專利名稱：：土壤重金屬修復植物綜合處理的方法及裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及環境工程
技術領域：
，尤其涉及一種利用土壤重金屬修復植物能源化利用及對土壤重金屬修復植物中的重金屬進行穩定化及回收利用的方法及裝置。
背景技術：
：重金屬污染是當今土壤污染中，污染面積最廣、危害最大的環境問題之一。在過去五十年里，粗略統計排放到全球環境中的鎘達到22000t，鉛783000t和鋅1350000t。植物修復技術通過種植和收獲對重金屬具有較強耐性和富集能力的植物，達到降低土壤中重金屬含量的目的，具有安全、經濟、高效等優點，逐漸發展成為污染治理的重要途徑之一，現已進入產業化的初期階段。但是對提取重金屬后的植物如何處置，現在還沒有很好的技術方法，這成為植物修復技術推廣和應用過程中一個亟待解決的問題。目前對修復植物應用較多的堆肥法、壓縮填埋法等只能減少植物體的生物量和體積，無法去除其中的重金屬，最終產物仍然具有環境風險，并且在堆放過程中會產生含有高濃度可溶態重金屬的滲濾液，容易造成二次污染。用焚燒、熱解、氣化等熱化學方法處理修復植物得到生物礦(Bio-ore)，提煉回收其中的金屬并利用此過程中產生的熱能，即植物采礦技術(phytomining)，由于兼具良好的生態、經濟和社會效益，日益受到各國的重視。中國專利CN1800111提供了一種利用修復植物海州香薷制作含銅有機肥料的方法在海州香薷生長165-195天時收割、烘干粉碎，按堆肥方式堆放；將微生物1擴大培養，投加到堆體中，并確定其活菌數；將微生物與糖蜜混合培養，投加到堆體中，菌劑的投加為堆料質量的10%，菌群數量在2.0Xl(fCFU/g到2.8Xl(fCFU/g之間。定期翻堆，保證通氣量；堆腐后形成腐熟的有機肥料，微生物1為纖維分解菌Cellulobacillus;微生物為EffectiveMicroorganisms。所述的0D值達到0.5-0.6之間；纖維素分解菌、EM菌以1:1施加。中國專利CN1857397提供了一種從銅污染土壤的修復植物海州香薷中提取總黃酮的方法，步驟如下收獲種植在銅污染土壤的盛花期海州香薷全草、花枝或種子干燥、粉碎后，過40目篩，收集過篩下的粉末；用體積濃度為40%60%的乙醇-水混合溶劑回流浸提，或者在室溫下用超聲提取，獲取提取液；減壓回收提取液中的乙醇后，用蒸餾水稀釋，除去水不溶性雜質，再用石油醚萃取，除去脂溶性雜質，然后母液用乙酸乙酯萃取，除去乙酸乙酯萃取層，再用正丁醇萃取，濃縮正丁醇萃取層，得到總黃酮。該發明以修復銅污染土壤的銅耐性/富集植物海州香薷為原料提取總黃酮，工藝簡單，利于高效資源化利用我國銅污染土壤的植物修復材料，降低植物修復成本，加快植物修復進程。中國發明CN101130134提供了一種利用蕈菌處理高富集重金屬植物的技術，是將高富集重金屬植物作為栽種蕈菌的培養基料，當蕈菌菌體成熟后，采收菌體并經處理得到富含重金屬離子的蕈菌漿液，再采用化學電泳或/和螯合沉淀方法將蕈菌漿液中的重金屬離子去除。該發明利用蕈菌作為生物反應器，充分利用蕈菌富集重金屬離子能力強，生長周期短，栽培技術成熟且易于實施的特點，通過結合化學電泳、螯合沉淀等簡單成熟的化學方法可從根本上拔除植物體內重金屬，可清除修復植物體內8090%的重金屬污染離子。上述專利均未涉及土壤重金屬修復植物的能源化利用及利用熱化學方法對重金屬進行穩定化。
