到的干燥土壤通过传输机构(7)传输进热脱附机构(8)，在进料管(84)处加入热脱附机构(8)容积8-10％的热脱附助剂，并关闭密封机构(82)，通过外接一个真空泵对热脱附机构(8)进行抽真空处理，并对土壤进行分段加热，加热时设置温度区间为：100-900℃，加热总时间为27-45min。
S3尾气处理：尾气处理机构(9)包括急冷塔、布袋除尘器和酸性气体洗涤塔，急冷塔和热脱附机构相连通，对高温烟气进行快速冷却降温，在烟囱上装有烟气监测装置，经过处理后的尾气达标后才能排放。
2.根据权利要求1所述的一种基于热脱附助剂的异位热脱附处理方法，其特征在于，S1步骤中预处理机构(1)在对土壤进行预处理时，通过微波加热器(4)加热的方式在土壤筛选和破碎时进行干燥，使土壤含水率迅速降低。
3.根据权利要求1所述的一种基于热脱附助剂的异位热脱附处理方法，其特征在于，在所述热脱附机构(8)的内部设置红外线加热管，S2中在通过红外加热时，先将真空度抽至60pa，首先加热至100℃然后开始升高温度，每提升50℃使土壤停留3-5min直至加热到900℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于热脱附助剂的异位热脱附处理方法，其特征在于，S2中所述的热脱附助剂具体为：浓度为15mol/L的氢氧化钠溶液和氧化铜粉末，且氢氧化钠溶液与氧化铜粉末质量比为：8：2。
5.根据权利要求1中所使用的方法进行土壤处理的装置，其特征在于，包括：预处理机构(1)、热脱附机构(8)和一个尾气处理机构(9)，其中预处理机构(1)与热脱附机构(8)相连，热脱附机构(8)与尾气处理机构(9)相连通。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预处理机构(1)主要包括：第一处理室(2)和与所述第一处理室(2)通过两侧的滑道(31)滑动连接的第二处理室(3)，所述第一处理室(2)内设置多个用于粗粉碎的第一粉碎轮(21)和设置在第一处理室(2)底端的第一筛分口(22)，所述第二处理室(3)包括：多个用于土壤细粉碎的粉碎机构(32)、一个设置在所述第一处理室(2)底端的微波加热器(4)和一个可带动所述第二处理室(3)竖直滑动的驱动机构(6)，所述第二处理室(3)的底端两侧设置第二筛分口(33)，所述第二筛分口(33)筛选出的土壤粒径大小为1-2.5cm。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述粉碎机构(32)包括：多个底部可贯穿所述第二处理室(3)底端的丝杠(323)、设置在所述丝杠(323)上的第二粉碎轮(322)和设置在所述第二粉碎轮(322)上下两端的轴承(321)，且设置在下面的轴承(321)与所述第二处理室(3)底端相连接，所述丝杠(323)的顶端与所述第一处理室(2)的底端固定连接，所述驱动机构(6)包括：多个与所述第二处理室(3)底端固定连接的撑杆(63)、套装在所述撑杆(63)上的弹簧(64)、固定安装在所述撑杆(63)底端的滑轮(62)和与所述滑轮(62)滑动连接的凸轮(61)，所述丝杠(323)和撑杆(63)上均设置有一层保护套(5)。
8.根据权利要求5所述的使用的装置，其特征在于，所述预处理机构(1)与所述热脱附机构(8)通过一个传输机构(7)相连通且在连通处设置一个进料管(85)，所述热脱附机构(8)上端设置一个尾气管(81)，在进料管(85)上设置有一个密封机构(82)，在所述热脱附机构(8)靠近底端位置处设置一个出料管(85)，所述热脱附机构(8)通过尾气管(81)与所述尾气处理机构(9)相连通。
9.根据权利要求8中所述的使用的土壤处理的装置，其特征在于，所述密封机构(82)包括：镶嵌在所述热脱附机构(8)上的滑轨(83)、滑动设置在所述滑轨(83)上的电机(821)、与所述电机(821)连接的密封片(822)、与所述密封片(822)另一侧连接的密封轴(823)、与所述密封轴(823)匹配的内部圆筒(825)、外切所述内部圆筒(825)的外部套管(824)，所述内部圆筒(825)与所述密封轴(823)通过螺纹匹配，且在所述内部圆筒(825)和外部套管(824)的顶端至底端开设有一条供土壤通过的进料通道(826)。
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