本發(fā)明涉及污染土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污泥微波氣化殘?jiān)邢蛐迯?fù)有機(jī)污染土壤的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)家對(duì)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和環(huán)境保護(hù)要求的提高，城市中退役或搬遷的農(nóng)藥廠，化工廠等工業(yè)區(qū)塊出現(xiàn)大批有機(jī)污染土壤。目前我國(guó)土壤有機(jī)污染呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：1、污染面積增加明顯，一些地區(qū)土壤污染由局部開始呈連續(xù)分布；2、污染物種類增加，復(fù)合污染特點(diǎn)日益突出；3、污染物含量呈增加趨勢(shì)；土壤有機(jī)污染程度與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度具有一定相關(guān)性。

由于污染土壤中的有機(jī)物易揮發(fā)，嚴(yán)重危害周圍居民的健康，如多環(huán)芳烴作為典型土壤有機(jī)污染物屬于強(qiáng)致癌物質(zhì)、有機(jī)氯類污染物以其毒性強(qiáng)、生物可降解性差而備受關(guān)注，有機(jī)污染土壤難修復(fù)，阻礙土地的再次利用。

現(xiàn)有有機(jī)污染土壤修復(fù)方法可分為物理、化學(xué)和生物三種類型，其中熱脫附方法因具有速度快，徹底治理等優(yōu)點(diǎn)成為城市尤其是居民區(qū)土壤治理的首選方法，但是熱脫附法一般對(duì)揮發(fā)性較強(qiáng)的物質(zhì)處理效果較好，成本較高，主要體現(xiàn)在需要對(duì)土壤的加熱和放熱的過程，熱量利用率低。中國(guó)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?01410628444.X)公開了一種有機(jī)污染土壤的修復(fù)方法，熱脫附后的土壤具有很高的溫度，可以用來制磚，節(jié)約了大量的能量。熱脫附產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過凈化后進(jìn)行燃燒，燃燒所產(chǎn)生的能量對(duì)傳送帶進(jìn)行加熱，大大增加了熱解析的效率。又如中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?01310586047.6)公開了一種針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)及方法。

城鎮(zhèn)污水污泥是城鎮(zhèn)污水處理的副產(chǎn)品，由于污水處理廠出廠的濕污泥含水率一般在85％左右，不能直接進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)，其他方法如焚燒，消化等處理費(fèi)用較高而推廣困難。污泥中富含氮磷等土壤增肥需要的元素，但如不經(jīng)處理直接農(nóng)用，具有消化周期長(zhǎng)，可能出現(xiàn)二次污染的問題。中國(guó)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?00910241334.7)公開了一種利用剩余活性污泥修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的方法，利用秸稈和污泥堆肥進(jìn)行土壤修復(fù)，但是該方法反應(yīng)周期較長(zhǎng)。

中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?01410327227.7)公開了一種微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)裝置及方法。微波(頻率2.45GHz)熱解污泥技術(shù)的研究近年來逐漸深入，是一種非常有效的資源化處理污泥的方法。微波熱解污泥不需要預(yù)先對(duì)污泥進(jìn)行干燥，可直接把污泥(約含80％水分)混合添加劑放入微波爐反應(yīng)器中熱解，大大減少了能量和時(shí)間消耗，且微波熱解污泥顯著減少固體質(zhì)量，為進(jìn)一步的處理提供方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種污泥微波氣化殘?jiān)邢蛐迯?fù)有機(jī)污染土壤的系統(tǒng)，將污泥處理和污染土壤治理有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)以廢治廢，降低治理成本。

一種污泥微波氣化殘?jiān)邢蛐迯?fù)有機(jī)污染土壤的系統(tǒng)，包括：

第一攪拌混合裝置，將活性炭或污泥炭與脫水污泥攪拌混合，得到污泥混合物；

氣化反應(yīng)器，將污泥混合物中的脫水污泥氣化和炭化，得到污泥炭和氣化氣；

第二攪拌混合裝置，將污泥炭和有機(jī)污染土壤混合，得到土壤混合物；

脫附反應(yīng)器，對(duì)土壤混合物進(jìn)行微波加熱，去除污染土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物；

