一种常温解吸处理挥发性有机物污染土壤的系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种常温解吸挥发性有机物污染土壤的系统，属于环保技术领域。


背景技术：

2.挥发性有机污染物是典型的土壤污染物，是石油、化工、制药、印刷、建材、喷涂等行业排放的最常见污染物。挥发性有机物作为一类特殊的土壤污染物有不同于其他污染物的污染特性，由于各有机化合物混和共存，它们之间存在的协同及拮抗等作用，在各单一挥发性有机物组分浓度都低于限制浓度时，挥发性有机物的总浓度达到一定值，仍会对人体造成伤害。尤其是多种挥发性有机物混和存在，其危害程度将大大增加。因其成分的复杂性和危害性，被列为环境中潜在危险性大、应优先控制的污染物。挥发性有机物污染土壤治理通常采用工程修复技术对挥发性有机物污染土壤进行修复，常用的工程修复技术有：热解吸、气相抽提、常温解吸等。其中热解吸能耗高，更适用于半挥发性及持久性有机物，气相抽提多适用于原位治理，其应用推广易受到时间和土壤类型的制约。常温解吸处理挥发性有机物的原理是通过扰动及空气对流等外力措施，增加污染土壤与空气接触面积，增加孔隙度，在良好的通透性条件下，利用抽气系统，使吸附在土壤中的污染物在浓度梯度驱使下挥发，进入土壤气，从土壤中分离出来。通过尾气处理系统，达到处理污染物的目的。
3.目前常温解吸工程多采用膜大棚车间方式，通常是在车间中将土壤堆成条垛状，利用机械进行翻抛，使污染物进入到气相，再通过大棚尾气处理系统进行活性炭吸附，达标后排放。该方式存在占地面积大，不适用与用地紧张区域；同时需人员在车间内操作，存在人员健康风险；处理后的活性炭浓度高，需作为危险废物处理。同时该方法多适用于轻度挥发性污染土壤，处理工艺易受环境温度影响，对重度污染土壤处理效果不佳，土壤温度低或者湿度过高也不能有效处理。目前对重度挥发性污染土壤的治理多采用将土壤清挖异地进行焚烧、填埋、水力冲洗等处理，但存在处理成本较高，易产生二次污染等问题。
4.本实用新型目的在于通过密闭设备自动搅拌方式，减少人员操作接触，并通过该方式将污染物集中处理，降低用地面积，增加高浓度污染土壤处理效率；本实用新型通过设备组装方式，根据不同使用条件，采用不同类别组合，应用灵活。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种土壤修复系统，旨在扩宽常温解吸技术适用范围，提高修复效率，减少占地面积，增加设备的灵活性及可重复利用性。
6.本实用新型的另一目的在于提供一种土壤修复系统，旨在降低人员接触风险及二次污染风险。
7.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
8.一种常温解吸处理挥发性有机物污染土壤的系统，包括土壤处理单元；所述土壤处理单元包括依次连通的进料装置、常温解吸装置和出料装置；所述常温解吸装置两端分
别与通风装置和尾气处理装置连通；
9.所述常温解吸装置包括支撑装置、由支撑装置支撑的滚筒搅拌器和带动滚筒搅拌器转动的动机装置。
10.优选的，所述尾气处理装置包括依次连接的除尘装置、冷凝装置、活性炭罐、引风机和排气装置。
11.通过进料装置将污染土壤和辅料输入常温解吸装置，污染土壤在滚筒搅拌器翻滚搅拌，向进料装置移动；通风系统将空气从常温解吸装置的出料端鼓入，空气与土壤逆向接触，解吸挥发性有机物，解吸后的土壤输送至出料装置，排出；
12.然后将解吸后的挥发性有机物送入除尘装置和冷凝装置；获得满足活性炭吸附要求的低温尾气；再将低温尾气送入活性炭罐，经活性炭吸附后送至排气装置，排出。
13.优选的，所述支撑装置为2组托辊。
14.优选的，所述动力装置包括小齿轮电机，以及由小齿轮电机驱动的小齿轮；所述小齿轮与设置在滚筒搅拌器外的大齿轮齿合以驱动滚筒搅拌器。
