一种联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统及使用方法与流程

1.本发明涉及土壤治理领域，具体涉及一种联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统。


背景技术：

2.随着近年来“退二进三”、“退城进园”等城市发展规划，搬迁企业遗留了大量污染风险的场地，苯系物、石油烃、多环芳烃、多氯联苯、有机农药类等典型有机污染物被高频率检出，这些有机污染物极易扩散到环境中危害居民健康和环境安全。随着《土壤污染防治行动计划》和《土壤污染防治法》的颁布，我国的土壤污染治理修复工作亟待进一步加强。
3.污染土壤主要包括：有机污染土壤和市政污泥。对于有机污染土壤，国内外应用较为成熟的修复技术主要有热处理技术、土壤蒸汽抽提/地下水曝气技术、玻璃化技术、微生物修复以及植物修复技术等。其中，异位热脱附技术因具有有机污染物去除彻底、修复周期较短、适用性强等显著优势，是应用最为广泛的有机土壤修复技术。对于市政污泥，常见的处置方法包括填埋、焚烧、农用、建筑和工程制品等。在处置市政污泥之前，需要对其进行脱水处理，市政污泥含水量一般超90％，必须将污泥的含水量降至低于60％，才能进行处置。热干化脱水技术因其高效和易控的优势成为污泥脱水采用最广泛的方法。通过热介质加热污泥蒸散水分，脱水干化后的污泥性质稳定，呈颗粒或粉末状，减量化效果显著，污泥中绝大部分病菌、虫卵等微生物可被杀灭。
4.专利cn110918630a提供了一种有机污染土壤异位热脱附的修复系统及方法，该修复系统为传统单级热脱附系统，可以通过添加浓度检测仪，较高地提高工作效率，但未对尾气余热进行回收利用。专利cn102029287b提供了一种有机物污染土壤滚筒式逆向热脱附系统，该系统将热空气与有机污染土壤逆向接触，实现空气和土壤的充分混合，提高了热脱附的效率，但未能通过多级热脱附系统实现尾气的充分燃烧，也未对高温尾气余热进行回收利用。
5.综上，现有的有机污染土壤热脱附系统主要存在以下问题：
6.(1)现有的有机污染土壤热脱附系统未对尾气余热加以利用，浪费了能源，能源消耗较高；
7.(2)现有的有机污染土壤热脱附系统主要为单级热脱附系统，污染土壤处理产生的尾气直接进入尾气处理排放系统处理排放，尾气未充分燃烧，可能含有污染物二噁英，排放后空气污染较严重。


技术实现要素：

8.本发明的目的是将有机污染土壤和市政污泥联合修复，提供一种联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统。
9.为了达到上述目的，本发明提供了一种联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统，包括：用于对有机污染土壤热脱附的主燃室；用于对市政污泥干燥脱水的污泥干燥装
置；及，尾气换热装置；所述尾气换热装置接收所述主燃室热脱附产生的尾气的热量，将该热量传递给所述污泥干燥装置，为市政污泥干燥脱水提供热量。
10.可选的，所述尾气换热装置包括：与所述主燃室连通的仓体，接收主燃室热脱附产生的尾气；设于所述仓体内部的换热管，所述换热管内装有待加热液体；仓体内的尾气将热量传递给待加热液体进行换热。
11.可选的，所述系统还包括：与所述仓体连通的急冷塔，对换热后的尾气进行再次降温，减少二噁英的生成。
12.可选的，所述换热管与所述污泥干燥装置连通，所述换热管内的待加热液体换热后，汽化变为气体进入污泥干燥装置，污泥干燥装置利用该气体的热量对市政污泥进行加热脱水。
13.可选的，所述污泥干燥装置为桨叶干燥机。
14.可选的，所述系统还包括：二燃室，所述二燃室与所述主燃室及所述污泥干燥装置连通，二次燃烧主燃室及污泥干燥装置产生的尾气。
15.可选的，所述主燃室与所述二燃室均处于负压状态，防止尾气泄漏。
16.可选的，所述待加热液体为水。
17.本发明还提供了一种联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统的使用方法，包括：
18.步骤1，有机污染土壤热脱附处理：将待处理的有机污染土壤运送至所述主燃室，进行热脱附处理；
19.步骤2，尾气余热换热：将主燃室产生的尾气输送至所述尾气换热装置，利用热脱附尾气的热量将所述待加热液体汽化；
20.步骤3，市政污泥干燥脱水：待加热液体汽化后进入所述污泥干燥装置，对市政污泥进行干燥脱水。