篩分器，對(duì)經(jīng)微波加熱的土壤混合物進(jìn)行篩分，得到污泥炭和潔凈土壤，污泥炭部分返回第一攪拌混合裝置和第二攪拌混合裝置。

本發(fā)明系統(tǒng)中，氣化反應(yīng)器與脫附反應(yīng)器均為具有微波發(fā)生裝置的保溫反應(yīng)腔。脫水污泥在氣化反應(yīng)器中熱解炭化形成污泥炭，該污泥炭具有多孔結(jié)構(gòu)，在與有機(jī)污染土壤混合的過程中可有效促進(jìn)土壤中污染物的脫附，并吸附其中的有機(jī)物，在后續(xù)脫附反應(yīng)器的微波加熱過程中，污泥炭上吸附的有機(jī)物以氣體形式揮發(fā)，剩下的污泥炭重新返回到第一攪拌混合裝置和第二攪拌混合裝置參與污泥炭化和有機(jī)物吸附。

所述第一攪拌混合裝置設(shè)有兩個(gè)進(jìn)料口，分別與第一傳送帶和污泥倉(cāng)連接，所述第一傳送帶連接給料分配器，活性炭或污泥炭從給料分配器中經(jīng)第一傳送帶送入第一攪拌混合裝置。污泥倉(cāng)內(nèi)的污泥由螺桿泵驅(qū)動(dòng)向第一攪拌混合裝置中輸送。本發(fā)明可通過調(diào)整第一傳送帶和螺桿泵的運(yùn)行速率來控制給料量。

所述第二攪拌混合裝置同樣設(shè)有兩個(gè)進(jìn)料口，分別與第二傳送帶和氣化反應(yīng)器的出料口連接，所述第二傳送帶與污染土壤源連接，由于氣化反應(yīng)器產(chǎn)生的污泥炭量可控，本發(fā)明通過調(diào)整第二傳送帶的給料速率即可保證污染土壤與污泥炭的配料比。

所述給料分配器與篩分器連接，篩分器得到的污泥炭存入給料分配器中。給料分配器具有兩個(gè)出料口，其中一個(gè)連接第一傳送帶，向第一攪拌混合裝置中提供活性炭或污泥炭；另一個(gè)連接第二傳送帶，向第二攪拌混合裝置中補(bǔ)給污泥炭，兩個(gè)出料口分別按照設(shè)定的程序出料。

本發(fā)明系統(tǒng)在運(yùn)行初始，需向給料分配器中投加少量活性炭，當(dāng)篩分器分離出的污泥炭能夠滿足第一攪拌混合裝置內(nèi)設(shè)定的質(zhì)量比之后，即可停止活性炭投料。

所述氣化反應(yīng)器和脫附反應(yīng)器內(nèi)均設(shè)有輸送帶，在輸送帶前端上方設(shè)有進(jìn)料斗，在輸送帶后端下方設(shè)有出料口，所述進(jìn)料斗底部具有開關(guān)閥門。

所述進(jìn)料斗的進(jìn)口連通位于其上方的攪拌混合裝置的出料口，當(dāng)攪拌混合裝置內(nèi)的污泥混合物或土壤混合物按質(zhì)量比混合均勻之后，進(jìn)料斗底部的開關(guān)閥門開啟，混合物料進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，運(yùn)行微波發(fā)生裝置進(jìn)行微波加熱處理。

為了保證微波有效穿透進(jìn)混合物料內(nèi)部，物料需均勻堆放并厚度不宜過大。作為優(yōu)選，距離輸送帶上方8-15cm設(shè)有對(duì)輸送的物料進(jìn)行定型的刮板。混合物料從進(jìn)料斗落入輸送帶前端，隨著輸送帶傳動(dòng)，刮板推開物料堆使其按照設(shè)定的厚度均勻分散在輸送帶上，然后經(jīng)過微波輻照，物料均勻升溫并達(dá)到充分反應(yīng)。

處理得到的固體產(chǎn)物經(jīng)出料口排出進(jìn)入下一道工序。脫附反應(yīng)器的出料口連接水冷卻螺旋輸送器，經(jīng)微波處理的土壤混合物在輸送過程中得到冷卻，并進(jìn)入篩分器，利用物質(zhì)之間的密度差異進(jìn)行振動(dòng)篩分。所述篩分器具有上部的輕質(zhì)出口和下部的重質(zhì)出口，分離得到的污泥炭從輕質(zhì)出口排出，修復(fù)后的潔凈土壤從重質(zhì)出口排出。

本發(fā)明系統(tǒng)中產(chǎn)生的氣化氣和揮發(fā)性有機(jī)物如果直接排向大氣，無疑增加了大氣污染，因此，本發(fā)明在系統(tǒng)中增設(shè)廢氣處理裝置。作為優(yōu)選，所述系統(tǒng)包括與氣化反應(yīng)器的出氣口連接的冷凝器，冷凝器的液相出口連接儲(chǔ)液罐。

所述冷凝器為水冷式冷凝器。微波加熱污泥產(chǎn)生的氣化氣經(jīng)管路進(jìn)入冷凝器，分相后得到的液體從下端的液相出口流入儲(chǔ)液罐，不凝的氣體從上端的出氣口排出。