15.通过小齿轮提供动力带动滚筒转动，该设计优势在于，通过小齿轮电机速率可调性，是滚筒具备调速特性和转动方向可调整特性，同时避免大型传送带动力方式所带来的占地面积大问题。
16.优选的，所述滚筒搅拌器为卧式滚动搅拌器，所述滚筒搅拌器还包括筒体、设置在筒体外侧的隔热层和设置在筒体内的搅拌轴，所述搅拌轴的转动方向与筒体转动方向相反。所述搅拌轴上设置弯形转轴搅拌刀片，所述筒体的内壁设置筒体搅拌刀片。
17.进料输送机与搅拌轴、滚动搅拌器同轴转动，通过搅拌轴的转动方向与筒体转动方向相反，带动筒体搅拌刀片与转轴搅拌刀片相对搅拌，减小土壤粒径，加快土壤搅动，增加土壤与空气接触面积。土壤粒径减小，对应比表面积增大，两相接触面积增大，利于加快污染物解吸速度。搅动形成的湍流状态，可增加污染物的扩散速度。
18.所述滚筒搅拌器还包括滚筒进料口、滚筒出料口、滚筒通风口和滚筒出风口；所述滚筒进料口设置在筒体一端，与进料装置连通；所述滚筒出料口设置在筒体另一端，与出料装置连通；所述通风口设置在滚筒出料口端的筒体上，与通风装置连通；所述滚筒出风口设置在滚筒进料口端的筒体上壁，与气体处理单元连通。
19.这样采用土壤与气体逆向移动方式，不仅加大土壤与空气接触面积，还能加速挥发性有机污染物挥发至气相。且对流速度快，污染物的挥发速度快，污染物在气体中的浓度梯度增加。
20.优选的，所述进料装置包括土壤进料装置和辅料进料装置；所述土壤进料装置包括依次连接的土壤进料斗、土壤传输带、土壤计量斗、进料输送机；所述进料输送机与进料输送电机传动连接；所述进料输送机设置延长轴；所述延长轴与滚筒搅拌器传动连接；所述进料输送机与常温解吸装置连接；
21.所述辅料进料装置包括辅料仓、辅料计量斗；所述辅料计量斗与进料输送机连接；
22.所述出料装置包括依次连通的出料输送机和土壤出料传输带；所述出料输送机与常温解吸装置连接。
23.优选的，所述延长轴与滚筒搅拌器的搅拌轴同轴。
24.优选的，所述通风装置为热风装置或者干燥风装置。
25.通风装置鼓入空气类别根据污染土壤类型选择，沸点偏高的污染物及冬季采用热风单元，高湿土壤采用干燥风单元。冬季土壤本身气温低，沸点偏高污染物常温难挥发，故采用热风单元向筒体内通入热风，促使土壤中污染物和水挥发进入气相；高湿土壤在筒体内空气中水分含量大，故采用干燥风单元向筒体内鼓入干燥风，降低筒体内气体水分含量，以利于污染物挥发。通入空气的温度从15
‑
100度可调。
26.污染物的挥发性与温度、沸点、亨利常数直接相关。温度高，挥发性越快，越有利于提高处理效果和效率。
27.优选的，所述尾气处理装置还包括气液分离器，所述气液分离器两端分别与常温解吸装置、除尘装置连接；所述冷凝装置选自风冷机、水冷机或者冷干机中的一种或多种。
28.高湿土壤在筒体内空气中水分含量大，即使通过干燥风处理，筒体内气体水分含量依然可能超出活性炭处理标准的要求。因此，经过气液分离器处理，进一步降低其湿度。
29.优选的，所述系统还包括热风风机和低温等离子设备；所述热风风机两端分别与通风单元和活性炭罐连通；所述低温等离子设备两端分别与活性炭罐和排气装置连通。
30.所述通风装置、热风风机、活性炭罐、低温等离子设备、排气装置依次连通，组成活性炭再生装置。
31.当活性炭吸附饱和后，由热风风机输入热风对饱和活性炭解吸再生，原地再生的活性炭可重复使用，既节约成本又提高效率。
32.下面对本实用新型做进一步的解释：
33.污染土壤进入滚筒后，污染土壤向滚筒出料口运行过程中，通过滚筒转动，使污染土壤发生旋转翻抛，同时滚筒与搅拌轴转动方向相反，使筒体搅拌刀片与转轴搅拌刀片相对剪切污染土壤。通过上述方式，达到进一步对污染土壤破碎和防止污染土壤再次板结作用。从而将常规常温解吸工艺采用的大棚内人工翻抛过程转为机械替代，即节约了钢结构膜大棚建设成本，又可以避免工作人员直接接触污染致癌性污染土壤，降低人员健康风险。也可使挥发性有机物与半挥发性有机物混合污染的土壤，进一步破碎，达到二次破碎目的，减少后续热脱附工序能耗。
