磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸土壤修復(fù)方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于污染場地修復(fù)的磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸方法及裝置，其方法特征為污染土壤異位混合攪拌摻入還原鐵粉等鐵磁材料，利用電磁加熱螺旋攪拌的污染土壤，通過鐵磁材料的原位電磁渦流加熱提高熱解吸傳熱氣化效果，鐵磁材料本身產(chǎn)熱的同時(shí)提高了其反應(yīng)活性和氧化還原能力，當(dāng)熱解吸完成后，表面反應(yīng)和吸附污染物的鐵磁材料可以通過磁分離從污染土壤中分離回收二次利用，實(shí)現(xiàn)連續(xù)修復(fù)污染土壤；裝置也可用于污染土壤的原位修復(fù)，通過耕翻攪拌裝置在土壤原位添加鐵磁材料后，利用電磁感應(yīng)線圈在污染土壤中通過勵(lì)磁渦流升溫原位加熱土壤解吸污染物，同時(shí)提高磁性材料(如還原鐵粉)的反應(yīng)活性，待反應(yīng)完全后可通過磁分離技術(shù)，將鐵粉從污染土壤中分離出來，也可置于土中實(shí)現(xiàn)原位氧化還原降解，適用于周邊大面積低濃度污染土壤的原位熱解吸修復(fù)。
【專利說明】
磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸土壤修復(fù)方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及污染場地修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體說涉及一種設(shè)置在利用電磁熱解吸技術(shù)快速有效分離土壤中污染物的環(huán)境修復(fù)技術(shù)及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展和工業(yè)化的逐漸加劇，工業(yè)污染場地逐漸增多，造成了嚴(yán)重的環(huán)境危害；突發(fā)性水污染事件和石化化工廠爆炸事件時(shí)有發(fā)生，爆炸型或事故型污染場地常見的污染物有烷烴，苯系物，多環(huán)芳烴和其它半揮發(fā)性有機(jī)物。為了保證生態(tài)環(huán)境和人體的健康，污染場地中污染土壤的修復(fù)已變成必然趨勢(shì)。
[0003]熱解吸技術(shù)作為重要的污染土壤吸附技術(shù)，由于處理周期短，效果好，適用于污染土壤。目前國外已廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。1982-2004年約有70個(gè)美國超級(jí)基金項(xiàng)目采用該技術(shù)。可處理廣泛意義上的揮發(fā)態(tài)有機(jī)物，半揮發(fā)態(tài)有機(jī)物，甚至高沸點(diǎn)氯代化合物(如石油烴、農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、二噁英和呋喃類)金屬汞和類金屬砷污染土壤的治理和修復(fù)。該技術(shù)采用直接或間接加熱，將污染土壤加熱至目標(biāo)污染物的沸點(diǎn)以上，通過控制系統(tǒng)溫度和物料停留時(shí)間有選擇地促使污染物氣化揮發(fā)，使目標(biāo)污染物與土壤顆粒分離去除。
[0004]熱解吸比其他方法更快并提供更好的修復(fù)效果，特別是對(duì)于高濃度的污染物。如果一個(gè)污染場地正對(duì)社區(qū)造成威脅或是需要短時(shí)間修復(fù)以便再利用，更快的修復(fù)速度很重要。由于需要燃耗油或天然氣，現(xiàn)有污染土壤熱解吸修復(fù)技術(shù)能耗高，尾氣處理量大，反應(yīng)過程不容易控制等問題。目前存在裝置體積巨大，需要吊車安裝拆卸成本高，施工周期長，在實(shí)際處理過程中普遍存在著處理成本過高，導(dǎo)致污染土壤處理的巨大資金缺口。
[0005]目前，熱解吸技術(shù)在國內(nèi)土壤污染治理工程上應(yīng)用較少，已有的熱解吸設(shè)備存在裝置復(fù)雜、不宜拆卸、能源消耗多等問題，如有的需要空氣預(yù)熱系統(tǒng)或安裝布袋除塵器、吸附塔等，在成本及應(yīng)用的方便性上存在不足。同時(shí)，某些設(shè)備存在加熱溫度相對(duì)較低的問題，對(duì)于處理土壤中熔沸點(diǎn)相差較大的污染物的能力不足，且尾氣可能造成二次污染。導(dǎo)致污染土壤處理的巨大資金缺口并且在處置效果、施用成本和后續(xù)影響方面還存在著很多問題。
[0006]綜上所示，目前異位熱脫附技術(shù)存在裝置體積巨大，需要吊車安裝拆卸成本高，同時(shí)以石油或天然氣為燃料加熱費(fèi)用高昂，每立方米土壤的處理成本在1000元左右。目前急需發(fā)展技術(shù)先進(jìn)，成本較低的土壤污染土壤熱解吸修復(fù)技術(shù)。研發(fā)可發(fā)能夠成本較低，連續(xù)處理，成本低廉，體積較小便于運(yùn)輸和操作的移動(dòng)式熱脫附處理裝置是目前需要解決的問題?？砂l(fā)能夠連續(xù)處理，成本低廉，便于運(yùn)輸和操作的移動(dòng)式熱脫附處理裝置。
