异位间接热脱附处理有机物和重金属复合污染土壤的方法与流程

本发明涉及土壤再生处理，具体是涉及异位间接热脱附处理有机物和重金属复合污染土壤的方法。

背景技术：

1、有机物和重金属复合污染土壤是指在同一土壤环境中，同时存在有机物和重金属两种或两种以上种类不同、性质不同的污染物，并且这些污染物之间会发生相互作用或反应，从而引发的污染。这种复合污染现象在土壤中较为普遍，对土壤环境、生态系统和人类健康都产生了严重的影响。

2、首先，有机物和重金属的交互作用会导致土壤理化性质的改变，如ph值、有机质、粒径分布、碳酸盐含量、溶解性有机碳等的显著变化。其次，复合污染会影响土壤微生物活性和生态功能，破坏土壤生态平衡。最后，这些污染物会通过食物链等途径进入人体，对人类健康产生严重影响，如引发慢性中毒等。

3、针对有机物和重金属复合污染土壤，目前的研究主要集中在环境生态和环境毒理方面，以及联合修复技术的研究。联合修复技术相比单一的修复技术更加复杂，因为复合污染体系更加复杂，污染物与污染物之间、污染物与生物体之间都会发生交互作用。其中，化学氧化修复技术是常用的有机物污染土壤修复方法之一，但这种方法在去除有机污染物的同时可能会对土壤中的重金属环境行为及其潜在环境风险造成影响。

4、异位间接热脱附技术通过间接加热的方式，将污染土壤加热至设定温度，促使污染物气化挥发，从而实现污染物与土壤颗粒的分离，这种技术特别适用于处理高浓度、难降解的有机污染物，以及重金属污染土壤，对于有机物和重金属复合污染土壤，异位间接热脱附技术能够有效地去除土壤中的污染物，使其达到再利用的标准。相比传统的土壤修复方法，异位间接热脱附技术不会使用化学品等危险物质，对环境和人体的危害较小。同时，该技术处理后的土壤可以原地回填或作为绿化、路基土资源化利用，间接经济效益相对较高。异位间接热脱附技术可以对温度、处理时间等参数进行控制，可以根据不同的污染物进行定制化处理，达到更好的修复效果。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了异位间接热脱附处理有机物和重金属复合污染土壤的方法来解决土壤复合污染的问题。

2、本发明的技术方案为：异位间接热脱附处理有机物和重金属复合污染土壤的方法，包括以下步骤：

3、s1、污染土壤预处理

4、将有机物和重金属复合污染土壤作为待处理土壤，将所述待处理土壤挖出后转运至预处理区后，剔除待处理土壤中粒径＞2cm的大石块，再将所述待处理土壤进行筛分破碎至粒径达到1~20mm，然后添加占所述待处理土壤重量1~2wt%的生石灰，混合均匀，得到第一混合土壤，并调节所述第一混合土壤的含水率至20%以下，得到预处理后的污染土壤；本技术处理的有机物和重金属复合污染土壤对象污染下限深度在-4m 及以上；

5、s2、异位间接热脱附处理

6、s2-1、将预处理后的污染土壤用主传送带送至前端设有电磁除铁器的喂料传送带上，再由喂料传送带将预处理后的污染土壤输送至进料绞龙中，最后通过倾斜进料绞龙中的抛送皮带机把预处理后的污染土壤转移至热脱附单元的中空螺旋杆的进料口上方；

7、s2-2、预处理后的污染土壤沿中空螺旋杆的进料口通入进料单元，开启燃烧器对加热室外壁加热升温，监测加热室内参数，当检测数据满足点火条件时，点火并供给空气和热脱附燃料，得到第二混合土壤，在第二混合土壤温度为640~660℃的条件下异位热脱附250~260天后，处理完成，得到异位间接热脱附处理的土壤，同时得到热脱附后的气体，将所述气体净化后排出；

8、s2-3、向所述异位间接热脱附处理后的土壤中喷淋占所述异位间接热脱附处理后的土壤质量7~10%的水后出土，得到高温土，将所述高温土从中空螺旋杆的排料口排出；

9、s3、固化/稳定化处理

10、对s2-3排出的土壤中喷淋水至含水率为24~26%，按照1~3wt%添加固化/稳定化药剂，搅拌混匀，搅拌时间为3~5min，得到第三混合土壤，然后从运送至养护厂进行为期7~15天的养护，养护期间及时补水使得第三混合土壤含水率维持在24~26%，得到处理达标后的土壤，并将处理达标的土壤回填至原挖出的基坑中。

