三相分离装置、挥发性污染土壤热脱附处理工艺及系统

摘要

本发明公开了一种三相分离装置、挥发性污染土壤热脱附处理工艺及系统，所述三相分离装置通过本体内部分成的两个以上分离舱，利用挡水板将相邻分离舱隔离，使得分离过程中污泥为逐步重力分离，同时利用在分离舱底部设置的泥斗将DNAPL和泥浆汇集并去除，在液面上部设置的溢流装置可以搜集分离出的LNAPL，通过LNAPL出口排出，而分离后的液体通过污水出水口排出进行下一个阶段的处理。在挥发性污染土壤热脱附处理工艺及系统中利用热脱附手段将挥发出的混合气体进行换热冷却后形成液体进入三相分离装置后进行分离，然后分离得到的污水再通过污水处理系统进行进一步处理至达标排放。

权利要求

1.一种三相分离装置，其特征在于，包括装置本体（1），装置本体（1）内部空间并列分为两个以上分离舱（2），所述装置本体（1）内部的上面设置有溢流装置（3），相邻分离舱之间设置有挡水板（4），所述挡水板（4）的设置方式采用朝上设置于装置本体（1）内部的底面或朝下设置于溢流装置（3）底面上两种方式中的一种或两种，且设置于装置本体（1）内部的底面的挡水板（4）的顶端低于溢流装置（3）的底面；所述装置本体（1）的一侧设置有进水管（5）；

另一侧在高于溢流装置（3）的装置本体（1）的侧壁上设置有LNAPL出口（6），溢流装置（3）下方的装置本体（1）的侧壁上设置有污水出水口（7），各分离舱（2）底部均设置有泥斗（8）。

2.根据权利要求1所述的三相分离装置，其特征在于，所述装置本体（1）底部设置有底座（9）。

3.根据权利要求1所述的三相分离装置，其特征在于，所述装置本体（1）内部设置有液位计（10）。

4.根据权利要求1所述的三相分离装置，其特征在于，所述装置本体（1）顶端设置有检修口（11）。

5.一种挥发性污染土壤热脱附处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将待处理的污染土壤通过进料设备投入热脱附设备中进行热脱附处理；

步骤2，经热脱附处理后的热脱附尾气采用间接换热的方式冷却得到降温后冷却下来的混合液体和另一部分气体，将所述气体净化处理；

步骤3，将步骤2中降温后冷却下来的混合液体送入权利要求1所述的三相分离装置进行分离，分离得到的LNAPL通过LNAPL出口输出并进行收集，分离得到的DNAPL和其他固体物质通过泥斗出口输出并进行收集，分离得到的污水通过污水出水口输出进行进一步净化处理。

6.根据权利要求5所述的处理工艺，其特征在于，步骤3中通过污水出水口输出的污水通过过滤处理、吹脱处理、氧化处理和吸附处理后达标排放。

7.一种挥发性污染土壤热脱附处理系统，其特征在于，包括进料单元（21）、热脱附单元（22）、尾气处理单元（23）和污水处理单元（24）；其中所述进料单元（21）包括输送机（211）；

所述热脱附单元（22）包括热脱附设备（221）；所述尾气处理单元（23）包括除尘器（231），所述除尘器（231）连接换热器（232）；所述污水处理单元（24）包括权利要求1所述的三相分离装置（241）以及所述三相分离装置（241）连接的污水处理系统；所述输送机（211）的输出端连接至热脱附设备（221）的输入端，所述热脱附设备（221）的尾气出口连接除尘器（231），所述换热器（232）的换热介质出口连接三相分离装置（241）的进水管。

8.根据权利要求7所述的热脱附处理系统，其特征在于，所述换热器（232）的换热气体出口与活性炭吸附罐（233）连接，所述活性炭吸附罐（233）的气体出口与引风机（234）连接。

9.根据权利要求7所述的热脱附处理系统，其特征在于，所述污水处理系统包括絮凝沉淀罐（242）、石英砂过滤罐（243）、吹脱装置（244）和氧化塔（245），所述三相分离装置（241）的污水出水口与絮凝沉淀罐（242）连接，所述絮凝沉淀罐（242）与石英砂过滤罐（243）连接，所述石英砂过滤罐（243）与吹脱装置（244）连接，所述吹脱装置（244）与氧化塔（245）连接。

