可移動修復拖車的製作方法
2023-06-22 19:48:46 1
可移動修復拖車的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種修復工藝，其中將淡水泵入箱中以通過加熱器加熱，且淡水通過KDF過濾器泵出、通過UV光且通過反應器並儲存在化學混合箱中，其中在將溶液從混合箱泵出到放置在下向鑽眼的熱感應探頭以便處理受汙染土壤和水之前，添加氧化劑的助催化劑。
【專利說明】可移動修復拖車
【技術領域】
[0001]本發明涉及受汙染土壤的原位環境修復和改善的機械修復工藝和化學修復工藝。【背景技術】
[0002]受汙染的土壤和水一直是由工業處理和化學品洩漏造成的問題，所述化學品洩漏起因於石油勘探和其他工業洩漏或工業事故。
[0003]受汙染土壤的淨化可能非常昂貴且耗時。許多受汙染場地要求將土壤移送到其中通過修復工藝移除汙染的場地，且隨後運回到最初場地。
[0004]可移動安裝的修復設備也可安裝在拖車上，以幫助降低成本且使得修復工藝更有效。典型的修復設備可包括水分離器、過濾系統和化學誘變系統。
[0005]關於用於修復的機械工藝的改善，一種這樣的創新裝置包括一種用於離子化及添加額外能量到流體中的反應器，從而以更有效方式分離碳原子。
[0006]關於工藝的化學方面，過硫酸鹽氧化化學為用於氯化有機物和非氯化有機物的(原位)化學氧化的新興技術。使過硫酸鹽形成硫酸根自由基的活化劑為用於修復多種汙染物的有效工具，所述汙染物包括氯化溶劑(乙烯、乙燒和甲燒)、苯系物(benzene, toluene,ethylbenzene, and xylenes;BTEX)、甲基叔丁基醚(methyl tert-butyl ether ;MTBE)、二氧六環、多氯聯苯(polychlorinated biphenyl;PCB)和多環芳經(polycyclic aromatichydrocarbons;PAH)。
[0007]現在存在數個新的活化技術來催化硫酸根自由基的形成，包括過硫酸鹽與螯合金屬配合物結合及過硫酸鹽與過氧化氫和鹼性過硫酸鹽結合。
【發明內容】
[0008]本發明利用最新離子碰撞機反應器技術並結合使用創新化學促進劑的工藝且結合在移動修復拖車內的全部改善，其中可容易將修復工藝轉移到要求場地。
[0009]工藝為拖車式且具有反應器，所述反應器使用完善的空化原理以產生水的氫化。另外，利用無箱式熱水工藝並使用UV光工藝來提供顯示超臨界特性的流體的進一步增強，這侵蝕分解分子的烴分子。將工藝定義為設計的先進氧化法去汙。
[0010]另外，熱感應探頭用於在低於最佳操作溫度的區域內有效工作且用於更有效解決溫度平衡。
[0011]改善技術通過將基於烴的汙染物轉變成為二氧化碳和水來破壞所述基於烴的汙染物。工藝為一種氧化形式，所述工藝利用已知氧化劑試劑和通過反應器產生的水。
[0012]工藝通過超聲波化學現象、機械現象和離子現象產生氫自由基。這些現象產生驅動眾多化學反應的極高局部溫度和壓力。
[0013]起反應的水和特定汙染物氧化劑的結合完成汙染物破壞，從而導致實質上比其他現行方法更大的修復效果。可使用下列準則判斷比較工藝效果:
[0014]1)完成的時間；[0015]2)成本效率；
[0016]3)環境影響；
[0017]4)對於對象土壤基質的影響；
[0018]5)工藝後處理需求；及
[0019]6)低於調整準線的一致、可驗證及永久的汙染物破壞。
[0020]技術對於有害汙染物和無害汙染物兩者都是可適用且成本有效的，所述技術可應用到任何形式的有機汙染，包括石油化學產品、人類和動物廢棄物、包括肥料和農藥的農業廢棄物以及有害工業汙染物，例如木餾油、全氯乙烯、四氯乙烯、五氯苯酚(pentachlorophenol; PCP)、PAH 等。