[0007]面對(duì)我國土地資源稀缺、修復(fù)工期緊、污染土量大的實(shí)際情況，創(chuàng)新適合我國國情的修復(fù)技術(shù)非常必要。對(duì)國外成熟的熱解吸和常溫解吸技術(shù)進(jìn)行研究、改進(jìn)和聯(lián)用，對(duì)修復(fù)我國有機(jī)物污染場地有很重要的意義。基于目前的熱分離設(shè)備存在熱量利用率低，煙氣余熱全部排放等問題。基于目前的熱分離設(shè)備存在熱量利用率低，煙氣余熱全部排放等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，其特征是通過電磁渦流技術(shù)使得污染污染被螺旋攪拌裝置從內(nèi)部被加熱，使吸附于土壤中的有機(jī)物揮發(fā)成氣態(tài)后再分離處理的裝置。通過還原鐵粉實(shí)現(xiàn)原位電磁熱解吸修復(fù)污染土壤的裝置，其特征是以在污染土壤中攪拌摻入還原鐵粉，通過電磁線圈使得鐵粉產(chǎn)生勵(lì)磁渦流，從而使得鐵粉在污染土壤的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)加熱解吸，還原鐵粉本身產(chǎn)熱的同時(shí)提高了其反應(yīng)活性和還原能力，當(dāng)熱解吸完成后，表面反應(yīng)和吸附污染物的剩余鐵粉通過磁分離從污染土壤中分離，可以實(shí)現(xiàn)二次利用。
[0009]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，其特征是指以電磁加熱方式將受有機(jī)物污染的土壤加熱至有機(jī)物沸點(diǎn)以上。主要由土壤預(yù)處理系統(tǒng)、電磁熱解吸系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)組成。本發(fā)明所述熱解吸單元，其特征是通過電磁作用使得攪拌裝置產(chǎn)生渦流，用以加熱待處理的物質(zhì)，將物質(zhì)中有機(jī)污染物揮發(fā)成氣態(tài)后分離；磁分離熱解吸不但在一些溫度達(dá)到要求的情況下，用于分離汞和類金屬砷，而且在加入鐵粉原位吸附并磁分離后，可以吸附處理土壤中的金屬污染物。
[0010]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，其特征是主要由土壤預(yù)處理系統(tǒng)、鐵粉混合攪拌系統(tǒng)、電磁熱解吸系統(tǒng)，鐵粉磁分離收集系統(tǒng)和尾氣收集處理系統(tǒng)組成。
[0011]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，其土壤預(yù)處理系統(tǒng)包括土壤水分調(diào)節(jié)單元、土壤雜質(zhì)篩分裝置、土壤破碎裝置。土壤篩分破碎設(shè)備包括:振動(dòng)篩、篩分破碎斗、破碎機(jī)、土壤破碎斗、旋耕機(jī)等作為處理前的準(zhǔn)備，當(dāng)顆粒粒徑超過5-10mm，對(duì)大顆粒土壤進(jìn)行粉碎、過篩等預(yù)處理手段保證土壤粒徑的均一性，使污染物受熱分離的過程更容易、更均勻。污染土壤含水率一般小于25?30%，當(dāng)高于30%時(shí)加入生石灰脫水劑或采用自然晾曬，土壤預(yù)熱，機(jī)械脫水不同方式降低含水率。
[0012]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，其土壤與鐵粉混合攪拌裝置包括進(jìn)料漏斗和攪拌喂料機(jī)，其可以為雙軸攪拌機(jī)、單軸螺旋攪拌機(jī)、鏈錘式攪拌機(jī)、切割錘擊混合式攪拌機(jī)等。污染土壤由設(shè)有密封裝置的進(jìn)料斗加入，所述進(jìn)料漏斗螺旋由減速電機(jī)和傳動(dòng)小齒輪驅(qū)動(dòng)。進(jìn)料斗安裝喂料螺旋，電機(jī)變頻調(diào)速，調(diào)速范圍0.03-30r/min，用于鐵粉與土壤攪拌和控制進(jìn)料程度。
[0013]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，其電磁熱解吸系統(tǒng)包括電磁加熱裝置為螺旋攪拌熱解吸裝置，槽體為圓筒狀或U型筒狀，內(nèi)裝有鐵質(zhì)螺旋攪拌器，外壁包裹有隔熱材料，其上纏繞電磁感應(yīng)線圈。螺旋攪拌器由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，變頻電機(jī)通過減速器連接連軸器，與連軸器相連的主軸，設(shè)有循環(huán)水冷卻裝置，保護(hù)電機(jī)和減速器過熱，螺旋攪拌器轉(zhuǎn)速可調(diào)0.0l-lOr/min，滾筒傾角0_5°。其可針對(duì)不同污染物的性質(zhì)通過改變攪拌螺旋的轉(zhuǎn)速及傾角調(diào)節(jié)物料在熱解吸筒內(nèi)的停留時(shí)間，提高處理效率。
