CN102218446A - 污染土的热脱附方法 - Google Patents
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Abstract
一种污染土的热脱附方法，包括：将污染土在400～650℃下进行热脱附；将由所述热脱附步骤排出的包含气化污染物的烟气在750～1200℃下进行焚烧；以及对经过焚烧后的所述烟气进行余热利用和尾气处理。用所述热脱附方法处理污染土，使得污染土中有机污染物的去除破坏率超过99％，尾气达到排放标准，并杜绝了污染土处理过程中可能产生的二次污染，从而实现了有效的无害化处理，同时保持原土壤的再利用特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种污染土的热脱附方法，具体涉及通过使污染土中污染物热脱附，并焚烧处理包含气化污染物的烟气，从而净化污染土的方法。
背景技术
近年来，随着我国经济的快速发展，土壤环境受到的挥发性有机物(VOC)和半挥发性有机物(SVOC)的污染日益增多。目前对VOC和SVOC污染土的治理通常是将污染土挖出后进行填埋、焚烧和生物处理。但这些方法都存在各自的缺点，填埋和焚烧费用昂贵，并会发生二次污染；生物处理周期长，且处理效果不理想，同样会产生二次污染。因此，提供经济、高效的污染土处理方法具有重要的环境意义和经济意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污染土的热脱附方法，使污染土内的有机污染物充分分解并焚烧，同时防止产生二次污染。
根据本发明的实施方式，提供一种污染土的热脱附方法，包括将污染土在400～650℃下进行热脱附；将由所述热脱附步骤排出的包含气化污染物的烟气在750～1200℃下进行焚烧；以及对经过焚烧后的所述烟气进行余热利用和尾气处理。
根据本发明的一个实施方式，所述热脱附步骤在-15Pa～-60Pa的负压下进行，且所述热脱附的温度优选为450～550℃。
根据本发明的另一个实施方式，所述污染土在所述热脱附步骤中以0.6～1.5r/min的速度翻转，且所述热脱附步骤进行的时间对应为17分钟～40分钟。
根据本发明的又一个实施方式，所述焚烧步骤进行的时间为2秒以上。
根据本发明的热脱附方法，处理主要污染物为挥发性有机物和半挥发性有机物的污染土，有机污染物的去除破坏率超过99％，并杜绝了污染土处理过程中可能产生的二次污染，充分实现了无害化处理；同时保持了原土壤的固有特性，使得净化后的土壤能再次投入使用。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的热脱附方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明的污染土的热脱附方法通过控制污染土的热脱附温度，使得其中的污染物从土壤中脱附出来，并对气态污染物进行焚烧来实现污染土的完全净化，具体包括：将污染土在400～650℃下进行热脱附；将由所述热脱附步骤排出的包含气化污染物的烟气在750～1200℃下进行焚烧；以及对经过焚烧后的所述烟气进行余热利用和尾气处理。
以下将参照图1详细说明本发明的污染土热脱附方法。
污染土的预处理
在进行本发明的污染土的热脱附过程之前，可根据需要对污染土进行预处理。例如，将污染土经50mm筛网振动筛分至粒径小于50mm，同时去除其中的磁性物质。经过筛分的污染土例如通过抓斗进入板喂机喂料斗，然后通过液压推杆装置送入热脱附装置。喂料量例如通过板喂机控制。
污染土的热脱附
本发明的热脱附方法针对主要污染物为挥发性有机物和半挥发性有机物的污染土，例如污染物主要为多环芳烃，不含氯代有机污染物。鉴于有机污染物的热脱附过程主要发生在340～620℃范围内，并在400℃附近达到峰值，可以近似认为主要污染物为有机污染物时，热脱附平衡温度可控制在450～600℃内，由此可保证热脱附的最佳反应温度区间。
