一種利用水泥生產(chǎn)工藝分類處置有機污染土壤的方法
【專利摘要】一種利用水泥生產(chǎn)工藝分類處置有機污染土壤的方法，包括：根據(jù)所含有機物的沸點及揮發(fā)性將污染土分類；含沸點在25℃～200℃之間的有機物的污染土，按照生料計算出的污染土配比量稱量后在水泥窯尾煙室直接投加，與石灰石、砂巖、鋼渣粉磨后的物料在回轉(zhuǎn)窯一起混合煅燒，冷卻制得水泥熟料；含沸點在200℃～400℃之間的有機物的污染土和含沸點在400℃以上的有機物的污染土處置方法相同，均按生料配料計算出的污染土配比量計量，與石灰石、砂巖和鋼渣一起在生料磨粉磨，經(jīng)均化、預(yù)熱、分解、回轉(zhuǎn)窯煅燒、冷卻最終制得水泥熟料。本發(fā)明工藝簡單，處置量高，處理成本低，可變廢為寶，實現(xiàn)了對不同來源和種類有機物污染土壤基于水泥生產(chǎn)工藝的分類處置。
【專利說明】一種利用水泥生產(chǎn)工藝分類處置有機污染土壤的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污染土壤處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用水泥生產(chǎn)工藝分類處置有機污染土壤的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，污染物質(zhì)在土體中長期積累、沉淀、遷移，土的污染問題也日趨嚴(yán)重，其對自然界及人們生活、生產(chǎn)的惡劣影響日漸突顯，對污染土的研究及處置也受到了重視。尤其是化工廠搬遷遺留下大片的有機物污染的土地，必須經(jīng)過科學(xué)合理的處置才能有效防止給人、動物和植物以及農(nóng)業(yè)帶來危害。有機污染土的處置技術(shù)中，利用水泥窯處置有機污染土是一種有效的技術(shù)，主要是利用水泥窯的高溫條件焚燒污染土中的有機物，焚燒后固體進(jìn)入水泥熟料，同時由于水泥窯具有負(fù)壓和全封閉的特點，處理過程中產(chǎn)生的氣體在負(fù)壓作用下無法逸出回轉(zhuǎn)窯，在高溫下最終燃燒消解成無毒氣體。因此，研究水泥窯協(xié)同處置污染土的技術(shù)對于替代水泥生產(chǎn)原料組分、節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境具有重要意義。
[0003]目前利用水泥窯處置有機污染土的技術(shù)中，一種是先將污染土進(jìn)行一定的預(yù)處理，最常用的預(yù)處理方法是熱脫附法，然后再將熱脫附后的污染土送入水泥窯中高溫煅燒，最終制得水泥熟料；另一種方法就是直接利用水泥窯及其附屬系統(tǒng)或是基于類似于水泥窯的裝置對有機污染土壤進(jìn)行熱脫附，熱脫附后的污染土壤儲存?zhèn)溆没蚧靥?。這兩種處置方法工序都比較復(fù)雜，無法完全流暢的利用水泥生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，且污染物的處置量受到水泥窯爐的工況及熟料性能的限制。此外，目前的有機污染土水泥窯處置方法對于處置的對象并沒有清楚嚴(yán)格的分界，致使每種方法能夠處理的污染物對象不明確。若可以針對污染土所處的環(huán)境及污染來源、污染物性狀進(jìn)行相對清楚的分類，明確不同種類有機物的水泥窯處置方法，同時結(jié)合水泥生產(chǎn)工藝來處置有機污染物，將是一種既經(jīng)濟(jì)又利于環(huán)保的新方法。與高溫水泥窯直接焚燒污染土的處置方法相比，工藝更為簡化，可顯著提高物料均勻性和熟料質(zhì)量穩(wěn)定性，并對不同來源和種類的有機物污染土形成一套明確的水泥窯處理方法，分類處置，使污染土的處置技術(shù)`更加高效合理。需要考慮的是，污染土在水泥制備工藝流程中處置，尤其是作為水泥配料在粉磨階段加入，需要嚴(yán)格控制污染土中有害氣體的排放，以免造成大氣的二次污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種充分利用水泥生產(chǎn)工藝處置有機物污染土的方法，實現(xiàn)有機污染土壤的分類治理、資源化處置，同時防止產(chǎn)生二次污染。