從土壤脫除汙染物的方法

2023-05-03 18:46:56

專利名稱：從土壤脫除汙染物的方法
技術領域：
本發明涉及在解吸氣的幫助下從土壤中脫除汙染物的方法，其涉及(a)將解吸氣注入汙染物水平和/或其下的土壤中，(b)用解吸氣揮發所述汙染物，使其升至汙染物上面的地面，(c)收集並進一步處理揮發的汙染物。
由EP-A-429.137可知這種方法。
本公開書描述了通過將空氣注入汙染物位置的土壤中從而從土壤脫除揮發性汙染物的方法。注入的空氣通過土壤升至地面並且在其上升的通道中夾帶所述汙染物。在這種已知的方法中，緊挨地面的土壤層由生物活性物質組成，其中汙染物在它們的上升通道中被收集並被原地降解。
在這種方法中遇到的一個問題是注入空氣與揮發性汙染物不僅垂直運動並且在其運動中還存在水平部分。因此，部分汙染物可以到達生物活性層的地面外，由此擴散至周圍的大氣中，而沒有在所述層中降解。為了防止這種情況的發生，本專利申請指出可以如在受汙染區域的周圍挖滲透渠或者在地面採用氣密蓋。還可以在待清潔位置的周圍安裝板樁。這種溝渠必須繞汙染區域的整個邊界挖出並由此具有較大的長度。對於待施加氣密層的區域也是如此。這些措施較為昂貴，妨礙了當地其它人的工作如生產活動，並且還必須在後續階段中復原，這又需要活動和其它費用。
另一種已知的方法遇到相同的問題，在這種方法中與注入空氣一起上升的汙染物在生物活性的上層不會被降解而在地面上被收集，例如在隔離(screen)下面並被輸送到設備用於如焚化或以另一種方式轉變為無害物質。
本發明的目標是提供一種方法，從而以一種經濟並且具有吸引力的方式防止由於注入空氣流至可以回收所述汙染物的區域的外面導致的汙染物擴散。
由於將氣體隔離安裝在汙染區域邊界外面的土壤中，所以根據本發明這個目標可以實現。
此處的氣體隔離可以理解為一種繞汙染區域周圍連續延伸的從地面下的某一深處上行的氣體流動。人們已經發現不能或實際上不能使汙染物橫向移動從而通過這種氣體隔離，所述汙染物在被氣體隔離包圍的區域內的地面上被脫除。
在上面提到的EP申請書中的參考文獻順便提到還可以將解吸氣注入汙染物的附近，但是其中沒有提及以氣體隔離的方式對此加以實施，或者用其代替挖渠或者採用氣密性物質以防止汙染物的擴散的可能性。
本發明方法的另一個優點為它還可以用於汙染物全部或部分位於揮發汙染物不可滲透層的下面的情形，例如混凝土或瀝青地面(通常在工廠或其它生產環境中或在貯罐的周圍可以找到它們)。在這種情況下將氣體隔離安裝在不可滲透部分的外面，隨後還可包圍揮發性汙染物可以到達地面的可滲透區域。通過控制沿氣體隔離流動的注入氣體的流速和/或壓力，可以所需的方向、尤其以被氣體隔離包圍區域的可滲透部分的方向推動汙染物。夾帶了揮發汙染物的解吸氣可以達到地面並且當出現這種現象時，可以用現有的或施加的生物活性層進行處理。如果施加生物活性層，其厚度最大值優選在最靠近不透氣層區域的未覆蓋部分。這對此處土壤的透氣性產生有利的影響，它對土壤中以生物活性層為方向的氣體流動具有良好的影響。通過包圍未覆蓋區域的部分氣體隔離可以防止進一步水平擴散。在本發明方法中提供的氣體隔離因此不僅可以將汙染物限制在所選的區域內還可對揮發性雜質達到地面的位置產生影響。隨後可以設定氣體流出所述隔離的分布，從而可以在土壤中按所需方向設定所得氣流。
根據本發明的方法，空氣可以用作解吸氣，如果需要，採用氧化性組分如臭氧或其它氣體組分。如果需要在厭氧條件下操作，也可以採用氮氣。用於空氣隔離的氣體(此後稱為隔離氣體)可以為與解吸氣相同的氣體。出於價格的考慮，作為隔離氣體來說空氣通常為最具吸引力的選擇。
