CN102319727A - 一种处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统及方法，包括污染土壤堆体、与污染土壤堆体连接的营养液及水分调配管网和与污染土壤堆体连接的抽气及尾气处理管网，所述污染土壤堆体包括铺在空旷场地上的混凝土基础层、铺在混凝土基础层上的第一层土工布、铺在第一层土工布上的第一层高密度聚氯乙烯防渗膜、铺在第一层高密度聚氯乙烯防渗膜上的第二层土工布、铺在第二层土工布上的砾石导气层、铺在砾石导气层上的第三层土工布、堆放在第三层土工布上的污染土壤、以及盖在污染土壤上的第二层高密度聚氯乙烯防渗膜。本修复系统能够以较低的成本修复大规模的挥发性有机物及可生物降解有机物复合污染土壤，非常适合大规模产业化应用。

Description

一种处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统及方法

技术领域

本发明属于污染场地修复领域，特别是一种修复有机复合污染土壤的系统及一种修复有机复合污染土壤的方法。

背景技术

我国土壤污染已对土地资源可持续利用与农产品生态安全构成威胁。目前为止，全国受有机污染物污染的农田已达3600万公顷，污染物类型包括石油类、多环芳烃、农药、有机氯等；因油田开采造成的严重石油污染土地面积达1万公顷，石油炼化业也使大面积土地受到污染；在沈抚石油污水灌区，表层和底层土壤多环芳烃含量均超过600mg/kg，造成农作物和地下水的严重污染。同时，随着我国城市化进程的不断推进，许多污染企业已逐步搬离市区，这些企业搬迁后遗留的场地往往留下严重的土壤污染。

为保障农作物产品生产安全及土地的可持续利用，必须对上述这些受到污染的土壤进行修复，因此，相关修复技术的研发已迫在眉睫。

截至目前，包括生物修复、物理修复、化学修复及其联合修复技术在内的污染土壤修复技术体系在国外已经形成，并积累了不同污染类型场地土壤综合工程修复技术应用经验，出现了污染土壤的原位生物修复技术和基于监测的自然衰减修复技术等新兴技术。但是目前为止，土壤修复都只是小规模的修复，还缺乏工业化规模的修复技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统及方法，要解决有机复合污染土壤不能进行工业化大规模修复的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统，包括污染土壤堆体、与污染土壤堆体连接的营养液及水分调配管网和与污染土壤堆体连接的抽气及尾气处理管网，其特征在于：所述污染土壤堆体包括铺在空旷场地上的混凝土基础层、铺在混凝土基础层上的第一层土工布、铺在第一层土工布上的第一层高密度聚氯乙烯防渗膜、铺在第一层高密度聚氯乙烯防渗膜上的第二层土工布、铺在第二层土工布上的砾石导气层、铺在砾石导气层上的第三层土工布、堆放在第三层土工布上的污染土壤、以及盖在污染土壤上的第二层高密度聚氯乙烯防渗膜，第二层高密度聚氯乙烯防渗膜的四周边上还压有沙袋，所述污染土壤中预埋有土壤气监测探头和土壤气采样管，并且污染土壤的顶部还设有与外界大气连通的通风口。

所述营养液及水分调配管网为一循环管路，包括有滴灌管、通过营养液及水分支路调节阀与滴灌管进水端连通的营养液及水分投加管、通过主回水调节阀与滴灌管回水端连通的回水管、连接在营养液及水分投加管上的渗滤液储罐、以及连接在营养液及水分投加管与回水管之间的营养液储罐和自来水储罐，所述滴灌管铺设在污染土壤与第二层高密度聚氯乙烯防渗膜之间，所述营养液及水分投加管有三个进口，其中一个进口通过渗滤液回供水泵与渗滤液储罐连通，另外两个进口通过水泵与营养液储罐和自来水储罐连通，所述回水管有两个出口，其中一个出口通过营养液回水调节阀与营养液储罐连通，另一个出口通过自来水回水调节阀与自来水储罐连通，所述营养液及水分投加管上还设有若干调节阀门。

所述抽气及尾气处理管网包括埋设在砾石导气层中的抽气支管，通过抽气支管调节阀与抽气支管连通的抽气主管，连接在抽气主管出气端的排气筒，以及沿抽气主管进气端至出气端方向、依次连接在抽气主管上的气水分离罐、精密过滤器、气泵和尾气处理设备，所述尾气处理设备包括活性炭罐和焚烧装置，并且活性炭罐和焚烧装置并联在气泵与排气筒之间的抽气主管上，所述气水分离罐与精密过滤器之间的抽气主管、精密过滤器与气泵之间的抽气主管上均连接有压力表，精密过滤器与气泵之间的抽气主管上还连接有在线流量计，所述气泵与尾气处理设备之间的抽气主管、尾气处理设备与排气筒之间的抽气主管上均连接有采样阀，所述抽气主管上也设有若干调节阀门。