34.在滚筒转轴转动相对转动过程中，使污染土壤散落翻抛，同时通过污染土壤和通风系统的空气运行方向相对方式，加大空气与污染土壤的接触面、接触动力以及加大空气流动的扰动程度，增加污染物从土壤中挥发出来的效率。优化了常规常温解吸工艺中采用大棚内间隔式人工翻抛，大棚顶部集中负压抽气处理方式所产生的占地面积大，气体流动性低，导致的批次时间长问题。本设备全程采用密闭式方式，扰动过程中，无人员进入，可实现处理过程污染气体有组织处理和排放，避免常规处理方式人员进出过程中，挥发性气体具有无组织逸散风险的缺点。
35.同时滚筒具备加厚保温层，可通过通入热风方式，避免对于北方地区冬天低温污染物难挥发的困难，同时采用集中通入方式，可降低热量能耗，降低常规方式需通过加大药剂用量和通入供暖系统的成本。
36.本实用新型的系统采用组合方式，可根据场地需求自由组合，存在以下优势：
37.对于土壤修复行业临时性、短期性、工期紧等特性，减少大型膜大棚安装耗时长的问题；
38.根据污染土壤特性，可自由组合系统，对于高湿污染土壤和寒冷地区，可采用通入
热风方式，同时滚筒的保温特性，为污染土壤集中提供热能，加大污染物挥发速度；
39.对于高湿土壤，挥发出来的气体带有大量水蒸气，气液分离管可确保废气进入活性炭前具备低含水率，增加活性炭对污染物的吸附量（水蒸气的存在会与部分污染物竞争活性炭）；
40.对于含水率低的土壤，在滚动剪切的过程中，废气将带入大量的粉尘，通过除尘设备降低含尘量，确保废气进入活性炭系统前颗粒物含量低于 1mg/m3，保证活性炭的使用效率；
41.对于场地需要热风，同时场地具备高温焚烧设备或催化燃烧（如低温等离子设备）工艺的场地，可用热风将污染物从活性炭内脱附，是活性炭再生重复利用，同时脱附废气彻底消除。同时消除尾气过程中产生的热量可利用于热风风机。
42.与现有技术相比较，本实用新型有益效果是：
43.1、本实用新型的系统能增加常温解吸的适用范围，不仅适用于常规大棚能处理的污染土壤，还能处理常规大棚不能处理的低温、高湿土壤，处理范围广；现有大棚处理的方式温度不可控，冬季低温地区处理升温困难；本实用新型通过可集中通入热风，提高可污染土壤接触温度，增加污染物的挥发性，高沸点的污染物也能有效挥发；
44.2、本实用新型的系统能提高土壤处理效率和处理质量，滚筒内有相向剪切力，可进一步切割土壤，加大土壤比表面积，增加土壤与空气的接触面积；同时土壤与通入的空气逆向行进，加大对流力度和接触面积，相比于常规的大棚摊铺土壤后负压抽风处理，效率明显提高。同批次的1000m3污染土壤采用500m2的常规大棚处理需要2
‑
3天，采用本实用新型的系统仅需要0.5
‑
1天；
45.3、本实用新型的系统的尾气处理设备可根据项目使用需求增减设备组合，灵活可调；对尾气采用低温等离子体设备来彻底消除污染物，处理效率高，且处理过程中无废弃的活性炭等危险废物产生，减少了后续危废处理成本；
46.4、本实用新型的系统经济、可利用率高、安全；常规的大棚处理，需要较长的组装和拆卸时间，使用次数有限，占地面积大约500
‑
1000平，实际面积根据设计的日处理量确定，但一般均需要大面积铺设，以便降低铺摊厚度，增加污染土壤与空气接触面积。处理土壤时人员需要全程在大棚内操作，人员接触大量的污染物，安全性较低；而本实用新型的系统可重复多次利用，组装方便快捷，维护费用低，占地面积小，仅需约200平，处理土壤时人仅需要在风口处操作，人员的安全性得到保障。
附图说明
47.为了更清楚的说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。
48.图1是本实用新型提供的常温解吸处理系统的工作流程图。
49.图2是本实用新型提供的常温解吸装置的断面示意图。
50.图3是本实用新型提供的常温解吸处理系统的结构示意图。
