一種修復土壤VOCs汙染的裝置及方法與流程

2024-04-04 14:28:05 2

本發明涉及環保
技術領域：
，具體而言，涉及一種修復土壤vocs汙染的裝置及方法。
背景技術：
：各種工業活動，包括化工生產、機械製造、金屬冶煉等，造成大量的汙染物被擴散到各種環境介質中。其中人類活動對土壤的汙染，由於其隱蔽性和長期性，是最難解決的問題。西方國家從70年代起開始從事汙染場地的修復工作，大量的資金被投入到大大小小的修復項目上。在美國，每年投入的修復資金在100億美元到200億美元之間；可就算如此，美國環保署2004年的一項估計指出，在美國仍然有接近30萬個汙染場地需要治理，需要的資金在幾千億美元以上。隨著我國經濟的快速發展，汽車數量急劇上升，加油站和地下儲油罐的數量與日俱增。根據目前已有的監測結果，我國汙染程度遠遠大於西方國家的汙染狀況。有估計指明，要完全修複目前已經汙染的各種場地，需要投入幾十萬億的修復資金。由於輸油管道、儲油罐滲漏，含油汙水排放，落地油，農藥等原因，大量油類汙染物，農藥類汙染物進入土壤，還有石油和化工工業對土壤造成的汙染，尤其是其中的大量揮發性有機物，破壞了土壤本身的生態系統，對地下水也構成威脅，嚴重危害人類健康。揮發性有機物作為一類特殊的土壤汙染物有不同於其他汙染物的汙染特性，並因其成分的複雜性和危害性，被列為環境中潛在危險性大、應優先控制的汙染物。因此，如何合理、有效地處置、修復揮發性有機汙染土壤已成為亟待解決的問題。目前，國內揮發性有機物汙染場地面積廣，汙染程度深淺不一，且汙染物組分複雜，嚴重限制著城市的發展與擴容。針對工業揮發性有機物(volatileorganiccompounds,vocs)汙染的土壤，現有的修復技術主要有氣相抽提、熱解吸、水泥窖焚燒和填埋等。但氣相抽提技術運行時間長，無法滿足城市內工業汙染場地嗜待開發的需求；熱解吸成本較高，無法用來處理大批量的汙染土壤；焚燒和填埋技術二次汙染風險大，成本較高且處理量有限。所以，傳統的土壤修復技術難以滿足日益變化的市場需求。有鑑於此，特提出本發明。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種修復土壤vocs汙染的裝置及該基於該裝置的修復土壤的方法，該工藝具有設備簡單，只需打孔鑽洞，原位修復，工程量小，且修復效果好的優點。為了實現本發明的上述目的，特採用以下技術方案：本發明涉及一種修復土壤vocs汙染的裝置，包括蒸汽注射井和藥液注射井，所述蒸汽注射井和藥液注射井穿過受汙染土壤區域，達到未被汙染的土壤；所述蒸汽注射井通過高壓氣泵與蒸汽鍋爐相連；所述蒸汽注射井由蒸汽輸送管路和蒸汽噴射頭組成，所述蒸汽噴射頭上設置有蒸汽噴射氣孔；所述藥液注射井通過加藥閥門和加藥泵與加藥箱相連。針對vocs有機物汙染的土壤修復使用氧化劑通過藥液直推注射井注入土壤層，然後通過原位熱脫附技術工藝達到氧化淨化的目的，原理為在提升土壤溫度的作用下揮發性有機物從土壤中溢出和預先注入的強氧化劑混合併發生氧化反應，達到淨化土壤的效果。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述加藥箱內盛裝有氧化藥劑。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述氧化藥劑為雙氧水溶液。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述蒸汽注射井和藥液注射井的數量為一個或多個；當所述蒸汽注射井和藥液注射井的數量為多個時，所述蒸汽注射井和藥液注射井相間排列。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，相鄰的蒸汽注射井和藥液注射井之間的距離為500mm～15000mm。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述蒸汽注射井和藥液注射井的口徑均為100mm～200mm。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述蒸汽注射井和藥液注射井的入土深度均為5m～10m。