所述混凝土基础层中心低、四周高，混凝土基础层中预埋有渗滤液收集管，并且渗滤液收集管的进液口穿过第一层土工布、第一层高密度聚氯乙烯防渗膜和第二层土工布后，插在砾石导气层的底部中心位置。

所述营养液及水分投加管上的调节阀门包括回供水泵调节阀门、水泵调节阀门、营养液调节阀门和水分调节阀门；所述回供水泵调节阀门有两个，分别连接在与渗滤液回供水泵出水口连通的营养液及水分投加管上和与渗滤液回供水泵进水口连通的营养液及水分投加管上；所述水泵调节阀门也有两个，分别连接在与水泵进水口连通的营养液及水分投加管上和与水泵出水口连通的营养液及水分投加管上；所述营养液调节阀门连接在与营养液储罐出口连通的营养液及水分投加管上；所述水分调节阀门连接在与自来水储罐出口连通的营养液及水分投加管上。

所述抽气主管上的调节阀门包括气水分离罐调节阀门、气泵调节阀门、焚烧装置调节阀门和活性炭装置调节阀门；所述气水分离罐调节阀门连接在与气水分离罐进口连通的抽气主管上；所述气泵调节阀门连接在与气泵进气口连通的抽气主管上；所述焚烧装置调节阀门有两个，分别连接在与焚烧装置进口连通的抽气主管上和与焚烧装置出口连通的抽气主管上；所述活性炭装置调节阀门也有两个，分别连接在与活性炭罐进口连通的抽气主管上和与活性炭罐出口连通的抽气主管上。

一种应用处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统修复污染土壤的方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、对需要修复的污染土壤进行预处理，即将污染土壤从污染区域挖出并进行筛分，去除污染土壤中大块的非土壤物质，调节污染土壤中碳、氮、磷的配比，调节污染土壤的含水量，调节污染土壤的pH值。

步骤二、搭设污染土壤堆体、营养液及水分调配管网和抽气及尾气处理管网，形成处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统。

步骤三、调试抽气及尾气处理管网，即开启气泵抽气，并通过气泵和抽气支管调节阀控制抽气流量，同时还通过土壤气监测探头和土壤气采样管监测污染土壤中的氧气含量，使污染土壤中的氧气含量达到15%～20%。

步骤四、连续运行处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统，修复污染土壤，即用抽气及尾气处理管网抽气，并确保抽气及尾气处理管网处于连续运行状态，使污染土壤中的氧气含量达到15%～20%，并且在连续运行状态下，每天定时打开采样阀采集抽出的尾气，进行污染物浓度分析，当监测结果显示尾气中挥发性有机污染物浓度等于或高于150ppm时，关闭活性炭装置调节阀门，打开焚烧装置调节阀门，通过焚烧装置对尾气进行处理，当监测结果显示尾气中挥发性有机污染物浓度低于150ppm时，打开活性炭装置调节阀门，关闭焚烧装置调节阀门，通过活性炭罐进行尾气处理，此外，在连续运行状态下，每月对污染土壤采样一次，进行营养元素和含水率指标分析，当含水率低于10%或C:N:P不等于100:10:1时，用营养液及水分调配管网给污染土壤补充水分和/或营养液。

步骤五、当土壤气及土壤监测结果均显示未检出挥发性有机污染物时，将气泵的流量降低，但必须确保污染土壤堆体中的氧气含量维持在12%以上。

步骤六、当土壤气及土壤监测结果均显示，污染土壤堆体内的半挥发性有机污染物已达到修复目标值时，停止运行整个处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统。

所述步骤一中，调节污染土壤中碳、氮、磷的配比，使其维持在100:10:1，调节污染土壤的含水量，使其重量含水率维持在10%～20%，调节污染土壤的pH值，使其为6～8。

所述步骤二中，污染土壤堆体、营养液及水分调配管网和抽气及尾气处理管网的搭设步骤为，a、选定一定面积的空旷场地；b、在选定的空旷场地上铺设混凝土基础层，再在混凝土基础层上依次铺设第一层土工布、第一层高密度聚氯乙烯防渗膜、第二层土工布、砾石导气层和第三层土工布，并且在铺设砾石导气层时，将抽气及尾气处理管网中的预埋抽气支管预埋进去；c、将预处理好的污染土壤堆放在第三层土工布上，直至设计高度，同时还在污染土壤中预埋土壤气监测探头和土壤气采样管；d、将营养液及水分调配管网中的滴灌管铺设在污染土壤的顶部；e、铺设第二层高密度聚氯乙烯防渗膜，覆盖住污染土壤，并用沙袋进行固定；f、在污染土壤的顶部设置通风口，使污染土壤与外界大气连通，并且保证通风口与第二层高密度聚氯乙烯防渗膜的连接处密封，以确保抽气过程中空气流畅。

