專利名稱：一種連續(xù)處理中高濃度石油烴污染土壤的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及種石油烴污染土壤的異位修復工藝，特別是一種連續(xù)處理中高濃度石油烴 污染土壤的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，我國土壤污染日益嚴重，不僅破壞土壤本身生態(tài)系統(tǒng)，直接或間接危害人類健康， 而且還會形成跨介質(zhì)污染，尤其是對地下水資源構(gòu)成威脅，造成嚴重后果，因此急需研究開 發(fā)符合我國國情的工程修復技術(shù)。
土壤修復技術(shù)可分為物理修復、化學修復和生物修復，物理修復包括淋洗法、熱處理法 等，化學修復包括溶劑萃取法、氧化還原法等，生物修復包括微生物修復、植物修復和動物 修復。這些修復方法又分為原位和異位修復。
目前對于高濃度石油污染土壤普遍用的最多的是土壤淋洗技術(shù)，但淋洗技術(shù)的間歇性與 低效性限制了該技術(shù)工程應(yīng)用性。目前用的最多的是添加表面活性劑的水洗技術(shù)，但由于該 方法對于小顆粒(粘土)回收土壤困難，以及表面活性劑的回收利用等一系列問題的出現(xiàn)， 使得水洗法在修復土壤這方面的應(yīng)用受到了局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上不足，用溶劑萃取技術(shù)對污染土壤進行物理化學修復，實現(xiàn)了連續(xù)、高 效以及各種土壤類型廣泛適用的土壤修復工程技術(shù)。有效的將物化與生物修復技術(shù)相結(jié)合， 達到費用、效果、可操作性等因素的統(tǒng)一。
本發(fā)明的能作為工程應(yīng)用規(guī)模的連續(xù)、高效的異位土壤溶劑傘取和微生物降解耦合修復 工藝方法，主要針對高濃度污染土壤。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的
本發(fā)明的一種連續(xù)處理中高濃度石油烴污染土壤的系統(tǒng)，包括溶劑萃取塔3、固劑分離 塔8、溶劑再生塔6和生物修復裝置14;溶劑萃取單元塔3上端連接溶劑再生單元塔6，溶 劑萃取單元塔3下端連接固劑分離單元塔8;溶劑再生單元塔6上端連接到溶劑回收罐13， 溶劑再生單元塔6下端設(shè)置有回收的石油烴出口；固劑分離單元塔8上端連接溶劑回收罐 13，固劑分離單元塔8下端連接生物修復裝置14;溶劑回收罐13連接到溶劑萃取塔。'本發(fā)明的連續(xù)處理中高濃度石油烴污染土壤的系統(tǒng)的操作方法，受污染土壤經(jīng)過溶劑萃 取塔后，溶劑和被萃取下來的石油烴污染物連接溶劑再生塔，溶劑再生塔將溶劑和石油烴污 染物分離，分離的溶劑連接溶劑回收罐；從萃取單元出來的土壤和少量殘余溶劑連接同劑分 離塔，固劑分離塔將少量溶劑從土壤中分離出來并送至溶劑回收罐循環(huán)再利用，經(jīng)固劑分離 單元處理后的土壤則連接牛.物修復裝置，經(jīng)生物修復單元后得到符合環(huán)境標準的土壤。
所述復合溶劑可釆用石油醚，也可采用C3 C20石油烴類的混合物作為復合溶劑(這種 溶劑可通過石油的餾分切割得到)，它具有高效脫除有機烴類，低毒性，易回收等特點。
所述的溶劑萃取塔中，溶劑萃取塔是一圓柱形或其他任何形狀的萃取塔，其中溶劑為連 續(xù)相，由泵從塔底打入，溶劑加入流量為60~600L/h; 土壤為分散相，從塔頂進入，進料流 量為20~200kg/h，與從塔底部進入的溶劑逆流接觸，達到脫油的作用。為了加強溶劑與土 壤的傳質(zhì)效果，可以在溶劑萃取塔中添加塔內(nèi)件或在塔中段打循環(huán)。萃取塔工藝條件如下 壓力為常壓，溫度為15~60度。從溶劑萃取塔塔頂部采出的劑油混合物進入到溶劑再生單元 進行溶劑和油的分離及溶劑的回收再利用；從溶劑萃取塔塔底經(jīng)螺旋出料裝置出來的土壤和 少量溶劑的混合物進入到固劑分離塔進行土壤和溶劑的分離，最終得到十凈土壤。