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述蒸汽噴射氣孔排列成環狀分布於所述蒸汽噴射頭的外壁上；更優選的，所述蒸汽噴射氣孔的直徑為0.5mm～1.5mm；更優選的，所述蒸汽噴射氣孔排列成環狀時，每個噴射頭氣孔間距為2.5mm～3.5mm；更優選的，所述蒸汽噴射氣孔排列成的環狀時，每環僅有一行蒸汽噴射氣孔；所述環為1～8個；更優選的，沿所述蒸汽噴射頭徑向每相鄰的兩環均平行，且距離為45～55mm。本發明還涉及一種基於如上所述的裝置的修復土壤vocs汙染的方法，包括：在待處理的汙染土壤區域設置蒸汽注射井和藥液注射井，氧化劑由藥液注射井注入後，通過蒸汽注射井對汙染土壤注射蒸汽進行加熱，將汙染物轉化為氣態並與氧化劑混合併發生氧化反應，氧化產物以蒸汽的形式揮發至空氣或結合於土壤當中。優選的，如上所述的方法，蒸汽滲透速率為4cm/s～10cm/s。與現有技術相比，本發明的有益效果為：1)、本工藝的藥劑應用為瞬時氧化藥劑，可在極短的時間內氧化去除揮發性有機物，不會出現有機物在地表的揮發散溢，而造成二次汙染；2)、本工藝可適用於高濃度的揮發性有機物汙染的土壤修復，土壤類型以高滲透型為主，具有設備簡單，不需要全部把土移位，只需打孔鑽洞，原位修復，工程量小，且效果好等優點；3)、本工藝對比於其他工藝，具有造價成本低，易於操作，氧化徹底的優點，能夠一次性解決汙染源，而不會再次出現處理後揮發性有機物反彈的問題。附圖說明為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明所提供的修復土壤vocs汙染的裝置的俯視示意圖；圖2為本發明所提供的蒸汽注射井的蒸汽輸送管路及蒸汽噴射頭的示意圖。附圖標記：蒸汽注射井-1；蒸汽輸送管路-101；蒸汽噴射頭-102；藥液注射井-2。具體實施方式下面將結合附圖和具體實施方式對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，但是本領域技術人員將會理解，下列所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，僅用於說明本發明，而不應視為限制本發明的範圍。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例中未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。如圖1和圖2所示，本發明涉及一種修復土壤vocs汙染的裝置，包括蒸汽注射井-1和藥液注射井-2，所述蒸汽注射井-1和藥液注射井-2穿過受汙染土壤區域，達到未被汙染的土壤；所述蒸汽注射井-1通過高壓氣泵與蒸汽鍋爐相連；所述蒸汽注射井-1由蒸汽輸送管路-101和蒸汽噴射頭-102組成，所述蒸汽噴射頭上設置有蒸汽噴射氣孔；所述藥液注射井-2通過加藥閥門和加藥泵與加藥箱相連。針對vocs有機物汙染的土壤修復使用氧化劑通過藥液直推注射井注入土壤層，然後通過原位熱脫附技術工藝達到氧化淨化的目的，原理為在提升土壤溫度的作用下揮發性有機物從土壤中溢出和預先注入的強氧化劑混合併發生氧化反應，達到淨化土壤的效果。優選的，所述修復土壤vocs汙染的裝置還包括保溫層，所述保溫層設置於受汙染土壤區域表面。保溫層可以防止熱量散失，從而節約蒸汽注射井-1產生的熱能。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述加藥箱內盛裝有氧化藥劑。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述氧化藥劑為雙氧水溶液。雙氧水氧化藥劑母液的一個配方如下表所示：體積密度0.8～1.05g/cm3活性氧化劑17％含水量20％(最大)ph值(3％溶液)約10.2含有穩定劑氧化藥劑按照注射井分布情況注入土壤，藥劑在使用前首先配置成體積百分濃度5％的溶液，以溶液的形式直推注入汙染土壤。