[0014]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，電磁加熱裝置包括電磁控制器，電源控制柜，電磁加熱線圈，電磁保溫裝置，電機(jī)冷卻裝置，多點(diǎn)溫度傳感器等。優(yōu)選地，控制柜用以調(diào)節(jié)和控制電磁熱解吸的溫度、轉(zhuǎn)速、真空度的參數(shù)。通過人工智能溫控儀和晶閘管模塊進(jìn)行調(diào)功控制，該人工智能溫控儀具有超溫報(bào)警功能。
[0015]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，其特征是設(shè)備材料槽體要耐腐蝕，耐高溫，性質(zhì)穩(wěn)定，選擇微晶玻璃，玻璃鋼，陶瓷，鋼筋水泥，鋁框架搪瓷等絕熱材質(zhì)，內(nèi)部攪拌器可以為碳鋼，不銹鋼，鐵合金等材質(zhì)。外部電磁感應(yīng)線圈同時(shí)渦流加熱槽體和內(nèi)螺旋裝置，螺旋螺距為2-25cm，螺旋上可以有針形，球形，片形，圓錐形等凸起，增強(qiáng)攪拌和傳熱效果；外部隔熱材料可以為渣棉，巖棉，玻璃絲，耐火纖維結(jié)構(gòu)，厚度為0.l-5cm。
[0016]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，其特征還包括所加磁性物質(zhì)主要為還原鐵粉、鐵精粉或鎳粉，還可以為Fe基、FeMn基、Co基、FeNi基磁性玻璃或磁性合金粉末，如FeNi (Mo) ,FeSi,FeAl等，以及FeNi (Mo)、FeSiAl、羰基鐵和尖晶石型或磁鉛石型等鐵氧體粉料，具有磁性和催化氧化還原作用；也可以將活性炭和鐵粉經(jīng)混合包覆和粘合后按要求壓制成形的磁性吸附顆粒。鐵磁材料與污染土壤的質(zhì)量比為1: 20-1: 500，磁性顆粒的粒徑在10-300目之間。
[0017]由于其不通過空氣和熱火焰加熱，加入鐵磁材料(如還原鐵粉，鐵錳復(fù)合氧化物)后的熱解吸由于其鐵磁材料的催化氧化或還原性質(zhì)和自身產(chǎn)熱促進(jìn)反應(yīng)，可以大幅度的減少二噁英的產(chǎn)生，對(duì)熱解吸過程中的有機(jī)物脫氯，因此可以應(yīng)用處理含有酸性腐蝕性氣體的土壤。在不通空氣或通入少量空氣的情況下鐵粉被氧化加熱到300-400°C時(shí)，被分解成磁鐵礦，依然具有磁性。而常規(guī)熱解吸技術(shù)燃耗大量煙氣同時(shí)有可能導(dǎo)致產(chǎn)生二噁英，且不可以應(yīng)用于含腐蝕性氣體。
[0018]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，其特征是根據(jù)土壤含水率及熱容、土壤顆粒大小分布、腐殖酸的濃度、可塑性、容重等土壤特性和污染物成分、污染程度、污染物濃度及沸點(diǎn)、辛醇/水分配系數(shù)、水相溶解度等污染物特點(diǎn)確定處理溫度、升溫曲線和停留時(shí)間等熱解吸調(diào)控參數(shù)。在實(shí)際操作運(yùn)行時(shí)，加熱爐的溫度要根據(jù)待處理污染土壤的組分及含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，加熱溫度范圍為60-600°C，停留時(shí)間范圍為10-120min。對(duì)于不同有機(jī)物含量和有機(jī)物種類的污染土壤，要達(dá)到滿足80?95%的熱分離效率，在實(shí)際操作過程中，要根據(jù)污染土壤有機(jī)物的種類和含量并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整。
[0019]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，通過磁鼓或磁輥分離污染土壤和鐵磁材料，磁源采用高性能永久磁性材料如合金永磁材料或鐵氧永磁體，稀土銣鐵硼，釹鐵硼(Nd2Fe14B)、釤鈷(SmCo)、鋁鎳鈷(AINiCo)，將電磁熱解吸后土壤在出料口經(jīng)過振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)布料，出料口的大小可通過手輪或電動(dòng)閥門來精確調(diào)整給料量的大小，磁棍通過調(diào)速電機(jī)拖動(dòng)，轉(zhuǎn)速的快慢通過調(diào)速電機(jī)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，可控制磁鼓對(duì)鐵粉的收集和分離程度。
[0020]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，其特征是所述熱解吸土壤經(jīng)輸送帶或直接被送入磁輥分選，由于加入的鐵磁粉體具有磁性，立即被強(qiáng)磁場吸附在磁輥或磁鼓上，而土壤本身(石英，長石，粘土類礦物和腐殖質(zhì)等)由于沒有磁性，磁輥的強(qiáng)磁對(duì)它不產(chǎn)生吸力，隨著磁輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，鐵磁粉體一直被吸附在表面，而熱解吸土壤在磁輥轉(zhuǎn)到前端位置時(shí)被拋出掉在隔離板的前面(通過改變隔離板角度的大小可調(diào)整分離效果)，鐵粉粒繼續(xù)被磁輥帶到脫磁區(qū)時(shí)自動(dòng)掉入回收斗；對(duì)于有些沒有被分離的鐵粉在土壤中，可以設(shè)置多級(jí)磁輥或磁鼓繼續(xù)進(jìn)行磁選，磁選后的修復(fù)土壤被排出，磁選分離后的鐵磁材料收集后可以繼續(xù)進(jìn)行二次利用。