所述的溶劑再生塔利用復合溶劑與石油相對揮發(fā)度較大的特點在溶劑回收塔的塔釜中 進行分離，低沸點的復合溶劑首先從劑油混合物中揮發(fā)出來上升至塔頂，溶劑回收塔塔頂?shù)?冷凝裝置將塔頂?shù)膹秃先軇┮徊糠执蚧厮?nèi)與上升的氣態(tài)復合溶劑進行質(zhì)量和熱量的傳遞， 一部分氣態(tài)復合溶劑冷凝成液態(tài)進行回收，達到溶劑的再生，以實現(xiàn)溶劑和石油烴的分離和 溶劑的回收利用。通過調(diào)節(jié)塔頂回流來控制復合溶劑的質(zhì)量分率，以達到溶劑的要求標準。 塔頂冷凝器冷凝溫度為20~55度，摩爾回流比為0. 5~6. 0，塔底溫度為80~200度。溶劑再 生塔采用圓柱形，從溶劑萃取單元來的劑油混合物自塔中間進料，塔底連接再沸器，塔頂連 接冷凝器，分離后的溶劑自塔頂出料，油自塔底出料。
所述的固劑分離塔利用土壤顆粒的親水性，用水洗的方式將溶劑萃取塔處理過的土壤中 的溶劑用水置換出，達到回收溶劑及凈化土壤的作用。水洗單元所用裝置包括固劑分離塔、 澄清槽、油水分離器。固劑分離塔是一圓柱形或其他任何形狀的萃取塔。來自溶劑萃取塔塔 底的土和溶劑混合物經(jīng)泥漿泵由固劑分離塔塔頂打入，進料流量為20~200kg/h;同時，水 以60~600L/h的流量從固劑分離塔塔頂進入，與土壤溶劑混合物順流而至固劑分離塔中下 部，在塔主體區(qū)洗脫溶劑。固劑分離塔工藝條件如下壓力為常壓，溫度為15~40度。從固 劑分離塔塔頂采出的溶劑含有少量水，經(jīng)油水分離器后，溶劑用泵抽回溶劑萃取塔塔底，與 新鮮溶劑混合進入逆向萃取過程；從固劑分離塔塔底出來的土和水混合物經(jīng)澄清槽沉降后， 得到的較干凈土進入生物修復裝置進行聯(lián)合生物修復；上層水經(jīng)泵抽回固劑分離塔塔頂進行循環(huán)利用。
所述的生物修復裝置，在原土著微生物基礎(chǔ)上向土壤中均勻加入高效降解菌和營養(yǎng)助劑 等手段，增加生物降解的活性，根據(jù)目標污染物和土壤性質(zhì)的不同，添加不同種類的高效降 解菌，達到低濃度污染土壤的石油烴降解作用，使土壤達到可以重新再利用的標準。
該發(fā)明的獨特之處如下幾點
1、 打破了以往土壤修復技術(shù)的間歇性操作，真正實現(xiàn)了污染土壤的連續(xù)修復。
2、 脫附效率高，萃取部分脫除率可達80%以上，通過與微生物降解修復方法的耦合 應(yīng)用后可達到土壤修復標準。
3、 溶劑回收單元操作簡單，易于控制，成本不高。
4、 修復成本低，所用溶劑可以回收利用，幾乎沒有溶劑損失。
5、 本工藝適合修復的土壤類型廣可以處理砂土、粘土等各種類型的土壤。


圖1物理化學-生物耦合修復中高濃度石油烴污染土壤工藝簡圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種物理化學-生物耦合修復中高濃度石油烴污染土壤的工藝。下面結(jié)合附
圖對本發(fā)明的工藝進一步說明。如附圖所示，本發(fā)明系統(tǒng)主要包括溶劑萃取塔3、固劑分離 塔8、溶劑再生塔6和生物修復裝置14;溶劑萃取單元塔3上端連接溶劑再生單元塔6，溶 劑萃取單元塔3下端連接固劑分離單元塔8;溶劑再生單元塔6上端連接到溶劑回收罐13， 溶劑再生單元塔6下端設(shè)置有回收的石油烴的出口 ；固劑分離單元塔8上端連接溶劑回收罐 13，固劑分離單元塔8下端連接生物修復裝置14;溶劑回收罐13連接到溶劑萃取塔3溶劑 進料處。