所述步骤二中，除了预埋抽气支管之外的抽气及尾气处理管网和除了滴灌管之外的营养液及水分调配管网在污染土壤堆体搭设前、搭设中或搭设后搭建。

所述步骤二中，在铺设混凝土基础层时，在混凝土基础层中预埋渗滤液收集管。

所述步骤三中，调试抽气及尾气处理管网的具体步骤为：步骤1、抽气支管共设置7根，其间距为2m，开启由左至右第1、4、7根抽气支管上的抽气支管调节阀，开启程度三分之一，关闭由左至右第2、3、5、6根抽气支管上的抽气支管调节阀，确保抽气间距为6m；步骤2、将气泵流量设置为50m³/h，并在该工况下连续运行24h；步骤3、通过设置在堆内的土壤气监测探头采集堆内不同位置的土壤气，并分析氧气及二氧化碳含量变化规律，当分析结果显示氧气含量未达到设定氧气含量时，增加抽气支管调节阀的开启度；步骤4、当抽气支管调节阀完全开启，且在50m³/h流量下连续运行24h后堆内氧气含量仍然未能达到设定氧气含量时，将气泵流量提高到80m³/h，同时抽气支管调节阀开启度降低至三分之一，重复步骤3；步骤5、当系统在80m³/h工况下运行依然不能满足要求时，再次提高气泵流量分别为110m³/h、150m³/h，重复步骤3和步骤4，直至堆内氧气含量达到设定氧气含量；步骤6、当通过执行上述步骤，且气泵流量增加到150m³/h时，堆内氧气含量依然低于设计值时，调整抽气支管间距为4m，即开启由左至右第1、3、5、7根抽气支管上的抽气支管调节阀，开启程度三分之一，关闭由左至右第2、4、6根抽气支管上的抽气支管调节阀，开启程度三分之一，重复步骤2至步骤5，直至达到设计工况，否则开启所有支管的调节阀进行抽气。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明是在结合了国内土壤污染的特点和相关技术适应性的基础上，开发出的一种处理有机复合污染土壤的异位耦合修复技术，其能够以较低的成本修复大规模的挥发性有机物及可生物降解有机物复合污染土壤，非常适合大规模产业化应用。本发明最大的特点是可大规模的工业化修复有机复合污染土壤，使被污染的土壤能够可持续利用，以满足相应污染土壤修复的需要。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是污染土壤堆体的示意图。

图3是污染土壤堆体边缘处的示意图。

图4是抽气支管的示意图。 

图5是营养液及水分调配管管网的示意图。

附图标记：1－污染土壤堆体、2－抽气主管、3－焚烧装置调节阀门、4－气水分离罐、5－压力表、6－精密过滤器、7－在线流量计、8－气泵、9－采样阀、10－活性炭罐、11－焚烧装置、12－排气筒、13－营养液储罐、14－自来水储罐、15－营养液调节阀门、16－水泵、17－营养液及水分投加管、18－通风口、19－混凝土基础层、20－预埋渗滤液收集管、21－营养液回水调节阀、22－砾石导气层、23－污染土壤、24－土壤气监测探头、25－土壤气采样管、26－第二层高密度聚氯乙烯防渗膜、27－沙袋、28－第一层土工布、29－第一层高密度聚氯乙烯防渗膜、30－第二层土工布、31－第三层土工布、32－抽气支管、33－抽气支管调节阀、34－营养液及水分支路调节阀、35－滴灌管、36－回水管、37－主回水调节阀、38－渗滤液储罐、39－渗滤液回供水泵、40－气水分离罐调节阀门、41－气泵调节阀门、42－水泵调节阀门、43－回供水泵调节阀门、44－活性炭装置调节阀门、45－水分调节阀门、46－自来水回水调节阀。

具体实施方式

实施例参见图1所示，这种处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统，包括污染土壤堆体1、与污染土壤堆体1连接的营养液及水分调配管网和与污染土壤堆体1连接的抽气及尾气处理管网。