[0021]由于電磁加熱污染土壤中鐵粉可以均勻有效快速的調(diào)控污染土壤的熱解吸溫度和時(shí)間，通過勵(lì)磁電流加熱使得鐵粉在土壤之中加熱，可以隨時(shí)調(diào)控升溫速率，控制升溫曲線和加熱模式，升溫響應(yīng)速度快，反應(yīng)效果好。而對(duì)于不同有機(jī)污染的熱解吸時(shí)間不一樣，因此可以有效調(diào)節(jié)不同的熱解吸溫度，實(shí)現(xiàn)不同類型污染物的熱解吸分離。
[0022]本發(fā)明所述技術(shù)在實(shí)際操作運(yùn)行時(shí)，電磁加熱使其在不同熱解吸反應(yīng)區(qū)間的精確控制，每個(gè)區(qū)域設(shè)置單獨(dú)設(shè)尾氣抽提裝置，能同時(shí)分離不同類型的污染物，并對(duì)鐵粉吸附污染物進(jìn)行磁分離。根據(jù)待處理土壤的污染組分及含量，對(duì)電磁熱解吸的鐵粉投加、升溫曲線、停留時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，并結(jié)合磁分離技術(shù)，使得對(duì)復(fù)合污染土壤也有脫附和分離效果。
[0023]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，其特征是鐵粉添加的電磁熱解吸技術(shù)也可用于污染土壤的原位修復(fù)，利用翻地?cái)嚢柩b置、原位添加鐵粉后，通過電磁加熱線圈、渦流加熱原位土壤中的鐵粉，通過勵(lì)磁渦流作用使得鐵粉升溫原位加熱土壤解吸污染物，同時(shí)提高零價(jià)鐵的還原性和反應(yīng)活性，待反應(yīng)完全后，通過磁分離技術(shù)，將鐵粉從污染土壤中分離出來，實(shí)現(xiàn)原位的熱解吸修復(fù)和對(duì)重金屬的吸附分離，也可置于土中實(shí)現(xiàn)原位氧化還原降解，適用于周邊大面積低濃度污染土壤的原位熱解吸修復(fù)。
[0024]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，其尾氣處理系統(tǒng)包括尾氣收集管路，除塵過濾器，冷凝收集器，催化氧化吸附塔等組成。氣態(tài)污染物之處理方式，可依有機(jī)物的性質(zhì)、濃度及經(jīng)濟(jì)性等因素選擇冷凝、吸附或燃燒等方式處理，將含有污染物的氣體處理至法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)后排放至大氣。除塵過濾器包括干式(旋風(fēng)集塵器、袋濾式集塵器)及濕式(文式洗滌器)控制系統(tǒng)處理；揮發(fā)性有機(jī)物也可冷凝收集，對(duì)于剩余的尾氣通過催化氧化燃燒破壞，使用鐵錳負(fù)載活性炭對(duì)熱解吸廢氣進(jìn)行電催化協(xié)同化學(xué)氧化處理技術(shù)；所述冷凝器的內(nèi)部由多個(gè)毛細(xì)管柱冷凝管構(gòu)成，多級(jí)連接以對(duì)不同溫度下的解吸氣體進(jìn)行冷凝，冷凝器用循環(huán)水進(jìn)行冷凝，提高冷凝效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物的收集。對(duì)于高濃度尾氣采用燃燒器燃燒，排氣溫度可達(dá)760-870°C，其效率范圍為95-99%，本處理單元能將含有污染物的氣體處理至法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)后排放至大氣，同時(shí)在尾氣處理裝置中設(shè)有直接排氣管，以便在無污染物的情況下提高排氣效率。
[0025]優(yōu)選地，所述抽風(fēng)真空栗、除塵過濾裝置、冷凝收集器、活性炭吸附裝置均由耐熱不銹鋼材料制成，所述爐膛為耐火纖維結(jié)構(gòu)。設(shè)備材料要耐腐，耐高壓，耐高溫，性質(zhì)穩(wěn)定，選擇碳鋼，不銹鋼或合金材質(zhì)。
[0026]本發(fā)明方法和裝置的創(chuàng)新性是通過電磁作用，使得驅(qū)動(dòng)污染土壤物料的鐵質(zhì)攪拌螺旋及鐵粉從內(nèi)部直接加熱土壤，直接與污染土壤接觸，減少了傳熱阻力，從而達(dá)到精確高效熱解吸的效果，其與現(xiàn)有技術(shù)有顯著的優(yōu)點(diǎn)，主要包括以下六個(gè)方面:
[0027]1.傳熱效率高，節(jié)能降耗:由于鐵粉本身與土壤充分混合，通過電磁加熱使得鐵粉和鐵質(zhì)攪拌裝置在土壤中原位熱解污染物，具有傳質(zhì)效果好，節(jié)約能源加熱均勻，無需熱空氣間接熱傳導(dǎo)，現(xiàn)有采用石油或天然氣的燃燒熱解吸方式，均需要加熱空氣傳導(dǎo)后再直接或間接接觸污染土壤實(shí)現(xiàn)解吸。電磁熱解吸直接實(shí)現(xiàn)同時(shí)攪拌送料和加熱解吸功能。