污染土壤1首先通過進料裝置2從塔頂經(jīng)固體分布器進入溶劑萃取塔3，萃取溶劑4從 塔底由液體分布器進入溶劑萃取塔3，溶劑萃取在溶劑萃取塔中完成，其中溶劑為連續(xù)相， 從塔底進入，溶劑加入流量為60~600L/h; 土壤為分散相，從塔頂進入，進料流量為 20~200kg/h;壓力為常壓，進料溫度為15 60度。在溶劑萃取塔中土壤和溶劑逆流接觸，并 通過塔內(nèi)件(各種形式的擋板)或中段循環(huán)系統(tǒng)進行固液強化傳質(zhì)，實現(xiàn)土壤的脫除石油烴 的過程。由于石油烴溶在溶劑中溶解性很好，所以溶劑和萃取下的石油烴混合物5從塔頂流 出溶劑萃取塔3，進入溶劑再生塔6。溶劑再生塔采用圓柱形，從溶劑萃取塔來的溶劑石油 烴混合物自塔中間進料，塔底連接再沸器，塔頂連接冷凝器，通過石油烴與溶劑的相對揮發(fā)度的差異，用蒸餾的方式進行溶劑和石油烴的分離，分離后的溶劑自塔頂出料，油自塔底出 料；塔頂冷凝器冷凝溫度為20~55度，摩爾回流比為0.5-6.0，塔底溫度為80-200度。再 生后的溶劑9進入到一溶劑儲罐13，溶劑儲罐中的溶劑可再次打入到溶劑萃取塔實現(xiàn)循環(huán) 使用，回收的石油烴IO可進行再利用。同時，由于土壤與溶劑密度的差異很大，使得脫除 石油烴的土壤7迅速在塔底沉積，并通過塔底螺旋出料裝置夾帶一定溶劑排出溶劑萃取塔， 土和溶劑混合物經(jīng)泥漿泵以類似于"泥漿"的狀態(tài)由固劑分離塔8塔頂打入，進料流量為 20~200kg/h;同時，水以60~600L/h的流量從固劑分離塔塔頂進入，與土壤溶劑混合物順流 而至固劑分離塔中下部，利用土壤的親水性特點，在塔主體區(qū)來置換土壤中的溶劑；塔內(nèi)壓 力為常壓，塔頂溫度為15 40度。溶劑與水不互溶使得土壤與溶劑實現(xiàn)分離，水洗分離的溶 劑11含有少量水，經(jīng)油水分離器后，溶劑打入到溶劑回收罐，溶劑回收罐中回收的溶劑用 泵抽回到溶劑萃取塔與新鮮溶劑混合進入逆向萃取過程；固劑分離塔塔底土壤12和水混合 物經(jīng)澄清槽沉降后，得到的土用輸送帶送至微生物修復裝置14進行微生物修復，上層水經(jīng) 泵抽回固劑分離塔塔頂進行循環(huán)利用。從微生物修復裝置出來最后得到符合環(huán)境標準的干凈 土壤16。 實施例l:.
對含油量30%的油砂進行物理化學一生物耦合的方法進行修復，連續(xù)逆流固液溶劑萃 取塔的處理效率是100噸油砂/小時，溶劑石油醚用量為108噸/100噸油砂。經(jīng)連續(xù)逆流固 液溶劑萃取塔萃取后的砂土，脫油率為81%，萃取后砂土含溶劑量為2. 43%。
'從塔頂溢流出的含重油溶劑進入溶劑再生塔中進行溶劑再生。再生后的溶劑中基本不含 重油，可直接回到洗脫塔循環(huán)利用。流程物料進行熱匹配，塔釜熱負荷為0. 1722Mkacl/噸 油砂，折合為水蒸汽消耗0.3444噸/噸油砂，噸處理成本為34.44元。
塔底土和溶劑通過螺旋出料設(shè)備進入固劑分離單元后土壤中剩余溶劑的質(zhì)量百分含量 在0. 15°/。-0. 75%之間。塔底土壤夾帶的溶劑回收率為99%以上。
經(jīng)連續(xù)逆流固液溶劑萃取塔處理后的土壤進入生物修復單元，向土壤中均勻加入枯草芽 孢桿菌和營養(yǎng)助劑CS2，經(jīng)好氧生物降解兩周后，土壤中殘留油含量為1%。
本發(fā)明提出的一種連續(xù)處理中高濃度石油烴污染土壤的系統(tǒng)及方法，已通過現(xiàn)場較佳實 施例子進行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的 工藝方法進行改動或適當變更與組合，來實現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似 的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍 和內(nèi)容中。
權(quán)利要求
1. 一種連續(xù)處理中高濃度石油烴污染土壤的系統(tǒng)，包括溶劑萃取塔(3)、固劑分離塔(8)、溶劑再生塔(6)和生物修復裝置(14)；其特征是溶劑萃取單元塔(3)上端連接溶劑再生單元塔()6，溶劑萃取單元塔(3)下端連接固劑分離單元塔(8)；溶劑再生單元塔(6)上端連接到溶劑回收罐(13)，溶劑再生單元塔(6)下端設(shè)置有回收的石油烴的出口；固劑分離單元塔(8)上端連接溶劑回收罐(13)，固劑分離單元塔(8)下端連接生物修復裝置(14)；溶劑回收罐(13)連接到溶劑萃取塔(3)溶劑進料處。