参见图1-3，所述污染土壤堆体1包括铺在空旷场地上的混凝土基础层19、铺在混凝土基础层上的第一层土工布28、铺在第一层土工布28上的第一层高密度聚氯乙烯防渗膜29、铺在第一层高密度聚氯乙烯防渗膜29上的第二层土工布30、铺在第二层土工布30上的砾石导气层22、铺在砾石导气层22上的第三层土工布31、堆放在第三层土工布31上的污染土壤23、以及盖在污染土壤23上的第二层高密度聚氯乙烯防渗膜26，第二层高密度聚氯乙烯防渗膜26的四周边上还压有沙袋27，所述污染土壤23中预埋有土壤气监测探头24和土壤气采样管25，并且污染土壤23的顶部还设有与外界大气连通的通风口18；所述混凝土基础层19中心低、四周高，混凝土基础层19中预埋有渗滤液收集管20，并且渗滤液收集管20的进液口穿过第一层土工布28、第一层高密度聚氯乙烯防渗膜29和第二层土工布30后，插在砾石导气层22的底部中心位置。

参见图1、图5，为确保土壤运行过程中维持一定的含水量及营养比例，本发明还设置了营养液及水分调配管网，所述营养液及水分调配管网为一循环管路，包括有滴灌管35、通过营养液及水分支路调节阀34与滴灌管35进水端连通的营养液及水分投加管17、通过主回水调节阀37与滴灌管35回水端连通的回水管36、连接在营养液及水分投加管17上的渗滤液储罐38、以及连接在营养液及水分投加管17与回水管36之间的营养液储罐13和自来水储罐14，所述滴灌管35铺设在污染土壤23与第二层高密度聚氯乙烯防渗膜26之间，所述营养液及水分投加管17有三个进口，其中一个进口通过渗滤液回供水泵39与渗滤液储罐38连通，另外两个进口通过水泵16与营养液储罐13和自来水储罐14连通，所述回水管36有两个出口，其中一个出口通过营养液回水调节阀21与营养液储罐13连通，另一个出口通过自来水回水调节阀46与自来水储罐14连通，所述营养液及水分投加管17上还设有若干调节阀门，营养液及水分投加管17上的若干调节阀门包括回供水泵调节阀门43、水泵调节阀门42、营养液调节阀门15和水分调节阀门45；所述回供水泵调节阀门43有两个，分别连接在与渗滤液回供水泵39出水口连通的营养液及水分投加管上和与渗滤液回供水泵39进水口连通的营养液及水分投加管上；所述水泵调节阀门42也有两个，分别连接在与水泵16进水口连通的营养液及水分投加管上和与水泵16出水口连通的营养液及水分投加管上；所述营养液调节阀门15连接在与营养液储罐13出口连通的营养液及水分投加管上；所述水分调节阀门45连接在与自来水储罐14出口连通的营养液及水分投加管上。

参见图1、图4，所述抽气及尾气处理管网包括埋设在砾石导气层22中的抽气支管32，通过抽气支管调节阀33与抽气支管32连通的抽气主管2，连接在抽气主管2出气端的排气筒12，以及沿抽气主管进气端至出气端方向、依次连接在抽气主管2上的气水分离罐4、精密过滤器6、气泵8和尾气处理设备，所述尾气处理设备包括活性炭罐10和焚烧装置11，并且活性炭罐10和焚烧装置11并联在气泵8与排气筒12之间的抽气主管2上，所述气水分离罐4与精密过滤器6之间的抽气主管2、精密过滤器6与气泵8之间的抽气主管2上均连接有压力表5，精密过滤器6与气泵8之间的抽气主管2上还连接有在线流量计7，所述气泵8与尾气处理设备之间的抽气主管2、尾气处理设备与排气筒12之间的抽气主管2上均连接有采样阀9，所述抽气主管2上也设有若干调节阀门，所述抽气主管2上的若干调节阀门包括气水分离罐调节阀门40、气泵调节阀门41、焚烧装置调节阀门3和活性炭装置调节阀门44；所述气水分离罐调节阀门40连接在与气水分离罐4进口连通的抽气主管上；所述气泵调节阀门41连接在与气泵8进气口连通的抽气主管上；所述焚烧装置调节阀门3有两个，分别连接在与焚烧装置11进口连通的抽气主管上和与焚烧装置11出口连通的抽气主管上；所述活性炭装置调节阀门44也有两个，分别连接在与活性炭罐10进口连通的抽气主管上和与活性炭罐10出口连通的抽气主管上。

一种应用处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统修复污染土壤的方法，其步骤如下：

步骤一、对需要修复的污染土壤23进行预处理，即将污染土壤23从污染区域挖出并进行筛分，去除污染土壤23中大块的非土壤物质，调节污染土壤23中碳、氮、磷的配比，使其维持在100:10:1，调节污染土壤23的含水量，使其重量含水率维持在10%～20%，调节污染土壤23的pH值，使其为6～8。

