[发明专利]一种污染土壤分级间接热脱附耦合催化降解修复系统及方法

说明书

本发明涉及一种污染土壤分级间接热脱附耦合催化降解修复系统及方法。所述系统中的低温热脱附窑炉出口分别与高温热脱附窑炉入口和冷凝器入口相连通，高温热脱附窑炉出口分别与出料装置入口和旋风除尘器入口相连通，布袋除尘器A出口和旋风除尘器出口分别与催化降解单元入口相连通。分级热脱附窑炉利用电能对污染土壤进行间接加热，低温热脱附窑炉实现污染土壤的干化以及低沸点有机污染物的脱附过程，防止水分进一步加热造成不必要的能量浪费。高温热脱附窑炉实现较高沸点污染物的彻底脱附过程，尾气经过冷凝除水和净化除尘等工艺后，气相有机污染物进入催化降解单元内，借助V₂O₅‑WO₃/TiO₂的催化降解功能实现污染物彻底氧化降解，防止二次污染的产生。

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，具体而言，涉及一种污染土壤分级间接热脱附耦合催化降解修复系统及方法，可用于有机物污染土壤异位热脱附修复。

背景技术

随着经济和城镇建设的快速发展以及国家相关政策的颁布，许多城市对产业结构和城市规划做了调整，关闭和搬迁了许多化工企业，从而遗留下大量的有机污染场地。这些有机物不仅直接对土壤动植物、微生物乃至生态系统造成巨大危害，并可通过蒸汽吸入、皮肤接触、食物链等方式进入人体，并在体内不断富集，对人体健康产生巨大危害。例如2004年，北京地铁5号线在宋家庄工地挖掘过程中，因场地挥发性污染物造成多人中毒事件。有机污染场地土壤的修复治理工作已经成为中国不可避免的、关系民生的重大问题，其治理和修复需求引起了国家和社会的高度关注。

近些年，针对有机污染场地的各类修复技术、装备研究广泛开展，相关研究成果也已应用于污染场地修复中。热脱附修复技术以其处理效率高、修复周期短、适用范围广等优点，自1985年美国EPA首次将该技术采纳为一项可行的土壤环境修复技术起，已被广泛应用于处理含挥发性和半挥发性有机污染物的土壤、污泥、沉淀物、滤渣等污染场地。热脱附可处理的污染物包括硝基苯、多溴联苯醚(PBDEs)、滴滴涕(DDTs)、六氯苯、六六六、汞、苯系物、多氯联苯(PCBs)以及多环芳烃(PAHs)等。

然而，污染土壤域中污染物分布不均，且污染物往往具有较高的沸点，处理过程中需要消耗大量热能。据美国海军工程服务中心的报告统计，燃料成本占运行成本的40-50％。考虑到美国的燃气价格远低于国内的价格，因此在国内燃料成本占运行成本的比例要高于50％。根据实际工程的初步统计，燃料成本占运行成本的60％。污染土壤含水率对能耗的影响尤为显著，Troxler在其论文《Treatment of Pesticide-Contaminated Soilswith Thermal Desorption Technologies》中指出，在土壤有机质含量10g/kg、比热容为0.58kJ/(kg.℃)、加热温度343℃、热脱附尾气温度178℃等恒定的条件下，当土壤含水率在10％-15％时，加热土壤消耗的热量基本与蒸发水分的能耗相当；而含水率高于15％时，蒸发水分的能耗超过了加热土壤消耗的能量。另外，专利号为CN 103658165 A指出修复过程产生的高温尾气是热脱附系统中热能损失的主要部分，对于传统的回转窑加热系统，土壤处理量为25m³/h时，高温烟气散发的热量损失为30％-60％。而高温烟气在带来热量流失的同时，也会产生尾气处理困难的问题，导致尾气处理成本增加。因此，如何通过优化热脱附系统，对于减少热量流失，降低污染土壤处置成本，具有重要工程意义。

专利号为CN101530858A的发明公布了一种污染土壤直接热脱附装置，该设备采用直接加热方式进行热脱附，导致热源气体与挥发出的污染气体相互混合，这种加热方式容易产生二次污染，增大了后续尾气的处理成本。

专利号CN104226681A的发明公布了一种持久性有机物污染土壤间接热脱附装置，该装置包括污染土壤预处理系统、进料系统、热脱附系统、出料系统、尾气净化系统和自动控制系统。污染土壤经预处理后，输送至双层圆筒回转窑炉体，采用间接加热，实现污染物的热脱附过程。其中，水蒸汽也吸收大量的热量温度升高，系统能耗高且热利用率低，造成了能源的浪费。