如EP-A-429.137中的方法，在本發明的方法中採用一或多根中空管從而將加壓的解吸氣(優選空氣)注入汙染物下方。儘可能均勻，優選以最佳的等邊三角形的常規方式(因為人們發現它提供最均勻的清潔)，將所述導管布置在待清潔的區域。選擇導管的出口位置使解吸氣的最大可能部分通過受汙染的土壤到達地面。至少一部分導管的出口位於汙染物中或其下。當解吸氣流過受汙染的土壤時，汙染物揮發並被夾帶至地面。如果汙染物由具有足夠高蒸氣壓的揮發性物質(如丙烯腈、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、苯乙烯、苯酚、全氯乙烯或三氯乙烯)組成，在蒸發過程中產生這種揮發。採用通過的解吸氣，使汙染物以蒸汽的形式被夾帶。也可通過與解吸氣組分(如通過一種氧化劑如通過臭氧化空氣得到的富臭氧作為解吸氣)的反應來揮發汙染物。所得的反應產物揮發，同時與解吸氣一起通過土壤並上升至地面。如果沒有其它措施，在地面出現不受控制逃逸出來的揮發性汙染物並且汙染物將進入大氣中。為了防止這種情況，在地面上方收集揮發的汙染物以作進一步處理或在逃逸前使其通過生物活性層(其中揮發的汙染物全部或部分降解)。生物活性層至少延伸至覆蓋汙染物可以到達地面的區域並且優選覆蓋其外部的一定距離。原則上可以應用汙染物上面的土壤層的生物活性。然而通常必須採用添加劑來改良土壤從而獲得經預處理的生物活性層並且保持其活性在所需的水平上。如果不能或基本不能改良地面或就在地面下的土壤來獲得生物活性層，可以在地面施加一層幾釐米的預處理生物活性物質。
如果沒有採取措施來防止汙染物的橫向擴散，必須將生物活性層在其外面延伸相當一段距離，這將變得昂貴並且引起待處理區域的顯著變大。根據本發明的方法，這個區域實際可限定於待清潔的區域，因為實踐中採用的氣體隔離可以與待清潔區域周圍相鄰。可以獲得所述優點，同時保留已知方法的所有優點。經過較短的一段時間後，獲得較高程度的汙染物脫除，並且可以在解吸氣的流入和流出之間保持較高的壓差。
在安裝於汙染物位置的用來揮發和夾帶汙染物的導管旁邊安裝了氣體隔離。為了這個目的，可以例如在所需深度的土壤中安裝環形、基本水平的導管系統。在合適的距離提供導管的出口。如果現在將加壓的隔離氣體送料至所述系統，從開口流出的空氣形成一個氣體隔離。選擇用於解吸氣和用於氣體隔離的導管的數量和直徑以及其中出口的大小使得所需量的氣體可以所需的壓力送料至土壤中。
為了避免挖掘工作，還提供沿長度至少一部分具有出口的合適長度的導管，它們的相互距離使得它們相互部分重疊從而可以某種角度(如 10-75°)相互平行或斜向相交推進至土壤中。如果將加壓的隔離氣體送料至這些導管，它將從出口逸出並由此形成氣體隔離。
在根據本發明方法的一個優選實施方案中，以與待清潔區域垂直的方式(最大偏差為10°)提供一系列導管(例如與用於汙染物位置相同類型的管)，由此形成氣體隔離(例如以導管安裝在汙染物位置的方式進行安裝)。將導管的末端安裝在土壤中，從而可以優選在汙染物水平，或更優選在汙染物的下面的深度安裝所述氣體隔離的出口。考慮到土壤的滲透性，選擇合適的流速和合適的壓力以及它們之間的距離，使得所述隔離(由於通過其維持的氣體流過土壤的形式)推動本易於沿所述隔離方向運動的揮發性汙染物移離所述隔離併到達地面。實際上，導管之間的合適距離為2-15米，優選它們為4-10米。通過在氣體隔離外部的土壤上面實施測量，易於確定汙染物是否到達那裡的地面。如果發現的確發生，可以採取合適的措施，例如在現有的導管或出口之間提供額外的導管或出口用來形成所述隔離或增加氣流。注入氣體的流出速率(在地面上進行測量)原則上為0.01-5米/小時，優選為0.03-2米/小時。可以簡單通過在某個時間段採集流出某個區域(米2)的氣體量(米3/小時)來確定流出的速率。用來形成氣體隔離的導管與待清潔區域邊界之間的距離可以為0.1米至幾米(例如高達10米)。優選將所述導管安裝在收集移動至地面的汙染物的區域之內或者存在降解生物活性層的區域邊界之內，更優選在其內至少0.5米。
考慮到隔離中的導管相對於汙染物中導管的距離和位置，選擇氣體注入所述隔離的速度，使得在面對汙染物的隔離的一側將所得氣流從所述隔離導出進入汙染物位置。