步骤二、搭设污染土壤堆体1、营养液及水分调配管网和抽气及尾气处理管网，形成处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统。这其中，污染土壤堆体1、营养液及水分调配管网和抽气及尾气处理管网的搭设步骤为，a、选定一定面积的空旷场地；b、在选定的空旷场地上铺设混凝土基础层19，并在混凝土基础层19中预埋渗滤液收集管20，再在混凝土基础层19上依次铺设第一层土工布28、第一层高密度聚氯乙烯防渗膜29、第二层土工布30、砾石导气层22和第三层土工布31，并且在铺设砾石导气层22时，将抽气及尾气处理管网中的抽气支管32预埋进去；c、将预处理好的污染土壤23堆放在第三层土工布31上，直至设计高度（为确保堆体的稳定性，需将堆体四周堆置成一定坡度），同时，为便于控制运行过程中的相关参数，还在污染土壤23中预埋土壤气监测探头24和土壤气采样管25；d、将营养液及水分调配管网中的滴灌管35铺设在污染土壤23的顶部；e、铺设第二层高密度聚氯乙烯防渗膜26，覆盖住污染土壤23，并用沙袋27进行固定；f、在污染土壤23的顶部设置通风口18，使污染土壤23与外界大气连通，并且保证通风口18与第二层高密度聚氯乙烯防渗膜26的连接处密封，以确保抽气过程中空气流畅。

所述步骤二中，除了抽气支管32之外的抽气及尾气处理管网和除了滴灌管35之外的营养液及水分调配管网在污染土壤堆体1搭设前、搭设中或搭设后搭建均可。 

除了抽气支管32之外的抽气及尾气处理管网的建设包括：第一，抽气装置定位，第二，尾气处理装置定位，第三，抽气装置与抽气及尾气处理管网中的管线阀门连接。第四，抽气装置与尾气处理装置的管线阀门连接。

步骤三、调试抽气及尾气处理管网，即开启气泵8抽气，并通过气泵8和抽气支管调节阀33控制抽气流量，同时还通过土壤气监测探头24和土壤气采样管25监测污染土壤23中的氧气含量，使污染土壤23中的氧气含量达到15%～20%；

以某工程为例，调试抽气及尾气处理管网的具体内容有：步骤1、抽气支管32共设置7根，其间距为2m，开启图4中由左至右第1、4、7根抽气支管调节阀33，开启程度约三分之一，关闭由左至右第2、3、5、6根抽气支管调节阀33，确保抽气间距为6m；步骤2、将气泵8流量设置为50m3/h，并在该工况下连续运行24h；步骤3、通过设置在堆内的土壤气监测探头24采集堆内不同位置的土壤气，并分析氧气及二氧化碳含量变化规律。当分析结果显示氧气含量未达到设定氧气含量（20%）时，增加抽气支管调节阀的开启度；步骤4、当抽气支管调节阀33完全开启，且在50m3/h流量下连续运行24h后堆内氧气含量仍然未能达到设定氧气含量（20%）时，将气泵8流量提高到80m3/h，同时抽气支管调节阀33开启度降低至三分之一，重复步骤3；步骤5、当系统在80m3/h工况下运行依然不能满足要求时，再次提高气泵8流量分别为110m3/h、150m3/h，重复步骤3和步骤4，直至堆内氧气含量达到设定氧气含量（20%）；步骤6、当通过执行上述步骤，且气泵8流量增加到150m3/h时，堆内氧气含量依然低于设计值时，调整抽气支管间距为4m，即开启图4中由左至右第1、3、5、7根抽气支管调节阀33，开启程度约三分之一，关闭由左至右第2、4、6根抽气支管调节阀33，开启程度约三分之一，重复步骤2至步骤5，直至达到设计工况，否则将开启所有支管的调节阀进行抽气。步骤7、最终获得抽气间距为2m，抽气流量为150m3/h的正常运行工况，确保系统处于连续运行状态。

步骤四、连续运行处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统，修复污染土壤23，即用抽气及尾气处理管网抽气，并确保抽气及尾气处理管网处于连续运行状态，使污染土壤23中的氧气含量达到15%～20%，并且在连续运行状态下，每天定时打开采样阀9采集抽出的尾气，进行污染物浓度分析，当监测结果显示尾气中挥发性有机污染物浓度等于或高于150ppm时，关闭活性炭装置调节阀门44，打开焚烧装置调节阀门3，通过焚烧装置11对尾气进行处理，当监测结果显示尾气中挥发性有机污染物浓度低于150ppm时，打开活性炭装置调节阀门44，关闭焚烧装置调节阀门3，通过活性炭罐10进行尾气处理，此外，在连续运行状态下，每月对污染土壤23采样一次，进行营养元素和含水率指标分析，当含水率低于10%或C:N:P不等于100:10:1时，用营养液及水分调配管网给污染土壤23补充水分和/或营养液。

