CN211489032U - 一种污染颗粒材料的两阶修复装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种污染颗粒材料的两阶修复装置，应用热解吸和阴燃燃烧的两阶修复装置来修复受污染颗粒材料；其包括：破碎筛分机、热解吸装置、阴燃装置和尾气处理***；污染颗粒材料与破碎筛分机的进料口相连，破碎筛分机的出料口与热解吸装置的进料口相连，热解吸装置的出料口与阴燃装置的进料口相连，阴燃装置的出料口排出处理后的颗粒材料；热解吸装置的排气口和阴燃装置的排气口均与尾气处理***的进气口相连，尾气处理***的排气口排出处理后的气体。

Description

一种污染颗粒材料的两阶修复装置

技术领域

本实用新型属于污染颗粒修复技术领域，涉及一种污染颗粒材料的两阶修复装置，具体涉及一种有机化合物污染颗粒材料的两阶修复装置，该有机化合物包括但不限于烃。

背景技术

颗粒材料(如土壤、沉积物、污泥或泥浆)的污染可能来自于溢出、泄漏、排放、共处理或掩埋在现场的危险材料；或者来自场外的污染侵入，例如，地下储存罐的泄漏会造成现场土壤被石油碳氢化合物和铅污染，并通过地下迁移对邻近的场地造成污染。一般来说，颗粒材料中可能存在的污染物包括液体和固体，液体中可能含有相关的蒸汽；污染物可以通过物理、化学作用附着在颗粒上，或者作为颗粒之间的单独相存在，例如非水相液体(NAPLs)。液体污染物包括石油碳氢化合物、煤焦油和工业溶剂，而固体污染物包括盐、金属和有机材料(例如***物、杀虫剂)。

受污染的颗粒材料的修复是去除污染物、减少污染物对环境及人体健康的影响。污染场地经过修复后才能规划成住宅，商业或工业用地。修复工艺通常受到一系列监管要求的约束，或根据场地未来规划，对人类健康和生态风险进行风险评估。

污染修复方法可以概括地分类为：1、异位修复方法，颗粒材料在废物处理设施中被置换或处置；2、原位修复方法，不改变颗粒材料的位置进行处理。固化、稳定化和管控本身不是修复方法，但可用于防止污染扩散。有机污染物的修复方法包括焚烧、阴燃和热解吸等热方法，用水溶液或有机溶剂淋洗/冲洗。生物修复等。

在用于颗粒材料的热修复方法中，高温、焚烧处理有机污染物的效果很好，但其燃料成本很高，而且会造成土壤和沉积物天然性质的降低。由于进入焚烧炉的废物种类复杂多样，因此必须仔细监测，严格控制其尾气排放(通过调节温度和吸附等)。热解吸方法为：通过向有机污染物施加热量，使其从颗粒材料中解吸，是焚烧的主要替代方案；污染物质从颗粒材料中蒸发出来，通过外部吸收装置进行收集处置，收集装置可以是冷凝、吸附、氧化等装置；处理达标后，颗粒材料回填至原位。

热解吸过程没有直接燃烧，但其过程中可能发生一些局部燃烧，明火的存在有可能引起***。因此在实际应用中，要尽量避免明火产生。可以通过使用缺氧载气(例如烟道气或惰性气体)或在真空下运行，来降低燃烧风险。

与焚烧相比，热解吸的温度较低(通常150-500℃)，但对于具有某些细颗粒材料(例如粘土)，高水分含量(如湿土壤、沉积物)或某些有机污染物含量较高的颗粒材料处理效果不佳。对于低挥发性或者结和紧密的有机污染物，用热解吸方法去除效果较差或者成本较高。这些污染物包括比C16重的碳氢化合物和多环芳烃。这使得受较重污染(例如柴油、润滑油、船用燃料、原油、煤焦油)影响的土壤处理起来比较困难。