10.根据权利要求7所述的热脱附处理系统，其特征在于，还包括出料单元（25），所述出料单元（25）包括输送器（251），所述输送器（251）与所述热脱附设备（221）的物料出口连接。

说明书

三相分离装置、挥发性污染土壤热脱附处理工艺及系统

技术领域

[0001] 本发明是针对挥发性不含氯有机污染土壤/汞污染土壤/油泥热脱附处理工艺，属于污染土壤修复领域。

背景技术

[0002] 随着城市化进程的加速，许多原本位于城区的污染企业从城市中心迁出，与此同时，随着工业企业的搬迁或停产、倒闭，遗留了大量、多种多样、复杂的污染场地。

[0003] 我国污染场地中主要污染物有重金属(如铬、镉、汞、砷、铅、铜、锌、镍等)、农药(如滴滴涕、六六六、三氯杀螨醇等)、石油烃、持久性有机污染物(如多氯联苯、灭蚁灵、多环芳烃等)、挥发性或溶剂类有机污染物(如三氯乙烯、二氯乙烷、四氯化碳、苯系物等)、半挥发性有机污染物、有机一金属类污染物(如有机砷、有机锡、代森锰锌)等，有的场地还存在酸污染或碱污染，大部分场地处于复合、混合污染状态。

[0004] 针对石油烃、挥发性不含氯有机污染物、汞污染土壤、油泥，热脱附技术是修复时间最短，修复效果最彻底的修复技术。

[0005] 目前，国内外已有回转窑、间接热螺旋、输送带式加热炉等形式的热脱附设备用于不含氯半挥发性有机污染土壤/汞污染土壤/油泥的热脱附处理，可有效去除污染土壤中的目标污染物。上述类型的设备存在能耗大、耗材使用量大、危废处置量大等诸多问题。同时，对于热脱附过程中产生目标污染物未考虑回收再利用的问题。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供三相分离装置、挥发性污染土壤热脱附处理工艺及系统，在有效去除汞污染土壤中目标污染物或回收燃料油的同时，使目标污染物或汞在三相分离器内聚集后具备回收的可能性，并实现尾气和污水的达标排放。此外，设备具备可移动性，可完成不同污染场地的土壤修复工程。

[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现：

[0008] 本发明公开了一种三相分离装置，包括装置本体，装置本体内部空间并列分为两个以上分离舱，所述装置本体内部的上面设置有溢流装置，相邻分离舱之间设置有挡水板，所述挡水板的设置方式采用朝上设置于装置本体内部的底面或朝下设置于溢流装置底面上两种方式中的一种或两种，且设置于装置本体内部的底面的挡水板的顶端低于溢流装置的底面；所述装置本体的一侧设置有进水管；另一侧在高于溢流装置的装置本体的侧壁上设置有LNAPL出口，溢流装置下方的装置本体的侧壁上设置有污水出水口，各分离舱底部均设置有泥斗。

[0009] 进一步地，所述装置本体底部设置有底座。

[0010] 进一步地，所述装置本体内部设置有液位计。

[0011] 进一步地，所述装置本体顶端设置有检修口。

[0012] 本发明又公开了一种挥发性污染土壤热脱附处理工艺，包括以下步骤：

[0013] 步骤1，将待处理的污染土壤通过进料设备投入热脱附设备中进行热脱附处理；

[0014] 步骤2，经热脱附处理后的热脱附尾气采用间接换热的方式冷却得到降温后冷却下来的混合液体和另一部分气体，将所述气体净化处理；

[0015] 步骤3，将步骤2中降温后冷却下来的混合液体送入权利要求1所述的三相分离装置进行分离，分离得到的LNAPL通过LNAPL出口输出并进行收集，分离得到的DNAPL和其他固体物质通过泥斗出口输出并进行收集，分离得到的污水通过污水出水口输出进行进一步净化处理。

