本發(fā)明涉及一種汞污染土壤低溫?zé)崦摳脚c汞高效回收方法，并實(shí)現(xiàn)汞的高效回收方法，屬于污染土壤修復(fù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國是最大的汞生產(chǎn)國和消費(fèi)國，燃煤、汞礦采冶、有色金屬冶煉企業(yè)及水泥廠等重點(diǎn)污染源排放的汞已經(jīng)對周邊大氣、水體和土壤造成污染，局部地區(qū)污染嚴(yán)重。根據(jù)資料初步估計(jì)，我國被汞污染的土壤面積有3.2×104ha,每年產(chǎn)生污染環(huán)境的汞達(dá)1.9×108kg。熱脫附工藝是高濃度汞污染土壤的最佳處理技術(shù)之一，是采用直接或間接加熱方式，將污染土壤加熱到足夠高的溫度并保持一段時(shí)間后，使污染物揮發(fā)并從受污染土壤中分離出來的過程，其具有處理時(shí)間短、處理效果高等特點(diǎn)。
目前，國內(nèi)外已有用于汞污染土壤的熱脫附處理方法，可有效去除污染土壤中的汞。然而，上述常規(guī)工藝具有運(yùn)行溫度高、處理能耗高等問題。同時(shí)，針對汞污染土壤的常規(guī)熱脫附處理工藝中缺少對汞高效回收的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種汞污染土壤低溫?zé)崦摳脚c汞高效回收方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種汞污染土壤低溫?zé)崦摳脚c汞高效回收方法，該方法通過在待處理的汞污染土壤均勻摻入氯鹽，然后經(jīng)加熱后使得氯離子與土壤中的汞離子形成易脫附的低沸點(diǎn)含汞化合物(氯化汞)，并在較低溫度下?lián)]發(fā)；揮發(fā)的含汞化合物經(jīng)冷卻水吸收后，利用三異辛胺(TiOA)通過兩級逆流萃取冷卻水中氯化汞，含汞有機(jī)相進(jìn)入反萃取器，用乙烯二胺兩級逆流反萃取，最后對萃取后的產(chǎn)物通過還原或高溫分解等方式實(shí)現(xiàn)汞的高效回收。
進(jìn)一步地,該方法通過預(yù)處理單元、加藥單元、進(jìn)料單元、熱脫附單元、出料單元、脫附尾氣處理單元、廢水處理單元和汞回收單元實(shí)現(xiàn)。待處理的汞污染土壤經(jīng)預(yù)處理單元調(diào)節(jié)含水率、破碎和篩分處理后，通過加藥單元均勻摻入添加劑氯鹽粉末；然后通過進(jìn)料單元輸送到熱脫附單元進(jìn)行加熱，使得氯離子與土壤中汞形成更易脫附的低沸點(diǎn)含汞化合物(氯化汞)，并在較低溫度下從土壤中揮發(fā)，將分離了含汞污染物的土壤送至出料單元。在熱脫附單元中揮發(fā)出來的脫附尾氣通過脫附尾氣處理單元進(jìn)行除塵、洗滌、濕式冷卻，在脫附尾氣濕式冷卻過程中，冷卻水吸收水溶性含汞化合物；吸收了含汞化合物的冷卻水進(jìn)一步在汞回收單元中利用三異辛胺(TiOA)通過兩級逆流萃取冷卻水中氯化汞，含汞有機(jī)相進(jìn)入反萃取器，用乙烯二胺兩級逆流反萃取，提高氯化汞濃度，之后通過還原或高溫分解等方式實(shí)現(xiàn)汞的高效回收。經(jīng)萃取后的水相在廢水處理單元進(jìn)行固液分離，其中分離的上清液作為冷卻水回用于脫附尾氣處理單元濕式冷卻，沉淀的土水混合物經(jīng)脫水后與預(yù)處理后的污染土壤混合后送入熱脫附單元，然后輸送至出料單元。
進(jìn)一步地,所述預(yù)處理單元通過自然干化、添加木屑等調(diào)節(jié)劑等方式降低污染土壤的含水量，使得含水量不高于40wt％。所述破碎處理是將污染土壤破碎至粒徑2～5cm，所述篩分處理是指分離出石塊等雜物。
進(jìn)一步地,所述進(jìn)料單元為皮帶式輸送機(jī)，將預(yù)處理后的污染土壤送至熱脫附單元。
進(jìn)一步地,加藥單元包括藥劑儲存罐、藥劑計(jì)量器和攪拌器。藥劑儲存罐用于存儲添加劑氯鹽粉末，藥劑計(jì)量器用于控制氯鹽粉末的添加量，具體可以采用螺旋輸送器等固體計(jì)量輸送設(shè)備，使得氯鹽粉末以0.5～5wt％添加；攪拌器用于對添加劑和污染土壤進(jìn)行攪拌，實(shí)現(xiàn)均勻混合。