在根據本發明的方法中，僅僅通過增加注入氣體的導管的數量可以防止汙染物擴散進入環境。這比挖掘渠道或採用覆蓋物質要簡單得多。另外，移走額外的導管比除去覆蓋物和填埋渠道要便宜和簡單。另外，移走導管立即將場景恢復至其原始狀態。還可以將所述導管鋸至地下某一深度並且進一步採用如蒙脫土來填埋以避免不需要的物質從地面流入地下深處。在這種情況下，在地面上再也見不到導管的存在。
例如在丙烯腈、苯或甲苯作為汙染物的情況下，降解可以在需氧的條件下進行。也可以採用厭氧分解並且在汙染物為全氯乙烯和三氯乙烯的情況下具有優勢。在這種情況可以將如氮氣作為解吸氣注入。
根據本發明的所述方法可以用於從位於地下水面上的幹土以及全部或部分位於地下水面下的溼土中脫除汙染物的情形。由於地下水的流動，在溼土中也出現汙染物的橫向擴散。在這種情況下，人們發現用於本發明方法的氣體隔離形成針對汙染點的地下擴散、特別是針對位於生物活性層或蓋上面區域外面的汙染物擴散的有效屏障。
當地下水流已經將汙染物從原始汙染位置(此後也稱為源)輸送了一段距離，使得整個區域的揮發不再有經濟價值或實際上不可操作的情況下，也可有利地採用本發明方法。地下水的擴散通常為羽狀，它可以理解為所述擴散主要向一個方向進行，隨著距所述源的距離的增加，下遊在一定程度上變寬。汙染物在羽狀流中的濃度原則上隨著距汙染物源的距離的增加而減少。在羽狀流的某一點上所述濃度通常變得較低以至可以為人接受並且有用或必需的脫除從法律上講不再需要。
現在如果任選與如上所述的汙染源脫除相結合，將一根或多根管導入土壤中的羽狀流的某一點(此處濃度低至可以接受)，並將解吸氣注過其中，此處的汙染物將如上所述被夾帶至地面。隨後可以收集此處揮發的汙染物並進行處理。在所述羽狀流的末端位置，優選用生物活性層替換所述土壤至某一深度。這層的厚度可以達到幾米但優選在汙染物的上面終止。優選所述層為至少2米，甚至優選3米(因為這種生物活性層對空氣流產生的局部阻力低於周圍土壤)。因此形成一種流動形式，即優選輸送上升的注入的解吸氣和夾帶的汙染物通過生物活性層。在生物活性層周圍的上述位置安裝氣體隔離。從羽狀流延伸的方向來看，位於上遊的氣體隔離導管的出口位於汙染物的上面。因此所述汙染物可以從氣體隔離的下面通貫氣體隔離的上遊部分並由此到達注入氣體可以將其揮發的區域並輸送其通過生物活性層。形成氣體隔離的導管的所述部分(從羽狀流延伸的方向來看安裝在下遊)位於待清潔位置的外部，它們的出口具有與注入導管相同的深度或存在較小的距離，例如與位於其上或其下的最接近的注入導管的距離的0.1倍。
在這個過程中，存在於整個羽狀流的汙染物將被地下水流輸送至注入解吸氣的區域，並且受到氣體隔離的保護，防止汙染物進一步擴散可以被收集的區域的外部，可以在其上方的生物活性層中被消除。因此，不必對所述羽狀流的整個區域進行局部清潔，而是觀察所述汙染物以可以預見的方向移動。
為了促進羽狀流中的汙染物的脫除，可以在羽狀流延伸區域有利地增加更多的清潔點，其可以理解為如上所述的解吸氣的注入導管與氣體隔離和生物活性層的組合。如果如第二個清潔點安裝在所述源和所述羽狀流末端之間的中點，來自最接近汙染源的羽狀流部分的汙染物在第二個清潔點被收集，來自第二個清潔點和所述羽狀流末端之間的羽狀流部分的汙染物被位於所述羽狀流末端的清潔點收集。因此可以顯著縮短整個羽狀流的清潔時間，因為第二個清潔點將羽狀流分為兩個部分(同時降解)。根據所述羽狀流的長度和所需的清潔時間，可以設置幾個清潔點。
在幹土中可以採用幹的解吸氣。由於導入幹的解吸氣，土壤將變幹並且其孔度增加，使對流貫其中的解吸氣的流動阻力變小。土壤的乾燥也減少了被土壤持留汙染物的量並促進蒸發。