發明內容本發明的目的在于提供一種利用土壤重金屬修復植物能源化利用及土壤重金屬修復植物中的重金屬進行穩定化及回收利用的新工藝。為達到上述目的，本發明采取了以下技術方案—種土壤重金屬修復植物綜合處理的方法，包括以下步驟(1)土壤重金屬修復植物粉碎后進入固定床氣化爐內，在富氧空氣作用下800°CIIO(TC氣化得到氣化灰渣和含重金屬蒸汽的氣化氣體產物，氣化灰渣中穩定了部分重金屬；(2)將含重金屬蒸汽的氣化氣體產物與輔助燃料、水蒸氣和富氧空氣按lm3:0.8-3m3:0.l_6m3:0.6-5.2m3或lm3:0.4-1.8kg:0.l_6m3:0.3-0.9m3的比例一起通入氣流床，1200°C160(TC高溫制取得到化學合成氣和熔渣(3)化學合成氣在冷卻水作用下激冷至50°C9(TC，冷卻后的化學合成氣送入后續工序利用；同時，重金屬蒸汽冷卻得到富含重金屬的冷卻水，熔渣冷卻得到水冷渣，水冷渣中穩定了部分重金屬；(4)富含重金屬的冷卻水經沉淀和化學提取回收重金屬所述步驟(1)的氣化溫度為800°CIIO(TC，重金屬修復植物中的大部分重金屬揮發到氣相中，并在后續工藝被收集下來；優選地，將步驟(1)所得的氣化灰渣粉碎后一起通入氣流床，氣化灰渣高溫熔融后在冷卻水作用下形成水冷渣，水冷渣中穩定了部分重金屬。優選地，所述氣化灰渣中添加有CaO/Si02。調整氣化灰渣的堿度，控制在1.4-1.6之間，可以改變灰渣的熔點，并且可以使熔渣形成特定的礦物從而穩定灰渣中的重金屬。所述步驟(2)中輔助燃料為氣體燃料、如天然氣、焦爐氣、水煤氣、液化石油氣等；液體燃料、如重油、柴油、頁巖油、水煤漿等；或粉末狀固體燃料、如煤粉、油頁巖粉末、焦炭粉、木粉等。氧化劑為水蒸氣和富氧空氣。土壤重金屬修復植物氣化氣體產物天然氣水蒸氣富氧空氣為im3:i3m3:04m3:0.61.8m3;或土壤重金屬修復植物氣化氣體產物煤粉水蒸氣富氧空氣為lm3:0.61.8kg:06m3:0.30.9m3;或土壤重金屬修復植物氣化氣體產物重油水蒸氣富氧空氣為lm3:O.41.4kg:06m3:O.3O.9m3;或土壤重金屬修復植物氣化氣體產物石油液化氣水蒸氣富氧空氣為im3:0.s2.8m3:o6m3:1.25.2m3。通過調整比例，可以實現最終制得的化學合成氣中H2/CO在1-3之間可調，滿足不同合成工藝的需要。所述步驟(1)中富氧空氣為02體積百分含量為25%50%的空氣，所述步驟(2)中富氧空氣為02體積百分含量為60%90%的空氣。所述步驟(2)中重金屬修復植物氣化氣沿切向通入氣流床。這樣在較小的爐體空間內，實現較長的停留時間，充分裂解重金屬修復植物氣化氣中的焦油；在高溫氧化火焰和爐壁之間形成一個溫度較低的氣體保護層，在保證氣流床中心火焰溫度，實現灰渣熔融的情況下，充分降低爐壁的溫度，延長耐火材料的使用壽命；使氣體在氣流床內部形成旋流，重金屬修復植物氣化氣中攜帶的灰渣在旋流作用下，被推向氣流床壁面并在壁面聚集。所述步驟(2)中氣流床溫度維持在1200°C1600°C。優選地，所述步驟(3)冷卻水為飽和Ca(OH)2溶液，用于吸收化學合成氣中的少量HC1和S02有害氣體，對化學合成氣進行凈化。本發明還提供了用于土壤重金屬修復植物綜合處理的裝置，包括由管道相連的固定床氣化爐和氣流床；所述固定床氣化爐底部設置有螺旋卸料器；所述氣流床頂部設置有氣化氣體產物入口；氣流床中下部設置有冷卻水進、出口和合成氣出口；氣流床底部設置有冷卻水槽。