本发明的热脱附过程优选在例如卧置旋窑的热脱附装置中进行，热脱附温度可为400～650℃。当热脱附温度控制在此范围内时，污染土中污染物可全部气化至烟气中，而土壤仍然保持其固有特性，不会发生分解。当热脱附温度低于400℃时，土壤中的有机污染物不能充分脱附出来，污染物的去除效率较低。热脱附温度高于650℃时，虽然污染物能够充分脱附出来，但土壤中水分损失大，土壤固有性质会受到损害，同时处理过程能耗大，成本高。
热脱附过程优选在负压和缺氧状态下进行，且在热脱附过程中污染土以0.6～1.5r/min的速度翻转。污染土沿着热脱附装置的倾斜角度和旋转方向缓慢翻转移动。对应于上述污染土的翻转速度，热脱附过程进行的时间为17分钟～40分钟。
含有机污染物的烟气的焚烧
污染土经过热脱附后，其中的污染物被脱附出来，然后对热脱附产生的包含污染物的烟气进行焚烧，使得其中的气体污染物得以彻底焚毁。
本发明的焚烧过程可在例如立式焚烧室的装置中进行，且焚烧温度可为750～1200℃，优选为750～950℃。焚烧温度低于750℃时，烟气中的污染物不能被充分焚毁，不能实现彻底去除的目的；焚烧温度高于1200℃时，能耗过大，不经济。烟气的焚烧时间为2秒以上。同时，在焚烧过程中通入空气，保证烟气中的一定氧含量，以在满足污染物焚毁的同时，抑制热脱附过程二噁英的产生。
净化后土的出料
本发明净化后的土采用高温密闭输送设备，如链斗式输送机出料，从而确保热脱附过程的负压状态。经净化的土需要采用水冷/风冷结合的方式，经冷却后由高温密闭输送设备送至储存罐。
尾气的余热利用
经过热脱附过程处理并排出的土可采用水冷/风冷结合的方式冷却，经换热后被加热的冷却水可进入厂区余热发电系统，换热后的热风可作为热脱附过程和焚烧过程的进风应用，从而减少燃料的使用。
经焚烧处理后的尾气通过空气换热装置，将空气预热到450℃后可作为焚烧过程中的进风使用。然后，经降温的尾气进入例如余热锅炉的余热利用装置，通过介质换热用于发电。
尾气处理
经余热利用过程充分换热后的尾气即可通过除尘装置，例如收尘器除尘，必要时，也可在收尘器前的管道内喷入活性炭和石灰粉，确保尾气中有害组分和粉尘达到排放标准。当尾气中含有二噁英时，尾气处理还可进一步通过急冷塔和干湿法脱酸设备进行。经过以上处理的尾气可通过例如烟囱排出。
本发明的热脱附方法还可包括自动化控制过程和供风过程。自动化控制过程包括进料控制、焚烧控制、烟气净化控制和辅助工程控制，对主要装置及辅助装置进行监控，对主要工艺参数偏离正常运行范围进行报警。供风过程为热脱附过程和焚烧过程供风，保证这些过程中的通风及所需的氧含量。
实施例
将经过50mm筛网筛分的污染土由抓斗输送到卧置旋窑的脱附室进料口处，再由液压推杆装置以1吨/小时的进料量推入脱附室中。脱附室温度为450℃～600℃，旋转速度分别为0.6～1.5r/min，脱附时间对应为40～17分钟，窑内负压为-15Pa。运行时，由鼓风机将天然气(采用天然气作为助燃燃料，以防止对土壤造成二次污染)和一次风经燃烧后从窑头送入，采用顺流操作，即热源与污染土流向相同。经热脱附后的土壤由密封管道经过高温链板式出渣机排到储存罐中，储存罐的一定比例浸在冷却水槽中，净化后的土壤经冷却后待测。
将由热脱附产生的包括有机污染物的烟气导入焚烧室，焚烧温度为950℃，烟气的焚烧时间为2秒。将由焚烧排出的尾气引入余热锅炉进行余热利用，通过余热锅炉后的尾气降至约200℃的温度，再经过除尘器后由引风机导入烟囱排出。
热脱附结果测试与分析
1.对污染土源进行挥发性有机物(VOC)和半挥发性有机物(SVOC)含量分析
采集污染土样品12个，其中9个土壤样品用于半挥发性有机物(主要为多环芳烃(PAH))分析，3个土壤样品用于挥发性有机物分析。结果示于表1和表2中。
表1污染土VOC污染背景分析结果(mg/kg)
表2污染土PAH污染背景分析结果(mg/kg)
表1列出了3个VOC样品的分析结果，表明污染土中苯系目标污染物含量均低于报告限。因此，不再对热脱附处理后的土壤进行VOC分析。
表2列出了热脱附处理之前，污染土中主要目标化合物多环芳烃(PAH)的分析结果，表明污染土中多环芳烃污染严重。