進(jìn)一步地,所述熱脫附單元包括燃料供應(yīng)單元、燃燒器、燃燒室和螺旋輸送器，燃燒器位于燃燒室下方，螺旋輸送器位于燃燒室內(nèi)，待處理的汞污染土壤通過進(jìn)料單元輸送到螺旋輸送器內(nèi)；通過燃料供應(yīng)單元提供燃料的燃燒器對燃燒室進(jìn)行加熱，使得螺旋輸送器內(nèi)的污染土壤升溫至300℃～350℃；加熱過程中，氯離子與土壤中汞形成更易脫附的低沸點(diǎn)含汞化合物(氯化汞)，并從土壤中揮發(fā)出來，將分離了含汞污染物的土壤送至出料單元。揮發(fā)出來的脫附尾氣(包含汞污染物、粉塵和水蒸氣)輸送至脫附尾氣處理單元。
進(jìn)一步地,所述脫附尾氣處理單元包括旋風(fēng)除塵器、濕式冷卻塔、活性炭吸附和引風(fēng)機(jī)。在引風(fēng)機(jī)作用下，在熱脫附單元中揮發(fā)出來的尾氣先在旋風(fēng)除塵器預(yù)除塵，后進(jìn)入濕式冷卻塔降溫進(jìn)一步除塵，因氯化汞水溶性較強(qiáng)，在濕式冷卻塔中被冷卻水吸收。冷卻塔處理后的脫附尾氣后經(jīng)活性炭吸附后達(dá)標(biāo)排放。旋風(fēng)除塵器收集的粉塵與預(yù)處理后的污染土壤混合后送入熱脫附單元，然后輸送至出料單元。
進(jìn)一步地,所述汞回收單元包括萃取器和反萃取器，萃取器中，利用三異辛胺(TiOA)通過兩級逆流萃取冷卻水中氯化汞，反萃取器中，利用乙烯二胺兩級逆流反萃取，提高氯化汞濃度；之后通過還原、高溫分解等方式實(shí)現(xiàn)汞的回收。
進(jìn)一步地,所述廢水處理單元包括沉淀池、脫水機(jī)和砂濾。經(jīng)汞回收單元萃取后的冷卻水先通過沉淀池實(shí)現(xiàn)固液分離，分離的上清液進(jìn)一步通過砂濾去除其中懸浮顆粒物后，作為冷卻水作用于脫附尾氣處理單元濕式冷卻塔，沉淀的土水混合物經(jīng)脫水后與預(yù)處理后的污染土壤混合后送入熱脫附單元，然后輸送至出料單元。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)通過在汞污染土壤中氯鹽，利用氯離子對汞的強(qiáng)親和力，形成更易脫附的低沸點(diǎn)含汞化合物——氯化汞，使之能夠在較低的溫度條件下實(shí)現(xiàn)加熱揮發(fā)，從而降低汞污染土壤熱脫附處理對運(yùn)行溫度的要求，達(dá)到降低能耗的目的；
(2)通過含汞污染物的揮發(fā)、吸收、萃取、反萃取和還原/高溫分解等過程，可回收汞污染土壤中汞，回收率可達(dá)95％～99％，實(shí)現(xiàn)汞的資源化利用；
(3)采用熱螺旋輸送器，通過間接加熱實(shí)現(xiàn)汞污染土壤的熱脫附處理，處理后的土壤中總汞濃度不高于10mg/kg；
(4)采用間接加熱的方式進(jìn)行熱脫附，脫附尾氣產(chǎn)生量較小，脫附尾氣經(jīng)除塵、冷卻、活性炭吸附后，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放；
(5)廢水經(jīng)萃取、沉淀、砂濾等處理后可回用于脫附尾氣處理單元的濕式冷卻塔；
附圖說明
圖1為汞污染土壤低溫?zé)崦摳脚c汞高效回收工藝的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明通過在汞污染土壤中氯鹽，利用氯離子對汞的強(qiáng)親和力，形成更易脫附的低沸點(diǎn)含汞化合物——氯化汞，使之能夠在較低的溫度條件下實(shí)現(xiàn)加熱揮發(fā)，從而降低汞污染土壤熱脫附處理對運(yùn)行溫度的要求，達(dá)到降低能耗的目的；進(jìn)一步結(jié)合兩步萃取和還原/高溫分解等過程，高效回收汞污染土壤中汞，回收率可達(dá)95％～99％，實(shí)現(xiàn)汞的資源化利用。