技术领域
[0001] 本实用新型
实施例涉及污染
土壤修复领域，尤其涉及一种有机物污染土壤的热脱附修复系统。
背景技术
[0002] 近年来，随着我国城镇化
进程的
加速及产业结构的调整，许多原本位于城市建成区的重污染工业企业从市中心搬离，由此产生了大量的污染场地。土壤中的挥发性和半挥发性有机污染物具有毒性大、
迁移性强的特点，一旦污染土壤受到扰动，极易从污染场地中逸散出来，造成二次污染的发生，对周边生态环境和人体健康造成不可逆的严重危害。因此，污染场地土壤的修复治理工作日益受到国家及全社会的高度重视。
[0003] 目前，针对挥发性有机物(VOCs)和半挥发性有机物(SVOCs)污染场地土壤的众多修复技术中，原地异位热脱附技术以其修复速度快、效率高及普适性强等优势而受到了国内外修复及科研工作者的广泛青睐，其原理是通过直接或间接热交换，将土壤中的挥发性或半挥发性有机污染物加热到沸点
温度，使其挥发并与土壤介质分离，气态产物通过收集和捕获后进行
净化的过程。
[0004] 近几年，对污染土壤进行修复的原位热脱附技术也受到了广泛关注，但由于该存在受土壤理化性质及质地影响较大，修复时间较长、普适性较差的问题，难以应用于我国不同区域的各类型土壤。并且，我国经济体制以及土地管理制度与国外存在很大的差异性，我国的遗留污染场地往往用做房地产开发，周期短、任务重，相比于修复时间较长的原位热脱附修复技术，更适宜采用快速高效的原地异位热脱附修复技术。
[0005] 相比于国外发达国家，我国污染场地修复技术起步较晚，但场地修复市场发展迅速，正处于快速增长阶段。原地异位热脱附技术作为一种较为成熟的土壤修复技术，广泛应用于欧美发达国家。近五年来，该技术在国内得到了快速的发展。然而，在我国污染场地上应用的原地异位热脱附技术及相关设备很多直接从国外进口，尚存在耗能大、修复成本高等关键技术问题亟待解决，且受知识产权保护的限制，维修不便、核心技术仍未完全掌握，难以大范围推广应用。目前国内自主研发的设备也多是由
水泥、建材等传统行业的
回转窑设备改造而来，没有充分根据土壤修复的特点和技术要求来优化设计，导致其与国外同等处理规模的设备，处理量明显偏低，技术水平较低。另外，二次污染控制技术尚不成熟，多采用
活性炭吸附、贵金属催化剂催化或是借鉴危险废物焚烧的方式处理尾气，专业化水平低且成本高，导致二次污染
风险较大。实用新型内容
[0006] 针对
现有技术存在的问题，本实用新型实施例提供一种有机物污染土壤的热脱附修复系统。
[0007] 本实用新型实施例提供一种土壤的热脱附修复系统，用于对挥发性有机物或半挥发性有机物污染的土壤进行修复，其特征在于，所述系统包括：土壤预处理单元、加热单元、热脱附尾气收集处理单元；
[0008] 所述土壤预处理单元包括依次连接的污染土壤预处理装置(1)和上料装置(2)，所述污染土壤预处理装置(1)由挖掘设备、
破碎设备和筛分脱水设备构成，所述破碎设备将土壤中的大石
块破碎成小颗粒，所述筛分脱水设备过滤掉粒径较大的石块，所述上料装置(2)由斗式提升机和与其相连的传送带系统构成，将筛分出的土壤物料送至加热单元的热脱附装置(3)中；
[0009] 所述加热单元包括依次连接的热脱附装置(3)和供热装置(4)，供热装置(4)产生大量高温气体，热脱附装置(3)利用高温气体将土壤物料加热，使土壤中的有机污染物挥发至气体中；
[0010] 所述热脱附尾气收集处理单元包括依次连接的旋风除尘装置(5)、
滤芯布袋除尘装置(6)、除油装置(7)、热交换装置(8)、催化降解装置(9)和
