本實用新型涉及土壤修復技術(shù)領域，尤其涉及一種利用甘蔗渣修復有機物-重金屬復合污染土壤的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，隨著我國城市化進程的快速發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整，多數(shù)大中城市老城區(qū)的大批化工、冶煉、電鍍等企業(yè)搬遷或關閉，由于這些企業(yè)設備陳舊、工業(yè)“三廢”處理技術(shù)不完善，導致遺留了大片重污染場地。這些重污染場地大多存在高濃度的重金屬和有機物的復合污染。

土壤復合污染，指的是兩種或兩種以上污染物共存于土壤中，同時污染物的濃度超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準或已達到影響土壤環(huán)境質(zhì)量水平。土壤復合污染的形式多種多樣，包括有機復合污染、無機復合污染以及有機和無機復合污染等。

在土、水環(huán)境中，單一的污染是很少的，絕大多數(shù)污染是多種污染物質(zhì)共存所造成的復合污染。但國內(nèi)外有關研究大多只涉及單一污染物的環(huán)境效應，對多種污染物質(zhì)所形成的環(huán)境復合污染效應及其機理的認識還遠遠不夠。有機污染物和重金屬在性質(zhì)上存在極大的差異，導致開展有機污染物與重金屬之間復合污染效應和機理的研究還存在一定的難度。

對于復合污染土壤，多針對重金屬和有機物分別進行土壤修復處理。目前，可采用化學淋洗法和熱修復技術(shù)等化學修復法同時實現(xiàn)污染土壤中復合污染物的脫除。其中，采用化學淋洗法時，由于重金屬與有機物差異較大，單一洗脫劑在同時洗脫重金屬和有機物時，存在一定局限，對土質(zhì)也有一定的要求，并且洗脫液需要進一步處理。當采用熱脫附技術(shù)時，可以有效的去除揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機污染物及部分易揮發(fā)的汞、砷，但是大多數(shù)重金屬無法去除。而生物修復處理成本低，適用于大面積的有機物-重金屬污染土壤修復，但是處理周期長，對土壤的條件有一定的要求，大多用于低濃度污染的土壤。

綜上，目前缺少可用于有機物-重金屬復合污染土壤修復的成熟的應用技術(shù)，國外研究的復合污染同時修復往往需要將兩種或兩種以上的技術(shù)進行組合，存在處理成本高、施工復雜的問題，難以進行大規(guī)模推廣。

現(xiàn)有技術(shù)一公開了一種淋洗修復重金屬-有機物復合污染土壤的方法，其淋洗液可同時修復重金屬-有機物復合污染的土壤，但是淋洗液單一，只能絡合部分重金屬，對有機污染物的淋洗率比較低，淋洗液消耗量大，淋洗后的廢液仍需進一步處理。

現(xiàn)有技術(shù)二公開了一種污染土壤的異位熱脫附處理方法，該方法對于揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機物的去除率可穩(wěn)定在95％以上，但是對重金屬污染土壤(汞除外)無法修復。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型旨在提供一種利用甘蔗渣修復有機物-重金屬復合污染土壤的系統(tǒng)。本實用新型解決了有機污染物和重金屬污染同時修復的技術(shù)問題，工藝流程簡單，反應迅速。

本實用新型提供了一種用甘蔗渣修復有機物-重金屬復合污染土壤的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床、土壤冷卻裝置；

所述無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床包括熱脫附環(huán)形爐、蓄熱式燃氣輻射管，所述蓄熱式燃氣輻射管位于所述熱脫附環(huán)形爐的爐壁上；所述熱脫附環(huán)形爐包括干燥區(qū)和熱解區(qū)；

所述無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床上設置有混合物入口、土壤出口、高溫油氣出口、煙氣出口；其中，所述高溫油氣出口位于所述熱解區(qū)頂部；

所述土壤冷卻裝置包括土壤入口、冷凝水入口、冷卻后土壤出口，所述土壤入口與所述無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床的土壤出口連接。