[0021]技術能夠產生超越處理土壤、淤泥及挖泥機的特定應用的積極結果。在土壤處理應用內，水通過反應器且隨後與其他特定汙染物氧化劑一起被引入受汙染土壤內。然而，反應器可通過藉助裝置傳遞介質來直接處理受汙染介質。
[0022]舉例來說，可使受汙染的地下水或浙出物通過離子碰撞機反應器且進行更有效處理。可將處理系統用於非原位應用或原位應用以破壞汙染物。技術在研究和開發設施內的主要應用將為非原位應用和原位應用兩者。
[0023]儘管上述描述含有許多說明，但這些說明不應視為對本發明範圍的限制，而應作為本發明的一個優選實施方式的例證。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為工藝配置的圖解。
[0025]圖2為探頭的立面視圖。
[0026]圖3為熱探頭的典型安裝的立面視圖。
【具體實施方式】
[0027]在修復工藝的優選實施方式中，將500加侖(約1892.71升)的淡水通過消防軟管、輸水軟管或剛性管引入拖車後面的板上且保持在525加侖(約1987.34升)的箱20中加熱。
[0028]可通過丙烷無箱式熱水加熱器30或類似裝置完成加熱，所述丙烷無箱式熱水加熱器30或類似裝置通過連接在收集箱底部的PVC管40使水連續循環。
[0029]可使用加熱器進口側上的市售循環泵50移動水。加熱器改善對化學水摻和物的動力分散作用。
[0030]水通過加熱元件且隨後回到收集箱20的頂部側。持續這種循環直到水到達基於特定需求的設置溫度或預定溫度。
[0031]一旦到達設置溫度，就將水通過在收集箱外的循環泵60且通過PVC管70轉移到KDF過濾器80。
[0032]隨後水流出KDF過濾器80且流經PVC管90到裝置100，其中水受到UV光影響且隨後通過PVC管110到反應器120。UV光產生先進氧化自由基羥基能量。
[0033]進入反應器120的熱水受到空化影響。反應器120也可被稱為離子碰撞機或空化設計且添加能量到受汙染的流體以增強化學分解。
[0034]在2000 年 8 月 22 日發行的標題為「Treating fluids to alter their physicalcharacteristics」、專利號第6，106，787號的專利或1996年1月9日發行的標題為「Improved method and apparatus for separation of particles from liquids，，、專利號第5，482, 629號的專利中描述優選反應器。
[0035]空化為流體中氣泡形成及破裂的工藝。如果流場中之局部壓力下降到低於流體的蒸汽壓力，那麼一些流體將蒸發。氣泡破裂。
[0036]如果用於氣泡破裂的時間標度很短，那麼破裂在絕熱條件下發生且可產生極高的溫度和壓力(數以千計的大氣壓)。
[0037]空化的極高溫度和壓力損害泵、推進器(propeller)及其中發生空化的其他裝置。反應器促進空化化學以增強修復工藝且將給不受其他工藝影響的化學鍵去汙。
[0038]隨後溶液進入在拖車前面的兩個化學混合箱130之其中一個。混合箱130應具有熱交換器140及用於循環用途的泵150。混合箱130應通過PVC管連接160來連接。
[0039]混合箱130將基於適當的條件評估允許混合待添加的專門設計的流體以決定所要求及適當的氧化劑要求。評估將包括場地地質情況、水文、土壤性質和土壤氧化劑需求。
[0040]也可將助催化劑添加到混合箱130且所述助催化劑為活化選擇以形成優良的氧化物、羥基、硫酸根自由基，且這可為如螯合金屬活化劑的化學製品且改善可運輸性。
[0041]一旦將全部500加侖(約1892.71升)的水轉移到在拖車前面的兩個化學箱130之其中一個，就用淡水箱重複工藝。通過使用兩個無箱式熱水加熱器通過位於熱水加熱器處的熱交換器(使用熱交換器以免將加熱器暴露於化學製品)將化學箱130中的熱水保持在設置溫度。
[0042]這種工藝不同於淡水箱，因為水是通過位於加熱器本身上的閉環系統來加熱的。