51.附图标记说明：11—土壤进料斗；12—土壤传输带；21—土壤计量斗；22—进料输送机；23—支撑装置；24—小齿轮；25—大齿轮；26—小齿轮电机；27—筒体；28—搅拌轴；
29—出料输送电机；210—出料输送机；211—滚筒出料口；212—土壤出料传输带；213—筒体搅拌刀片；214—转轴搅拌刀片；215—进料输送电机；216—保温层；217—滚筒进料口；218—滚筒出风口；219—滚筒通风口；31—辅料仓；32—辅料计量斗；4—通风装置；51—气液分离器；52—除尘装置；53—气液分离器液体出口；54—冷凝装置；55—热风风机；56—活性炭罐；57—低温等离子设备；58—排气装置；59—引风机。
具体实施方式
52.实施例1
53.如图1、图2、图3所示，本实用新型提供一种常温解吸强化处理挥发性有机物污染土壤的系统，下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
54.本实用新型提供一种常温解吸处理挥发性有机物污染土壤的系统，其工作流程如图1所示，污染土壤和辅料通过进料装置进入常温解吸设备混匀搅拌，通过通风装置4输入热风或干燥风，解吸挥发性有机污染物，土壤通过出料装置配出，有机污染物通过尾气处理装置处理达标排放。另外吸附完全的活性炭通过通风系统的热风解吸原地再生。
55.本实用新型提供一种常温解吸强化处理挥发性有机物污染土壤的系统，其处理系统的结构示意图如图2所示，具体包括土壤处理单元；所述土壤处理单元包括依次连通的进料装置、常温解吸装置和出料装置；所述常温解吸装置分别与通风装置4和尾气处理装置连通；
56.所述常温解吸装置包括支撑装置23、由支撑装置23支撑的滚筒搅拌器和带动滚筒搅拌器转动的动力装置；
57.所述支撑装置为2组托辊；
58.所述动力装置包括小齿轮电机26，以及由小齿轮电机26驱动的小齿轮24；所述小齿轮24与设置在滚筒搅拌器外的大齿轮25齿合以驱动滚筒搅拌器。
59.所述尾气处理装置包括依次连接的除尘装置52、冷凝装置54、活性炭罐56、引风机59和排气装置58。
60.所述滚筒搅拌器为卧式滚动搅拌器，所述滚筒搅拌器还包括筒体27、设置在筒体27外侧的保温层216和设置在筒体27内的搅拌轴28，所述搅拌轴28的转动方向与筒体27转动方向相反。所述搅拌轴28上设置弯形的转轴搅拌刀片214，所述筒体的内壁设置弯形的筒体搅拌刀片213。
61.所述滚筒搅拌器还包括滚筒进料口217、滚筒出料口211、滚筒通风口219和滚筒出风口218；所述滚筒进料口217设置在筒体一端，与进料装置连通；所述滚筒出料口211设置在筒体另一端，与出料装置连通；所述滚筒通风口219设置在滚筒出料口端的筒体上，与通风装置4连通；所述滚筒出风口218设置在滚筒进料口端的筒体上壁，与气体处理单元连通。
62.所述进料装置包括土壤进料装置和辅料进料装置；所述土壤进料装置包括依次连接的土壤进料斗11、土壤传输带12、土壤计量斗21、进料输送机22；所述进料输送机22与进料输送电机215传动连接；所述进料输送机22设置延长轴；所述延长轴与滚筒搅拌器传动连接；所述进料输送机22与常温解吸装置连接；
63.所述辅料进料装置包括辅料仓31、辅料计量斗32；所述辅料计量斗32与进料输送机22连接；
64.所述出料装置包括依次连通的出料输送机210和土壤出料传输带212；所述出料输送机210与常温解吸装置连接；所述出料输送机210与出料输送电机29传动连接。
65.所述通风装置4为热风装置或者干燥风装置。
66.通风装置4鼓入空气类别根据污染土壤类型选择，沸点偏高的污染物及冬季采用热风单元，高湿土壤采用干燥风单元。冬季土壤本身气温低，沸点偏高污染物常温难挥发，故采用热风单元向筒体内通入热风，促使土壤中污染物和水挥发进入气相；高湿土壤在筒体内空气中水分含量大，故采用干燥风单元向筒体内鼓入干燥风，降低筒体内气体水分含量，以利于污染物挥发。