21.可选的，上述步骤2之前还包括热脱附尾气二次燃烧：将热脱附产生的尾气送入所述二燃室，对尾气进行二次燃烧，然后再送入尾气换热装置。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
23.(1)本发明能够联合修复有机污染土壤与市政污泥：本发明的尾气换热装置与主燃室及污泥干燥装置连通，接收主燃室热脱附产生的热量并传递给污泥干燥装置，污泥干燥装置内的市政污泥利用该热量进行脱水，节约了能源，实现了能源的二次利用；
24.(2)本发明能够减少空气污染：本发明的二燃室与主燃室及污泥干燥装置连通，二次燃烧有机污染土壤及市政污泥处理产生的尾气，使尾气内的有机污染物质充分燃烧，有助于减少空气污染；
25.(3)本发明能够减少尾气中二噁英的含量：本发明通过急冷塔将有机污染土壤及市政污泥处理产生的尾气进行急冷降温，防止尾气再次产生二噁英造成二次污染。
附图说明
26.图1为本发明的联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统的结构示意图。
27.图2为本发明的联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统的工艺流程图。
28.图中：1
‑
筛分破碎斗，2
‑
皮带输送机，3
‑
主燃室，4
‑
土壤卸料系统，5
‑
旋风除尘器，
6
‑
二燃室，7
‑
尾气换热装置，8
‑
污泥干燥装置，9
‑
急冷塔，10
‑
布袋除尘器，11
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活性炭吸附器，12
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引风机，13
‑
烟囱，14
‑
振动电机，15
‑
燃烧器。
具体实施方式
29.以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
30.近年来，随着城市的发展，产生的工业废水和市政污泥越来越多。工业废水排放后，对土壤造成了严重的污染，污染后的土壤中含有大量的有害有机物，如半挥发性有机物、有机农药类、多氯联苯、多溴联苯、二噁英类和石油烃类(《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(gb36600
‑
2018))。目前，处理厂通常将市政污泥和有机污染土壤分开处理，使用污泥干化设备对污泥进行脱水，使用土壤热脱附设备对污染土壤进行热脱附处理，浪费了污染土壤热脱附产生的热能。
31.如图1所示，本发明提供了一种联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统，包括：主燃室3，用于对有机污染土壤进行热脱附处理；污泥干燥装置8，用于对市政污泥进行干燥脱水处理；尾气换热装置7，与所述主燃室3及所述污泥干燥装置8连通，内部装有待加热液体；使用状态下，所述主燃室3热脱附产生的尾气进入尾气换热装置7，将热量传递至待加热液体，使待加热液体汽化；汽化后的气体进入污泥干燥装置8对市政污泥进行加热脱水。
32.本发明的尾气换热装置7与主燃室3及污泥干燥装置8连通，接收主燃室热3脱附产生的热量并传递给污泥干燥装置8，污泥干燥装置8内的市政污泥利用该热量进行脱水，节约了能源，实现了能源的二次利用。
33.本发明的联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统还包括：筛分破碎斗1及皮带输送机2，其中，筛分破碎斗1用于对有机污染土壤进行预处理，控制有机污染土壤的粒径大小。皮带输送机2安装于筛分破碎斗1与主燃室3之间，将预处理后的污染土壤运送至主燃室3。
34.一些实施例中，上述筛分破碎斗1为allu斗，可快速将石块、建筑垃圾等杂物从有机污染土壤中剔除，同时对污染土壤进行破碎，降低污染土壤的粒径，可以保证90％的土壤粒径不超过30mm。
35.有机污染土壤运输至主燃室3后，在主燃室3的反应腔内进行热脱附处理，反应腔的一端安装有燃烧器15，通过燃烧器15对污染土壤进行热脱附，同时燃烧热脱附产生的尾气。主燃室3的出料端与土壤卸料系统4连通，由土壤卸料系统4将处理后的土壤降温排出。
36.一些实施例中，上述土壤卸料系统4包括：双轴螺旋机和喷雾机；所述双轴螺旋机用于输送处理后的土壤，所述喷雾机用于对土壤稍稍喷水，防止土壤扬尘。
37.本发明的联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统还包括：二燃室6，所述二燃室6与主燃室3及污泥干燥装置8连通，二次燃烧主燃室3及污泥干燥装置8产生的尾气，彻底裂解有机气体，同时消除燃烧过程中产生的二噁英。