還可以加熱解吸氣。這樣增加了乾燥解吸氣的效率。如果將汙染物局部轉化為揮發性組分(例如採用氧化劑)，加熱解吸氣還獲得更高的轉化速率並由此縮短清潔時間。通過加熱解吸氣可以在生物活性層以及冷的天氣條件下獲得最佳的氣候。然而當導入幹和/或加熱的解吸氣時，必須更加注意使生物活性層保持在所需的條件下。例如，可以通過加熱解吸氣使生物活性層的溫度保持在所需的水平上，並且如果需要，可以使水進入生物活性層從而保持溼度在所需的水平上。
參照不具有限制性的後面的附圖，對本發明方法進行解釋說明。


圖1為存在於土壤中的汙染物的位置的橫截面；圖2為這個位置的俯視圖；圖3為一個俯視圖，其中存在地下汙染物並且其中一部分地面對於揮發的汙染物而言為不可滲透；和圖4為一個區域的橫截面，其中汙染物存在於土壤中，汙染物的一部分被地下水夾帶前進了一定距離；圖1中為地下汙染物。藉助導管3，將解吸氣注入汙染物1下面的土壤中。解吸氣(空氣(空圈5表示))上升並夾帶揮發的汙染物。隨後將由實圈7所示的揮發的汙染物輸送通過以地面9為邊界的生物活性層10並在此完全降解。連接進料管線11和導管13使得它們安裝在土壤汙染物的外部並且形成氣體隔離。這些導管的出口位於與注入導管3出口的相同深度。
圖2為受汙染區域的俯視圖。地下汙染物201的邊界用虛線表示，其上的生物活性層210用實線表示。在汙染物區域內空圈表示用來注入空氣以揮發汙染物的導管203。由實圈表示的導管213安裝成圍繞待清潔區域的封閉迴路，當空氣通過這些導管213時形成氣體隔離。所有導管形成規整的三角形形狀(在這個情況下為等邊三角形)。
圖3如圖2，不同之處在於地下汙染物301的一部分位於揮發的汙染物不可滲透的層315下面。導管313和317圍繞待清潔區域安裝。通過導管317(由中心開口的實圈表示)，將空氣以較導管313(由實圈表示)更高的壓力和更高的流速導入土壤。結果在覆蓋層下面的區域中，在以生物活性層310位於汙染物上面的區域的方向上形成所得的空氣流。通過導管303(由空圈表示)，將空氣注入汙染物的下面。為了消除沿不可滲透層(面對汙染物)的一側逃逸的微量汙染物，生物活性層也可以沿這一側進行延伸。
在圖4中，401為地下汙染物，沿箭頭419方向流動的地下水從中夾帶一定量的形成羽狀流421的汙染物。在羽狀流末端423的附近，安裝導管403以揮發汙染物並夾帶其至地面409。在局部提供的生物活性層(較前面附圖的生物活性層厚)中收集揮發的汙染物，並在其中進行降解。導管425安裝在導管403的上遊並且形成氣體隔離的一部分。其出口終止於羽狀流421的上面，使得含有夾帶汙染物的地下水可以流過氣體隔離並且可以到達由導管403進行曝氣的區域。下遊導管427也形成氣體隔離的一部分並且終止於所述羽狀流的上面。羽狀流的末端部分425(其中汙染物濃度低至可接受的水平)將進一步被地下水夾帶並在所述方法中被進一步稀釋。
權利要求
1．本發明涉及藉助解吸氣從土壤脫除汙染物的方法，其包括(a)將解吸氣注入汙染物水平和/或其下的土壤中，(b)採用解吸氣揮發所述汙染物，使得其升至位於汙染物上面的地面，(c)收集並進一步處理揮發的汙染物，其特徵在於在沿受汙染區域的邊界的土壤中提供氣體隔離(screen)。
2．根據權利要求1的方法，其特徵在於藉助安裝在受汙染區域周圍的封閉迴路中的基本垂直的導管，通過將隔離氣體注入土壤形成氣體隔離。
3．根據權利要求1或2的方法，其特徵在於設定隔離氣體在所述隔離上面的流出分布從而在土壤中以所需方向設定所得的氣體流動。
全文摘要
本發明涉及藉助解吸氣從土壤脫除汙染物的方法,其包括:(a)將解吸氣注入汙染物水平和/或其下的土壤中,(b)採用解吸氣揮發所述汙染物,使得其升至位於汙染物上面的地面,(c)收集並進一步處理揮發的汙染物,在沿受汙染區域的邊界的土壤中提供氣體隔離。
文檔編號B09C1/00GK1312137SQ01111000
公開日2001年9月12日 申請日期2001年3月6日 優先權日2000年3月7日
發明者M·W·J·普盧姆 申請人:Dsm有限公司