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:.一種利用水泥生產(chǎn)工藝分類處置有機污染土壤的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0006](1)前處理:首先對有機污染土壤進(jìn)行成分分析和污染物濃度檢測；然后根據(jù)所含有機物的沸點及揮發(fā)性，將污染土壤歸類為含沸點在25 V~200 °C之間的有機物的污染土、含沸點在200°C~400°C之間有機物的污染土和含沸點在400°C以上的有機物的污染土中的一類；接著對污染土進(jìn)行篩分去除雜質(zhì)石子、樹枝和浙青塊，使污染土顆粒直徑(16mm;后利用有機污染土壤替代部分水泥生產(chǎn)中的粘土質(zhì)原料，與石灰石、砂巖、鋼渣一起進(jìn)行生料配料計算，各原料制配水泥生料的質(zhì)量百分比為石灰石77.0~80.0%、砂巖
1.5 ~2.5%、鋼渣 8.8-10.0%、有機污染土壤 9.0-11.0% ；
[0007](2)分類處置:含沸點在25V~200°C之間的有機物的污染土，不與原料石灰石、砂巖和鋼渣在原料磨一起粉磨，按照計算出的污染土配比量稱量后在水泥窯尾煙室直接投加，與石灰石、砂巖、鋼渣粉磨后的物料在回轉(zhuǎn)窯一起混合煅燒，冷卻制得水泥熟料；含沸點在200°C~400°C之間的有機物的污染土和含沸點在400°C以上的有機物的污染土處置方法相同，均按生料配料計算出的污染土配比量計量，與石灰石、砂巖和鋼渣一起在生料磨粉磨，經(jīng)均化、預(yù)熱、分解、回轉(zhuǎn)窯煅燒、冷卻最終制得水泥熟料。
[0008]其中，所述的沸點在25V~200°C之間的有機物包括甲苯、環(huán)己烷、氯仿、酮類、醇類高揮發(fā)性有機物；沸點在200°C~400°C之間的有機物包括多環(huán)芳烴有機物中的芴、苊、菲、芘、蒽、熒蒽、萘；沸點在400°C以上的有機物包括多芳環(huán)物質(zhì)苯并[a]蒽、屈、苯并芘、二苯并蒽和有機農(nóng)藥多菌靈、葉面肥、BHC、DDT。
[0009]所述的有機污染土在生料磨中粉磨的溫度為200~350°C，在窯尾煙室的溫度為900 ~1200。。。
[0010]所述的有機污染土在水泥生產(chǎn)工藝流程中處置產(chǎn)生的煙氣由水泥窯的煙氣處理系統(tǒng)循環(huán)利用并最終除塵排放。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0012]1)對有機污染土按沸點及揮發(fā)特性進(jìn)行分類，實現(xiàn)了不同環(huán)境和來源有機物污染土的分類處置。
[0013]2)本發(fā)明的方法相較于現(xiàn)有的污染土先熱脫附處理、后水泥窯處置的技術(shù)在工藝上更為簡化，降低了有機污染土的處理成本，并且提高了處理能力。
[0014]3)污染土替代水泥生產(chǎn)的粘土質(zhì)原料制備水泥熟料，變廢為寶，實現(xiàn)了資源的有效利用。
[0015]4)本發(fā)明的污染土處置方法充分考慮不同沸點有機物的揮發(fā)特性，處置過程中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)水泥窯固有的煙氣處理系統(tǒng)處理，使最終排出的廢氣符合排放標(biāo)準(zhǔn)，防止了二次污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖
[0017]圖2是純甲苯的熱重圖
[0018]圖3是甲苯和污染土混合料的熱重圖
[0019]圖4是甲苯和污染土混合料在不同溫度下的紅外譜圖
[0020]圖5是芴及添加芴后土樣的熱重圖[0021 ]圖6是苊及添加苊后土樣的熱重圖
[0022]圖7是菲及添加菲后土樣的熱重圖