[0043]這點通過使用系統加熱器側上的食品級乙二醇而完成。使用閉環系統加熱器側上的分離泵移動乙二醇。
[0044]來自化學箱130的水通過PVC管170從化學箱底部泵出通過泵150，隨後通過熱交換器140且返回到化學箱130的頂部。存在兩個化學箱130，因此這種工藝在兩個化學箱上是相同的。
[0045]一旦化學箱130為滿的且加熱器系統正在工作，就起動泵使水循環。這樣的循環水也充當我們用於化學製品的混合器。熱交換器150維持溫度且泵150使箱中的水和化學製品循環。
[0046]一旦將設置化學製品添加到化學箱130且已發生混合，閥門180就可用來允許以控制體積釋放待泵出的化學混合物。
[0047]本文中加熱過的水和化學製品在調用泥漿之後通過PVC管190而泵出移動修復拖車。隨後將管190連接到適當的撓性軟管，所述撓性軟管可連接到散熱器注入探頭200。
[0048]散熱器注入探頭200為用於在原位工藝的冰凍線下方注入熱泥漿的下向鑽眼注入探頭。探頭具有改變流速的能力，這可能需要利用在特定場地基底上。
[0049]通過待注入到每一注入點中的泥漿量來決定流速。散熱器注入探頭200從注入點底部向頂部運作。
[0050]通過使用這種工藝，散熱器注入探頭利用地面作為絕熱體以將熱保持更長時間段，同時將執行注入工藝，在圖2中圖示。
[0051]圖3中圖示的膨潤土密封210放置在注入點濾網220外部周圍的水平面以下約6英寸到8英寸處。這種密封允許將熱截留在注入點內且消除與寒冷氣候的管外對流。
[0052]另外，可利用蓋子230，所述蓋子230經特別設計為僅允許注入軟管240通過，因此確保在注入工藝期間將全部熱保持在下向鑽眼。散熱器注入探頭200應具有多個開口 240，所述開口 240圖示在圖2中用於泥漿進入圖3所圖示的井250中。
[0053]下向鑽眼含有的動能或熱取決於下向鑽眼的化學成分以及修復區域的質量和溫度。泥漿或已處理的水內含有的熱通過對流或作為輻射熱而轉換到較低的溫度。
[0054]溫度影響化學製品的活性。在我們於伊利諾斯州、衣阿華州、紐約和麻薩諸塞州的經驗中，溫度下降到40度以下，致使化學製品無效。這點通過輸送熱到鑽眼的底部來修正。
[0055]這種通過地面環境隔離的熱使處理能夠在適當位置停留好幾天，接著允許在寒冷的冬季有更長的處理時間和更短的修復時間。
[0056]在核心試驗中未發現的一些未檢測到的汙染將要出現，可深入改進散熱器注入探頭原位修復處理以在任何海拔處處理。
[0057]可在氧化熱點化學工藝、螯合作用混合物、UV光站程、離子交換化學中改進工藝，且上述處理工藝的個別工藝或組合可在現場進行適應。
[0058]改善的修復工藝包括以下工藝的組合:
[0059]反應器和催化水工藝
[0060]使水通過空化反應器120，所述空化反應器120使水受到超聲波化學/機械現象、300nm以下的UV光及金屬催化劑的影響以產生在此/之後將稱為「催化水」的物質。充當裝置或存在有裝置，兩種情況都影響分子結構且影響氣體及/或液體的分子電荷。
[0061]在工藝的最簡形式中，通過金屬管完成工藝，液體通過所述金屬管進入管且工程水動力學的影響並與特定汙染物金屬催化劑接觸。在管內，流體動力學使介質(液體或氣體)影響管的內表面。介質與金屬催化劑碰撞，且同時到達指定壓力點，從而引起介質的蒸發。
[0062]當介質通過壓力梯度移動，到感應到局部高溫為止。通過與金屬催化劑耦合的壓力梯度的這種快速移動使介質經歷在反應器和所含介質內產生能量的熱反應、電反應及超聲波反應/化學反應。同時反應的這一組合以取決於流體或氣體的本性產生有利效果的方式影響分子結構和介質的電荷，包括:
[0063].不同組分的分離；
[0064].在介質內夾帶或乳化的非均質材料的減少或消除；
[0065].更大的氧化效率；及
[0066].增強的分子均質性。
[0067]併入反應器內的關鍵設計準則中有:
[0068]用於代替外部熱源的機械壓力；引導感應磁場返回介質內從而直接給予電荷的最大化水動力學；裝置的材料組合物，包括已知為產生催化性質、特性的特定金屬合金；及內部裝置配置，所述內部裝置配置經設計以產生促進介質接受電荷的能力的特定流態。催化水具有除氧化品質外的許多品質，最顯著為表面活性劑的品質且因此充當優良氧化劑載體以更有效滲透土壤基質。
[0069]在反應器內存在僅涉及H20分子的至少三十個(30)單獨反應，通過這些反應中水的初始分解傳播，通過工藝產生過氧化氫和羥基自由基，在所述工藝中，D1狀態的氧原子通過機制迅速插入水中，所述機制包括如下:
[0070]H20 —.0H+.Η (1)
[0071].0H+.0H —.0+H20 (2)
[0072].0+H20 —.0H+.0H (3)
[0073]M
[0074].0Η+.0Η —H202 (4)
[0075]hv
[0076]03—.0+02 (5)
[0077].0+H20 —.0H+.0H (6)
[0078]M
[0079].0Η+.0Η —H202 (7)
[0080]因此形成的過氧化物可引發臭氧到羥基自由基和其他自由基的鏈分解或可進行光分解以產生羥基。許多h20反應產生臭氧(03)、雙氧(02)、超氧離子(02_)及自由基(.ο2-和.ο2-的共軛酸(ho2-))。當羥基自由基在存在雙氧的情況下氧化有機化合物時，超氧離子(02-)或超氧離子的共軛酸(H02-)通常形成作為中間物。超氧化物與臭氧非常快速地反應以通過機制產生更多羥基自由基，所述機制包括如下:`[0081 ] 03+.02 —.03 +02 ( 1)
[0082](V+H20 —.0H+02+0『 (2)
[0083]03 +.0H — H02.+.02 (3 )
[0084]所有上述反應都有益於整體氧化處理工藝。在引入至泥漿後，沉積物中的懸浮汙染物粒子變成帶電荷、凝聚、沉澱下來或流通的。當液體通過裝置時，產生局部高能密度的區域。發生數個現象，包括下列概述。
[0085]熱點化學工藝
[0086]反應器120引起介質蒸發的區域中的極高局部溫度和壓力。這些高溫和壓力驅動眾多化學反應。這些作用使水分離成為氫原子和羥基自由基。自由基取決於介質內汙染物的濃度和化學成分而以各種方式反應。
[0087]廣泛反應是由兩個羥基自由基的結合形成過氧化氫。過氧化物以及熱和壓力用以使較高分子重量種類破裂成較小碎片。這一工藝在整個處理中持續以產生礦化最終產物co2和水。
[0088]表面活性劑化學工藝
[0089]除形成過氧化物外，一些羥基自由基與烴反應形成烴自由基。烴自由基與其他烴反應形成聚合材料，從而形成以羥基終止的鏈。烴自由基也可與溶解氧反應形成烷基/過氧自由基。這些分子充當表面活性劑，接著這些分子可起作用以使烴材料從固體基質或半固體基質脫離，以及促進額外化學反應和固體從液體基質的分離。
[0090]催化化學工藝
[0091]反應器內的局部高溫和壓力也從反應器的金屬表面感應放電。金屬充當催化表面以促進表面活性劑反應、高溫與高壓反應和羥基化作用反應的烴破裂影響。
[0092]聲波傳播工藝
[0093]熱點化學和放電都被限於相對小分數的流體體積。然而，通過反應器誘導的壓力波可通過流體傳播。這些壓力波的一個結果將影響流體中粒子的成長和沉澱。壓力波引起粒子速度的正弦變化且由這些隨時間變化的速度驅動，粒子碰撞速率和凝聚速率增加且所得較大粒子可更有效地從流體分離。
[0094]氧化工藝
[0095]用於烴汙染物的移除破壞的標準及/或市場可獲得氧化技術已商業利用了數十年。支持有效使用用於烴破壞的氧化的現有文獻為廣泛的且許多研究者用文件充分地證明化學氧化的機制和副產物。
[0096]標的技術為化學氧化的變體，通過引入由專屬反應器產生的催化水逐漸更有效進行。下列論述將解釋