步骤五、当土壤气及土壤监测结果均显示未检出挥发性有机污染物时，可将气泵8的流量降低，但必须确保污染土壤堆体1中的氧气含量维持在12%以上；

步骤六、当土壤气及土壤监测结果均显示，污染土壤堆体1内的半挥发性有机污染物已达到修复目标值时，停止运行整个处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统。

系统运行时，开启抽气主管2上的气泵8进行抽气，土壤中的挥发性有机物随气体抽出堆外，依次经过气水分离罐4和精密过滤器6，通过采样阀9采集样品，分析气体中污染物的浓度高低，确定采用何种方式进行尾气处理，处理后的尾气通过排气筒12达标排放。

当气泵 8开启时，外界新鲜空气将通过通风口18进入堆内，使堆内氧气浓度维持在设计水平，促进有机污染物的生物降解过程，同时通过土壤气监测探头24及土壤气采样管25采集土壤气，根据反馈的监测结果，调整气泵8的风量，以维持最佳运行工况。为便于实时了解整个系统的抽气风量及压力，在抽气及尾气处理管网上分别设置了压力表5及在线流量计7，同时也在抽气及尾气处理管网适当位置设置了相关阀门，以便于系统的调控。

本实施例中的污染土壤堆体1的堆体体积为450m³，长度30m，宽度10m，高度2m，边坡倾角45°，土壤水分含量控制在15%（重量含水量），pH控制在7-8，土壤碳、氮、磷比控制在100:10:1。堆体防渗系统采用1mm厚的高密度聚氯乙烯防渗膜，砾石导气层厚0.4m，砾石直径5mm，抽气支管采用化工级UPVC管，管内径100mm，间距2m。抽气干管采用内径100mm的UPVC管，采用涡轮气泵进行抽气，最大额定风量为250m³/h，并设置了变频系统以调整风机转速。尾气处理设置了活性炭吸附及焚烧处理系统。营养水分调节采用滴灌技术，滴灌管间距1m。整个系统运行8个月，系统运行风量为150m³/h，挥发性有机物苯去除率为95%，2环PAHs的去除率高达73%，3环PAHs的去除率为51%，总PAHs的去除率为58%。

Claims (10)

1. 一种处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统，包括污染土壤堆体（1）、与污染土壤堆体（1）连接的营养液及水分调配管网和与污染土壤堆体（1）连接的抽气及尾气处理管网，其特征在于：所述污染土壤堆体（1）包括铺在空旷场地上的混凝土基础层（19）、铺在混凝土基础层上的第一层土工布（28）、铺在第一层土工布（28）上的第一层高密度聚氯乙烯防渗膜（29）、铺在第一层高密度聚氯乙烯防渗膜（29）上的第二层土工布（30）、铺在第二层土工布（30）上的砾石导气层（22）、铺在砾石导气层（22）上的第三层土工布（31）、堆放在第三层土工布（31）上的污染土壤（23）、以及盖在污染土壤（23）上的第二层高密度聚氯乙烯防渗膜（26），第二层高密度聚氯乙烯防渗膜（26）的四周边上还压有沙袋（27），所述污染土壤（23）中预埋有土壤气监测探头（24）和土壤气采样管（25），并且污染土壤（23）的顶部还设有与外界大气连通的通风口（18）；

所述营养液及水分调配管网为一循环管路，包括有滴灌管（35）、通过营养液及水分支路调节阀（34）与滴灌管（35）进水端连通的营养液及水分投加管（17）、通过主回水调节阀（37）与滴灌管（35）回水端连通的回水管（36）、连接在营养液及水分投加管（17）上的渗滤液储罐（38）、以及连接在营养液及水分投加管（17）与回水管（36）之间的营养液储罐（13）和自来水储罐（14），所述滴灌管（35）铺设在污染土壤（23）与第二层高密度聚氯乙烯防渗膜（26）之间，所述营养液及水分投加管（17）有三个进口，其中一个进口通过渗滤液回供水泵（39）与渗滤液储罐（38）连通，另外两个进口通过水泵（16）与营养液储罐（13）和自来水储罐（14）连通，所述回水管（36）有两个出口，其中一个出口通过营养液回水调节阀（21）与营养液储罐（13）连通，另一个出口通过自来水回水调节阀（46）与自来水储罐（14）连通，所述营养液及水分投加管（17）上还设有若干调节阀门；