進一步的，所述蓄熱式燃氣輻射管具有高溫油氣入口，所述高溫油氣入口與所述熱解區(qū)頂部設置的高溫油氣出口連接。

進一步的，所述土壤冷卻裝置為間接水冷卻裝置。

上述的系統(tǒng)中，進一步包括污染土壤預處理單元，該污染土壤預處理單元包括破碎裝置、滾筒篩；

所述污染土壤預處理單元具有污染土壤原料入口、甘蔗渣入口、混合物出口，所述混合物出口與所述無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床的混合物入口連接。

上述的系統(tǒng)中，進一步包括煙氣凈化裝置，該煙氣凈化裝置中設置有介孔硅基沸石吸附反應區(qū)；

所述煙氣凈化裝置包括煙氣入口、冷凝水出口、凈化煙氣出口；

所述煙氣入口與所述無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床的煙氣出口連接。

本實用新型可實現(xiàn)農(nóng)作物甘蔗渣和有機物-重金屬復合污染土壤的同時處理，利用甘蔗渣熱解產(chǎn)生的高溫油氣作為蓄熱式燃氣輻射管的燃料，實現(xiàn)資源的回收利用。

甘蔗渣和有機物-重金屬復合污染土壤在熱脫附爐中進行熱解的過程中，相對料床靜止。蓄熱式燃氣輻射管中的煙氣與熱脫附爐中的氣氛完全隔離，避免反應產(chǎn)物的二次污染。

本實用新型既實現(xiàn)了熱量的回收利用，又可達到節(jié)能減排的目的，適用于各種土壤類型的修復處理。

附圖說明

圖1是本實用新型中用甘蔗渣修復有機物-重金屬復合污染土壤的流程示意圖。

圖2是本實用新型中用甘蔗渣修復有機物-重金屬復合污染土壤的系統(tǒng)示意圖。

附圖中的附圖標記如下：

1、污染土壤預處理單元；2、無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床；3、土壤冷卻裝置；4、煙氣凈化裝置。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案以及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。

本實用新型提供了一種用甘蔗渣修復有機物-重金屬復合污染土壤的系統(tǒng)。如圖2所示，該系統(tǒng)包括污染土壤預處理單元1、無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床2、土壤冷卻裝置3、煙氣凈化裝置4。該系統(tǒng)中各裝置的連接關系如下：

污染土壤預處理單元1包括破碎裝置、滾筒篩。污染土壤預處理單元1具有污染土壤原料入口、甘蔗渣入口、混合物出口。

無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床2具有混合物入口、土壤出口、高溫油氣出口、高溫油氣入口、煙氣出口。其中，混合物入口與污染土壤預處理單元1的混合物出口連接，高溫油氣出口與高溫油氣入口連接。土壤出口處采用的出料裝置為雙螺旋出料機。

無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床2包括熱脫附環(huán)形爐、蓄熱式燃氣輻射管、布料裝置、出料裝置。其中，熱脫附環(huán)形爐為可轉(zhuǎn)動的環(huán)形爐，并且，蓄熱式燃氣輻射管設置在熱脫附爐的環(huán)形爐壁上，通過燃燒可燃氣以熱輻射的方式為土壤的熱脫附反應提供熱量，輻射管內(nèi)的氣氛與無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床2內(nèi)的氣氛隔絕。

熱脫附環(huán)形爐包括兩個區(qū)域：干燥區(qū)和熱解區(qū)。干燥區(qū)的溫度為80～150℃，用于對污染土壤中的水分進行烘干。熱解區(qū)的溫度為300～800℃，用于污染土壤發(fā)生熱脫附反應，是主反應區(qū)。其中，高溫油氣出口設置在熱脫附環(huán)形爐的爐體頂部，且靠近熱解區(qū)，用于收集揮發(fā)出的高溫油氣混合物。

土壤冷卻裝置3為帶有水套管的雙螺旋出料裝置，為間接水冷卻裝置，土壤經(jīng)過間接水冷之后送入料場或者回填或者外運填埋。土壤冷卻裝置3包括土壤入口、冷凝水入口、冷卻后土壤出口。其中，土壤入口與無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床2的土壤出口連接。

煙氣凈化裝置4包括煙氣入口、冷凝水出口、凈化煙氣出口。其中，煙氣入口與無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床2的煙氣出口連接，冷凝水出口與土壤冷卻裝置3的冷凝水入口連接。