所述氣化氣體產物入口為切向入口。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果1.本發明采取新生產工藝，利用土壤重金屬修復植物制備化學合成氣，并有效地穩定重金屬，整個過程對廢棄物進行了最大化的資源利用，同時又避免了二次污染；2.本發明通過調整供給的土壤重金屬修復植物氣化氣體產物、輔助燃料、氧化劑(水蒸汽、富氧空氣等)的比例可以實現最終制得的化學合成氣中VC0在13之間可調，滿足不同合成工藝的需要；3.該發明工藝適應性較強，且結構簡單、緊湊，易于放大。圖1是本發明土壤重金屬修復植物綜合處理的工藝流程圖；圖2是圖1中氣化氣體產物切向入口結構圖；附圖標記1、料斗；2、星型進料閥；3、固定床氣化爐；4、氧化劑進口；5、爐篦；6、螺旋卸料器；7、灰渣出口；8、氣化氣體產物出口；9、氣化氣體產物切向入口；10氣流床噴嘴；11、氣流床；12、冷卻水入口；13、合成氣出口；14、冷卻水出口；15、冷卻水槽；16、氣流床喉口；17、制氧機。具體實施例方式以下通過具體實施方式來說明本發明。實施例1:本發明的主體設備包括固定床氣化爐3，用于土壤重金屬修復植物氣化，并對氣化氣體產物中的焦油進行高溫裂解，同時對氣化灰渣進行燒結對氣化灰渣中的重金屬進行穩定化；氣流床11，土壤重金屬修復植物氣化氣體產物、水蒸氣、富氧空氣和輔助燃料在氣流床內高溫部分氧化制取化學合成氣并對土壤重金屬修復植物氣化氣體產物中的飛灰進行熔融；其中，合成氣出口設置在氣流床喉口16下部，避免冷卻水槽15在冷卻熔渣時產生的水蒸汽進入到氣流床喉口16，可以充分防止熔渣在喉口16處冷卻結渣。如圖1所示，一種土壤重金屬修復植物綜合處理的方法，包括以下步驟(1)將土壤重金屬修復植物破碎至一定大小，儲存在料斗1內；在星型進料閥2作用下重金屬修復植物連續均勻的進入固定床氣化爐3;由制氧機17制取的含氧50%的富氧空氣經氧化劑進口4進入固定床氣化爐3;固定床氣化爐3的溫度控制在900°C，固定床氣化爐3中下部高溫碳層溫度為IIO(TC士5(TC，土壤重金屬修復植物中富集的大部分重金屬在高溫作用下揮發成為氣相，得到含大量飛灰和重金屬蒸汽的重金屬修復植物氣化氣體產物。土壤重金屬修復植物氣化氣體產物從上至下穿過高溫碳層，氣化氣體產物中的水蒸汽跟碳層反應提高氣化氣體產物中H2的含量，同時重金屬修復植物氣化氣體產物中的焦油在高溫作用下初步裂解。土壤重金屬修復植物氣化氣體產物從氣化氣體產物出口8通過管道輸送進入氣流床ll內；經固定床氣化爐氣化后的少量重金屬殘留在氣化灰渣中，氣化灰渣在高溫作用下燒結，重金屬被穩定化在燒結渣中；由于土壤重金屬修復植物根系夾帶有大量的富含硅酸鹽泥土，它們在高溫作用下形成燒結渣，殘留在燒結渣中的重金屬被包裹在硅酸鹽形成的晶格中，或者通過與硅酸鹽晶格進行離子交換，重金屬被穩定下來；燒結渣經過爐篦5掉落到固定床氣化爐3底部，然后通過螺旋卸料器6作用從灰渣出口7排出固定床氣化爐3，燒結渣可以直接填埋或者經過進一步處理后成為建筑材料利用。經過步驟(1)獲得的土壤重金屬修復植物的氣化氣體產物，成分見表1。