[0028]2.調(diào)控性好:電磁熱解吸溫度連續(xù)可調(diào)，分段控制，可以隨時(shí)調(diào)節(jié)加熱的功率大小，比燃油或天然氣加熱對(duì)污染土壤的溫控精度高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。溫度可同時(shí)設(shè)不同區(qū)間調(diào)節(jié)，利于連續(xù)蒸餾分離不同種類污染物；現(xiàn)有技術(shù)參數(shù)復(fù)雜:送風(fēng)速率，燃燒方式，爐內(nèi)氣體壓力等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)熱分離效率和尾氣熱分解效率。
[0029]3.活化作用，提尚去除效果:鐵磁材料(如零價(jià)鐵，鐵猛復(fù)合氧化物，鐵氧體等)本就具有氧化還原反應(yīng)作用，鐵粉攪拌投加到污染土壤中，可以去除有機(jī)污染物，還原鐵粉在污染土壤中的固相，污染水液相以及VOC氣相中本身作為熱活化反應(yīng)中心，電磁加熱促進(jìn)了與污染物的反應(yīng)速率，提高了對(duì)污染物的降解。
[0030]4.尾氣量少，無二次污染:本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置，由于電磁熱解吸加熱來自于土壤內(nèi)部鐵粉和鐵質(zhì)攪拌軸，內(nèi)部直接加熱使其排放煙氣量小，氣流速度慢，粉塵夾帶少，且還原性氣氛下二次氧化污染物產(chǎn)生也受到抑制。后續(xù)尾氣采用熱交換冷凝的處理方式，能耗低且可以回收不凝氣和一部分有用的液相有機(jī)物。傳統(tǒng)的熱解吸設(shè)備尾氣處理量大，設(shè)備復(fù)雜，裝置龐大，能耗高且吸附存在易飽和，再生困難等問題。
[0031]5.磁分離可二次利用:經(jīng)過熱解吸反應(yīng)后的鐵磁材料，本身可以通過磁選分離技術(shù)與污染土壤進(jìn)行分離，其對(duì)重金屬的吸附和污染物的氧化還原降解之后，從污染土壤分離，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染土壤的有機(jī)和無機(jī)污染物的同時(shí)去除。
[0032]6.安全性高，傳統(tǒng)熱解吸技術(shù)運(yùn)行中的熱解吸設(shè)備在現(xiàn)場成為一個(gè)熱源，作為燃料的重油或天然氣的存儲(chǔ)存在一定的危險(xiǎn)性，涉及安全的存儲(chǔ)輸送風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明于傳統(tǒng)所有的有火直接或間接傳導(dǎo)熱解吸，電磁熱解吸過程中不鼓風(fēng)不存在明火，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱輻射，對(duì)于處理高濃度有機(jī)污染土壤，大大降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)。
[0033]與國內(nèi)外同類產(chǎn)品比，本發(fā)明的磁分離電磁加熱污染土壤熱解吸裝置，系統(tǒng)操作簡單、安全，傳熱效率高，成本低；尾氣量少，其尾氣處理單元較小，便于設(shè)計(jì)集成到掛車等移動(dòng)平臺(tái)上，增加靈活性。通過調(diào)節(jié)鐵粉投加量和電磁加熱溫度對(duì)污染土壤進(jìn)行有效配置，確保對(duì)污染土壤進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的處理；適用范圍廣。不僅可處理污染土壤中復(fù)雜性有機(jī)污染物有很好的適應(yīng)能力，而且磁分離鐵磁粉體對(duì)污染土壤重金屬污染也有處理效果。
【附圖說明】
[0034]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的鐵粉投加電磁熱解吸修復(fù)裝置的原理示意圖；
[0035]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的污染土壤鐵粉投加磁分離電磁熱解吸修復(fù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖例說明:1_攪拌螺旋喂料口，2-循環(huán)水冷卻裝置，3-熱解吸裝置槽體，4-電磁感應(yīng)線圈，5-電磁控制器，6-攪拌螺旋，7-尾氣收集管，8-抽風(fēng)除塵過濾器，9-冷凝分離器，10-催化氧化吸附塔，11-分離磁鼓，12-磁分離傳送帶，13-污染土壤，14-還原鐵粉，15-保溫材料，16-驅(qū)動(dòng)電機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0037]為充分了解本發(fā)明的發(fā)明目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不僅僅限于此。
[0038]本發(fā)明所述磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸修復(fù)裝置的原理如圖1所示，污染土壤13與還原鐵粉14混合后置于鐵質(zhì)攪拌裝置內(nèi)，內(nèi)部有耐熱不銹鋼攪拌裝置，為了保證電磁通透性，槽體3可以為玻璃鋼和陶瓷材質(zhì)，外層為電磁感應(yīng)線圈4，線圈匝數(shù)在1-50根每厘米，具體根據(jù)實(shí)際功率大小確定，線圈外包裹保溫材料19，材料為渣棉與玻璃絲保溫棉和添加阻燃劑的聚氨酯，當(dāng)施加交流電源之后，電磁線圈使得鐵質(zhì)攪拌裝置和還原鐵粉升溫加熱污染土壤。
