有机污染土壤热脱附过程尾气二噁英超低排放装置及方法

摘要

本发明公开了一种有机污染土壤热脱附过程尾气二噁英超低排放装置及方法，包括用于运输待处理土壤的土壤转运单元，用于对土壤进行加热的直接热脱附加热单元，用于对尾气进行初步除尘的旋风除尘器，用于对尾气进行二次燃烧的二燃室，用于对二次燃烧后的尾气进行降温的急冷塔，用于进一步除尘的布袋除尘器和吸附/催化氧化塔，吸附/催化氧化塔采用钒钼钛氧化物作为二噁英的催化氧化剂，将烟气中的二噁英转化为VOCs，采用氮掺杂活性炭对尾气中转化后的VOCs进行吸附；还包括进行淋洗脱酸的淋洗塔和排气的烟囱，以及用于对尾气中VOCs进行在线监测的VOCs监测仪；本发明具有较好的针对性和灵活性，能因地制宜地解决污染场地遗留问题。

说明书

技术领域

本发明涉及污染土壤修复领域，适用于含氯的有机污染土壤，具体地涉及一种能实现污染土壤直接热脱附过程尾气二噁英超低排放的装置和方法。

背景技术

针对钢铁、农药、化工等高污染企业所产生的大量高风险污染土壤，热脱附技术是目前最具可行性的处理方式。其原理是通过直接或间接的加热方式对污染土壤进行升温，分解土壤中的污染物，使其从土壤表面或孔隙中解吸附从而转化为气相，再采用焚烧、吸附或化学反应等方式对脱附出来的污染尾气进行处理。热脱附技术具有污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用等优势，已广泛被欧美等发达国家应用于有机污染土壤的异位或原位修复。含氯的有机污染土壤在其热脱附过程中将不可避免地造成尾气二噁英排放，从而对周围大气产生二次污染。同时，现有污染土壤热脱附装置的尾气净化系统对二噁英排放的关注较少，无法适应越来越严格的环保标准。因此，有关有机物污染土壤热脱附过程中尾气二噁英超低排放的装置和系统应得到重视。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种能实现污染土壤直接热脱附过程尾气二噁英超低排放的装置和方法。本发明的装置和方法主要对含氯的有机污染土壤进行直接热脱附，并保证尾气二噁英和挥发性有机污染物的超低排放。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种有机污染土壤热脱附过程尾气二噁英超低排放装置，该装置包括土壤转运单元、直接热脱附加热单元、旋风除尘器、二燃室、急冷塔、布袋除尘器、吸附/催化氧化塔、淋洗塔、烟囱和VOCs监测仪；

所述土壤转运单元包括料仓和传送带，料仓中装有含氯有机污染土壤，料仓与传送带的进入端连接；所述直接热脱附加热单元为回转窑式加热结构，包括回转窑和燃烧器；所述回转窑的进料端与传送带的输出端连接，并与旋风除尘器连通，热脱附尾气从回转窑进料端排出，并通入旋风除尘器；所述旋风除尘器、二燃室、急冷塔、布袋除尘器、吸附/催化氧化塔依次连接，布袋除尘器除尘后的尾气从吸附/催化氧化塔的下方进入，上方排出。

所述吸附/催化氧化塔中从下往上依次装有钒钼钛氧化物和氮掺杂活性炭，所述钒钼钛氧化物作为二噁英的催化氧化剂，将烟气中的二噁英转化为VOCs，所述氮掺杂活性炭作为吸附剂，用于吸附转化后的VOCs。

所述VOCs监测仪对吸附/催化氧化塔前后烟道以及塔中催化氧化剂后吸附剂前位置的尾气VOCs浓度进行在线监测；吸附/催化氧化塔排出的尾气通过淋洗塔淋洗脱酸后由烟囱排出。

进一步地，所述回转窑加热温度在350℃到500℃之间。

进一步地，所述二燃室燃烧温度需在850℃以上。

进一步地，所述钒钼钛氧化物是通过在钒基催化剂中等比例添加钼氧化物(MoO

进一步地，所述钒钼钛氧化物的制备过程采用等体积浸渍法，该方法的特点是催化剂载体的孔体积和浸渍溶液体积相等，从而保证溶液中的有效组分均匀分散在载体表面。

进一步地，所述等体积浸渍法具体为：先将硝酸锰和硝酸铈溶于水制备成饱和溶液，再称取相同质量的钒基催化剂和钼氧化物并一起加入硝酸锰和硝酸铈饱和溶液中，充分搅拌成糊状膏体。所述糊状膏体在空气中静置24小时后，于105℃条件下干燥24小时。最后，样品经过研磨、过筛和煅烧后得到所述钒钼钛氧化物成品。