67.所述尾气处理装置还包括气液分离器51，所述气液分离器51两端分别与常温解吸装置、除尘装置52连接；所述冷凝装置54选自风冷机、水冷机或者冷干机中的一种或多种。
68.所述系统还包括活性炭再生装置，所述活性炭再生装置包括热风风机55和低温等离子设备57；所述热风风机55两端分别与通风装置4和活性炭罐56连通；所述低温等离子设备57两端分别与活性炭罐56和排气装置58连接。
69.所述气液分离器51为立式重力分离器。
70.所述除尘设备52为布袋除尘器，可为反吹式、脉冲式；处理风量达2000~10000m
³
/h即可。例如dfc、gfc、tfc型反吹风布袋除尘器（河北博森环保设备有限公司）。
71.所述冷凝装置54为冷干机，具体可为kcs
‑
800t常压型水冷式冷冻干燥机。
72.实施例2
73.利用上述系统处理挥发性有机物（vocs）类型的污染土壤（苯）的方法为：
74.包括以下步骤：
75.（1）通过进料装置将污染土壤和辅料输入常温解吸装置，污染土壤在筒内翻滚搅拌，向出料装置移动，滚筒内径1.5m，长度15m，倾斜角1.5
°
，滚筒转速2.5r/min，停留时间0.5h；通风系统将常温空气从常温解吸装置的滚筒通风口鼓入，空气与土壤逆向接触，解吸挥发性有机物，解吸后的土壤输送至出料装置，排出；
76.解吸前土壤中的污染物含量为：苯浓度47.67mg/kg。
77.解吸后的土壤需满足的要求为：苯浓度小于等于1mg/kg。
78.（2）将经过步骤（1）解吸后的挥发性有机物送入除尘装置和冷凝装置；获得满足活性炭吸附要求的低温尾气；
79.其中，在此实施例中，冷凝装置为干冷机，具体为冷冻式空气干燥机。
80.其中活性炭吸附要求为：进入吸附装置的颗粒物含量宜低于 1mg/m3；进入吸附装置的废气温度宜低于40℃。
81.（3）将步骤（2）中低温尾气送入活性炭罐，经活性炭吸附后送至排气装置，排出。
82.处理之后的尾气需满足的要求为：小于17mg/m3。
83.所述活性炭吸附饱和后，经活性炭再生单元再生，具体过程为：开启热风风机，输送热风至活性炭罐，对饱和活性炭解吸再生；将解吸后的有机挥发物输送至低温等离子设备处理合格后送至排气装置，排出。
84.处理完之后，土壤的检测结果为：苯浓度0.31mg/kg。粒径大部分<3cm；
85.尾气的检测结果为：苯浓度0.1mg/m3。
86.实施例3
87.环境温度低于15℃，含水率35%乙苯污染土壤处理方法为：
88.包括以下步骤：
89.（1）通过进料装置将污染土壤和辅料输入常温解吸装置，辅料添加比1~3%，污染土壤在筒内翻滚搅拌，向进料装置移动；滚筒转速1.25r/min，停留时间1h，滚筒外侧包裹保温层，通过加快搅拌轴速度，增加扰动，通风系统将40~50℃干燥空气从常温解吸装置的滚筒通风口鼓入，空气与土壤逆向接触，解吸挥发性有机物，解吸后的土壤输送至出料装置，排出；
90.解吸前土壤中的污染物含量为：乙苯浓度18.05mg/kg。
91.解吸后的土壤需满足的要求为：乙苯浓度小于等于7.2mg/kg。
92.（2）将经过步骤（1）解吸后的挥发性有机物送入气液分离、除尘装置和冷凝装置；获得满足活性炭吸附要求的低温尾气；
93.其中，在此实施例中，冷凝装置为干冷机，具体为冷冻式空气干燥机。
94.其中活性炭吸附要求为：进入吸附装置的颗粒物含量宜低于 1mg/m3；进入吸附装置的废气温度宜低于40℃。
95.（3）将步骤（2）中低温尾气送入活性炭罐，经活性炭吸附后送至排气装置，排出。
96.处理之后的尾气需满足的要求为：非甲烷总烃小于150 mg/m3。
97.处理完之后，土壤的检测结果为：含水率低于25%，乙苯浓度4.96 mg/kg。
98.尾气的检测结果为：非甲烷总烃量0.49 mg/m3。
99.以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。