碱液喷淋装置(10)，所述旋风除尘装置(5)将尾气中的粗颗粒土壤物料去除，所述滤芯布袋除尘装置(6)将尾气中的细颗粒土壤物料去除，所述除油装置(7)去除尾气中
气化的含焦油成分及含硫成分，所述热交换装置(8)将尾气温度降到设定温度，并传输至所述催化降解装置(9)，将多余的
热能传回至所述供热装置(4)，所述催化降解装置(9)中填充有非贵金属催化剂，在300-400℃时，将尾气中的有机污染物降解为无毒无害的产物，所述碱液喷淋装置(10)对尾气中含有的酸性污染物进行喷淋处理，达到排放标准。
[0011] 进一步，所述系统还包括总体集成控制系统(14)，由中央
控制器、显示器、
热电偶、压
力计、在线飞行时间
质量质谱仪、配电箱组成，用于监控所述土壤预处理单元、加热单元和热脱附尾气收集处理单元的运行情况。
[0012] 进一步，所述热脱附装置(3)为立式管状分层式结构，上部为加
热层，下部为冷却层，中央设有中
心轴(16)，每层设有耙齿结构(17)，所述耙尺结构(17)沿着中心轴(16)匀速旋转。
[0013] 进一步，所述催化降解装置(9)为三段回转式结构，以增加尾气与催化剂的
接触、停留与反应时间，提高催化降解效率。
[0014] 进一步，所述非贵金属催化剂为
氧化
铝与非贵金属组成的网状催化剂，尾气在所述催化降解装置(9)中停留1-5秒。
[0015] 进一步，所述除油装置(7)使用
比表面积大、吸附能力强的颗粒状炭化物材料，去除尾气中气化的含焦油成分及含硫成分。
[0016] 进一步，所述碱液喷淋装置(10)下部设有收集喷淋液的专用装置(24)，对喷淋液进行合理化安全处置。
[0017] 进一步，所述系统还包括在线分析测试装置(13)，连接所述催化降解装置(9)和烟气排放装置(12)，实时监测尾气中的污染物浓度，确认达标后从所述烟气排放装置(12)排入大气。
[0018] 进一步，所述污染土壤预处理装置(1)在全密封的
负压大棚内对污染土壤进行挖掘、破碎和筛分。
[0019] 进一步，根据污染物的不同，所述供热装置(4)产生的高温气体的温度范围在100-800℃。
[0020] 本实用新型实施例提供的有机物污染土壤的热脱附修复系统，其热脱附装置采用立式管状分层式结构，与传统的回转窑设备改造不同，可使污染土壤均匀受热，并适用于所有的土质条件，另外该系统通过低温催化的方式降解尾气中的挥发性和半挥发性有机污染物，并通
过热能回收系统利用多余的热能，而且各单元设备均为撬装式，便于拆解、运输，降低了处理成本，满足绿色、经济、高效的修复处理模式。
附图说明
[0021] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。
[0022] 图1为本实用新型实施例提供的土壤热脱附修复系统的设备组成结构图；
[0023] 图2为本实用新型实施例提供的土壤预处理单元的设备组成结构图；
[0024] 图3为本实用新型实施例提供的加热单元的设备组成结构图；
[0025] 图4为本实用新型实施例提供的热脱附尾气收集处理单元的设备组成结构图。
[0026] 本实用新型实施例中附图标记：1-土壤预处理装置，2-上料装置，3-热脱附装置，4-供热装置，5-旋风除尘装置，6-滤芯布袋除尘装置，7-除油装置，8-热交换装置，9-催化降解装置，10-碱液喷淋装置，11-抽气
泵装置，12-烟气排放装置，13-在线分析测试装置，14-总体集成控制系统，15-物料进口，16-中心轴，17-耙齿结构，18-物料出口，19-尾气排放口，
20-