38.一些实施例中，主燃室3和二燃室6均通过控制燃烧器15的进气量控制尾气裂解的温度和时间。
39.一些实施例中，主燃室3和二燃室6的主体材质为碳钢，内部反应腔安装耐火内衬，耐火效果较好，使得燃烧反应不会对主燃室3和二燃室6造成损伤。
40.一些实施例中，为防止尾气泄露，主燃室3和二燃室6均处于微负压状态。
41.一些实施例中，为保证燃烧反应的安全性，主燃室3和二燃室6的进气端安装高精度的氧含量分析仪，严格控制进氧含量。
42.本发明的主燃室3与二燃室6之间设有旋风除尘器5，主燃室3产生的尾气经旋风除尘器5除尘后输入二燃室6，防止尾气内的颗粒堵塞二燃室6的进气口。
43.一些实施例中，所述旋风除尘器5的下灰口设有振动电机14振动清灰，防止旋风除尘器5堵料。
44.本发明的二燃室6与尾气换热装置7连通，将二次燃烧后的尾气送入尾气换热装置7进行换热。尾气换热装置7包括：仓体及设于仓体内部的换热管；其中，仓体的进气端与二燃室6连通，换热管与污泥干燥装置8连通，换热管内装填所述待加热液体。
45.二燃室6裂解产生的高温尾气进入仓体内，将待加热液体汽化，汽化后的气体进入污泥干燥装置8对市政污泥进行加热脱水。
46.一些实施例中，所述待加热液体为水，所述污泥干燥装置8为桨叶干燥机。汽化后的水蒸气进入桨叶干燥机的空心轴内，将热量传递给空心轴外侧的桨叶，桨叶与市政污泥接触并不断翻转污泥，实现污泥的脱水干化。干化后的污泥可作为矿山生态修复基质原材料，实现资源化利用。
47.一些实施例中，尾气换热装置7仓体的出气端与急冷塔9连通，将换热后的尾气急冷降温，防止二噁英的再次生成。
48.本发明的急冷塔9与布袋除尘器10连通，由布袋除尘器10除去尾气中的灰尘和土壤颗粒，然后将尾气输送到活性炭吸附器11内，活性炭吸附器11进一步吸附尾气中的灰尘。
49.本发明活性炭吸附器11的出气端与引风机12连接，由引风机12产生负压抽取尾气，使尾气逐步由主燃室3输送到活性炭吸附器11内，然后再将处理合格的尾气从烟囱13排入大气中。
50.一些实施例中，上述处理合格是指尾气满足《大气污染物综合排放标准》(gb16297
‑
1996)的排放要求。
51.本发明的联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统还包括：plc控制集成系统，由plc控制集成系统控制皮带输送机2、主燃室3、二燃室6、尾气换热装置7、污泥干燥装置8、引风机12的开启或关闭，同时plc控制集成系统还对这些装置进行动态监控。
52.本发明的联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统还包括：公用辅助系统；所述公用辅助系统用于提供压缩空气及工艺用水，包括：天然气储气罐、空气压缩机、空气压缩罐、工艺水箱。天然气储气罐与主燃室3和二燃室6相通，向主燃室3和二燃室6通入天然气。空气压缩罐用于储存空气，空气压缩机用于压缩空气，并将压缩空气分别提供至布袋除尘器10、尾气换热装置7、主燃室3和二燃室6。工艺水箱与土壤卸料系统4中喷雾机、急冷塔9、污泥干燥装置8相连。
53.一些实施例中，主燃室3和二燃室6内的天然气和压缩空气按1:10.5比例进行混合，以保证充分燃烧。
54.一些实施例中，本发明的主燃室3、旋风除尘器5、二燃室6、尾气换热装置7、污泥干燥装置8、急冷塔9、布袋除尘器10通过管道连通，所述管道由20#碳钢制成，管道上设置有涡街流量计、孔板流量计、电磁流量计、质量流量计、温度计，以监测尾气的流动。
55.一些实施例中，主燃室3、旋风除尘器5、二燃室6、尾气换热装置7、污泥干燥装置8、
急冷塔9之间的管道采取保温措施。作用一是使尾气尽可能保持在较高的温度进入急冷塔9，防止尾气输送过程中二噁英的生成，作用二是尽量减少尾气运输过程中的热损，使污泥干燥装置8最大程度利用有机污染土壤热脱附产生的能量。
56.一些实施例中，本发明主燃室3、二燃室6、尾气换热装置7、污泥干燥装置8的进气端设置电动调节阀，布袋除尘器10和旋风除尘器5进气端设置球阀，引风机12进气端设置蝶阀，以控制尾气的流动。
57.如图1及图2所示，本发明联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统的工艺流程，包括如下步骤：
58.步骤s1，预处理：筛分破碎斗1筛分破碎待处理的有机污染土壤，同时通过添加石灰控制污染土壤的含水率。
59.一些实施例中，有机污染土壤预处理后的粒径小于30mm，含水率小于20％。