[0023]圖8是多菌靈的熱重圖[0024]圖9是多菌靈和污染土混合料的熱重圖
[0025]圖10是芴和污染土混合料不同溫度下的紅外譜圖
[0026]圖11是苊和污染土混合料不同溫度下的紅外譜圖
[0027]圖12是菲和污染土混合料不同溫度下的紅外譜圖
[0028]圖13是多菌靈各溫度下的紅外譜圖
[0029]圖14是多菌靈和污染土混合料對應(yīng)不同溫度下的紅外譜圖
[0030]圖15是添加甲苯后污染土配水泥生料的熱重圖
[0031]圖16是添加甲苯的污染土配制的水泥生料各溫度下的紅外譜圖
[0032]圖17是添加菲后污染土配水泥生料的熱重圖
[0033]圖18是添加菲后污染土配水泥生料不同溫度下的紅外譜圖
[0034]圖19是添加多菌靈后水泥生料的熱重圖
[0035]圖20是添加 多菌靈后污染土配水泥生料不同溫度下的紅外譜圖
【具體實施方式】
[0036]以下結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述實施方式。
[0037]實施例:
[0038]1)不同沸點有機物在污染土及水泥生料中不同溫度段的揮發(fā)情況
[0039]本例中選取了污染土外部單獨添加低沸點(高揮發(fā)性)有機物甲苯、中沸點有機物芴、苊、菲以及高沸點(低揮發(fā)性)有機物農(nóng)藥多菌靈進(jìn)行試驗。
[0040]污染土取樣后進(jìn)行成分分析和有機污染物濃度分析，成分分析結(jié)果顯示其非常適合替代水泥原料中的粘土質(zhì)原料，其中主要含有多環(huán)芳烴有機物(總含量156ppm)，不含多氯聯(lián)苯和酚類物質(zhì)。為更明晰不同污染物在土中的揮發(fā)情況，在污染土中分別人工添加大劑量的甲苯、芴、苊、菲以及多菌靈。污染土先經(jīng)105°C干燥24h后，污染土和外加有機物按9:1的質(zhì)量配比配制。利用紅外及熱重-紅外聯(lián)用儀，測試混合配料從室溫升至1000°C過程中各有機物的揮發(fā)情況。
[0041](1)不同沸點有機物在污染土中的揮發(fā)情況
[0042]通過對比熱重和紅外圖譜(圖2-16)中的揮發(fā)峰的峰形峰位以及不同有機物的特征峰，可得出對于甲苯等低沸點物質(zhì)，土的存在明顯抑制有機物的揮發(fā)，最大失重速率峰比純物質(zhì)提高了 40~70°C，比沸點提高了 10~20°C。但有機物仍表現(xiàn)出較低溫度、易揮發(fā)的特點，氣相揮發(fā)物是其本身物質(zhì)。
[0043]對于芴、苊、菲等中沸點有機物，土的存在對其揮發(fā)速率有一定抑制作用，但不能提高揮發(fā)溫度。其中，芴的揮發(fā)主要在170~400°C，在258°C、381°C左右出現(xiàn)失重速率峰；二氫苊的揮發(fā)主要在155~308°C，在250°C左右出現(xiàn)失重峰；菲的揮發(fā)主要在170~355 °C，在308 °C左右出現(xiàn)失重速率峰。
[0044]對于農(nóng)藥多菌靈等高沸點有機物，加熱至1000°C，仍有較高的殘留，這類物質(zhì)在水泥粉磨等低溫階段揮發(fā)量較低，將隨著物料進(jìn)入后面工序，最后高溫焚燒。
[0045](2)不同沸點有機物在水泥生料中的揮發(fā)情況
[0046]根據(jù)某水泥廠水泥生料的實際配比，污染土替代部分砂巖與石灰石、砂巖、鋼渣一起配料，計算出各原料的質(zhì)量百分比為石灰石78.89%、砂巖2.01%、鋼渣9.32%、有機污染土壤9.78%。外部單獨添加甲苯、菲及多菌靈，添加量為水泥生料中污染土質(zhì)量的10%。[0047]甲苯在水泥生料中不同溫度段的揮發(fā)情況如圖17、18所示。在123°C左右可明顯觀察到甲苯的特征峰(3150~2800CHT1和770~650CHT1)此溫度段甲苯有較大的揮發(fā)量；在143°C之后甲苯的吸收峰減弱到不易觀察。