所述抽气及尾气处理管网包括埋设在砾石导气层（22）中的抽气支管（32），通过抽气支管调节阀（33）与抽气支管（32）连通的抽气主管（2），连接在抽气主管（2）出气端的排气筒（12），以及沿抽气主管进气端至出气端方向、依次连接在抽气主管（2）上的气水分离罐（4）、精密过滤器（6）、气泵（8）和尾气处理设备，所述尾气处理设备包括活性炭罐（10）和焚烧装置（11），并且活性炭罐（10）和焚烧装置（11）并联在气泵（8）与排气筒（12）之间的抽气主管（2）上，所述气水分离罐（4）与精密过滤器（6）之间的抽气主管（2）、精密过滤器（6）与气泵（8）之间的抽气主管（2）上均连接有压力表（5），精密过滤器（6）与气泵（8）之间的抽气主管（2）上还连接有在线流量计（7），所述气泵（8）与尾气处理设备之间的抽气主管（2）、尾气处理设备与排气筒（12）之间的抽气主管（2）上均连接有采样阀（9），所述抽气主管（2）上也设有若干调节阀门。

2.根据权利要求1所述的一种处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统，其特征在于：所述混凝土基础层（19）中心低、四周高，混凝土基础层（19）中预埋有渗滤液收集管（20），并且渗滤液收集管（20）的进液口穿过第一层土工布（28）、第一层高密度聚氯乙烯防渗膜（29）和第二层土工布（30）后，插在砾石导气层（22）的底部中心位置。

3.根据权利要求1所述的一种处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统，其特征在于：所述营养液及水分投加管（17）上的调节阀门包括回供水泵调节阀门（43）、水泵调节阀门（42）、营养液调节阀门（15）和水分调节阀门（45）；所述回供水泵调节阀门（43）有两个，分别连接在与渗滤液回供水泵（39）出水口连通的营养液及水分投加管上和与渗滤液回供水泵（39）进水口连通的营养液及水分投加管上；所述水泵调节阀门（42）也有两个，分别连接在与水泵（16）进水口连通的营养液及水分投加管上和与水泵（16）出水口连通的营养液及水分投加管上；所述营养液调节阀门（15）连接在与营养液储罐（13）出口连通的营养液及水分投加管上；所述水分调节阀门（45）连接在与自来水储罐（14）出口连通的营养液及水分投加管上。

4.根据权利要求1所述的一种处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统，其特征在于：所述抽气主管（2）上的调节阀门包括气水分离罐调节阀门（40）、气泵调节阀门（41）、焚烧装置调节阀门（3）和活性炭装置调节阀门（44）；所述气水分离罐调节阀门（40）连接在与气水分离罐（4）进口连通的抽气主管上；所述气泵调节阀门（41）连接在与气泵（8）进气口连通的抽气主管上；所述焚烧装置调节阀门（3）有两个，分别连接在与焚烧装置（11）进口连通的抽气主管上和与焚烧装置（11）出口连通的抽气主管上；所述活性炭装置调节阀门（44）也有两个，分别连接在与活性炭罐（10）进口连通的抽气主管上和与活性炭罐（10）出口连通的抽气主管上。

5.一种应用处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统修复污染土壤的方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、对需要修复的污染土壤（23）进行预处理，即将污染土壤（23）从污染区域挖出并进行筛分，去除污染土壤（23）中大块的非土壤物质，调节污染土壤（23）中碳、氮、磷的配比，调节污染土壤（23）的含水量，调节污染土壤（23）的pH值；

步骤二、搭设污染土壤堆体（1）、营养液及水分调配管网和抽气及尾气处理管网，形成处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统；

步骤三、调试抽气及尾气处理管网，即开启气泵（8）抽气，并通过气泵（8）和抽气支管调节阀（33）控制抽气流量，同时还通过土壤气监测探头（24）和土壤气采样管（25）监测污染土壤（23）中的氧气含量，使污染土壤（23）中的氧气含量达到15%～20%；

步骤四、连续运行处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统，修复污染土壤（23），即用抽气及尾气处理管网抽气，并确保抽气及尾气处理管网处于连续运行状态，使污染土壤（23）中的氧气含量达到15%～20%，并且在连续运行状态下，每天定时打开采样阀（9）采集抽出的尾气，进行污染物浓度分析，当监测结果显示尾气中挥发性有机污染物浓度等于或高于150ppm时，关闭活性炭装置调节阀门（44），打开焚烧装置调节阀门（3），通过焚烧装置（11）对尾气进行处理，当监测结果显示尾气中挥发性有机污染物浓度低于150ppm时，打开活性炭装置调节阀门（44），关闭焚烧装置调节阀门（3），通过活性炭罐（10）进行尾气处理，此外，在连续运行状态下，每月对污染土壤（23）采样一次，进行营养元素和含水率指标分析，当含水率低于10%或C:N:P不等于100:10:1时，用营养液及水分调配管网给污染土壤（23）补充水分和/或营养液；