[0039]具體實(shí)施例
[0040]本發(fā)明的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。本發(fā)明磁分離強(qiáng)化螺旋攪拌電磁熱解吸系統(tǒng)由入料攪拌裝置，電磁熱解吸裝置，磁分離裝置，尾氣處理裝置及控制系統(tǒng)組成。電磁熱解吸裝置為圓筒狀，內(nèi)筒直徑200_，長3000_，由耐熱陶瓷制作，內(nèi)置不銹鋼攪拌裝置，外敷設(shè)硅酸鋁棉保溫材料，裝置內(nèi)設(shè)溫度傳感器與電磁控制器5相連，可自動(dòng)顯示和控制加熱溫度。
[0041]污染土壤由攪拌螺旋喂料進(jìn)入熱解吸裝置，所加入鐵粉與污染土壤的質(zhì)量比為I: 50;熱解吸筒為薄層耐火瓷磚材質(zhì)，筒內(nèi)裝設(shè)一螺旋攪拌裝置，為不銹鋼材質(zhì)由螺旋狀葉片與攪拌軸6組成，葉輪直徑180mm，間距50mm，變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)16功率為3kW，轉(zhuǎn)速可調(diào)，調(diào)速范圍為I?50轉(zhuǎn)/分鐘；外壁設(shè)有電磁感應(yīng)線圈4，通過電磁控制器功能，功率為30kW ;電磁加熱圈4外設(shè)置保溫層。污染土壤經(jīng)粉碎處理后，過篩，粒徑小于2cm的污染土壤通過設(shè)有密封裝置的攪拌喂料斗I進(jìn)入螺旋攪拌熱解吸裝置槽體3內(nèi)，在螺旋攪拌熱解吸裝置3，筒體內(nèi)的污染土壤在還原鐵粉和攪拌螺旋狀葉輪的作用下產(chǎn)生渦流傳熱給污染土壤，同時(shí)在攪拌螺旋的作用下向前推進(jìn)。鐵質(zhì)螺旋葉輪和還原鐵粉電磁感應(yīng)升溫直接接觸加熱污染土壤換熱。螺旋攪拌器作用下還原鐵粉還能保證污染土壤的充分混合，使其受熱均勻。處理后的修復(fù)土壤通過在永磁磁鼓轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶進(jìn)行磁分離，鐵粉與修復(fù)土壤磁回收后繼續(xù)投加二次利用。
[0042]本實(shí)施例適用的是含汽油、硝基苯、有機(jī)氯農(nóng)藥等污染土壤，初始濃度分別為汽油30.89mg/kg、硝基苯19.5mg/kg、DDTs31.2mg/kg的焦化和農(nóng)藥污染土壤。當(dāng)土壤達(dá)到足夠溫度時(shí)，污染土壤中揮發(fā)性/半揮發(fā)性有機(jī)物揮發(fā)出來，苯、汽油之類的揮發(fā)性有機(jī)物很容易在加熱時(shí)揮發(fā)，處理汽油的操作溫度為180°C，當(dāng)采用解吸溫度280°C，停留時(shí)間15min時(shí)，DDTs去除率均達(dá)到了 95%;苯系物沸點(diǎn)相對(duì)烷烴高，維持窯內(nèi)溫度350°C可實(shí)現(xiàn)硝基苯分離，均低于國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.5mg/kg)。
[0043]在抽風(fēng)機(jī)及真空栗的作用下經(jīng)由尾氣收集管7快速流出螺旋攪拌熱解吸裝置進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)；加熱處理后的土壤在螺旋攪拌裝置的作用下經(jīng)由尾氣收集管7排出熱解吸系統(tǒng)。螺旋攪拌熱解吸裝置與引風(fēng)抽風(fēng)機(jī)均與控制箱相連，通過調(diào)節(jié)螺旋攪拌器轉(zhuǎn)速控制土壤在熱解吸系統(tǒng)中的停留(加熱)時(shí)間，當(dāng)最小轉(zhuǎn)速0.2轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，污染土壤在熱解吸系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間最高可達(dá)80分鐘。處理后的
[0044]尾氣處理系統(tǒng)由高效除塵器8、冷凝分離器9和催化氧化吸附塔10組成，均由碳鋼材料制作。由螺旋攪拌熱解吸系統(tǒng)3排出的尾氣首先進(jìn)入旋風(fēng)除塵器4，尾氣中的顆粒物在離心力的作用下與氣流分離，氣流離開旋風(fēng)除塵器8后進(jìn)入冷凝分離器9，由多個(gè)冷凝管構(gòu)成，所述冷凝器的外部由循環(huán)水冷卻；冷凝后的尾氣流入吸附塔10中，吸附塔10內(nèi)裝有自行制備的鐵錳負(fù)載活性炭，尾氣中的揮發(fā)性/半揮發(fā)性有機(jī)物被吸附劑吸附，吸附處理后尾氣可達(dá)標(biāo)排放。尾氣過濾裝置和吸附裝置可以采用不銹鋼制作，煙道為0 50管、長度2米，并帶有I對(duì)聯(lián)接法蘭。