隔热保温材料，21-热电偶，22-压力计，23-飞尘接收装置，24-喷淋液收集装置。
具体实施方式
[0027] 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。
[0028] 图1为实用新型实施例提供的土壤热脱附修复系统的设备组成结构图。如图1所示，该系统包括土壤预处理单元、加热单元、热脱附尾气收集处理单元，可选的还包括总体集成控制系统14。
[0029] 土壤预处理单元包括依次连接的污染土壤预处理装置1和上料装置2；加热单元包括依次连接的热脱附装置3和供热装置4；热脱附尾气收集处理单元包括依次连接的旋风除尘装置5、滤芯布袋除尘装置6、除油装置7、热交换装置8、催化降解装置9和碱液喷淋装置10。
[0030] 该系统用于修复含有挥发性有机物(VOCs)和半挥发性有机物(SVOCs)污染的土壤，这类土壤具体可为含有苯系物、多环芳
烃、石油类、
农药类、氯苯类、氯酚类、多氯联苯、多溴联苯醚、二恶英中的一种或多种有机污染物的土壤。
[0031] 该系统运行时，首先，土壤预处理单元对含有挥发性有机物(VOCs)和半挥发性有机物(SVOCs)污染的土壤进行挖掘、破碎、筛分脱水等预处理，形成粒径小于等于20mm的土壤物料。预处理后的土壤物料送入加热单元中，并向加热单元通入大量含热气体，土壤物料经过含热气体的均匀受热后，落入土壤暂存处，而受热过程中产生的尾气则送入热脱附尾气收集处理单元中。该热脱附尾气收集处理单元对尾气进行除尘、除油、催化降解、以及碱液喷淋后达到排放标准，排入大气。
[0032] 为实现土壤中有机污染物的有效去除，热脱附尾气收集处理单元的催化降解装置9，对尾气中的VOCs和SVOCs类污染物进行催化降解。在催化降解装置9中填充非贵金属催化剂，该非贵金属催化剂为氧化铝、
铁、
铜、镍、锌等为原料制成的颗粒状催化剂或整体式催化剂。颗粒状催化剂的粒径为1-15mm，整体式催化剂为网状、蜂窝状等，单孔面积为1-6mm2。具体选用组分、形状根据有机污染物种类和尾气
排放量而定。在催化降解装置9中，在300-400℃条件下，催化剂与尾气中的VOCs和SVOCs类污染物与进行充分反应并有效降解，形成无毒无害的气体，排入大气中。
[0033] 在本实用新型实施例中，可选的该系统还可包括总体集成控制系统14，可实时监控热脱附修复系统的运转情况。监控的参数包括但不限于热脱附装置的压力和处理温度、各层耙齿转速、尾气在催化降解装置中的
停留时间、尾气出口温度、尾气排放口污染物浓度、热能
回收利用率以及尾气流速等，通过监控重要运行参数及时发现并解决出现的故障和问题，确保热脱附修复系统的处理效率。该总体集成控制系统由中央控制器、显示器以及相关附属设备，例如热电偶、压力计、在线飞行时间质量质谱仪、配电箱等组成。热电偶、压力计可以设置于热脱附装置3、供热装置4、旋风除尘装置5、滤芯布袋除尘装置6、除油装置7、热交换装置8、催化降解装置9和碱液喷淋装置10中，用于实时检测温度和压力的变化。本实用新型实施例中，总体集成控制系统14的结构，以及参数的处理和控制过程对本领域技术人员来说是容易理解的，在此不再赘述。
[0034] 关于土壤预处理单元、加热单元和热脱附尾气收集处理单元的具体构成和工作过程，将参考图2至图4进行详细描述。
[0035] 本实用新型实施例的热脱附修复系统，将
天然气等
燃料燃烧时所产生的热能气体供给加热单元，直接加