[0016] 进一步地，步骤3中通过污水出水口输出的污水通过过滤处理、吹脱处理、氧化处理和吸附处理后达标排放。

[0017] 本发明又公开了一种挥发性污染土壤热脱附处理系统，包括进料单元、热脱附单元、尾气处理单元和污水处理单元；其中所述进料单元包括输送机；所述热脱附单元包括热脱附设备；所述尾气处理单元包括除尘器，所述除尘器连接换热器；所述污水处理单元包括所述的三相分离装置以及所述三相分离装置连接的污水处理系统；所述输送机的输出端连接至热脱附设备的输入端，所述热脱附设备的尾气出口连接除尘器，所述换热器的换热介质出口连接三相分离装置的进水管。

[0018] 进一步地，所述换热器为间接换热器。

[0019] 进一步地，所述换热器的换热气体出口与活性炭吸附罐连接，所述活性炭吸附罐的气体出口与引风机连接。

[0020] 进一步地，所述污水处理系统包括絮凝沉淀罐、石英砂过滤罐、吹脱装置和氧化塔，所述三相分离装置的污水出水口与絮凝沉淀罐连接，所述絮凝沉淀罐与石英砂过滤罐连接，所述石英砂过滤罐与吹脱装置连接，所述吹脱装置与氧化塔连接。

[0021] 进一步的，所述进料单元还包括料仓、带连续称重计量功能的皮带秤，同时输送机为皮带输送机，料仓的出口端连接所述皮带输送机，所述皮带秤设置于所述皮带输送机上，可实现污染土壤连续均匀进入热脱附室。

[0022] 进一步的，所述热脱附设备，还包括燃烧器、燃烧室和热螺旋输送器。燃烧器产生的火焰加热燃烧室和热螺旋输送器，热量通过热脱附设备主体的外壁间接传递至污染土壤。污染土壤在热脱附主体设备的停留时间为20～30 min，运行温度为500～650℃，可保证目标污染物从污染土壤中挥发、脱附出来。

[0023] 进一步的，所述挥发性污染土壤热脱附处理系统，还包括出料单元，所述出料单元包括输送器，所述输送器与所述热脱附设备的物料出口连接。

[0024] 更进一步的，所述出料单元还包括土壤加湿装置，所述土壤加湿装置设置于输送器旁边对出料后的高温土壤进行冷却和防止扬尘。更优的，所述输送器为螺旋输送器。

[0025] 更进一步的，所述尾气处理单元的除尘器为高温旋风除尘器。

[0026] 更进一步的，所述的间接换热器，布设方式为竖直布设，换热方式为管壳式换热，换热器内部可设置超声波除灰装置，避免高温尾气中的水和灰尘在冷却过程中形成泥浆，粘黏在换热器列管上，从而影响换热效率；换热器底部设置有集灰斗和空心轴式螺旋输送器，可把收集的灰尘输送至指定位置，与潮湿的污染土壤混合后再次热脱附。

[0027] 更进一步的，所述污水处理单元，包括依次相互连接的三相分离装置、絮凝沉淀装置、石英砂过滤器、吹脱装置、氧化塔、活性炭吸附装置。所述氧化塔设置有臭氧+双氧水协同氧化装置，由于半挥发性不含氯有机物、单质汞、石油类物质在水中的溶解度非常小，在脱附尾气的冷却过程中，这些目标污染物除一少部分溶解在冷凝水中，大部分以LNAPL、DNAPL或单质的形式存在。这些目标污染物在三相分离器内经过一定时间重力沉淀后自然分层，LNAPL通过溢流装置汇集到溢流装置的底部，随着热脱附设备的连续运行，LNAPL的厚度逐渐增加，当积累到一定量（热脱附设备运行2‑3个月）后，通过三相分离器上部的LNAPL排放管排出，送溶剂回收公司提纯后进入循环经济产业圈。下部的DNAPL与泥浆在重力作用下聚集在三相分离器底部的收泥斗内，在污泥泵的抽送作用下，定期排放到DNAPL收集罐内，之后再深度处理。中间的经过重力分离的相对澄清的液体输送至絮凝沉淀装置进行重金属的去除和絮凝沉淀作业，之后再输送至石英砂过滤装置以去除污水中的较大颗粒后进入吹脱装置以去除污水中的VOCs和部分氨氮，再进入氧化塔协同氧化以破坏污水中的有机物，最后再经过活性炭吸附后纳管排放。