[0045]整套設(shè)備占地面積為8mX 5m，約需40m2，總裝機(jī)容量為23?42kW，土壤溫度最高可達(dá)450°C以上；處理量隨加熱溫度的變化而變化，以處理苯為例，加熱至100°C，處理量約為0.5噸/小時(shí)。處理后的污染土壤基本上對(duì)農(nóng)作物及環(huán)境不造成影響，且修復(fù)后對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、PH、陽離子交換量、全氮等理化性質(zhì)的影響較小，而速效磷顯著增加。說明熱解吸技術(shù)對(duì)土壤自然肥力破壞較小，使得處理后土壤可恢復(fù)耕作。
[0046]需要聲明的是，上述
【發(fā)明內(nèi)容】
及【具體實(shí)施方式】盡管已經(jīng)結(jié)合特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是并不是限定于此處描述的特定形式。而是，本發(fā)明的范圍僅僅由后附的權(quán)利要求限制。在權(quán)利要求中，術(shù)語“包括”不排除存在其它部件或步驟。此外，盡管各個(gè)特征可以包括在不同的權(quán)利要求中，但是這些特征可以被有利地組合，且在不同權(quán)利要求中包含的內(nèi)容不意味著特征的組合是不可行和/或不利的。此外，單個(gè)的含義不排除多個(gè)。此外，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為對(duì)范圍的限制。
[0047]以上所述僅是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明精神的前提下，可以作出若干改進(jìn)、修改、和變形，這些改進(jìn)、修改、和變形都應(yīng)視為落在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁分離強(qiáng)化電磁加熱污染土壤熱解吸修復(fù)方法及裝置，其特征是污染土壤中加入還原鐵粉等鐵磁材料混勻，通過電磁作用使得污染土壤的鐵粉和鐵質(zhì)攪拌輸料裝置產(chǎn)生感應(yīng)渦流，使其從污染土壤內(nèi)部直接加熱解吸污染物；鐵磁材料本身產(chǎn)熱的同時(shí)提高了其反應(yīng)活性和氧化還原能力，當(dāng)熱解吸完成后，表面反應(yīng)和吸附污染物的鐵磁材料可以通過磁分離從污染土壤中分離回收二次利用，實(shí)現(xiàn)污染土壤連續(xù)修復(fù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸污染土壤方法及裝置，其特征包括主要由土壤預(yù)處理系統(tǒng)、鐵粉混合攪拌系統(tǒng)、電磁熱解吸系統(tǒng)，鐵粉磁分離收集系統(tǒng)和尾氣收集處理系統(tǒng)組成。所述電磁加熱裝置包括勵(lì)磁控制器，電源控制柜，電磁加熱線圈，電磁保溫裝置，電機(jī)冷卻裝置，多點(diǎn)溫度傳感器等部分組成，熱解吸溫度和升溫曲線可精確調(diào)節(jié)，攪拌輸料裝置通過連軸器連接，連軸器處配有循環(huán)水冷降溫裝置保護(hù)電機(jī)，變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)并配以減速器，減速器通過鉸鏈或齒輪與連軸器連接；其槽體螺旋攪拌器轉(zhuǎn)速可調(diào)0.01-10r/min，滾筒傾角0_5°，污染土壤的停留時(shí)間為10_120min，可針對(duì)不同污染物改變攪拌螺旋的轉(zhuǎn)速及傾角調(diào)節(jié)物料停留時(shí)間；在槽體內(nèi)頂部有多個(gè)熱解吸排氣孔，槽體內(nèi)多點(diǎn)布設(shè)溫度傳感器，信號(hào)傳給控制單片機(jī)，通過電磁控制器和電源控制柜控制電磁感應(yīng)強(qiáng)度；尾氣處理單元包括尾氣收集管，除塵器，冷凝器收集器，催化氧化裝置等部分組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸污染土壤方法及裝置，其所述特征還包括設(shè)備材料槽體要耐腐蝕，耐高溫，選擇微晶玻璃，玻璃鋼，陶瓷，鋼筋水泥，鋁框架搪瓷等絕熱材質(zhì)，內(nèi)部攪拌器可以為碳鋼，不銹鋼，鐵合金等材質(zhì)；外部電磁感應(yīng)線圈渦流加熱內(nèi)部攪拌裝置和填充鐵磁粉體，螺旋螺距為2-25cm，螺旋上可以有長條狀，圓柱狀，圓錐狀，環(huán)狀，三角錐狀，球狀，針狀，鋸齒狀，花狀，波浪狀等凸起，增強(qiáng)攪拌和傳熱效果；外部隔熱材料可以為渣棉，巖棉，玻璃絲，耐火纖維結(jié)構(gòu)，厚度為0.l-5cm，污染土壤的填充系數(shù)大于45 %，形成垂直于軸向的垮塌料流，增加污染土壤的側(cè)向攪拌滑動(dòng)，提高攪拌效果。4.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸污染土壤方法及裝置，其特征包括所加鐵磁材料主要為還原鐵粉、鐵精粉或鎳粉，還可以為Fe基、FeMn基、Co基、FeNi基磁性玻璃或磁性合金粉末，以及羰基鐵和尖晶石型或磁鉛石型等鐵氧體粉料，具有磁性和催化氧化還原作用；也可以將活性炭鐵粉經(jīng)混合包覆和粘合后按要求壓制成形的磁性吸附顆粒，鐵磁材料與污染土壤的質(zhì)量比為1: 20-1: 500，磁性顆粒的粒徑在10-300目之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸污染土壤方法及裝置，其特征土壤與鐵粉混合攪拌裝置包括進(jìn)料漏斗和攪拌喂料機(jī)，其可以為雙軸攪拌機(jī)、單軸螺旋攪拌機(jī)、鏈錘式攪拌機(jī)、切割錘擊混合式攪拌機(jī)等；鐵粉與污染土壤的投加比為1: 20-1: 200，進(jìn)料斗安裝喂料螺旋，由減速電機(jī)和傳動(dòng)小齒輪驅(qū)動(dòng)，電機(jī)變頻調(diào)速范圍0.03-30r/min，用于鐵粉與土壤攪拌和控制進(jìn)料程度。