热处理污染土壤，可将VOCs和SVOCs污染物从土壤中分离，结合热脱附尾气收集处理单元的高效催化降解系统，有效去除污染场地土壤中的有机污染物，整个处理过程稳定、可靠，具有较好的处理效果，处理成本较低。另外，本实用新型实施例的热脱附修复系统中的各单元设备均为撬装式，便于拆解、运输，集成度高，适用于我国VOCs和SVOCs污染场地土壤的修复治理工程中。
[0036] 图2示出了本实用新型实施例提供的土壤预处理单元的设备组成结构图。如图2所示，土壤预处理单元包括依次连接的污染土壤预处理装置1和上料装置2。污染土壤预处理装置1由土壤挖掘机、土壤
破碎机、土壤筛分脱水机构成，上料装置2由管式传送带、物料提升机和机械翻斗机构成。
[0037] 土壤预处理装置1在全密封的负压大棚内对污染土壤进行挖掘、破碎和筛分，破碎设备将土壤中的大石块破碎成小颗粒，筛分脱水设备过滤掉粒径较大的石块，形成
含水量低于20％，粒径小于等于20mm的预处理后的土壤物料，土壤物料由上料装置2的管式传送带传送至物料提升机处，再由物料提升机和机械翻斗机将土壤物料送入加热单元。
[0038] 图3示出了本实用新型实施例提供的加热单元的设备组成结构图。如图3所示，加热单元26包括依次连接的热脱附装置3和供热装置4，还包括热电偶21和压力计22。
[0039] 热脱附装置3为立式管状分层式结构，不同于一般的回转窑，其由上至下共设置多层，其中上部3-5层为加热层，下部2层为冷却层。该热脱附装置3的顶端设有物料进口处15，中央设有中心轴16，每层设有耙齿结构17。耙齿结构17沿着中心轴16旋转，转速为5-15圈/小时，并可根据处理时间调整转速，确保热脱附处理过程中土壤物料均匀受热。土壤物料从物料进口处15进入热脱附装置3，
自上而下完成均匀受热，并从炉体与耙齿17之间的缝隙通道进入下层结构冷却，最终从下部的出料口18掉落至处理后土壤暂存处。热脱附装置3处理一批土壤物料的时间为20-40分钟，可通过调整耙齿转速控制处理时间。热脱附装置3外部装有隔热保温材料20，可有效防止热量散失，提高热脱附处理的效率，节省能耗。热脱附处理过程中的温度和压力分别由分层插入热脱附装置3中的热电偶21和压力计22进行测定，根据目标污染物的不同，其温度范围可控制在100-800℃之间。
[0040] 热脱附处理过程所需的热量由供热装置4提供，供热装置4中的供热燃料为
液化天然气，通过燃烧可产生大量的含热气体。含热气体通过抽气泵装置从热脱附装置3的下部入口进入，
自下而上完成对土壤物料的热脱附处理过程，使土壤中的有机污染物挥发至气体中，由尾气排放口19进入后续的热脱附尾气收集处理单元27。在本实用新型实施例中，含热气体导入的速度可调，由此来控制热脱附处理过程的温度。另外，供热装置4中也设有热电偶和压力计，以便实时掌握供热装置4的温度和压力。
[0041] 本实用新型实施例中的热脱附装置为立式管状分层式结构，与传统的回转窑设备改造不同，该结构专
门针对土壤修复的本身特点和技术要求设计而得，可使污染土壤均匀受热，且物料与尾气的行进方向为逆流式，热利用效率高，适用于所有土质条件。
[0042] 图4示出了本实用新型实施例提供的热脱附尾气收集处理单元的设备组成结构图。如图4所示，热脱附尾气收集处理单元包括顺次连接的旋风除尘装置5、滤芯布袋除尘装置6、除油装置7、热交换装置8、催化降解装置9、碱液喷淋装置10，还包括抽气泵装置11、烟气排放装置12、在线分析测试装置13和喷淋液收集装置24。