【發明者】可認知的標的技術內的最顯著方面和考慮，同時對具有與標準氧化工藝相關聯的相同方面及考慮的技術進行比較。更具體地說，下文將解決並進行比較:
[0097].土壤基質、氧化劑消耗和工藝最佳化因素的影響
[0098].反應機制和毒性子產物
[0099].氧化劑變體、副產物和工藝條件
[0100].微生物敏感性
[0101]?標的技術效果的比較增量式增加
[0102]對化學氧化工藝的大部分文獻和支持研究主要聚焦於原位應用和非原位應用兩者。如所提及，將在非原位應用內原位利用標的技術。然而，化學氧化的原位應用的論述用以告知所提議非原位應用和所述非原位應用的功效的更廣泛的比較論述。
[0103]土壤基質、氧化劑消耗和工藝最佳化因素相對於土壤基質考慮的影響，通過現有文獻解決的最突出因素包括:
[0104]氧化劑需求和隨之而來的工藝效果減少；及，
[0105]平流和分散傳輸。
[0106]原位化學氧化(In-situ chemical oxidation; ISC0)已被證實有效，且因此所述原位化學氧化的功效通常極適合於氯化溶劑和烴汙染物的氧化，如用實驗室專欄研究(Schroth等人，2001年；Huang等人，2002年)、實驗室2D盒研究(Conrad等人，2002年；Mackinnon 和 Thomson, 2002 年)以及在本領域(Nelson 等人，2001 年；McGuire 等人，2006年)中的沙質沉積物所證明。
[0107]然而，在低滲透介質(例如粘土)的應用知識更受限制，其中擴散為重要傳輸機制。調查低滲透環境中的ISC0應用的難度用以突出標的技術內獲得的增量式效率。
[0108]ISC0的成功應用要求在汙染物與氧化劑之間的良好接觸。然而，由於在低滲透介質中減小的平流/分散傳輸，ISC0性能可能通過與如有機物及/或有機物種類中的各種非目標沉積還原劑反應的氧化劑的消耗而被削弱，從而減少可用來與汙染物反應的氧化劑的量。
[0109]通過沉積還原劑的氧化劑消耗稱為自然氧化劑需求(natural oxidantdemand;NOD)且用每乾燥固體質量所消耗的氧化劑質量來表示。表面下沉積物中的有機種類和無機種類兩者都有助於N0D，其中發現有機碳為關於與沉積物的反應中的總氧化劑消耗的主要反應種類(Hood等人，2002年；MacKinnon和Thomson，2002年)。
[0110]然而，低滲透介質中的沉積物通常不充當用於一或多個氧化劑的瞬時水箱。通過與沉積還原劑的反應的氧化劑消耗為數個平行反應的結果，汙染物與氧化劑之間的反應發生在所述平行反應期間。通過單個速率常數無法描述氧化劑的長期消耗和目標汙染物的氧化。然而，對於許多有利氧化反應，在接觸的最初數個小時內觀察到一級反應。已發現應用低氧化劑濃度氧化烴汙染物，即使氧化劑通過與沉積物的反應而快速消耗。
[0111]研究顯示，相對低的氧化劑濃度可氧化多達50%+的目標汙染物，即使這些研究內的氧化劑在引入的最初兩小時內消耗，進一步顯示，包括競爭還原沉積物的還原劑不充當瞬時氧化劑水箱且氧化劑與目標汙染物和競爭還原劑同時反應(Honning等人，2007年；Mumford等人，2005年)。這類現象已被顯示為因用於目標汙染物的氧化的較快反應速率而發生，與還原劑的反應與之相反，且因為在氧化汙染物之前不需要完全符合N0D。
[0112]雖然可能有違直覺，但是對於所有沉積物類型，總氧化劑消耗(在高錳酸鹽研究中)隨更高的初始氧化劑濃度而增加，這意味著無法將固定N0D值分配給任何沉積物(Greenburg 等人，2004 年；Crimi 和 Siegrist, 2005 年；Xu 和 Thomson, 2006 年)。此外，研究已顯示，速率常數隨增加的溫度而增加，且當溫度從10度增加到20°C時，速率常數高達兩倍(Daiand Reitsma, 2002b ;Huang 等人，2002c)。