[0028] 由于污水经过三相分离器的重力沉淀分离后，且污水未在热脱附系统内循环使用，因此进入后续污水处理设备的目标污染物的量大大降低，这也大大降低了污水处理的成本，保证了热脱附系统的连续稳定运行能力。

[0029] 进一步的，所述挥发性污染土壤热脱附处理系统，还包括控制单元，所述控制单元包括电源、电缆线路连接、温度多点在线监测与温度自动反馈控制、压力多点在线监测与温度自动反馈控制、系统自动启动及停机、系统故障自动检测及故障信号反馈、故障排除后的系统自动恢复等。通过监测与控制热脱附过程的运行温度，并通过监测系统内气压使其维持在微负压状态，保证系统的正常运行。

[0030] 进一步的，所述挥发性污染土壤热脱附处理系统，可以将所述热脱附单元、尾气处理单元、污水处理单元分别集成在与标准集装箱尺寸相同的钢结构框架内，以确保这些设备整体吊装后具备迅速转场及减少安装工作量的目的。

[0031] 所述热脱附单元产生的脱附尾气经高温旋风除尘去除70%左右的灰尘后，进入间接换热器将200℃～350℃的脱附尾气冷却至40‑50℃，最后采用活性炭吸附，保证尾气达标排放。采用在高温的条件下完成除尘的方法，可避免目标污染物冷凝并吸附聚集在旋风除尘器去除中的固体颗粒上，便于尾气的后续处理和目标污染物的回收。

[0032] 由于这些目标污染物在冷却后的尾气中含量很低，因此活性炭作为耗材的使用寿命大大增加，也能确保冷却后的尾气经过活性炭吸附后达标排放或输送至燃烧器火焰处的不凝气的量大大减少，再经过燃烧器火焰处的高温焚烧无害化处理，可确保燃烧室热空气排烟的达标排放。

[0033] 本发明提供的挥发性污染土壤热脱附处理系统中，尾气处理单元和污水处理单元采用逐级减负的设计理念，以确保单元内各个零部件的处理规模小型化以适应设备拆装运输及转场的需求及确保尾气处理单元和污水处理单元的连续平稳运行能力。

[0034] 本发明提供的挥发性污染土壤热脱附处理系统，尾气经过间接换热器降温后，尾气中的目标污染物和剩余灰尘与冷却水自然混合在一起进入污水处理系统，确保了经过尾气处理单元处理后的尾气中目标污染物和粉尘量的达标排放，节省了动设备的使用量，也节约了运行成本，符合绿色修复的理念。

[0035] 本发明提供的挥发性污染土壤热脱附处理系统，污水在进入三相分离器后，在重力的长时间自然分离作用下达到LNAPL、DNAPL自然分层的目的，减少了使用因动设备分离所带来的成本及安全性增加、因动设备故障带来的设备停机维修的风险，也减少了后期污水处理的负荷。

[0036] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0037] (1) 本发明提供的三相分离装置，可实现LNAPL、DNAPL、石油类物质、汞的回收，为将这些目标污染物形成的危废转变资源化利用提供可能，实现绿色修复的目的；

[0038] (2)本发明提供的挥发性污染土壤热脱附处理系统采用除尘器和竖直布设的大通道间接换热器对高温尾气进行除尘和冷却，确保目标污染物以纯物质的形式进入到三相分离器内，减少了后续尾气处理和污水处理的负荷；

[0039] (3)相比生产这些目标污染物，通过本发明将这些目标污染物提纯出来，社会资源的使用量更少，所产生的效益非常明显。

[0040] (4)本发明提供的挥发性污染土壤热脱附处理工艺所能处理的污染土壤类型更广，工艺和设备的适应性比市场上同类产品更强。

附图说明

[0041] 图1为实施例1中所述的三相分离装置示意图；

[0042] 图2为实施例2中所述的挥发性污染土壤热脱附处理系统示意图；

[0043] 图3为实施例2所述的增加了控制单元的挥发性污染土壤热脱附处理系统示意图；

[0044] 以上图1‑3中，1为装置本体，2为分离舱，3为溢流装置，4为挡水板，5为进水管，6为LNAPL出口，7为污水出水口，8为泥斗，9为底座，10为液位计，11为检修口，21为进料单元，22为热脱附单元，23为尾气处理单元，24为污水处理单元，25为出料单元，26为控制单元，211为输送机，212为料仓，213为皮带秤，221为热脱附设备，231为除尘器，232为换热器，233为活性炭吸附罐，234为引风机，241为三相分离装置，242为絮凝沉淀罐，243为石英砂过滤罐，244为吹脱装置，245为氧化塔，246为活性炭吸附装置，251为输送器。