较大的颗粒在热解吸的过程中通过干燥和搅拌分解，解析后的产物接近沙子或粉末，产物比较干燥且具有一定温度。

阴燃是一种无焰燃烧过程，是一种较新的修复含有有机污染物的颗粒材料的方法。在阴燃修复过程中，自维持的无焰燃烧锋在受污染的土壤中传播(原位或异位)，使得有机物污染矿化。阴燃不同于火焰燃烧，因为氧化反应发生在固体或液体表面，而不是气相中。因为土壤可以充当绝缘体，所以只要土壤有足够的氧气和足够的燃料含量，阴燃在点燃后就可以自我维持(即不需要外部加热)。实现自持燃烧锋传播是现有阴燃技术的一个关键特征，并且需要土壤燃料含量的自持阈值(“SST”)。通常石油烃在土壤中燃料含量不足，这将严重限制阴燃技术用在处理受石油碳氢化合物污染的土壤。此外，通过强制通风在土壤中传播燃烧锋的过程将现有的阴燃技术限制在部分土壤(如干燥、砂质质地)中。水分或淤泥/粘土含量较高的土壤通常无法通过阴燃处理，或者只能以较低的供气速率处理，这使得生产量不足以满足商业用途。

若燃料充足，则可以在颗粒材料中维持阴燃。有机污染物也能在合适的条件下为自持续阴燃燃烧提供足够的能量。一般来说，这些条件包括足够高的污染物浓度、空气供应、足够的热量以及点燃阴燃前沿的初始热源。如果满足这些条件，阴燃可以作为一种修复颗粒材料的方法，它可以消除所有有机污染物。

阴燃燃烧可通过主动加热表面以下一小部分污染颗粒材料并在该区域达到点火温度(通常为200-500℃)，然后引入空气来启动。然后可以停用加热器，保持空气供应以维持阴燃前沿，阴燃前沿通过颗粒材料床传播，从而破坏污染物。如果颗粒材料中有足够的燃料用于该过程，阴燃可以自我维持，即点燃后不需要进一步主动加热，因为污染物本身提供持续燃烧需的热量。

通常情况下，受污染土壤的燃料含量通常不足以支持燃烧锋在土壤中的传播，可以通过向土壤中添加有机燃料源以维持燃烧前沿，但这将增加修复成本。

另外，当热量通过绝缘颗粒介质传递时，燃烧前沿在阴燃过程中的传播是缓慢的。这使得阴燃处理能力远低于热解吸过程，例如阴燃时为5-10吨/小时，而热解吸时为20-40吨/小时。目前的阴燃过程是在非均质污染土壤中进行的，需要强制通风以维持足以燃烧的氧气水平。颗粒材料的不均匀性(例如，质地，水分，压实度)和颗粒材料中燃料含量的不均匀性都可能导致传统阴燃过程中燃烧前沿的不均匀传播。

修复技术通常以修复设备的场外处置成本为基准，将受污染的颗粒材料重新安置到工程现场进行长期储存。场外处置通常是最经济的选择，并且现场监管风险小。在合理的运输范围、材料数量情况下，场外修复的可靠性最高。有机污染的场外处置最常用的替代方法之一是生物修复，其成本约为场外修复的一半。尽管生物修复比场外处置节省了大量资金，但其应用通常仅限于污染程度相对较低的颗粒材料，尤其是较难降解的碳氢化合物(如比C16或多环芳烃中的碳氢化合物)。因此，需要一种经济可行的修复技术，在生物修复不能应用时发挥作用。

实用新型内容

针对上述问题中存在的不足之处，本实用新型提供一种污染颗粒材料的两阶修复装置。

本实用新型公开了一种污染颗粒材料的两阶修复装置，包括：破碎筛分机、热解吸装置、阴燃装置和尾气处理***；

污染颗粒材料与所述破碎筛分机的进料口相连，所述破碎筛分机的出料口与所述热解吸装置的进料口相连，所述热解吸装置的出料口与所述阴燃装置的进料口相连，所述阴燃装置的出料口排出处理后的颗粒材料；

所述热解吸装置的排气口和所述阴燃装置的排气口均与所述尾气处理***的进气口相连，所述尾气处理***的排气口排出处理后的气体。

作为本实用新型的进一步改进，所述热解吸装置沿物料运动方向包括进料斗、第一输送机和回转窑；

所述回转窑上设有热源，所述回转窑的第一出料口与所述热解吸装置的进料口相连，所述回转窑的排气口通过第一排气管与所述尾气处理***相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述阴燃装置沿物料运动方向包括第二输送机和阴燃室；

所述阴燃室上设有加热电缆和空气喷射器，所述阴燃室内处理后的颗粒材料通过第三输送机从第二出料口排出，所述阴燃室的排气口通过第二排气管与所述尾气处理***相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述尾气处理***沿尾气运动方向包括袋滤室、空气清洁单元和排气烟囱。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过将热解吸过程与阴燃过程相结合，提升土壤修复效果，可适用于低挥发性和紧密结合的有机污染物的处理。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例公开的污染颗粒材料的两阶修复装置的框架图；