為減少氣化氣的不凝氣體和脫附出的揮發(fā)性有機(jī)物中的有害成分，可以進(jìn)一步地進(jìn)行燃燒反應(yīng)。作為優(yōu)選，所述系統(tǒng)包括與冷凝器的出氣口連接的燃燒器，所述脫附反應(yīng)器的出氣口同樣連接燃燒器。

冷凝器的出氣口通過管路和氣化氣引風(fēng)機(jī)連接燃燒器，不凝氣體作為燃料；脫附反應(yīng)器的出氣口通過管路和脫附氣引風(fēng)口連接燃燒器，揮發(fā)性有機(jī)物作為給風(fēng)。兩者在燃燒器中發(fā)生燃燒反應(yīng)產(chǎn)生高溫的煙氣。

為達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)煙氣進(jìn)一步凈化。作為優(yōu)選，所述系統(tǒng)還包括通過氣體分配閥門連接燃燒器的洗滌塔，所述氣體分配閥門具有兩個(gè)出氣口，其中一個(gè)出氣口連接洗滌塔，另一出氣口連接脫附反應(yīng)器的進(jìn)氣口。

經(jīng)氣體分配閥門分流后，部分熱煙氣通過管路通入脫附反應(yīng)器作為吹掃氣體，以提高脫附反應(yīng)器的反應(yīng)溫度，并帶走脫附反應(yīng)釋放的揮發(fā)性有機(jī)物，其余的煙氣通過管路進(jìn)入洗滌塔，洗滌塔上部裝有洗滌液霧化噴頭，對(duì)煙氣進(jìn)行噴灑，洗滌液的霧化液滴同煙氣中的污染物反應(yīng)，使煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)和煙囪排出。

本發(fā)明還提供了一種污泥微波氣化殘?jiān)邢蛐迯?fù)有機(jī)污染土壤的方法，包括以下步驟：

(1)將活性炭或污泥炭與脫水污泥攪拌混合，得到污泥混合物；

(2)對(duì)污泥混合物進(jìn)行微波加熱，得到污泥炭和氣化氣；

(3)將污泥炭和有機(jī)污染土壤混合，得到土壤混合物；

(4)對(duì)土壤混合物進(jìn)行微波加熱，去除污染土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物；

(5)對(duì)經(jīng)微波加熱的土壤混合物進(jìn)行篩分，得到污泥炭和潔凈土壤，污泥炭部分返回到步驟(1)和步驟(3)中。

所述脫水污泥的含水率約為80％，在活性炭或污泥炭的輔助下，脫水污泥經(jīng)微波輻照迅速升溫發(fā)生氣化和炭化，得到具有多孔結(jié)構(gòu)的污泥炭。相比其他加熱方式，本發(fā)明產(chǎn)生的污泥炭孔徑更為均勻，更有利于吸附有機(jī)物。在吸附有機(jī)物之后，本發(fā)明再次使用微波加熱的方法，有機(jī)物以氣體揮發(fā)的方式從污泥炭表面脫附，該污泥炭又可以重新進(jìn)入工藝流程循環(huán)利用。

本發(fā)明方法中，污染土壤中的有機(jī)物受到加熱析出，污泥炭對(duì)有機(jī)物的吸附加快了這一析出過程，因而有機(jī)物的去除率更高，治理效果更好。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，所述活性炭或污泥炭與脫水污泥以質(zhì)量比1:4～10進(jìn)行混合，以達(dá)到微波加熱效果。更為優(yōu)選，所述活性炭或污泥炭與脫水污泥以質(zhì)量比1:5進(jìn)行混合。

作為優(yōu)選，步驟(3)中，所述污泥炭與有機(jī)污染土壤以質(zhì)量比1:1～4進(jìn)行混合，以達(dá)到脫附及微波加熱效果。更為優(yōu)選，所述污泥炭與有機(jī)污染土壤以質(zhì)量比1:4進(jìn)行混合。

步驟(1)和步驟(3)中，為了達(dá)到均勻混合的效果，混合時(shí)間≥10min。

作為優(yōu)選，步驟(2)和(4)中，微波加熱時(shí)，污泥混合物和土壤混合物的厚度均為8～15cm。以保證微波(波長(zhǎng)12cm)穿透加熱效果。微波處理的時(shí)間20～40min。更為優(yōu)選，混合物的厚度為10cm，微波加熱時(shí)間為30min。

所述微波的功率為600～1000W，以使反應(yīng)腔的微波輻射強(qiáng)度能夠使物料達(dá)到反應(yīng)所需溫度。作為微波，微波的功率為800W。