具体实施方式

[0045] 为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同或结构相似但功能相同的部分。

[0046] 实施例1

[0047] 本实施例提供了一种三相分离装置，如图1所示，包括装置本体1，装置本体1内部空间并列分为两个以上分离舱2，所述装置本体1内部的上面设置有溢流装置3；相邻分离舱之间设置有挡水板4，所述挡水板4的设置方式采用朝上设置于装置本体1内部的底面或朝下设置于溢流装置3底面上，且设置于装置本体1内部的底面的挡水板4的顶端低于溢流装置3的底面，通过挡水板4将分离舱相互隔开，所述装置本体1的一侧设置有进水管5；另一侧在高于溢流装置3的装置本体1的侧壁上设置有LNAPL出口6，溢流装置3下方的装置本体1的侧壁上设置有污水出水口7，各分离舱2底部均设置有泥斗8；在装置本体1底部设置有底座9，装置本体1内部设置有液位计10，装置本体1顶端设置有检修口11。

[0048] 本实施例提供的三相分离装置，在第一个分离舱底部与进水管之间通过挡水板设置出初步的收泥池，污水进入三相分离装置后，首先进入三相分离装置底部的收泥池内以确保污水中的污泥不在三相分离装置内大面积的扩散；之后污水在第一个分离舱内进行初步重力分离，分离出的LNAPL通过设置在液面上部的溢流装置进行初步收集，DNAPL和泥浆下沉到底部的沉泥斗内进行汇集；为确保污水液位上升导致污水进入溢流装置，在第一分离舱内设置有液位计，可观察液位并提供高液位报警信号；经过初步分离的污水通过挡水板进入第二分离舱内进行重力分离，LNAPL、DNAPL和泥浆分别从污水中向上、向下分离并汇集；经过再次分离后的的污水通过挡水板进入第三分离舱内进行重力分离，进一步减少污水中的LNAPL、DNAPL和泥浆及增加LNAPL、DNAPL和泥浆的汇集量。经过多个分离舱的重力分离，污水出水口的LNAPL、DNAPL含量大大降低，大大减少了后续的污水处理设备的处理负荷（污染土壤中的有机物含量越高，LNAPL、DNAPL在水中的溶解度越低，处理负荷降低越明显），也减少了污水处理单元的运行成本，增加了整套系统平稳运行的能力。因为三相分离装置的工作原理属于长时间的重力自然分离，且收集的LNAPL、DNAPL可作为循环经济的原料使用，因此符合绿色修复的理念。

[0049] 实施例2

[0050] 本实施例提供了一种挥发性污染土壤热脱附处理系统，如图2所示，包括进料单元21、热脱附单元22、尾气处理单元23和污水处理单元24；其中所述进料单元21包括输送机
211；所述热脱附单元22包括热脱附设备221；所述尾气处理单元23包括除尘器231，所述除尘器231连接换热器232；所述污水处理单元24包括实施例1所述的三相分离装置241以及所述三相分离装置241连接的污水处理系统；所述输送机211的输出端连接至热脱附设备221的输入端，所述热脱附设备221的尾气出口连接除尘器231，所述换热器232的换热介质出口连接三相分离装置241的进水管。

[0051] 所述换热器232采用间接换热器。

[0052] 所述换热器232的换热气体出口与活性炭吸附罐233连接，所述活性炭吸附罐233的气体出口与引风机234连接。

[0053] 所述污水处理系统包括絮凝沉淀罐242、石英砂过滤罐243、吹脱装置244和氧化塔245，所述三相分离装置241的污水出水口与絮凝沉淀罐242连接，所述絮凝沉淀罐242与石英砂过滤罐243连接，所述石英砂过滤罐243与吹脱装置244连接，所述吹脱装置244与氧化塔245连接；进一步地，氧化塔245与活性炭吸附装置246连接。