60.步骤s2，有机污染土壤热脱附：皮带输送机2将预处理的有机污染土壤运送至主燃室3，污染土壤在主燃室3内进行热脱附处理，热脱附后的污染土壤由土壤卸料系统4降温排出。
61.一些实施例中，上述热脱附处理的温度为300
‑
500℃，时间为15
‑
25min。
62.一些实施例中，所述土壤卸料系统4将污染土壤降温至100℃以下，含水率大于5％，防止卸出的土壤扬尘。
63.步骤s3，尾气二次燃烧：将热脱附产生的尾气引入旋风除尘器5内进行除尘，然后送入二燃室6进行二次燃烧，消除热脱附过程中产生的二噁英。
64.一些实施例中，尾气二次燃烧的温度为900℃以上，时间为2s。
65.步骤s4，市政污泥利用热脱附的余热脱水：将二次燃烧后的尾气输送至尾气换热装置7，高温尾气将热量传递给待加热液体，使待加热液体汽化。待加热液体汽化后进入污泥干燥装置8，对市政污泥进行脱水处理。
66.一些实施例中，上述污泥干燥装置8为桨叶干燥机，汽化后的水蒸气进入桨叶干燥机的空心轴内，将热量传递给空心轴外侧的桨叶，桨叶与市政污泥接触并不断翻转污泥，实现污泥的脱水干化。
67.由于市政污泥可能存在有机污染物质，脱水过程会产生有机污染气体，产生的污染气体会被输送至二燃室6进行高温裂解，消除尾气中的二噁英。
68.步骤s5，尾气处理及排放：换热后的尾气进入急冷塔9，由急冷塔9急冷降温，降温后的尾气进入布袋除尘器10去除气体中颗粒物质后进入活性炭吸附器11，最终通过烟囱13高点排放。
69.一些实施例中，由于尾气在500℃
‑
200℃易产生二噁英，因此尾气换热装置7内的尾气在500℃左右进入急冷塔9内，由急冷塔9急冷降温防止二噁英的生成。
70.一些实施例中，上述急冷降温是指1s内将尾气的温度降到230℃以下。优选地，急冷塔9在1s内将尾气降温至180℃，有效防止尾气再产生二噁英造成二次污染。
71.实施例
72.某华南化工厂经土壤详细调查，场地土壤污染物主要为vocs(氯仿、氯乙烯、苯)、有机农药类(α
‑
六六六、β
‑
六六六、γ
‑
六六六、δ
‑
六六六、六氯苯)。污染土壤中氯仿含量为15.34
‑
819.23ug/kg，氯乙烯含量为87.95
‑
1548.36ug/kg，苯含量为653.62
‑
1350.11ug/kg，
α
‑
六六六0.08
‑
0.38mg/kg，β
‑
六六六0.16
‑
0.73mg/kg，γ
‑
六六六0.14
‑
0.79mg/kg，δ
‑
六六六0.05
‑
2.51mg/kg，六氯苯0.13
‑
0.62mg/kg。土壤修复目标为：氯仿0.3mg/kg，氯乙烯0.12mg/kg，苯1mg/kg，α
‑
六六六0.09mg/kg，β
‑
六六六0.32mg/kg，γ
‑
六六六0.62mg/kg，δ
‑
六六六2mg/kg，六氯苯0.33mg/kg。某华南污水处理厂市政污泥含水率91％。利用本发明中一种联动修复有机污染土壤和市政污泥的系统进行修复，主要步骤如下：
73.步骤s1，预处理：有机污染土壤经筛分破碎斗1处理至粒径<30mm。
74.步骤s2，有机污染土壤热脱附：由皮带输送机2将有机污染土壤运送至主燃室3，加热至350℃，停留15mins，处理后的土壤经土壤卸料系统4降温，温度≤100℃，含水率≥5％。
75.步骤s3，尾气二次燃烧：引风机12将热脱附产生的尾气引入旋风除尘器5除尘，然后送入二燃室6，烟气在900℃以上停留时间大于2s，彻底裂解从热脱附室中出来的有机气体，同时消除燃烧过程中可能产生的二噁英。
76.步骤s4，尾气余热换热：将二燃室6产生的高温尾气输送至尾气换热装置7，高温尾气在尾气换热装置7内将热量传递给水，使水变为水蒸气进入污泥干燥装置8。
77.步骤s5，污泥干化：污泥干燥装置8利用水蒸气的热量对市政污泥进行脱水，将污泥含水率降至35％。
78.步骤s6，尾气处理及排放：500℃条件下，尾气由尾气换热装置7进入急冷塔9急冷降温，烟气由500℃降低到180℃以下。降温后的尾气进入布袋除尘器10去除气体中颗粒物质后进入活性炭吸附器11，最终通过烟囱13高点排放。
79.一些实施例中，根据污染土壤中污染物沸点设定主燃室3加热温度。本实施例中，六氯苯的沸点最高，为326℃，即设定主燃室3燃烧温度为350℃。
80.综上所述，本发明的尾气换热装置与主燃室及污泥干燥装置连通，接收主燃室热脱附产生的热量并传递给污泥干燥装置，污泥干燥装置内的市政污泥利用该热量进行脱水，节约了能源，实现了能源的二次利用。
81.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。