[0043] 如图4所示，在抽气泵装置11的作用下，热脱附尾气从尾气排放口19进入旋风除尘装置5，旋风除尘装置5将尾气中的粗颗粒土壤物料去除，然后再将再由连接管道将尾气输送至滤芯布袋除尘装置6，滤芯布袋除尘装置6将尾气中的细颗粒土壤物料去除。当滤芯布袋除尘装置6的滤芯上吸附的细颗粒土壤物料饱和后，可采用超声的方式去除细颗粒土壤物料后，继续使用滤芯。旋风除尘装置5和滤芯布袋除尘装置6的下部设有飞尘接收装置23，接收的尘土可通过管式传送装置转移至上料装置2，同土壤物料一起进行热脱附处理。
[0044] 如图4所示，经过滤芯布袋除尘装置6处理的尾气进入除油装置7中，除油装置7内装填有比表面积大、吸附能力强的颗粒状炭化物材料，粒径为3-5mm，可有效去除尾气中气化的含焦油成分及含硫成分。与普通活性炭相比，该炭化物材料价格很低，并且吸附使用后可转移至供热装置4中燃烧供能，不会造成二次污染。
[0045] 如图4所示，经除油装置7处理过的尾气输入到热交换装置8中，热交换装置8由换热器组成，其分别与催化降解装置9以及供热装置4相连接。热交换装置8将尾气的温度降到300-400℃，该温度为有效催化降解的温度，多余的热能由热交换装置8通过专用导
热管转移至供热装置4中，为热脱附装置3进行供热。
[0046] 如图4所示，热交换装置8将由排气管输入到催化降解装置9中，催化降解装置9中填充的催化材料为由氧化铝、铁或铜或其他非贵金属组成的网状催化剂，尾气在催化降解装置9中停留1-5秒，在催化剂的作用下，尾气中的VOCs和SVOCs污染物发生脱卤代、开环以及分解，降解为无毒无害的产物。为实现VOCs和SVOCs类污染物与催化剂的充分反应及有效降解，催化降解装置9设计为三段回转式结构，可增加尾气与催化剂的接触、停留与反应时间，提高催化降解效率，催化降解装置9中的负载气体为氮气。在连续处理的情况下，催化剂材料的使用寿命一般为1-2个月，当催化剂失去活性后，可使用水蒸气对失活后催化剂进行再生处理，实现催化剂的循环利用。
[0047] 如图4所示，经催化降解装置9降解处理的尾气被输送到碱液喷淋装置10，由碱液喷淋装置10对尾气中仍含有的硫氧化物、氮氧化物、卤化氢等酸性污染物进行喷淋处理，当尾气达到排放标准后，经由抽气泵装置11和烟气排放装置12排入大气。碱液喷淋装置10中的喷淋液由中水通过
循环泵进行循环回收，并且碱液喷淋装置10下部还设置有收集喷淋液的专用装置24，可根据喷淋液中污染物浓度及种类情况进行合理化安全处置，达到排放标准。
[0048] 如图4所示，热脱附尾气收集处理单元还包括在线分析测试装置13，其分别与催化降解装置9和烟气排放装置12连接，可实时测定尾气中有关污染物的浓度变化。当在线分析测试装置13检测到催化降解装置9排出的尾气中相关污染物浓度突然升高时，通过
开关阀的切换将尾气引入到另一组并联备用的催化降解装置中，以便更换新的催化剂材料。另外，线分析测试装置13对通过碱液喷淋装置10的尾气的污染物浓度进行检测，在确认达标后由烟气排放装置12排入大气。
[0049] 本实用新型实施例中的催化降解装置9采用三段回转式结构，可增加尾气与催化剂的接触、停留与反应时间，提高催化降解效率，且催化剂为非贵金属负载在氧化铝上的网状结构，与传统的高成本贵金属催化剂相比，大幅降低了尾气处理成本。另外，热脱附过程产生的多余热能可通过
热交换器实现热能回收，并转移至土壤加热单元再利用，有效降低了修复过程所需的耗能及处理成本。
[0050] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：
其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