11、说明：热脱附单元运行前需利用引风机对设备内部进行吹扫，以新鲜空气进行置换，保障运行安全；引风机布置在热脱附单元前端，除吹扫功能外，还可向中空螺旋杆火嘴和高温氧化器火嘴供空气，满足燃烧所需的氧气，并促使加热温度均匀；电磁除铁器的作用是除去经预处理后的污染土壤中的金属物体，避免金属物体进入到中空螺旋杆中，对高温时的蛟龙造成损伤；

12、土壤的理化性质对热脱附处理效率及结果有较大的影响，污染土壤在进行热脱附处理之前，需要进行预处理，通过调节土壤水分、土壤粒径，增加污染土壤的传热效率和传热面积，确保土壤热脱附处理稳定高效运行；先利用异位间接脱附技术对污染土壤进行处理能够将土壤中的污染物从固相中转移，从而有效地将污染物从土壤中分离出来，这一过程可以显著提高污染物的去除效率，为后续的固化/稳定化处理减轻负担，在后续的固化/稳定化处理过程中，由于污染物含量较低，因此二次污染的风险也会相应降低，同时，固化/稳定化处理还可以进一步确保污染物的长期稳定性，防止其在环境中重新释放，从而将污染物转化为无害或低毒的物质。

13、进一步地，s2-1中，喂料传动带上设有用于对进料进行连续称重的皮带秤，且所述皮带秤与所述主传送带电性连接，所述皮带秤的信号送至主传送带的变频控制器，通过所述变频控制器控制主传送带的频率进而调节进料量，所述进料量为28~32t/h；

14、说明：控制进料量在上述范围内可使得污染土壤的处理效果更佳，异位脱附效果更好。

15、进一步地，s2-2中，中空螺旋杆底部设有火嘴和点火装置，火嘴具有进料管线和进气管线，进气管线上设有流量和温度检测计，进料管线上设有流量和压力检测计；火嘴后设有火焰检测器用于检测火焰，熄火时能够及时发出信号，避免事故；

16、所述点火条件为：进气管线的温度达到200~550℃，进气管线的流量达到3~10l/min，进料管线的流量达到3~5吨/min ，进料管线的压力达到0.2~0.3mpa；

17、说明：流量检测计为感热式测量，不会因为气体温度、压力的变化从而影响到测量的结果，适量的进气流量和适当的压力可以确保燃烧器内部有足够的氧气供应，促进稳定燃烧，而适宜的进料流量可以防止因流量过大而导致的温度分布不均或过早熄灭。

18、进一步地，s2-2中，所述热脱附燃料为液化天然气，热脱附燃料的通入量为400~500nm3/h，供给空气的供气压力为28~32kpa；

19、说明：热脱附燃料采用天然气，综合考虑周边燃料供应情况选取液化天然气用于热脱附设备运行；考虑到热脱附用天然气量较大，在现场储存使用时需注意各项安全问题，选用现场燃气罐储存方式。

20、进一步地，s2-2中，所述气体净化的方法为：将热脱附后的气体除尘降温至温度为60~70℃，然后利用中板式换热器冷凝将温度降低至 20~35℃，再利用除雾罐将气体中所夹带的水雾与气体分离，得到分离后的水雾和气体，所述气体经过一级活性炭纤维、二级活性炭吸附处理后，在引风机的作用下集中到供热单元的燃烧器火焰处焚烧3~10h，分离后的水雾送入废水处理设施进行净化处理；

21、说明：降温后的尾气和尾水苯和氯苯在尾气冷凝过程中，冷凝水中的含量远低于尾气中的含量，约占总体有机污染物的 0.7%，除去水蒸气后的尾气经一级活性炭纤维吸附后，再经过二级活性炭吸附，可有效去除苯和氯苯污染物（去除率可达 99%以上），达标排放。

22、进一步地，s3中，所述固化/稳定化药剂为药剂a和药剂b按照1：1的质量比组成的；按重量百分比计，药剂a包括94~96%的铁系盐和磷酸盐以及余量的木质素磺酸钙，其中，铁系盐和磷酸盐的重量比为1：1；药剂b包括5~8%的白云石、5~8%的羟基磷灰石、5~8%的生石灰、15~20%的水玻璃、15~20%的腐殖酸和20~30%的天然黏土矿物以及余量的秸秆生物炭，所述固化/稳定化药剂的ph=7~8，所述固化/稳定化药剂的粒径为10~20nm；