6.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸污染土壤方法及裝置，其所述特征還包括磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸技術(shù)也可用于污染土壤的原位修復(fù)，通過耕翻攪拌裝置在土壤原位添加鐵磁材料后，利用電磁感應(yīng)線圈在污染土壤中通過勵(lì)磁渦流升溫原位加熱土壤解吸污染物，同時(shí)提高磁性材料(如零價(jià)鐵)的反應(yīng)活性，待反應(yīng)完全后通過磁分離技術(shù)，將鐵粉從污染土壤中分離出來，實(shí)現(xiàn)原位的熱解吸修復(fù)和對(duì)重金屬的吸附分離，也可置于土中實(shí)現(xiàn)原位氧化還原降解，適用于周邊大面積低濃度污染土壤的原位熱解吸修復(fù)。7.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸污染土壤方法及裝置，其所述通過磁鼓或磁輥分離污染土壤和鐵磁材料，磁源采用高性能永久磁性材料包括合金永磁材料或鐵氧永磁體，如稀土銣鐵硼，釹鐵硼(Nd2Fe14B)、釤鈷(SmCo)、鋁鎳鈷(AlNiCo)，將電磁熱解吸后土壤在出料口經(jīng)過振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)布料，出料口的大小可通過手輪或電動(dòng)閥門來精確調(diào)整給料量的大小，磁棍通過調(diào)速電機(jī)拖動(dòng)，轉(zhuǎn)速的快慢通過調(diào)速電機(jī)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，可控制磁鼓對(duì)鐵粉的收集和分離程度。8.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸污染土壤方法及裝置，其所述特征為攪拌裝置耐腐蝕、耐高溫，為碳鋼，鑄鐵，鎳鈷合金或耐熱不銹鋼等鐵磁材料，鐵磁材料表面采用微晶玻璃或搪瓷工藝提高耐腐蝕性能；其外部硅化物纖維、玻璃纖維棉板/氈、石棉、巖棉、真空腔體等隔熱；其上設(shè)置電磁感應(yīng)線圈和保溫層，所述隔熱層為耐火纖維或耐火保溫棉，如渣棉，玻璃絲，碳纖維等材質(zhì)，保溫層為耐熱酚醛樹脂或添加阻燃劑的聚氨酯等，蓄散熱量少。9.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸污染土壤方法及裝置，其所述特征熱解吸土壤經(jīng)輸送帶或直接被送入磁輥分選，由于加入的鐵磁粉體具有磁性，立即被強(qiáng)磁場吸附在磁輥或磁鼓上，而土壤本身(石英，長石，粘土類礦物和腐殖質(zhì)等)由于沒有磁性，磁輥的強(qiáng)磁對(duì)它不產(chǎn)生吸力；隨著磁輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，鐵磁粉體一直被吸附在表面，而熱解吸土壤在磁輥轉(zhuǎn)到前端位置時(shí)被拋出掉在隔離板的前面(通過改變隔離板角度的大小可調(diào)整分離效果)，鐵粉粒繼續(xù)被磁輥帶到脫磁區(qū)時(shí)自動(dòng)掉入回收斗；對(duì)于有些沒有被分離的鐵磁粉體在土壤中，可以設(shè)置多級(jí)磁輥或磁鼓繼續(xù)進(jìn)行磁選，磁選后的修復(fù)土壤被排出，鐵磁材料磁選牧集后可以繼續(xù)進(jìn)行二次利用。10.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的磁分離強(qiáng)化電磁熱解吸污染土壤方法及裝置，其特征包括熱解吸單元可以多級(jí)串聯(lián)使用，每一級(jí)區(qū)域設(shè)定不同的熱解吸溫度，每個(gè)區(qū)域設(shè)置單獨(dú)加熱尾氣抽提裝置，能夠連續(xù)在不同區(qū)域已設(shè)定的溫度梯度同時(shí)分離不同類型的污染物；尾氣處理系統(tǒng)包括尾氣收集管路，除塵過濾器，冷凝器，催化氧化吸附塔等裝置組成:尾氣收集管路由多個(gè)收集孔組成，收集孔具有金屬網(wǎng)等防堵塞部件組成；所述冷凝器的可以為板狀冷凝器或管狀冷凝器，內(nèi)部由多個(gè)冷凝管構(gòu)成，可分散高溫氣體，提高冷凝效率，外部由循環(huán)水冷卻，可以對(duì)不同蒸發(fā)溫度的有機(jī)污染物進(jìn)行分類冷凝濃縮，有機(jī)氣體可被冷卻和壓縮至液態(tài)收集利用，可以回收不凝氣和一部分有用的液相有機(jī)物。
【文檔編號(hào)】B09C1/06GK105983569SQ201510070829
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月11日
【發(fā)明人】李澤唐
【申請(qǐng)人】李澤唐