表1重金屬修復植物氣化結果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注*為除去氮氣后的成分(2)含大量飛灰和重金屬蒸汽的土壤重金屬修復植物氣化氣體產物通過氣化氣體產物切向入口9(如圖2所示，氣化氣體產物切向入口9還可以為四個或更多個在切向上對稱布置的入口)進入氣流床ll，氣流床噴嘴10采用多通道噴嘴，分別通入富氧空氣、輔助燃料(該實施例中為天然氣)和水蒸氣。富氧空氣噴射速度控制在120m/s，天然氣80m/s，水蒸氣噴射速度控制在60m/s。氣流床11內溫度維持在1350°C140(TC之間；火焰溫度在180(TC，氣流床喉口處溫度約為1300°C;靈活調整氣化氣、富氧空氣、輔助燃料和水蒸氣的比例，在氣流床11高溫部分氧化制取化學合成氣；土壤重金屬修復植物氣化氣體產物中的大量飛灰在氣流床11高溫火焰作用下熔融得到熔渣；低沸點重金屬蒸氣揮發進入化學合成氣中，高沸點重金屬蒸氣殘留在熔渣中。從灰渣出口7排出的土壤重金屬修復植物氣化灰渣也可以通過氣流床噴嘴10進入氣流床ll，氣化灰渣中的殘碳與水蒸氣和富氧空氣反應，剩下的氣化灰渣在高溫火焰作用下熔融，形成熔渣。表2為兩種工況條件下經過步驟(2)獲得的化學合成氣的產氣結果。表2氣流床部分氧化氣化產氣結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注*為除去氮氣后的成分；VH2。為水蒸汽體積；Vteq為天然氣體積；V。2為氧氣體積；Vqhq為氣化氣體產物體積。(3)從氣流床喉口16處出來的化學合成氣在從冷卻水入口12通入的飽和Ca(0H)2溶液的作用下迅速冷卻到7(TC，防止二噁英的生成，Ca(0H)2作為吸收劑，用于吸收合成氣中的少量含氯、硫、氟的有害氣體(HC1、S02等)，對合成氣進行凈化；冷卻水同時將化學合成氣中的重金屬蒸氣冷凝，將重金屬收集到冷卻水中。冷卻后的化學合成氣從合成氣出口13送入后續工序利用；熔融的土壤重金屬修復植物氣化氣體產物飛灰、氣化灰渣和高沸點重金屬蒸汽最終掉落到冷卻水槽15內形成穩定水冷渣，穩定重金屬。水冷渣可作為建筑材料回收利用。表3所示為經過步驟(3)得到的水冷渣的化學穩定性測試結果。表3水冷渣浸出毒性*(mg/L)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>*GB5086.2-1997(固體廢物浸出毒性浸出方法_水平振蕩法)**未檢出***GB5085.3-2007(危險廢棄物鑒別標準浸出毒性)從表3結果可以看出，水冷渣浸出毒性遠低于國家檢測標準。可以直接填埋或作為建筑材料進行資源化利用。(4)富含重金屬的冷卻水從冷卻水出口14流出，經過沉淀，化學提取回收冷卻水中的Zn、Pb及其它重金屬鹽，冷卻水經過處理后可循環利用。上述詳細說明是針對本發明的可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發明的專利范圍，凡未脫離本發明的等效實施或變更，均應包含于本發明的專利范圍中。權利要求一種土壤重金屬修復植物綜合處理的方法，其特征在于包括以下步驟(1)土壤重金屬修復植物粉碎后進入固定床氣化爐內，在富氧空氣作用下800℃～1100℃氣化得到氣化灰渣和含重金屬蒸汽的氣化氣體產物，氣化灰渣中穩定了部分重金屬；(2)將含重金屬蒸汽的氣化氣體產物與輔助燃料、水蒸氣和富氧空氣按1m3∶0.8-3m3∶0.1-6m3∶0.6-5.2m3或1m3∶0.4-1.8kg∶0.1-6m3∶0.3-0.9m3的比例一起通入氣流床，1200℃～1600℃高溫制取得到化學合成氣和熔渣；(3)化學合成氣在冷卻水作用下激冷至50℃～90℃，冷卻后的化學合成氣送入后續工序利用；同時，重金屬蒸汽冷卻得到富含重金屬的冷卻水，熔渣冷卻得到水冷渣，水冷渣中穩定了部分重金屬；(4)富含重金屬的冷卻水經沉淀和化學提取回收重金屬。