步驟(4)中，當(dāng)溫度上升到300℃左右，有機(jī)物開始析出。

作為優(yōu)選，所述方法還包括廢氣處理，氣化氣和揮發(fā)性有機(jī)物在≥850℃的條件下進(jìn)行燃燒反應(yīng)，燃燒產(chǎn)生的熱煙氣部分作為步驟(4)中的吹掃氣體，其余煙氣凈化處理后排放。

本發(fā)明具備的有益效果：

(1)本發(fā)明方法中微波加熱利用電磁波直接作用于污泥，升溫速度快、加熱均勻，實(shí)現(xiàn)污泥減容減量，而且形成的污泥炭孔徑均勻，比其他加熱方式產(chǎn)生的污泥炭更適合于污染物的吸附。

(2)本發(fā)明利用污泥炭多孔隙吸附和吸收微波助加熱的特點(diǎn)，將污泥處理和有機(jī)污染土壤治理相結(jié)合，達(dá)到以廢治廢的目的，污泥炭在脫吸附后可以循環(huán)利用，本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后無需添加其他添加劑，降低成本。

(3)本發(fā)明采用的微波加熱為非接觸加熱，可穿透土壤直接加熱內(nèi)部，升溫快、加熱均勻，使土壤中的污染物析出更徹底。

(4)本發(fā)明在篩分時(shí)少量未篩除的污泥細(xì)顆?；旌系叫迯?fù)后的土壤中，可以增加土壤的氮磷含量，提高其農(nóng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明污泥微波氣化殘?jiān)邢蛐迯?fù)有機(jī)污染土壤系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明對(duì)進(jìn)一步說明，但實(shí)施方式不限于此。

如圖1所示，本發(fā)明的污泥微波氣化殘?jiān)邢蛐迯?fù)有機(jī)污染土壤系統(tǒng)，包括：第一攪拌混合裝置4、氣化反應(yīng)器5、第二攪拌混合裝置7、脫附反應(yīng)器8、篩分器10和廢氣處理裝置。

第一攪拌混合裝置4設(shè)有兩個(gè)進(jìn)料口，分別與第一傳送帶2和污泥倉(cāng)3連接，第一傳送帶2連接給料分配器1，活性炭或污泥炭從給料分配器1中經(jīng)第一傳送帶2送入第一攪拌混合裝置4。污泥倉(cāng)3內(nèi)的污泥由螺桿泵驅(qū)動(dòng)向第一攪拌混合裝置4中輸送。本發(fā)明可通過調(diào)整第一傳送帶2和螺桿泵的運(yùn)行速率來控制給料量，活性炭或污泥炭與污泥以設(shè)定的質(zhì)量比在第一攪拌混合裝置4內(nèi)攪拌混合，得到污泥混合物。

氣化反應(yīng)器5為具有微波發(fā)生裝置的保溫反應(yīng)腔，內(nèi)部設(shè)有輸送帶，在輸送帶前端上方設(shè)有進(jìn)料斗，在輸送帶后端下方設(shè)有出料口，所述進(jìn)料斗底部具有開關(guān)閥門，進(jìn)料斗開口連通第一攪拌混合裝置4的出料口。距離輸送帶10cm的上方設(shè)有對(duì)輸送的污泥混合物進(jìn)行定型的刮板(圖中未標(biāo)示)。當(dāng)進(jìn)料斗開關(guān)閥門打開，污泥混合物從進(jìn)料斗落入輸送帶前端，隨著輸送帶傳動(dòng)，刮板推開物料堆使其分散在輸送帶，然后微波輻照，物料均勻受熱，污泥混合物中的污泥依次經(jīng)歷脫水、氣化，得到污泥炭和氣化氣。

第二攪拌混合裝置7同樣設(shè)有兩個(gè)進(jìn)料口，分別與第二傳送帶6和氣化反應(yīng)器5的出料口連接，第二傳送帶6與污染土壤源連接，由于氣化反應(yīng)器產(chǎn)生的污泥炭量可控，本發(fā)明通過調(diào)整第二傳送帶6的給料速率即可保證污染土壤與污泥炭的配料比，污泥炭和有機(jī)污染土壤在第二攪拌混合裝置7混合，得到土壤混合物。

脫附反應(yīng)器8的結(jié)構(gòu)同氣化反應(yīng)器，其進(jìn)料口連通第二攪拌混合裝置的出料口，土壤混合物從進(jìn)料口進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)，開啟微波裝置，去除污染土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物。脫附反應(yīng)器的出料口連接水冷卻螺旋輸送器9，經(jīng)微波加熱后的土壤混合物進(jìn)入水冷卻螺旋輸送器9，輸送過程中進(jìn)行冷卻。

