一種原位加熱結合雙相真空抽吸土壤修復裝置和方法

2023-10-11 07:48:24 5

專利名稱：一種原位加熱結合雙相真空抽吸土壤修復裝置和方法
技術領域：
本發明屬於環境保護技術領域，特別涉及一種原位加熱結合雙相真空抽吸土壤修復裝置和方法。
背景技術：
改革開放以來，隨著我國工業化的迅速發展，城市規模逐漸擴大，從而使城市化進程取得了前所未有的發展。在城市不斷向外圍擴展的過程中，原來大量處於外圍且存在汙染的工業企業也逐漸成了城市中心區域的一部分；而城市中心區域的人口往往高度集中，這些存在汙染風險的工業企業對人體健康和環境安全造成了極大的威脅。為了適應改善城市環境質量、優化城市功能結構的要求，我國對城市中心區域的改造實行了「退二進三」的政策。由此，20世紀90年代以來，我國較發達城市首先出現了大規模工業企業搬遷的現象。因汙染企業搬遷遺留了大量的汙染場地，搬遷後引起的環境汙染事故和對人體健康的危害事件時有發生。另外，由於石油工業的發展，汽油、柴油等揮發性(VOCs)有機汙染物帶來的汙染事故時有發生，如輸油管道破裂，儲油槽滲漏，加油站搬遷等引發的土壤環境問題。根據對我國目前大多數有機汙染土壤的檢測，其中主要汙染物是總石油烴類，含量可達1786 40167 mg/kg ;多環芳烴，含量達26. 10 mg/kg，有些地塊土壤中也含有汞，汞含量達2 2. 69mg/kg,超過國標《土壤環境質量標準》第三級標準值。過去幾十年，受歷史時期經濟技術條件及人們認識水平等多種因素的制約，石油企業在為國家做出重大貢獻的同時，也帶來了一系列的環境問題油氣開採過程中的廢水、廢氣、落地原油、廢氣鑽井液等汙染物排入環境會對水體、大氣、土壤和生態環境造成影響。隨著石油資源的廣泛應用，環境中的石油汙染越來越嚴重；在石油生產、貯運、煉製加工及使用過程中，也會有石油烴類的溢出和排放，造成油田和石化工廠周圍水體和土壤嚴重的石油汙染。當今世界上石油的總產量每年約有22億t，其中17. 5億t是由陸地油田生產的。全世界每年有800萬t進入環境，我國每年有近60萬t進入環境，汙染土壤、地下水、河流和海洋，每年新增汙染土壤I X 105t。一般來說，早期治理石油汙染土壤的方法主要是傳統的物理(蒸汽法、抽氣法、有機溶劑法、水力衝洗法)和化學方法(氧化法、熱處理法)，這些方法所需時間短、見效快，但存在二次汙染、處理費用高等弊端，不利於廣泛的應用。到目前為止，受石油類汙染物汙染的土壤和地下水分為異位修復和原位修復。異位修復是將汙染的土壤和地下水轉移到地面以上進行處理，包括現場處理、堆制處理、熱解處理、土壤淋洗、生物反應器等。原位修復指在受汙染的土壤、地下水的原位進行處理，包括原位生物修復和原位化學修復等。原位修復因其費用相對較低，對環境擾動小、二次汙染小等優勢成為土壤修復技術的研究和實踐的主流
發明內容
熱處理強化技術，一般是通過直接或間接的熱交換，使汙染土壤中的有機物-汞複合汙染物發生分解、蒸發或氧化反應，並與受汙染的土壤分離。雙相真空抽吸方法是通過真空泵製造一個高度真空的環境，將飽和帶的液相汙染物和不飽和帶的氣相汙染物抽吸出來。本發明將原位加熱和雙相真空抽吸方法結合起來，抽吸出來的汙染物除了飽和帶的液相汙染物和不飽和帶的氣相汙染物之外，同時還能夠處理以自由相和土壤吸附相共同存在的石油汙染物。一般來說真空度越高，水力梯度也就越大，因而雙相的真空去除率也就越大。在雙相真空抽吸井工作過程中，位於地下非飽和帶、毛細作用帶和飽和帶氣相、液相以及自由相汙染物，由於負壓作用的存在，會形成具有一定速度的流動；通過流動，汙染物會直接向井的位置遷移，並進入井的抽吸管。在負壓的作用下汙染物會繼續沿著吸管向上運動，直到井口頂端，吸取到地表的汙染物送到氣液分離裝置進行下一步處理，達到標準後排放，避免造成二次汙染。當檢測到土壤中的汞含量不超標時，地上處理設施可以省去水冷凝設備和汞分離器。本發明的目的是提供一種原位加熱結合雙相真空抽吸土壤修復裝置。本發明的另一個目的是提供一種原位加熱結合雙相真空抽吸土壤修復的方法。一種原位加熱結合雙相真空抽吸土壤修復裝置，結構如下電阻加熱裝置6位於加熱井4內；所述的加熱井4的側壁上布置有多個一端開口的、導熱性能良好的導管10，導管10和加熱井4相通；所述的電阻加熱裝置6由鎳鉻電熱合金製成；真空抽吸井9位於抽吸井3內，其上部和真空抽吸泵15相連；氣體處理裝置11和一級分離裝置8通過管道相連；一級分離裝置8的一端通過管道和真空抽吸泵15相連，另一端通過管道和輸送泵16相連；二級分離裝置12通過管道和輸送泵16相連；水處理裝置13和液體汙染物處理裝置14分別通過管路與所述的二級分離裝置12相連；電動力控制裝置5通過導線分別與電阻加熱裝置6、真空抽吸泵15和輸送泵16相連。