23、说明：上述成分作为固化/稳定化药剂能够通过化学反应、配位反应、物理吸附、化学吸附、生物稳定和微形态封闭等多种作用，将土壤中汞、镍重金属污染物固定在土壤中或把有毒的污染物处理为无毒或低毒的固定化物质，降低污染物的迁移性和生物可利用性，从而实现对污染土壤无害化处理的目的；木质素磺酸钙作为一种抗冻剂，可以提高药剂的稳定性和效果，秸秆类生物炭因其富有孔隙结构，比表面积大，阳离子交换能力强，表面含有多种官能团，具有良好的吸附能力等特点，可以有效降低土壤中重金属的有效性；多种材料的组合使用可以产生协同效应，提高整体处理效果。木质素磺酸钙不仅作为吸附剂，还能与铁系盐和磷酸盐形成更稳定的络合物或沉淀物，生石灰可以调节土壤的ph值，有助于重金属离子的沉淀和固化，水玻璃和腐殖酸等组分可以改善土壤结构，提高药剂的分散性和稳定性，药剂成本相对较低，且易于获取，有助于降低治理成本。

24、进一步地，s3中，在养护期间，使用苫布对第三混合土壤进行覆盖，覆盖前对第三混合土壤喷洒水至含水率维持在25%；

25、说明：向土壤中洒水控制含水率在25%左右，能够使药剂能够充分反应，苫布的设置是为了防止养护过程中水分的挥发影响养护效果。

26、进一步地，s3中，在搅拌混匀期间，辅加光处理协同作用，具体为：

27、搅拌混匀期间每隔30~40s向土壤中添加一次重金属活化菌，并利用紫外线辐射处理3~5s，然后再利用电子束辐射处理5~8s，搅拌完成后，继续翻抛15~30s并在翻抛期间利用紫外线辐射处理10~15s；

28、其中紫外线辐射参数为：紫外波长为280~320nm，辐照强度为200~220μw/cm·s；所述电子束辐射参数为：电子束能量为1~1.8mev，束流功率为18~20kw，束流密度为：5×104~5×109p/cm2·s；所述重金属活化菌每次的添加量为5~10wt%；

29、说明：紫外线照射更适用于土壤表层的处理，而电子束辐射则可以深入土壤内部，对深层土壤中的重金属进行处理。这种组合方式可以确保土壤中的重金属得到全面、有效的处理；此外，这两种方法在处理过程中不会产生二次污染，对环境和生物的影响较小，并且紫外线照射本身就可以引发土壤中的光催化反应，从而使土壤中的光敏剂变得更容易被电子束辐射所作用，使其更易于与电子束发生作用，进一步提高处理效果。

30、进一步地，所述重金属活化菌由纯化氧化酶：芽孢杆菌：荧光假单胞菌：固氮菌按照体积比为0.5~0.8：1：1：1.2~1.5复合组成；

31、说明：固氮菌具有分泌fe载体、有机酸等物质的能力，可以通过甲基化、代谢产物的鳌合作用等方式改变土壤中重金属离子的生物活性，促进植物对重金属的吸收和固定；芽孢杆菌、荧光假单胞菌可以通过分泌有机酸来降低土壤ph值，从而促进重金属的溶解和活化；纯化氧化酶能够催化重金属离子的氧化还原反应，使其从毒性较大的形态转化为毒性较小的形态，还可以使重金属离子从土壤中解离出来，便于微生物的吸收和转化。

32、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

33、（1）本发明采用异位间接热脱附和固化/稳定化药剂复合处理能够对有机物和重金属复合污染土壤有效治理，使其达到回填标准；异位间接热脱附处理相较于原位脱附能够有效地去除易挥发性的有机物，也可以有效去除半挥发或难挥发性、高沸点、难分解的有机污染物，对于含有多种不同沸点的有机污染物可以一次加热处理以达到修复目标值，并且在高温作用下，一些重金属也会因挥发而从土壤中脱离出来，进而被收集和处理。

34、（2）本发明通过提出一种能够通过化学反应、配位反应、物理吸附、化学吸附、生物稳定和微形态封闭等多种作用的固化/稳定化药剂，将土壤中汞、镍重金属污染物固定在土壤中或把有毒的污染物处理为无毒或低毒的固定化物质，降低污染物的迁移性和生物可利用性，从而实现对污染土壤无害化处理的目的。

35、（3）本发明通过在固化/稳定化处理的物料搅拌过程中辅加光处理协同作用，有效利用紫外线辐射和电子束辐射来确保土壤中的重金属得到全面、有效的处理；并且处理过程中不会产生二次污染，对环境和生物的影响较小，紫外线照射本身就可以引发土壤中的光催化反应，从而使土壤中的光敏剂变得更容易被电子束辐射所作用，使其更易于与电子束发生作用，进一步提高处理效果，通过加入重金属活化菌进一步改善重金属活化效果的同时还能对土壤起到更好的固化作用，从而有效改善对有机物和重金属复合污染土壤的处理效果。