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述蒸汽注射井-1和藥液注射井-2的數量為一個或多個；當所述蒸汽注射井-1和藥液注射井-2的數量為多個時，所述蒸汽注射井-1和藥液注射井-2相間排列。相間排列可最大程度地提高土壤淨化的效率。如圖1所示，蒸汽注射井-1和藥液注射井-2可排列成矩陣的形狀，每個蒸汽注射井-1都與藥液注射井-2相鄰。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，相鄰的蒸汽注射井-1和藥液注射井-2之間的距離為500mm～15000mm；更優選的，相鄰的蒸汽注射井-1和藥液注射井-2之間的距離為2000mm～13000mm，或4000mm～11000mm，或6000mm～9000mm，7000mm～8000mm。蒸汽注射井-1和藥液注射井-2之間的具體距離需要根據不同的土壤的特性(如滲透性等)，不同的vocs含量來確定。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述蒸汽注射井-1和藥液注射井-2的口徑均為100mm～200mm；更優選的，所述蒸汽注射井-1和藥液注射井-2的口徑均為120mm～180mm，或140mm～160mm，150mm。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述蒸汽注射井-1和藥液注射井-2的入土深度均為5m～10m；更優選的，入土深度均為6m～9m，或7m～8m。入土深度需要根據具體的土壤汙染深度來確定，5m～10m的深度在一般情況下均可行。由於本發明是採用原位熱脫附技術對vocs進行加熱，蒸汽會向上運動，因此所述蒸汽注射井-1和藥液注射井-2的出口在理想情況下應該正好位於汙染區域的下方一點。優選的，如上所述的修復土壤vocs汙染的裝置，所述蒸汽噴射氣孔排列成環狀分布於所述蒸汽噴射頭-102的外壁上；更優選的，所述蒸汽噴射氣孔的直徑為0.5mm～1.5mm，更優選為1mm；更優選的，所述蒸汽噴射氣孔排列成環狀時，每個噴射頭氣孔間距為2.5mm～3.5mm，更優選為2mm；此間距指的是每個噴射頭氣孔沿著所述蒸汽噴射頭-102的弧形表面的弧線距離；更優選的，所述蒸汽噴射氣孔排列成的環狀時，每環僅有一行蒸汽噴射氣孔；所述環為1～8個，更優選為2～6個，或3～4個；更優選的，沿所述蒸汽噴射頭徑向每相鄰的兩環均平行，且距離為45～55mm，更優選為47～53mm，或50mm。本發明還涉及一種基於如上所述的裝置的修復土壤vocs汙染的方法，包括：在待處理的汙染土壤區域設置蒸汽注射井和藥液注射井，氧化劑由藥液注射井注入後，通過蒸汽注射井對汙染土壤注射蒸汽進行加熱，將汙染物轉化為氣態並與氧化劑混合併發生氧化反應，氧化產物以蒸汽的形式揮發至空氣或結合於土壤當中。氧化劑注入後，通過原位熱脫附技術對汙染土壤加熱，促使有機物揮發溢出，此目的實現為以高溫蒸汽注入方式對土壤實現加熱，適用於高度滲透性土壤，此技術是將汙染土壤加熱至目標汙染物的沸點以上，通過控制系統溫度和物料停留時間促使汙染物氣化揮發，使目標汙染物與土壤顆粒分離。它可以使土壤中的有機化合物揮發和裂解，當汙染物轉化為氣態之後，其流動性將大大提高，揮發出來的氣態產物和注射井內的氧化劑混合併發生氧化反應，最終以二氧化碳和水的形式揮發至空氣或結合於土壤當中。此工藝的優點在於只需打孔鑽洞工程量小，超過95％的汙染物在原位降解，消除汙染物遷移風險，最小化地面處置系統的負荷。原位熱脫附技術可用於處理的汙染物主要為含氯有機物，半揮發性有機物，石油烴類，多環芳烴，多氯聯苯以及農藥等。目前，熱脫附技術在石化工廠、地下油庫、木料加工廠和農藥庫房等區域以及在一些汙染物源頭修復治理工作中廣泛應用。優選的，如上所述的方法，蒸汽滲透速率為4cm/s～10cm/s；更優選為6cm/s～8cm/s，或7cm/s。蒸汽滲透速率影響著vocs汙染物的擴散效率和氧化效率。最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，但本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。當前第1頁12