一種原位加熱結合雙相真空抽吸土壤修復的方法，尤其是修復受揮發性有機物-汞複合汙染土壤的方法，包括如下步驟(I)對待處理的汙染場地進行調查，獲取待處理的汙染場地的面積、水文地質條件，汙染物種類、物理化學性質數據，從而確定汙染情況；(2)在待處理的汙染場地架設至少一口加熱井4，加熱井4的深度要穿過汙染區域l-2m，達到未被汙染的土壤；加熱井4可以採用垂直、水平或傾斜的建造方式；根據修復時間和修復成本，可以在加熱井4的側壁上架設一端封閉的、另一端與加熱井4相通的導管10，以增加加熱井4的作用半徑；(3)接通位於加熱井4內的電阻加熱裝置6的電源，使電阻加熱裝置6通過加熱井4對周圍土壤進行加熱，局部加熱溫度可達600°C ;在加熱作用下，土壤中的汙染物經過蒸發、熱解、氧化等作用形成簡單的小分子氣體，從而使汙染物流動性增加；(4)電阻加熱裝置6工作2_4h後，打開真空抽吸泵15，使得汙染物在負壓作用下向真空抽吸井9的方向移動，隨著溫度的降低，某些沸點較高的汙染物可能重新液化變成液態，混合水蒸氣和其他氣態汙染物形成氣液兩相混合物；(5)汙染物經真空抽吸泵15傳輸到一級分離裝置8，並在傳遞給一級分離裝置8的過程中降溫冷卻；由一級分離裝置8分離出來的氣相部分進入氣體處理裝置11，非氣相部分進入二級分離裝置12 ;經過二級分離裝置12的分離後，油相部分進入液體汙染物處理裝置14，水相部分進入水處理裝置13 ;處理完畢且達到國家水環境排放標準(GB3838-88) —級標準後進行回灌或排放。為了儘量減少熱量損失和與大氣之間的氣體交換，在待處理的汙染場地表面設置非滲透性的密封板1，所述的密封板I為塗有絕緣材料的瓷磚；在密封板I的下方設置熱絕緣層2，所述的熱絕緣層2的材料是絕熱性能較好的PCB鋁基板；將密封板I和熱絕緣層2與加熱井4和抽吸井3直接焊接到一起，實現無縫連接，從而切斷整個待處理的汙染場地與空氣的直接接觸，形成一個半封閉的系統，最大程度的減少熱量的損失；如果所要加熱的區域深度大於5m，地表溫度不高時，可以選擇不安裝熱絕緣層，以節省成本；加熱井4和抽吸井3的布局情況可以依據待處理的汙染場地的地表條件和汙染情況確定；加熱井4可以以三角形、正方形或圓形等方式均勻分布在整個待處理的汙染場地，也可以以抽吸井3為中心，均勻分布在抽吸井3周圍；一般加熱井4和抽吸井3之間的距離是3-8米，各個加熱井之間的距離為1-9米，具體情況以具體的土壤條件和汙染區域面積來定。本發明的有益效果為本發明適用範圍廣，能夠在不同地質條件、土壤性質及地標條件下進行原位的揮發性有機汙染物-汞複合汙染土壤的修復、單純的揮發性有機汙染物修復和單純的汞汙染修復。


圖1是本發明所述的裝置結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體的實施例對本發明做進一步說明實施例1 :首先，對待處理的汙染場地進行場地調查，確定待處理的汙染場地的面積約為200m2，汙染物主要集中在地下2-5m的位置；主要汙染物有總石油烴，含量可達1786 40167mg/kg ;多環芳烴，含量達26. 10mg/kg, 土壤中也含有汞，汞含量達2 2. 69mg/kg。汙染場地為農藥化工廠生產車間搬遷後留下的，場地形狀為正方形。運用本發明的方法對其進行修復，具體步驟如下(I)將待處理的汙染場地平均分成四個小正方形，在每個小正方形的中心處設一口加熱井4，加熱井深度為6m，直徑約為90cm，加熱井4的地下2_6m處每隔40cm布設2m長的橫嚮導管10，用電加熱裝置6對加熱井及導管加熱；(2)電阻加熱裝置6運行2_3h後，開啟真空抽吸泵15，通過深入抽吸井3內的真空抽吸井9抽吸汙染物；抽吸出來的汙染物在真空條件下向抽吸井3遷移，然後經真空抽吸井9進入一級分離裝置8 ；
(3)汙染物質經過真空抽吸泵15到達一級分離裝置8的過程中降溫冷卻，其中氣相部分進入氣相處理裝置11進行處理，非氣相部分進入二級分離裝置12 ;非氣相部分經過二級分離裝置12的分離後，油相部分進入液體汙染物處理裝置14，水相部分進入水處理裝置13 ;處理完畢且達到國家水環境排放標準(GB3838-88) —級標準後進行回灌或排放；(4)為了儘量減少熱量損失和與大氣之間的氣體交換，在汙染區域上方設有塗有絕緣材料的瓷磚製成的密封板I和PCB鋁基板製成的熱絕緣層2 ;將密封板I和熱絕緣層2與加熱井4和抽吸井3直接焊接到一起,實現無縫連接。
權利要求