其中各成分采用以下相关分析方法分析：
挥发性有机物：USEPA(美国环保局)8290
半挥发性有机物：USEPA 8260C
含水率：USEPA SW-846
烟气中多环芳烃：《空气和废气监测分析方法》(第四版)
2、热脱附后土壤测试结果分析
将根据实施例的热脱附过程处理后的土壤在转速为1.5～0.6r/min(热脱附时间分别约为17～40分钟)，焚烧温度为950℃，热脱附温度分别为450℃～600℃的热脱附过程中处理。处理后土壤中残留的多环芳烃的绝大多数样品中多环芳烃的含量均低于报告限0.1mg/kg，所有目标污染物的浓度均低于修复目标。
表3～表5示出了热脱附处理后土壤中残留多环芳烃的分析结果。
3、烟气中常规气体成分监测结果
利用在线监测设备，对热脱附后尾气中碳氢化合物、粉尘、氯化氢(HCl)、氮氧化合物、二氧化硫(SO2)等物质的含量进行监测，表6列举了24小时内每两个小时的监测结果。从表中数据可知，尾气中监测项目均低于标准限值。
表6热脱附测试尾气监测结果
注：标准*为北京市《危险废物焚烧大气污染物排放标准》(DB11/503-2007)。
表7烟道气中多环芳烃含量
注：2)：《空气和废气监测分析方法》(第四版)
由表7可知，苯并(a)芘的含量监测结果均未超出北京市《大气污染物综合排放标准》的限制0.3μg/m3，由于《大气污染物综合排放标准》没有其它多环芳烃的排放标准，但鉴于其毒性均小于苯并(a)芘，可按苯并(a)芘进行衡量，从表2-5可以看出烟道气中的多环芳烃含量均低于0.3μg/m3，可知烟道气中多环芳烃含量不超标。
由以上测试数据可知，根据实施例的热脱附方法，经过处理的土壤中多环芳烃污染物均低于报告限(0.1mg/kg)，仅5个土壤样品中能检测到多环芳烃的残留，但数值均小于修复目标；烟道气中的多环芳烃含量均小于北京市《大气污染物综合排放标准》。由此可认为，实施例的热脱附方法能有效去除污染土中的多环芳烃，完全达到土壤净化的目的。
由表2可知，污染土中多环芳烃总含量为305mg/kg～1880mg/kg，平均值为658mg/kg。用根据实施例的热脱附方法处理后，绝大多数土壤样品中的多环芳烃均低于报告限，处理后的土壤多环芳烃最高含量为2.4mg/kg，基于这些数据计算多环芳烃总含量去除和破坏效率如下所示：
总多环芳烃的去除和破坏效率＝99.64％
因此，根据实施例的热脱附方法对污染土中多环芳烃去除破坏效率大于99.64％，其效果非常理想。
由表3的数据可知，热脱附测试期间尾气中的粉尘、氯化氢(HCl)、氮氧化合物、二氧化硫(SO2)等均远远低于北京市《危险废物焚烧大气污染物排放标准》(DB11/503-2007)中的标准限制值。
由表4的数据可知，热脱附测试期间尾气中的多环芳烃均远远低于北京市《大气污染物综合排放标准》中的标准限制值。
因此，根据实施例的热脱附方法对污染土中多环芳烃处理过程中，烟气中常规气体和多环芳烃成分排放符合排放标准。
Claims (8)
1.一种污染土的热脱附方法，包括：
将污染土在400～650℃下进行热脱附；
将由所述热脱附步骤排出的包含气化污染物的烟气在750～1200℃下进行焚烧；以及
对经过焚烧后的所述烟气进行余热利用和尾气处理。
2.根据权利要求1所述的污染土的热脱附方法，所述污染土在所述热脱附中以0.6～1.5r/min的速度翻转。
3.根据权利要求2所述的污染土的热脱附方法，所述热脱附进行的时间为17分钟～40分钟。
4.根据权利要求1所述的污染土的热脱附方法，所述热脱附在-15Pa～-60Pa的负压下进行。
5.根据权利要求1所述的污染土的热脱附方法，所述热脱附在卧置旋窑中进行。
6.根据权利要求1所述的污染土的热脱附方法，所述污染土在进行所述热脱附之前经过筛分。
7.根据权利要求1所述的污染土的热脱附方法，经过所述热脱附的污染土采用高温密闭的方式出料。
8.根据权利要求1所述的污染土的热脱附方法，所述尾气处理包括除尘过程。
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