并且，煙氣凈化裝置4中設置有介孔硅基沸石吸附反應區(qū)，其中的介孔硅基沸石用于吸附煙氣中的污染物，實現(xiàn)煙氣的達標排放。

如圖1所示，為本實用新型中用甘蔗渣修復有機物-重金屬復合污染土壤的流程示意圖。本實用新型的技術(shù)方案包括如下步驟：

⑴污染土壤預處理

將污染土壤經(jīng)污染土壤原料入口運送至污染土壤預處理單元1中的破碎裝置中進行破碎，同時經(jīng)滾筒篩篩選出其中的大塊無機物，如磚頭、石塊、大件玻璃金屬制品等，將污染土壤破碎成粒徑＜5㎝的土塊。

然后，經(jīng)由甘蔗渣入口向污染土壤中加入甘蔗渣，并對污染土壤和甘蔗渣進行機械混勻，得到的混合物經(jīng)混合物出口排出。

⑵污染土壤的熱脫附

上述步驟排出的混合物經(jīng)由混合物入口送入無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床2中。混合物中的甘蔗渣在熱解區(qū)的高溫作用下，發(fā)生熱解炭化反應，所生成的甘蔗生物炭在結(jié)構(gòu)電荷、含氧官能團、羥基絡合螯合的作用下，吸附污染土壤中的重金屬。同時，熱解區(qū)的高溫條件可促進重金屬的穩(wěn)定/固定化。熱脫附反應的時間為30～60min。

在熱脫附反應過程中，甘蔗渣發(fā)生熱解炭化反應，還會生成揮發(fā)分，其可變?yōu)橛蜌馀c熱脫附出的揮發(fā)性有機污染物混合在一起，經(jīng)由高溫油氣出口排出無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床2。

上述高溫油氣混合物，可經(jīng)由高溫油氣入口送入無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床2中的蓄熱式燃氣輻射管中。其可作為燃料在蓄熱式燃氣輻射管中進行燃燒產(chǎn)熱，為無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床2中發(fā)生熱脫附反應提供熱量。燃燒反應生成的煙氣經(jīng)由煙氣出口排出。

經(jīng)過熱脫附和重金屬固化后的高溫潔凈土壤，經(jīng)土壤出口排出無熱載體蓄熱式旋轉(zhuǎn)床2。

⑶土壤冷卻

上述高溫潔凈土壤經(jīng)由土壤入口送入土壤冷卻裝置3中，在其中冷凝水的作用下進行間接冷卻至室溫，并經(jīng)由冷卻后土壤出口排出。冷卻后土壤排出后可進入土壤出料場，或者回填或者外運填埋。從而實現(xiàn)有機物-重金屬復合污染土壤的修復。

⑷煙氣凈化

上述經(jīng)蓄熱式燃氣輻射管排出的煙氣，經(jīng)由煙氣入口送入煙氣凈化裝置4中。煙氣中的污染物在其中進行脫除，得到凈化煙氣，并經(jīng)由凈化煙氣出口排出，實現(xiàn)尾氣的達標排放。

煙氣中的污染物脫除過程中，其中的水蒸氣冷凝為水。該冷凝水經(jīng)由冷凝水出口排出，并通過冷凝水入口送入土壤冷卻裝置3中，用于冷卻高溫潔凈土壤。

實施例

本實施例針對有機物和重金屬復合污染物，自行配置含有重金屬鉛、鎘以及有機物苯并蒽、苯酚的復合模擬污染土壤為試驗對象，進行污染土壤修復處理試驗。

本實施例中，污染土壤進行熱脫附處理的參數(shù)為：處理量為20t/d，，干燥區(qū)溫度為110℃，熱解區(qū)溫度為500℃，熱脫附時間為45min。熱脫附反應后測定土壤中有機物的含量以及重金屬的浸出濃度。

表1污染土壤中有機物去除率和重金屬浸出率

由表1可得，本實用新型可利用甘蔗渣，實現(xiàn)有機物-重金屬復合污染土壤中重金屬和有機物污染的同時去除，且脫除效率高，操作簡便。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本實用新型而非限制本實用新型的范圍，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下對本實用新型進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本實用新型的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。