[0048]菲在水泥生料中的揮發(fā)情況如圖19、20所示。圖19可知，600°C之前樣品質(zhì)量損失很少，只在146°C左右有很小的原料中水分揮發(fā)所致的失重速率峰。600°C后明顯的失重速率峰是原料中無機鹽分解所致。圖20與菲的標(biāo)準(zhǔn)譜圖對比，在146°C時觀察不到菲的特征峰，有H20和C02的吸收峰。在308°C左右有微弱的菲的吸收峰(3150~3000cm-1和750~700(^_1)，且!120和C02特征峰強度隨溫度升高明顯增大，推測在此溫度范圍內(nèi)菲發(fā)生了氧化分解，其揮發(fā)量少。
[0049]多菌靈在水泥生料中不同溫度段的揮發(fā)情況如圖19、20所示。由圖19知，樣品在600°C之前質(zhì)量損失非常少，約為1.50%。多菌靈的升華和分解從圖上基本反映不出來。圖20與純多菌靈各溫度的紅外圖譜比較，79°C和177°C附近有H20和C02的特征峰，并且隨著溫度的升高，二者的峰強都有所增加，此時主要是原料中水分的揮發(fā)造成；此后隨著溫度的升高H20和co2的特征峰強度明顯增強，此溫度段多菌靈出現(xiàn)氧化分解。
[0050]2)升溫煅燒后有機殘留量分析
[0051](1)水泥生料煅燒后有機物殘留量分析
[0052]將污染土配置的水泥生料分成3等份，第一份不經(jīng)煅燒直接測定其中多環(huán)芳烴16項含量；考慮到水泥生料粉磨溫度大約在300°C，因此將第二份煅燒至300°C之后送檢；考慮到水泥生產(chǎn)中二級筒進(jìn)料溫度約在600°C，第三份煅燒至600°C后送檢。采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法檢測，檢測結(jié)果見表1。
[0053]表1樣品中有機物殘留量(mg/kg )
[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種利用水泥生產(chǎn)工藝分類處置有機污染土壤的方法，其特征在于包括以下步驟:(1)前處理:首先對有機污染土壤進(jìn)行成分分析和污染物濃度檢測；然后根據(jù)所含有機物的沸點及揮發(fā)性，將污染土壤歸類為含沸點在25 V~200 °C之間的有機物的污染土、含沸點在200°C~400°C之間的有機物的污染土和含沸點在400°C以上的有機物的污染土中的一類；接著對污染土進(jìn)行篩分去除雜質(zhì)石子、樹枝和浙青塊，使污染土顆粒直徑(16mm ;后利用有機污染土壤替代部分水泥生產(chǎn)中的粘土質(zhì)原料，與石灰石、砂巖、鋼渣一起進(jìn)行生料配料計算，各原料制配水泥生料的質(zhì)量百分比為石灰石77.0~80.0%、砂巖1.5 ~2.5%、鋼渣 8.8-10.0%、有機污染土壤 9.0-11.0% ；(2)分類處置:含沸點在25°C~200°C之間的有機物的污染土，按照計算出的污染土配比量稱量后在水泥窯尾煙室直接投加，與石灰石、砂巖、鋼渣粉磨后的物料在回轉(zhuǎn)窯一起混合煅燒，冷卻制得水泥熟料；含沸點在200°C~400°C之間的有機物的污染土和含沸點在400°C以上的有機物的污染土處置方法相同，均按生料配料計算出的污染土配比量計量，與石灰石、砂巖和鋼渣一起在生料磨粉磨，經(jīng)均化、預(yù)熱、分解、回轉(zhuǎn)窯煅燒、冷卻最終制得水泥熟料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用水泥生產(chǎn)工藝分類處置有機污染土壤的方法，其中，所述的沸點在25°C~200°C之間的有機物包括甲苯、環(huán)己烷、氯仿、酮類或醇類；沸點在200V~400V之間的有機物包括芴、苊、菲、芘、蒽、熒蒽或萘；沸點在400°C以上的有機物包括苯并[a]蒽、屈、苯并 芘、二苯并蒽、多菌靈、葉面肥、BHC或DDT。
【文檔編號】C04B7/36GK103664015SQ201310430189
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月21日
【發(fā)明者】毛倩瑾, 王卉, 田巍, 崔素萍, 姜雨生, 王亞麗, 蘭明章, 劉佳, 張良靜 申請人:北京工業(yè)大學(xué), 北京金隅紅樹林環(huán)保技術(shù)有限責(zé)任公司