2. 權(quán)利要求1的連續(xù)處理中高濃度石油烴污染土壤的系統(tǒng)的操作方法，其特征是受污 染土壤經(jīng)過溶劑萃取塔后，溶劑和被萃取下來的石油烴污染物連接溶劑再生塔，溶 劑再生塔將溶劑和石油烴污染物分離，分離的溶劑連接溶劑回收罐；從萃取單元出 來的土壤和少量殘余溶劑連接固劑分離塔，固劑分離塔將少量溶劑從土壤中分離出 來并送至溶劑回收罐循環(huán)再利用，經(jīng)固劑分離單元處理后的土壤則連接生物修復裝 置，經(jīng)生物修復單元后得到符合環(huán)境標準的土壤。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是溶劑萃取在溶劑萃取塔中完成，溶劑為連續(xù)相， 從塔底進入，溶劑加入流量為60~600L/h; 土壤為分散相，從塔頂進入，進料流量 為20 200kg/h;壓力為常壓，進料溫度為15 60度。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是溶劑再生塔是溶劑再生塔采用圓柱形，從溶 劑萃取塔來的溶劑石油烴混合物自塔中間進料，塔底連接再沸器，塔頂連接冷凝器， 分離后的溶劑自塔頂出料，油自塔底出料；塔頂冷凝器冷凝溫度為20 55度，摩爾.回流比為0.5~6.0，塔底溫度為80 200度。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是固劑分離塔是來自溶劑萃取塔塔底的土和溶 劑混合物經(jīng)泥漿泵由固劑分離塔塔頂打入，進料流量為20~200kg/h;同時，水以 60~600L/h的流量從固劑分離塔塔頂進入，與土壤溶劑混合物順流而至固劑分離塔 中下部，在塔主體區(qū)洗脫溶劑；塔內(nèi)壓力為常壓，塔頂溫度為15 40度。
6. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是固劑分離塔是從固劑分離塔塔頂采出的溶劑 含有少量水，經(jīng)油水分離器后，溶劑打入到溶劑回收罐，溶劑回收罐中回收的溶劑 用泵抽回到溶劑萃取塔與新鮮溶劑混合進入逆向萃取過程；從固劑分離塔塔底出來 的土和水混合物經(jīng)澄清槽沉降后，得到的土進入生物修復單元進行聯(lián)合生物修復； 上層水經(jīng)泵抽回固劑分離塔塔頂進行循環(huán)利用。
7. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的生物修復裝置，根據(jù)目標污染物和土壤 性質(zhì)，在原土著微生物基礎(chǔ)上向土壤中均勻加入降解菌和營養(yǎng)助劑，增加生物降解 的活性，使土壤達到重新再利用的標準。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)處理中高濃度石油烴污染土壤的系統(tǒng)及方法。受污染土壤經(jīng)過溶劑萃取塔后，溶劑和被萃取下來的石油烴污染物連接溶劑再生塔，溶劑再生塔將溶劑和石油烴污染物分離，分離的溶劑連接溶劑回收罐；從萃取單元出來的土壤和少量殘余溶劑連接固劑分離塔，固劑分離塔將少量溶劑從土壤中分離出來并送至溶劑回收罐循環(huán)再利用，經(jīng)固劑分離單元處理后的土壤則連接生物修復裝置，經(jīng)生物修復單元后得到符合環(huán)境標準的土壤。本發(fā)明打破了以往土壤修復技術(shù)的間歇性操作，真正實現(xiàn)了污染土壤的連續(xù)修復。通過與微生物降解修復方法的耦合應(yīng)用后可達到土壤修復標準。脫附效率高，萃取部分脫除率可達80％以上。
文檔編號B09C1/10GK101543834SQ20091006873
公開日2009年9月30日 申請日期2009年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者吳國鐘, 洪 李, 李忠媛, 李鑫鋼, 紅 隋 申請人:天津大學