步骤五、当土壤气及土壤监测结果均显未检出挥发性有机污染物时，将气泵（8）的流量降低，但必须确保污染土壤堆体（1）中的氧气含量维持在12%以上；

步骤六、当土壤气及土壤监测结果均显示，污染土壤堆体（1）内的半挥发性有机污染物已达到修复目标值时，停止运行整个处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统。

6.根据权利要求5所述的一种应用处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统修复有机复合污染土壤的方法，其特征在于：所述步骤一中，调节污染土壤（23）中碳、氮、磷的配比，使其维持在100:10:1，调节污染土壤（23）的含水量，使其重量含水率维持在10%～20%，调节污染土壤（23）的pH值，使其为6～8。

7.根据权利要求5所述的一种应用处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统修复有机复合污染土壤的方法，其特征在于：所述步骤二中，污染土壤堆体（1）、营养液及水分调配管网和抽气及尾气处理管网的搭设步骤为，a、选定一定面积的空旷场地；b、在选定的空旷场地上铺设混凝土基础层（19），再在混凝土基础层（19）上依次铺设第一层土工布（28）、第一层高密度聚氯乙烯防渗膜（29）、第二层土工布（30）、砾石导气层（22）和第三层土工布（31），并且在铺设砾石导气层（22）时，将抽气及尾气处理管网中的预埋抽气支管（32）预埋进去；c、将预处理好的污染土壤（23）堆放在第三层土工布（31）上，直至设计高度，同时还在污染土壤（23）中预埋土壤气监测探头（24）和土壤气采样管（25）；d、将营养液及水分调配管网中的滴灌管（35）铺设在污染土壤（23）的顶部；e、铺设第二层高密度聚氯乙烯防渗膜（26），覆盖住污染土壤（23），并用沙袋（27）进行固定；f、在污染土壤（23）的顶部设置通风口（18），使污染土壤（23）与外界大气连通，并且保证通风口（18）与第二层高密度聚氯乙烯防渗膜（26）的连接处密封，以确保抽气过程中空气流畅。

8.根据权利要求7所述的一种应用处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统修复有机复合污染土壤的方法，其特征在于：所述步骤二中，除了预埋抽气支管（32）之外的抽气及尾气处理管网和除了滴灌管（35）之外的营养液及水分调配管网在污染土壤堆体（1）搭设前、搭设中或搭设后搭建。

9.根据权利要求7所述的一种应用处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统修复有机复合污染土壤的方法，其特征在于：所述步骤二中，在铺设混凝土基础层（19）时，在混凝土基础层（19）中预埋渗滤液收集管（20）。

10.根据权利要求5所述的一种应用处理有机复合污染土壤的异位耦合修复系统修复有机复合污染土壤的方法，其特征在于，所述步骤三中，调试抽气及尾气处理管网的具体步骤为：步骤1、抽气支管（32）共设置7根，其间距为2m，开启由左至右第1、4、7根抽气支管上的抽气支管调节阀（33），开启程度三分之一，关闭由左至右第2、3、5、6根抽气支管上的抽气支管调节阀（33），确保抽气间距为6m；步骤2、将气泵（8）流量设置为50m³/h，并在该工况下连续运行24h；步骤3、通过设置在堆内的土壤气监测探头（24）采集堆内不同位置的土壤气，并分析氧气及二氧化碳含量变化规律，当分析结果显示氧气含量未达到设定氧气含量时，增加抽气支管调节阀的开启度；步骤4、当抽气支管调节阀（33）完全开启，且在50m³/h流量下连续运行24h后堆内氧气含量仍然未能达到设定氧气含量时，将气泵（8）流量提高到80m³/h，同时抽气支管调节阀（33）开启度降低至三分之一，重复步骤3；步骤5、当系统在80m³/h工况下运行依然不能满足要求时，再次提高气泵（8）流量分别为110m³/h、150m³/h，重复步骤3和步骤4，直至堆内氧气含量达到设定氧气含量；步骤6、当通过执行上述步骤，且气泵（8）流量增加到150m³/h时，堆内氧气含量依然低于设计值时，调整抽气支管间距为4m，即开启由左至右第1、3、5、7根抽气支管上的抽气支管调节阀（33），开启程度三分之一，关闭由左至右第2、4、6根抽气支管上的抽气支管调节阀（33），开启程度三分之一，重复步骤2至步骤5，直至达到设计工况，否则开启所有支管的调节阀进行抽气。

Images