进一步地，所述氮掺杂活性炭是以尿素为氮源，通过混合热解法进行掺杂改性制备，从而提升碳材料表面极性，增强其与二恶英分子间的作用力。

进一步地，所述氮掺杂活性炭的制备方法以柱状或粉末状活性炭为载体，将其浸入尿素饱和水溶液中，在80℃恒温下搅拌24小时，对其进行过滤、洗涤、烘干后，在N

进一步地，所述VOCs监测仪采用PID光离子传感器，监测仪所收集的尾气数据用于判断吸附/催化氧化塔的运行效果并进行反馈调节。

本发明还提供一种有机污染土壤热脱附过程尾气二噁英超低排放方法，具体步骤如下：

(1)含氯有机污染土壤通过料仓和传送带移运至回转窑中，由燃烧器对其进行热脱附。

(2)热脱附尾气从回转窑进料端排出，并通入旋风除尘器，之后继续通入二燃室，再由急冷塔对尾气进行降温，以此抑制二噁英的再合成。急冷塔后的尾气通入布袋除尘器，进行进一步的尾气除尘。

(3)除尘后尾气通入吸附/催化氧化塔，尾气由吸附/催化氧化塔下方进入，依次经过钒钼钛氧化物和氮掺杂活性炭，采用吸附法和催化氧化法协同去除尾气中残留的二噁英，从而实现尾气二噁英的深度脱除。并通过VOCs监测仪对吸附/催化氧化塔前后烟道以及塔中催化氧化剂后吸附剂前位置的尾气VOCs浓度进行在线监测；用于判断吸附/催化氧化塔的运行效果并进行反馈调节。

(4)吸附/催化氧化塔上端排出的尾气在经过淋洗塔的淋洗脱酸后由烟囱排出。

本发明的有益效果：

1)本发明针对含氯的有机污染土壤设计了一套直接热脱附技术方案，技术方案具有较好的针对性和灵活性，能因地制宜地解决污染场地遗留问题；

2)所述吸附/催化氧化塔通过钒钼钛氧化物将尾气中的二噁英先转化为更易处理的VOCs，之后通过氮掺杂活性炭对其进行有效地脱除，该方法能耗低、效率高且具有较高的可行性；

3)对于含氯的有机污染土壤，本发明采用二燃室加急冷塔的常规尾气二噁英减排技术耦合吸附/催化氧化塔的方案实现尾气二噁英的超低排放。本发明的尾气污染物减排效果将明显优于现有技术方案。

4)本发明通过VOCs监测仪对装置运行情况进行在线监测，可方便地实现数据采集、存储和实时传输，保证了尾气数据的实效性和可靠性，有效地实现了热脱附过程中尾气污染物排放的严格控制。

附图说明

图1为含氯有机污染土壤直接热脱附尾气二噁英超低排放系统示意图。

图中的附图标记为：1.料仓；2.传送带；3.回转窑；4.燃烧器；5.旋风除尘器；6.二燃室；7.急冷塔；8.布袋除尘器；9.吸附/催化氧化塔；10.钒钼钛氧化物；11.氮掺杂活性炭；12.淋洗塔；13.烟囱；14.VOCs监测仪。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种含氯的有机污染土壤热脱附过程尾气二噁英超低排放装置，包括用于接受待处理土壤并将其转运至回转窑的料仓1和传送带2，用于对土壤进行加热的回转窑3和燃烧器4，用于对尾气进行初步除尘的旋风除尘器5，用于对尾气进行二次燃烧的二燃室6，用于对二次燃烧后的尾气进行降温的急冷塔7，用于进一步除尘的布袋除尘器8，用于净化残留尾气污染物的吸附/催化氧化塔9，用于进行淋洗脱酸的淋洗塔12，以及用于排气的烟囱13。