图2为图1中热解吸装置、尾气处理***的结构示意图；

图3为图1中阴燃装置的结构示意图。

图中：

10、破碎筛分机；

20、热解吸装置；21、进料斗；22、第一输送机；23、回转窑；24、热源；25、第一排气管；26、第一出料口；

30、阴燃装置；31、第二输送机；32、阴燃室；33、加热电缆；34、空气喷射器；35、第二排气管；36、第三输送机；37、第二出料口；

40、尾气处理***；41、袋滤室；42、空气清洁单元；43、排气烟囱。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述：

如图1所示，本实用新型提供一种污染颗粒材料的两阶修复装置，包括：破碎筛分机10、热解吸装置20、阴燃装置30和尾气处理***40；其中：

本实用新型将开挖并清运的污染颗粒材料与破碎筛分机10的进料口相连，破碎筛分机10的出料口与热解吸装置20的进料口相连，热解吸装置20的出料口与阴燃装置30的进料口相连，阴燃装置30的出料口排出处理后的颗粒材料；热解吸装置20的排气口和阴燃装置30的排气口均与尾气处理***40的进气口相连，尾气处理***40的排气口排出处理后的气体。

进一步，如图2所示，本实用新型的热解吸装置20沿物料运动方向包括进料斗21、第一输送机22和回转窑23；回转窑23上设有热源24，回转窑23的第一出料口26与热解吸装置30的进料口相连，回转窑23的排气口通过第一排气管25与尾气处理***40相连。

进一步，如图3所示，本实用新型的阴燃装置30沿物料运动方向包括第二输送机31和阴燃室32；阴燃室32上设有加热电缆33和空气喷射器34，阴燃室32内处理后的颗粒材料通过第三输送机36从第二出料口37排出，阴燃室32的排气口通过第二排气管35与尾气处理***40相连。

进一步，如图2所示，本实用新型的尾气处理***40沿尾气运动方向包括袋滤室41、空气清洁单元42和排气烟囱43；热解吸装置20、阴燃装置30的尾气可采用同一尾气处理***，或各自设计一套尾气处理***。

基于上述两阶修复装置的修复方法为：

清挖待修复场地得到污染颗粒材料，将污染颗粒材料送到破碎筛分机10中筛分和破碎，以去除岩石和破碎较大的土壤块；

筛分和破碎后的污染颗粒材料转移到热解吸装置20，热解吸装置20对污染的颗粒材料进行热解吸；其中热解吸过程包括：①加热污染的颗粒材料，使其中一部分有机污染物挥发，②形成预热的颗粒材料；在热解吸装置20外部收集挥发的有机污染物；

将预热的污染颗粒材料转移到阴燃装置30；对预热的颗粒材料进行阴燃燃烧处理；其中，阴燃燃烧过程包括：①将预热的颗粒材料转移至阴燃装置30，阴燃装置30包括颗粒材料进料口和处理过的颗粒材料的出口；①在足以点燃阴燃燃烧反应的条件下操作阴燃装置30，该阴燃燃烧反应产生气体燃烧产物，收集阴燃装置30外部的气体燃烧产物，以及从阴燃装置30的出口排出处理过的颗粒材料。

进一步，颗粒材料包括土壤、沉积物或污泥。

进一步，有机污染物包括烃或氯化烃。

进一步，热解吸装置20在高于150℃的温度下操作，优选热解吸装置20在350～600℃的温度下操作；

进一步，阴燃装置30在高于150℃的温度下操作，优选阴燃装置30在200-450℃的温度下操作；

进一步，在足以点燃阴燃燃烧反应的条件下操作阴燃装置30包括用助燃气体吹送颗粒材料；其中助燃气体是空气，助燃气体未使用预热过的助燃气体，可采用加压注入。

实施例：

本实用新型的热解吸装置可包括间歇或连续进料，通气方式并流或逆流，加热方式直接或间接加热。

间歇或连续是颗粒材料的两种进料方式。污染物复杂、浓度高时采用间歇式进料，颗粒材料在热解吸装置停留一定时间后排出；污染较轻或容易挥发的污染物采用连续式进料，颗粒材料在热解吸装置停留时间较短。