下面對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，一種汞污染土壤低溫?zé)崦摳脚c汞高效回收工藝，該方法通過預(yù)處理單元、加藥單元、進(jìn)料單元、熱脫附單元、出料單元、脫附尾氣處理單元、廢水處理單元和汞回收單元實(shí)現(xiàn)。待處理的汞污染土壤經(jīng)預(yù)處理單元調(diào)節(jié)含水率、破碎和篩分處理后，通過加藥單元均勻摻入添加劑氯鹽粉末；然后通過進(jìn)料單元輸送到熱脫附單元進(jìn)行加熱，使得氯離子與土壤中汞形成更易脫附的低沸點(diǎn)含汞化合物(氯化汞)，并在較低溫度條件下從土壤中揮發(fā)，將分離了含汞污染物的土壤送至出料單元。在熱脫附單元中揮發(fā)出來的脫附尾氣通過脫附尾氣處理單元進(jìn)行除塵、洗滌、冷卻，在脫附尾氣濕式冷卻過程中冷卻水吸收水溶性含汞化合物；吸收了含汞化合物的冷卻水進(jìn)一步在汞回收單元中利用三異辛胺(TiOA)通過兩級逆流萃取冷卻水中氯化汞，含汞有機(jī)相進(jìn)入反萃取器，用乙烯二胺兩級逆流反萃取，提高氯化汞濃度，之后通過還原或高溫分解等方式實(shí)現(xiàn)汞的高效回收。經(jīng)萃取后的水相在廢水處理單元進(jìn)行固液分離，分離的上清液作為冷卻水作用于脫附尾氣處理單元，沉淀的土水混合物經(jīng)脫水后與預(yù)處理后的污染土壤混合后送入熱脫附單元，然后輸送至出料單元。
所述預(yù)處理單元通過自然干化、添加木屑等調(diào)節(jié)劑等方式降低污染土壤的含水量，使得含水量不高于40wt％。所述破碎和篩分處理是將污染土壤破碎至粒徑2～5cm，并分離出石塊等雜物。降低污染土壤含水率有利于減小熱脫附過程的能耗。
所述進(jìn)料單元為皮帶式輸送機(jī)，將預(yù)處理后的污染土壤送至熱脫附單元。
所述加藥單元包括藥劑儲存罐、藥劑計(jì)量器和攪拌器。藥劑儲存罐用于存儲添加劑氯鹽粉末，藥劑計(jì)量器用于控制氯鹽粉末的添加量，具體為螺旋輸送器等固體計(jì)量輸送設(shè)備,添加的氯鹽與土壤的質(zhì)量比為0.5-5：100；攪拌器用于對添加劑和污染土壤進(jìn)行攪拌，實(shí)現(xiàn)均勻混合。所述氯鹽包括但不限于氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣、四甲基氯化銨、四丁基氯化銨等，利用氯離子對汞的強(qiáng)親和力，形成更易脫附的低沸點(diǎn)含汞化合物——氯化汞，使之能夠在較低的溫度條件下實(shí)現(xiàn)加熱揮發(fā)，從而降低汞污染土壤熱脫附處理對運(yùn)行溫度的要求，達(dá)到降低能耗的目的。
所述熱脫附單元包括燃料供應(yīng)單元、燃燒器、燃燒室和位于燃燒室內(nèi)、且軸線方向穿過燃燒室的螺旋輸送器，燃燒器位于燃燒室下方，通過燃料供應(yīng)單元提供燃料的燃燒器對燃燒室進(jìn)行加熱，使得螺旋輸送器內(nèi)的污染土壤升溫至300℃～350℃，停留時(shí)間15～30min；加熱過程中，氯離子與土壤中的汞形成易脫附的低沸點(diǎn)含汞化合物(氯化汞)，并從土壤中揮發(fā)出來，將分離了含汞污染物的土壤送至出料單元。揮發(fā)出來的脫附尾氣(包含汞污染物、粉塵和水蒸氣)輸送至脫附尾氣處理單元。
所述出料單元為螺旋輸送器，將處理后的污染輸送出熱脫附單元。
所述脫附尾氣處理單元包括旋風(fēng)除塵器、濕式冷卻塔、活性炭吸附和引風(fēng)機(jī)。在引風(fēng)機(jī)作用下，在熱脫附單元中揮發(fā)出來的尾氣先在旋風(fēng)除塵器預(yù)除塵，后進(jìn)入濕式冷卻塔降溫進(jìn)一步除塵，因氯化汞水溶性較強(qiáng)，在濕式冷卻塔中冷卻水吸收。冷卻塔處理后的脫附尾氣后經(jīng)活性炭吸附后達(dá)標(biāo)排放。旋風(fēng)除塵器收集的粉塵與預(yù)處理后的污染土壤混合后送入熱脫附單元，然后輸送至出料單元。
所述汞回收單元包括萃取器和反萃取器，萃取器中，利用三異辛胺(TiOA)通過兩級逆流萃取冷卻水中氯化汞，反萃取器中，利用乙烯二胺兩級逆流反萃取，提高氯化汞濃度；對于濃縮的氯化汞，通過還原或高溫分解等方式實(shí)現(xiàn)汞的高效回收。