所述土壤转运单元包括料仓1和传送带2，料仓1中装有含氯有机污染土壤，料仓1与传送带2的进入端连接；所述直接热脱附加热单元为回转窑式加热结构，包括回转窑3和燃烧器4；所述回转窑加热温度在350℃到500℃之间。所述回转窑3的进料端与传送带2的输出端连接，并与旋风除尘器5连通，热脱附尾气从回转窑3进料端排出，并通入旋风除尘器5，进行初步除尘；所述旋风除尘器5、二燃室6、急冷塔7、布袋除尘器8、吸附/催化氧化塔9依次连接，二燃室6通过二次升温去除尾气中的二噁英成分，燃烧温度需在850℃以上；所述急冷塔7可对二燃室6尾气进行快速降温，从而抑制二噁英的再合成。布袋除尘器8除尘后的尾气从吸附/催化氧化塔9的下方进入，上方排出。

所述吸附/催化氧化塔9中从下往上依次装有钒钼钛氧化物10(V-Mo-TiO

所述VOCs监测仪14采用PID光离子传感器，可对吸附/催化氧化塔9前后烟道以及塔中催化氧化剂后吸附剂前位置的尾气VOCs浓度进行在线监测，其具有安装方便、测量精度高、可靠性好，响应速度快等特点。同时，VOCs监测仪14所收集的尾气数据可用于判断吸附/催化氧化塔的运行效果并进行反馈调节。

吸附/催化氧化塔9排出的尾气通过淋洗塔12淋洗脱酸后由烟囱13排出。

含氯的有机污染土壤在其热脱附过程中将不可避免地造成尾气二噁英排放。常规尾气二噁英减排技术是采用二燃室再燃来去除尾气二噁英成分，并由急冷塔急冷抑制二噁英的再合成。本发明在此基础上采用催化氧化法和吸附法协同去除尾气中残留的二噁英，实现尾气二噁英的超低排放。

过渡金属氧化物负载到催化剂载体上是一种常见的催化剂制备方式。相关研究表明，V

本发明中，当尾气中的二噁英被转化为VOCs后，再通过合适的吸附剂对尾气中的VOCs进行吸附，而吸附剂的好坏不仅与吸附量相关，更与吸附剂与二噁英分子的作用力有关。研究表明，通过氮掺杂改性技术可以提升活性炭材料的表面极性，从而增强吸附剂与吸附质间的分子作用力，提升吸附效果。因此，本发明采用氮掺杂活性炭作为吸附剂，其以尿素为氮源，通过混合热解法进行掺杂改性制得。

此外，污染物的在线监测是实现污染物有效控制的重要一环。当尾气二噁英被催化为VOCs后，本发明可通过对催化产物的监测间接实现对二噁英排放的实时监控。VOCs监测仪基于PID光离子传感器，通过紫外线灯作为光源，使空气中的VOCs电离，但空气中的基本成分N

基于以上原理以及本发明提供的装置，本发明还提供了一种含氯的有机污染土壤热脱附过程尾气二噁英超低排放方法，如图1所示，含氯有机污染土壤通过料仓1和传送带2移运至回转窑3中，由燃烧器4对其进行热脱附。热脱附尾气从进料端排出，并通入旋风除尘器5，之后继续通入二燃室6，通过高温焚烧去除尾气中大部分二噁英成分。之后由急冷塔7对尾气进行快速降温，以此抑制二噁英的再合成。急冷塔7后的尾气接着通入布袋除尘器8，进行进一步的尾气除尘。除尘后尾气通入吸附/催化氧化塔9，尾气由装置下方进入，依次经过氮掺杂活性炭11和钒钼钛氧化物10，从而实现尾气二噁英的深度脱除。最后，尾气在经过淋洗塔12的淋洗脱酸后由烟囱13排出。VOCs监测仪14采用PID光离子传感器对吸附/催化氧化塔9前后烟道以及塔中催化剂后吸附剂前位置的尾气VOCs浓度进行检测。其中，吸附/催化氧化塔9前烟道和塔中催化剂后位置的监测数据可反映钒钼钛氧化物对二噁英的催化氧化效果，而吸附/催化氧化塔9后烟道和塔中催化剂后位置的监测数据可反映氮掺杂活性炭对VOCs的吸附效果。吸附/催化氧化塔9中的催化剂和吸附均有一定的使用时限，当钒钼钛氧化物的催化效果或氮掺杂活性炭的吸附效果下降到一定数值后，工作人员可通过VOCs在线监测仪即时发现并更换催化剂或吸附剂，从而保证热脱附装置尾气二噁英的超低排放。

需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。