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于將步驟(1)所得的氣化灰渣粉碎后一起通入氣流床，氣化灰渣高溫熔融后在冷卻水作用下形成水冷渣，水冷渣中穩定了部分重金屬。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述氣化灰渣粉碎后添加有CaO/Si(^，使氣化灰渣的堿度為1.4-1.6。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)中富氧空氣為02體積百分含量為25%50%的空氣，所述步驟(2)中富氧空氣為02體積百分含量為60%90%的空氣。5.根據權利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中輔助燃料為天然氣、煤粉、重油、或石油液化氣。6.根據權利要求1或5所述的方法，其特征在于土壤重金屬修復植物氣化氣體產物天然氣水蒸氣富氧空氣為lm3:l3m3:04m3:O.61.8m3;或土壤重金屬修復植物氣化氣體產物煤粉水蒸氣富氧空氣為im3:o.6i.8kg:o6m3:o.3o.9m3;或土壤重金屬修復植物氣化氣體產物重油水蒸氣富氧空氣為lm3:0.41.4kg:06m3:0.30.9m3;或土壤重金屬修復植物氣化氣體產物石油液化氣水蒸氣富氧空氣為lm3:O.82.8m3:06m3:1.25.2m3。7.根據權利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中重金屬修復植物氣化氣沿切向通入氣流床。8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)冷卻水為飽和Ca(OH)2溶液。9.一種用于土壤重金屬修復植物綜合處理的裝置，其特征在于包括由管道相連的固定床氣化爐和氣流床；所述固定床氣化爐底部設置有螺旋卸料器；所述氣流床頂部設置有氣化氣體產物入口；氣流床中下部設置有冷卻水進、出口和合成氣出口；氣流床底部設置有冷卻水槽。10.根據權利要求9所述的用于土壤重金屬修復植物綜合處理的裝置，其特征在于所述氣化氣體產物入口為切向入口。全文摘要本發明公開了土壤重金屬修復植物綜合處理的方法及其裝置，其步驟為土壤重金屬修復植物氣化形成氣化灰渣和氣化氣體產物，氣化氣體產物與輔助燃料、水蒸氣和富氧空氣通入氣流床制取得到化學合成氣和熔渣；化學合成氣經冷卻送入后續工序利用，熔渣冷卻得到水冷渣；富含重金屬的冷卻水經沉淀和化學提取回收重金屬。本發明采取新生產工藝對廢棄物進行了最大化的資源利用，同時又避免了二次污染；可以實現最終制得的化學合成氣中H2/CO在1～3之間可調，滿足不同合成工藝的需要；適應性較強，且結構簡單、緊湊，易于放大。文檔編號B09B5/00GK101704013SQ20091019380公開日2010年5月12日申請日期2009年11月10日優先權日2009年11月10日發明者夏娟娟,李海濱,王小波,趙增立申請人:中國科學院廣州能源研究所