篩分器10與水冷卻螺旋輸送器9的出口連接，冷卻后的土壤混合物落入篩分器10內(nèi)，利用物質(zhì)之間的密度差異進(jìn)行振動(dòng)篩分。篩分器10具有上部的輕質(zhì)出口和下部的重質(zhì)出口，分離到的污泥炭從輕質(zhì)出口排出，修復(fù)后的潔凈土壤從重質(zhì)出口排出。

篩分器10的輕質(zhì)出口與給料分配器1連接，分離得到的污泥炭存入給料分配器1中。給料分配器1具有兩個(gè)出料口，其中一個(gè)連接第一傳送帶2，向第一攪拌混合裝置4中提供活性炭或污泥炭；另一個(gè)連接第二傳送帶6，向第二攪拌混合裝置7中補(bǔ)給污泥炭，兩個(gè)出料口分別按照設(shè)定的程序出料。

廢氣處理裝置包括與氣化反應(yīng)器5的出氣口連接的水冷式冷凝器12，水冷式冷凝器12的液相出口連接儲(chǔ)液罐14，污泥產(chǎn)生的氣化氣經(jīng)管路進(jìn)入水冷式冷凝器12，分相后得到的液體從下端的液相出口流入儲(chǔ)液罐14，不凝的氣體從上端的出氣口排出。

水冷式冷凝器12的出氣口通過管路和氣化氣引風(fēng)機(jī)13連接燃燒器15，脫附反應(yīng)器8的出氣口通過管路和脫附氣引風(fēng)機(jī)11連接燃燒器15，水冷式冷凝器12中排出的不凝氣體作為燃料，脫附反應(yīng)器8產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物作為給風(fēng)，兩者在燃燒器15內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)產(chǎn)生高溫的煙氣。

廢氣處理裝置還包括通過氣體分配閥門16連接燃燒器15的洗滌塔17，氣體分配閥門16具有兩個(gè)出氣口，其中一個(gè)出氣口連接洗滌塔17，另一出氣口連接脫附反應(yīng)器8的進(jìn)氣口。

經(jīng)氣體分配閥門分流后，部分煙氣通過管路通入脫附反應(yīng)器作為吹掃氣體，其余的煙氣通過管路進(jìn)入洗滌塔17，使煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)18和煙囪19排出。

上述系統(tǒng)的工作原理為：脫水污泥在氣化反應(yīng)器中熱解炭化形成污泥炭，該污泥炭具有多孔結(jié)構(gòu)，在與有機(jī)污染土壤混合的過程中可有效促進(jìn)土壤中污染物的脫附，并吸附其中的有機(jī)物，在后續(xù)脫附反應(yīng)器的微波加熱過程中，污泥炭上吸附的有機(jī)物以氣體形式揮發(fā)，剩下的污泥炭重新返回到第一攪拌混合裝置和第二攪拌混合裝置參與污泥炭化和有機(jī)物吸附。

實(shí)施例1

1、利用上述的污泥微波氣化殘?jiān)邢蛐迯?fù)有機(jī)污染土壤系統(tǒng)對(duì)有機(jī)污染土壤進(jìn)行修復(fù)。

(1)將活性炭或污泥炭與脫水污泥以1:5的質(zhì)量比進(jìn)行攪拌混合10min，得到污泥混合物；

(2)將污泥混合物在功率為800W的微波條件下輻照30min，得到污泥炭和氣化氣；

(3)將污泥炭和有機(jī)污染土壤以1:4的質(zhì)量比進(jìn)行攪拌混合10min，得到土壤混合物；

(4)將土壤混合物在功率為800W的微波條件下輻照30min，去除污染土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物；

(5)對(duì)經(jīng)微波加熱的土壤混合物進(jìn)行篩分，得到污泥炭和潔凈土壤，污泥炭部分返回到步驟(1)和步驟(3)中。

(6)步驟(2)中產(chǎn)生的氣化氣和步驟(4)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物在850℃條件下進(jìn)行燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，一部分通入步驟(4)中作為吹掃氣體，其余部分凈化處理排向大氣。

2、以甲苯作為代表污染物，比較本實(shí)施例得到的污泥炭與其他活性炭之間的吸附性能，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，本實(shí)施例利用微波加熱制得的污泥炭吸附特性大大優(yōu)于電加熱方法制得的污泥炭，與商品化的活性炭的吸附性能相近。本實(shí)施例將廢物再利用能夠有效節(jié)省治理成本，更具經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值。

表1