所述廢水處理單元包括沉淀池、脫水機(jī)和砂濾。經(jīng)汞回收單元萃取后的冷卻水先通過沉淀池實(shí)現(xiàn)固液分離，分離的上清液進(jìn)一步通過砂濾去除其中懸浮顆粒物后，作為冷卻水作用于脫附尾氣處理單元，沉淀的土水混合物經(jīng)脫水后與預(yù)處理后的污染土壤混合后送入熱脫附單元，然后輸送至出料單元。
具體步驟如下：
(1)汞污染土壤經(jīng)自然干化后，采用復(fù)合破碎機(jī)破碎、振動(dòng)篩篩分或ALLU破碎篩分設(shè)備，對污染土壤進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后的土壤粒徑為2～5cm，其含水率不高于40％。污染土壤經(jīng)預(yù)處理后，可降低土壤的含水率，減小后續(xù)熱脫附過程的能耗，同時(shí)控制土壤粒徑，保證熱脫附處理效果。
(2)污染土壤經(jīng)過進(jìn)料單元的皮帶輸送機(jī)進(jìn)料斗內(nèi)，在皮帶輸送機(jī)的抬升輸送下，均勻下落到熱脫附單元的進(jìn)料斗，同時(shí)加藥單元將添加劑氯鹽均勻投加入污染土壤中，氯鹽與土壤的質(zhì)量比為1：100。
(3)進(jìn)料斗中土壤進(jìn)入熱脫附單元的主體螺旋輸送器，通過燃燒器加熱螺旋輸送，間接使污染土壤溫度升高至300～350℃，停留時(shí)間為15～30min。在此反應(yīng)環(huán)境中，利用氯離子對汞的強(qiáng)親和力，將土壤中含汞化合物轉(zhuǎn)化為氯化汞，并使之從土壤中揮發(fā)出來，處理后的土壤經(jīng)出料單元送出熱脫附處理單元；
(4)步驟3產(chǎn)生的高溫脫附尾氣含有氣態(tài)氯化汞、粉塵和水，經(jīng)尾氣管道送至旋風(fēng)除塵器預(yù)除塵，后進(jìn)入濕式冷卻塔降溫和進(jìn)一步除塵，因氯化汞水溶性較強(qiáng)，其易被冷卻水吸收。冷卻塔處理后的脫附尾氣后經(jīng)活性炭吸附后達(dá)標(biāo)排放。旋風(fēng)除塵器收集的粉塵與預(yù)處理后的污染土壤混合后送入熱脫附單元。
(5)步驟3的含汞冷卻水進(jìn)入萃取器，利用TiOA經(jīng)過兩級逆流萃取將氯化汞提取至有機(jī)相。含汞有機(jī)相進(jìn)入反萃取器，用乙烯二胺兩級逆流反萃取，提高氯化汞濃度，之后通過還原或高溫分解等方式實(shí)現(xiàn)汞的高效回收。
(6)步驟5的水相先后進(jìn)入沉淀池、脫水機(jī)和砂濾進(jìn)行處理。沉淀池下部的土水混合物經(jīng)收集送至脫水機(jī)，土水混合物脫水后的泥渣與預(yù)處理后的污染土壤混合后送入熱脫附單元。沉淀池的上清液和污泥脫水后的濾液經(jīng)砂濾處理后回用至濕式冷卻塔。
所述汞污染土壤低溫?zé)崦摳脚c汞高效回收工藝的處理量為6ton/h，運(yùn)行溫度為300～350℃。在處理前，汞污染土壤總汞濃度為180～1000mg/kg，含水率小于40％。經(jīng)熱脫附處理后，土壤中總汞濃度為5.0～9.5mg/kg；尾氣經(jīng)處理達(dá)到《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)，其總汞濃度為300～350ng/m3；經(jīng)兩級逆流萃取，殘留于廢水中的Hg2+濃度可降至0.001mg/L以下，萃取相用乙烯二胺兩級逆流反萃取，反萃取液中汞濃度達(dá)25g/L，廢水經(jīng)處理后其總汞濃度為0.005～0.018mg/L，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)。經(jīng)上述方法處理，汞污染土壤中汞回收率達(dá)到99％以上。
以上示意性地對本發(fā)明創(chuàng)造及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本專利的保護(hù)范圍。