并流或逆流是指气体的流动方向。气体与污染颗粒以相同的方向进入解析装置的是并流解析***，气体和土壤以相反方向进入解析装置的是逆流解析***。

加热方式直接或间接加热。直接热脱附由进料***、脱附***和尾气处理***组成。进料***：通过筛分、脱水、破碎、磁选等预处理，将污染土壤从车间运送到脱附***中。脱附***：污染土壤进入热转窑后，与热转窑燃烧器产生的火焰直接接触，被均匀加热至目标污染物气化的温度以上，达到污染物与土壤分离的目的。尾气处理***：富集气化污染物的尾气通过旋风除尘、焚烧、冷却降温、布袋除尘、碱液淋洗等环节去除尾气中的污染物。间接热脱附由进料***、脱附***和尾气处理***组成。与直接热脱附的区别在于脱附***和尾气处理***。脱附***：燃烧器产生的火焰均匀加热转窑外部，污染土壤被间接加热至污染物的沸点后，污染物与土壤分离，废气经燃烧直排。尾气处理***：富集气化污染物的尾气通过过滤器、冷凝器、超滤设备等环节去除尾气中的污染物。气体通过冷凝器后可进行油水分离，浓缩、回收有机污染物。

如图2所示，本实用新型的热解吸装置20的使用过程为：清挖受污染的颗粒材料(例如土壤)，将其送入进料斗21，然后通过第一输送机22将土壤输送到回转窑23中。在回转窑23内，将土壤通过热源24加热到350-600℃之间。热源24可以是直接或间接热源。回转窑23在低于解吸污染物***下限(LEL)的环境中运行。LEL是可燃气体在空气中遇明火种***的最低浓度。热解吸过程中的氧浓度取决于载气(烟道气、惰性气体、空气)以及蒸发的污染物和含水率，其通常低于环境空气中的浓度(即低于21％体积)。

图2的热解吸装置20以逆流方式运行，其中挥发的有机污染物通过第一排气管25去除。污染物可被引导至各种尾气处理***40；尾气处理***40包括袋滤室41、空气清洁单元42和排气烟囱43，袋滤室41采用可渗透袋***，收集小颗粒物质；进入袋滤室41的气体可以用单独的气体冷却***(未示出)冷却；离开袋滤室41的气体随后使用空气清洁单元42进行处理。根据已经从土壤中去除的污染物的特征和浓度，空气清洁单元42可以包括一个或多个处理过程。这些处理过程可以包括：①冷凝步骤：收集和回收液态烃；②吸附步骤：气体中的碳氢化合物通过固体或液体介质后被吸附去除；③尾气处理步骤：挥发的碳氢化合物在后燃器中燃烧。在通过空气清洁单元42后，处理过的气体通过排气烟囱43释放到大气中。修复后的土壤离开回转窑23的出料口26。

图3显示了用于污染颗粒材料的异地修复的连续阴燃装置30的示意图。在***运行期间，热解吸装置20处理后的颗粒材料经由第二输送机31(皮带输送机)进入阴燃室32的敞开顶部。阴燃室32的侧面具有空气喷射器34、加热电缆33。空气喷射器是34位于平面内的穿孔管(在顶侧穿孔)，通常靠近腔室底部。为了防止堵塞，穿孔被锥形偏转器(未示出)覆盖。空气喷射器34可以用空气(氧气浓度约为21％)，增加或减少氧气水平可以用来调整燃烧速率。加热电缆33位于略高于空气喷射器的平面内，并且可以伸缩，它们仅用于点火。热电偶(未示出)垂直分布在整个处理床中，以监控初始加热阶段和连续阴燃过程中的温度，从而监控阴燃前沿的位置和进程；热电偶也可以径向分布，以确定整个床的温度。阴燃室32还有两个外部连接。在腔室的顶部，连接有第二排气管道35，用于收集废气进行处理，以去除有害气体和固体颗粒，使尾气达到排放标准。第二排气管道35最理想的状态是处于负压状态，这样能更好地吸入气体。气体随后可以通过尾气处理***，阴燃装置30连接的尾气处理***为分水器和挥发性有机物去除***(如碳吸附床或燃烧器)去除。另一个连接位于底部，污染颗粒经由阴燃装置上部阴燃后，废渣落在炉底的第三输送机36(螺旋输送器)的管道上，用于移除阴燃后的颗粒物质。调整颗粒物质的进样速度和出样口的出样速度用于实现容器横截面上的均匀抽取(质量流)，这将对主动阴燃前沿影响较小。改变螺旋输送器转速可以对颗粒物质取出速度进行控制。螺旋输送器根据热电偶的输入启动，根据腔室内颗粒物质质量流的大小增加或减少螺旋输送器的转速，从而控制颗粒材料的取出速率，保持容器的上部区域稳定、均匀的阴燃前沿。