[0054] 进一步地，所述进料单元还包括料仓212、带连续称重计量功能的皮带秤213，输送机211为皮带输送机，料仓212的出口端连接所述皮带输送机，所述皮带秤213设置于所述皮带输送机上。

[0055] 进一步地，所述热脱附设备，还包括燃烧器、燃烧室和热螺旋输送器。燃烧器产生的火焰加热燃烧室和热螺旋输送器。

[0056] 进一步地，所述发性污染土壤热脱附处理系统，还包括出料单元25，所述出料单元25包括输送器251，所述输送器251与所述热脱附设备221的物料出口连接，所述输送器251为螺旋输送器，螺旋输送器旁边设置土壤加湿装置，可以对螺旋输送器的物料进行加湿。

[0057] 进一步的，所述的间接换热器，布设方式为竖直布设，换热方式为管壳式换热，换热器内部设置超声波除灰装置，避免高温尾气中的水和灰尘在冷却过程中形成泥浆，粘黏在换热器列管上，从而影响换热效率；换热器底部设置有集灰斗和空心轴式螺旋输送器，可把收集的灰尘输送至指定位置，与潮湿的污染土壤混合后再次热脱附。

[0058] 进一步地，如图3所示，还包括控制单元26，所述控制单元26分别与所述进料单元21、热脱附单元22、、尾气处理单元23、污水处理单元24和出料单元25连接，控制各单元的运行。

[0059] 以上挥发性污染土壤热脱附处理系统进行的处理工艺，首先将待处理的污染土壤通过进料单元投入热脱附设备中进行热脱附处理，经热脱附处理后的热脱附尾气采用间接换热的方式冷却得到降温后冷却下来的混合液体和另一部分气体，将所述气体净化处理，具体过程如下：

[0060] 步骤1，污染土壤的进料：预处理后的污染土壤经进料单元的皮带输送机进入热脱附单元；

[0061] 步骤2，污染土壤的热脱附处理：污染土壤在热脱附设备的热螺旋输送器的作用下在热脱附设备中进行热脱附，污染土壤在热脱附主体设备的停留时间为20～30min，土壤在热螺旋输送器内的填充率不高于10%；利用热脱附设备的燃烧器加热燃烧室和热螺旋输送器，热量通过热螺旋输送器和热脱附设备主体的外壁间接传递至污染土壤。待污染土壤的温度升高至500～650℃后，含汞污染物将挥发并从土壤中分离出来。另外，热螺旋输送器可设置有钢制抄板和耐高温金属搅拌链条，可充分混合搅拌污染土壤，使土壤受热均匀，同时加强传热过程。

[0062] 步骤3，污染土壤的出料：经热脱附单元处理后的土壤通过螺旋输送器进入出料仓，土壤在螺旋输送器内与回湿水充分混合，防止扬尘。

[0063] 步骤4，脱附尾气的处理：热脱附单元产生的高温脱附尾气在引风机的作用下，经除尘、间接换热器换热后，可基本去除气体中的固体颗粒，在间接换热器将300℃～400℃的脱附尾气冷却至40℃～50℃，最后采用活性炭吸附罐吸附，保证尾气达标排放；

[0064] 步骤5，目标污染物的回收：脱附尾气中的目标污染物进入到三相分离器内，LNAPL、DNAPL和汞在三相分离器内停留10小时以上，在隔板共同作用下，LNAPL聚集在溢流装置内，待积累到一定量后进行回收；DNAPL、汞、泥浆聚集在三相分离器底部的泥斗内，通过污泥泵输送至板框压滤机压滤后泥饼再次热脱附或送溶剂回收公司进行回收；或通过污泥泵将DNAPL和稀泥浆输送至溶剂回收公司的回收车内，在溶剂回收公司进行提纯回收；

[0065] 步骤6，污水的处理：三相分离器中部澄清的污水经过絮凝沉淀罐沉淀、石英砂过滤罐过滤、吹脱、氧化塔协同氧化、活性炭吸附后纳管排放。

[0066] 以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。