1.一種原位加熱結合雙相真空抽吸土壤修復裝置，其特徵在於，所述的裝置結構如下電阻加熱裝置6位於加熱井4內；真空抽吸井9位於抽吸井3內，其上部和真空抽吸泵15相連；氣體處理裝置11和一級分離裝置8通過管道相連；一級分離裝置8的一端通過管道和真空抽吸泵15相連，另一端通過管道和輸送泵16相連；二級分離裝置12通過管道和輸送泵16相連；水處理裝置13和液體汙染物處理裝置14分別通過管路與所述的二級分離裝置12相連；電動力控制裝置5通過導線分別與電阻加熱裝置6、真空抽吸泵15和輸送泵16相連。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述的加熱井4的側壁上布置有多個一端開口的、導熱性能良好的導管10 ;導管10和加熱井4相通。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述的電阻加熱裝置6由鎳鉻電熱合金製成。
4.一種原位加熱結合雙相真空抽吸土壤修複方法，包括如下步驟(1)對待處理的汙染場地進行調查，獲取待處理的汙染場地的面積、水文地質條件，汙染物種類、物理化學性質數據，從而確定汙染情況；(2)在待處理的汙染場地架設至少一口加熱井4，加熱井4的深度穿過汙染區域l-2m，達到未被汙染的土壤；(3)接通位於加熱井4內的電阻加熱裝置6的電源，使電阻加熱裝置6通過加熱井4對周圍土壤進行加熱；在加熱作用下，土壤中的汙染物經過蒸發、熱解、氧化等作用形成簡單的小分子氣體，從而使汙染物流動性增加；(4)電阻加熱裝置6工作2-4h後，打開真空抽吸泵15，使得汙染物在負壓作用下向真空抽吸井9的方向移動；(5)汙染物經真空抽吸泵15傳輸到一級分離裝置8，並在傳遞給一級分離裝置8的過程中降溫冷卻；由一級分離裝置8分離出來的氣相部分進入氣體處理裝置11，非氣相部分進入二級分離裝置12 ;經過二級分離裝置12的分離後，油相部分進入液體汙染物處理裝置14，水相部分進入水處理裝置13 ;處理完畢且達到國家水環境排放標準(GB3838-88) —級標準後進行回灌或排放。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，加熱井4採用垂直、水平或傾斜的建造方式。
6.根據權利要求4或5所述的方法,其特徵在於，在加熱井4的側壁上架設一端封閉的、另一端與加熱井4相通的導管10，以增加加熱井4的作用半徑。
7.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，在待處理的汙染場地表面設置非滲透性的密封板I ;在密封板I的下方設置熱絕緣層2。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，將密封板I和熱絕緣層2與加熱井4和抽吸井3直接焊接到一起，實現無縫連接，從而切斷整個待處理的汙染場地與空氣的直接接觸，形成一個半封閉的系統。
9.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述的密封板I為塗有絕緣材料的瓷磚，所述的熱絕緣層2為PCB鋁基板。
10.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，加熱井4以三角形、正方形或圓形方式均勻分布在整個待處理的汙染場地，或者以抽吸井3為中心，均勻分布在抽吸井3周圍；加熱井4和抽吸井3之間的距離是3-8米，各個加熱井之間的距離為1-9米。
11.根據權利要求4至10中任一項所述的方法，其特徵在於，所述的方法適用於修復受揮發性有機物-汞複合汙染土壤。
全文摘要
本發明公開了一種原位加熱結合雙相真空抽吸土壤修復裝置和方法，屬於環境保護技術領域。本發明的裝置結構為電阻加熱裝置位於加熱井內，加熱井側壁有多個導熱性能良好的導管；真空抽吸井位於抽吸井內，其上部和真空抽吸泵相連；氣體處理裝置和一級分離裝置相連，另一端和輸送泵相連；二級分離裝置和輸送泵相連；水處理裝置和液體汙染物處理裝置分別與二級分離裝置相連；電動力控制裝置與電阻加熱裝置、真空抽吸泵和輸送泵16相連。本發明的方法為在汙染場地架設加熱井將土壤加熱從而使汙染物變成小分子氣體，通過真空抽吸泵和抽吸井將汙染物吸到地面上，然後進行分離、無害化處理。本發明結構簡單，操作方便，避免了二次汙染，適用範圍廣。
文檔編號B09C1/00GK103008335SQ20121053622
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者盧宏瑋, 史斌, 何理, 張一梅 申請人:華北電力大學