本实用新型通过将热解吸过程与阴燃过程相结合，土壤修复效果可以得到很大提升。对于低挥发性和紧密结合的有机污染物，热解吸通常具有较差的效果。阴燃虽然能够氧化这些污染物，但也有其自身的缺点，如维持燃烧前沿的最小燃料含量、不均匀的前沿传播。本实用新型说明了通过将阴燃过程结合到热解吸过程中可以获得更高效率。

如图1所示，该过程从清挖待修复场地的污染颗粒材料/土壤开始。土壤可以通过筛分和破碎来预处理，以去除岩石和破碎较大的土壤块。这是在材料处理阶段完成的。然后土壤被输送到热解吸装置。

热解吸装置在高于150℃的温度下操作，通常在350℃和600℃之间。根据燃料浓度的不同，热解吸装置中氧气的体积浓度可以低至18％、16％、14％、12％、10％或更低。在热解吸装置中，一些有机污染物受热挥发后被收集。热解吸过程使部分修复的土壤温度升高而干燥。此外，热解吸会产生粉碎的、更均匀的土壤。热解吸之后剩余的土壤，仍然含有低挥发性或紧密结合的有机污染物，通过进行阴燃过程去除。

阴燃过程中有机污染物的点燃温度在250至400℃。部分经过热解析的土壤进入阴燃过程已经高于有机污染物的点燃温度。向高温干燥土壤中引入助燃气体(空气或氧气)，阴燃开始。通过调整助燃气体中氧气的含量，可以提升或降低阴燃速率。助燃气体通入土壤之前可以进行预热，避免土壤温度降低。

一旦引入助燃气体，各个位置残留的有机污染物都将开始燃烧，即碳氢化合物污染物的燃烧/阴燃通常在整个阴燃单元同时开始(假设助燃气体分布均匀)。因此，不需要传播高温(>500℃)燃烧前沿。这个两阶段过程有以下优势。首先，阴燃过程允许在较低的温度(例如，250至400℃)下发生。与传统阴燃相比，较低的温度可更好地保持土壤原生特性。此外，热解吸土壤的均匀性有助于助燃气体的分布，降低燃烧前沿不均匀传播的风险。另外，当残余有机污染物在阴燃过程中燃烧时，保留时间可以控制的很短，这将使得热解吸过程的产量增加。因此，与传统的热解吸工艺相比，阴燃辅助热解吸将获得类似或更高的产量。最后，由于这种阴燃过程不需要自我维持，因此不存在传统阴燃过程的最低土壤燃料要求(即SST)。燃烧后，废气被送到气体处理***，该***可以与用于该过程的热解吸部分的气体处理***相同或分开。完全修复后的土壤回填至其原来位置。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种污染颗粒材料的两阶修复装置，其特征在于，包括：破碎筛分机、热解吸装置、阴燃装置和尾气处理***；

污染颗粒材料与所述破碎筛分机的进料口相连，所述破碎筛分机的出料口与所述热解吸装置的进料口相连，所述热解吸装置的出料口与所述阴燃装置的进料口相连，所述阴燃装置的出料口排出处理后的颗粒材料；

所述热解吸装置的排气口和所述阴燃装置的排气口均与所述尾气处理***的进气口相连，所述尾气处理***的排气口排出处理后的气体。

2.如权利要求1所述的两阶修复装置，其特征在于，所述热解吸装置沿物料运动方向包括进料斗、第一输送机和回转窑；

所述回转窑上设有热源，所述回转窑的第一出料口与所述热解吸装置的进料口相连，所述回转窑的排气口通过第一排气管与所述尾气处理***相连。

3.如权利要求1所述的两阶修复装置，其特征在于，所述阴燃装置沿物料运动方向包括第二输送机和阴燃室；

所述阴燃室上设有加热电缆和空气喷射器，所述阴燃室内处理后的颗粒材料通过第三输送机从第二出料口排出，所述阴燃室的排气口通过第二排气管与所述尾气处理***相连。

4.如权利要求1-3中任一项所述的两阶修复装置，其特征在于，所述尾气处理***沿尾气运动方向包括袋滤室、空气清洁单元和排气烟囱。

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