[0113]設置用於ISC0和標的技術的比較論述的背景，發明人可概述上述因素作為在有效汙染物接觸且與以賦能競爭氧化劑消耗的分散率相關聯的時間流逝之間的競爭。就上述ISC0應用來說，低滲透介質(例如，緊實的粘土)呈現對夾帶烴汙染物的有效非原位氧化破壞的最大挑戰。然而，在所提議的標的技術的非原位應用中，對象受汙染土壤(特別是緊實粘土基質)的預處理有效消除分散率考慮。
[0114]在處理之前，將整個土壤預處理以移除異物(也就是，大的巖石、板、罐等)，且隨後進一步處理以產生小於3/8英寸的均勻粒子大小，遍及分階段進行處理的全部材料。雖然粘土可抵抗這樣的預處理，但是技術已在由高水含量、高塑性的粘土原料產生均勻粒狀基質上屢次獲得成功。引入催化水(和催化水的表面活性劑品質，上文已論述)作為載體用於特定氧化劑態顯著增加遍及經處理/小粒狀基質的分散且賦能大量百分比的直接接觸；否則為100%的汙染物分子！另外，引入外部熱源顯著增加反應速率和處理效果，所述外部熱源維持對象土壤在20°C以上。
[0115]最終，如在ISC0應用的上述論述中所顯示，有機物(包括有機碳及或沉積有機物(也就是，原始植物組織、腐殖質等))爭奪氧化劑消耗。然而，溶解夾帶烴的氧化速率獨立於系統中沉積物或有機物的存在。用於汙染物與氧化劑反應的一級速率常數遠高於用於競爭氧化劑消耗的速率常數，從而表明在目標汙染物附近無氧化劑存在時，溶解夾帶烴的氧化為快速且有效的(Henning等人，2007a ；Gates Anderson等人，2001年；Allen等人，2002年；Balba等人，2002年；Chambers等人，2000年；Smith等人，2006年)。這一建議在標的技術的眾多現場應用中得到一致證實。由於有效的土壤管理技術，主要表現在相對均勻粒子大小材料的預處理及分階段進行和隨後有效的氧化劑接觸中，增加及/或可變的有機物含量不會消極及影響標的處理技術的功效。[關於變化土壤基質的不必要演示的廣泛聲明]。
[0116]反應機制和毒性子工藝
[0117]用於烴氧化的反應機制很好理解且在文獻中用文件證明。當氧化反應進行到結束時，氧化的有機化合物礦化以產生co2和h2o。作為有代表性的截面，下列反應和所述反應的化學計算方程式遵循(EPA，2004年):[0118]
[0119]
【權利要求】
1.一種修復工藝，其中將500加侖的淡水泵入525加侖箱中加熱；通過丙烷無箱式熱水加熱器完成加熱；將加熱過的水泵送到KDF過濾器；所述加熱過的水隨後通過UV光；所述加熱過的水隨後通過產生空化的反應器；將處理過的熱水溶液泵送到化學混合箱；將適當氧化劑的助催化劑與處理過的熱水混合；將混合溶液從混合箱泵出到放置在下向鑽眼井(down-hole well)中的熱感應探頭以便修復和處理受汙染土壤和蓄水層。
2.一種修復工藝，其中將500加侖的淡水泵入525加侖箱中加熱；通過丙烷無箱式熱水加熱器完成加熱；將加熱過的水泵送到KDF過濾器；隨後泵出所述加熱過的水通過UV光；隨後泵出所述熱水通過產生空化的反應器；將處理過的熱水溶液泵送到化學混合箱；將適當氧化劑的助催化劑與處理過的熱水混合；以5英尺到7英尺的預設計間隔開口將混合溶液泵入下向鑽眼中，以遍布汙染區的羽流區(plume area)。
3.一種修復工藝，其中將500加侖的淡水泵入525加侖箱中加熱；通過丙烷無箱式熱水加熱器完成加熱；將加熱過的水泵送到KDF過濾器；隨後泵出所述加熱過的水通過UV光；隨後泵出所述熱水通過產生空化的反應器；將處理過的熱水溶液泵送到化學混合箱；將適當氧化劑的助催化劑與處理過的熱水混合；將混合溶液噴射到受汙染土壤上以向下流動到蓄水層。
【文檔編號】B09C1/00GK103658159SQ201310007202
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年1月8日 優先權日:2012年9月13日
【發明者】比爾·萊普貝託 申請人:比爾·萊普貝託