CN103008335A - 一种原位加热结合双相真空抽吸土壤修复装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位加热结合双相真空抽吸土壤修复装置和方法，属于环境保护技术领域。本发明的装置结构为：电阻加热装置位于加热井内，加热井侧壁有多个导热性能良好的导管；真空抽吸井位于抽吸井内，其上部和真空抽吸泵相连；气体处理装置和一级分离装置相连，另一端和输送泵相连；二级分离装置和输送泵相连；水处理装置和液体污染物处理装置分别与二级分离装置相连；电动力控制装置与电阻加热装置、真空抽吸泵和输送泵16相连。本发明的方法为：在污染场地架设加热井将土壤加热从而使污染物变成小分子气体，通过真空抽吸泵和抽吸井将污染物吸到地面上，然后进行分离、无害化处理。本发明结构简单，操作方便，避免了二次污染，适用范围广。

Description

一种原位加热结合双相真空抽吸土壤修复装置和方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，特别涉及一种原位加热结合双相真空抽吸土壤修复装置和方法。

背景技术

改革开放以来，随着我国工业化的迅速发展，城市规模逐渐扩大，从而使城市化进程取得了前所未有的发展。在城市不断向外围扩展的过程中，原来大量处于外围且存在污染的工业企业也逐渐成了城市中心区域的一部分；而城市中心区域的人口往往高度集中，这些存在污染风险的工业企业对人体健康和环境安全造成了极大的威胁。为了适应改善城市环境质量、优化城市功能结构的要求，我国对城市中心区域的改造实行了“退二进三”的政策。由此，20世纪90年代以来，我国较发达城市首先出现了大规模工业企业搬迁的现象。

因污染企业搬迁遗留了大量的污染场地，搬迁后引起的环境污染事故和对人体健康的危害事件时有发生。另外，由于石油工业的发展，汽油、柴油等挥发性（VOCs）有机污染物带来的污染事故时有发生，如输油管道破裂，储油槽渗漏，加油站搬迁等引发的土壤环境问题。

根据对我国目前大多数有机污染土壤的检测，其中主要污染物是总石油烃类，含量可达1786～40167 mg/kg；多环芳烃，含量达26.10 mg/kg，有些地块土壤中也含有汞，汞含量达2~2.69mg/kg，超过国标《土壤环境质量标准》第三级标准值。

过去几十年，受历史时期经济技术条件及人们认识水平等多种因素的制约，石油企业在为国家做出重大贡献的同时，也带来了一系列的环境问题：油气开采过程中的废水、废气、落地原油、废气钻井液等污染物排入环境会对水体、大气、土壤和生态环境造成影响。随着石油资源的广泛应用，环境中的石油污染越来越严重；在石油生产、贮运、炼制加工及使用过程中，也会有石油烃类的溢出和排放，造成油田和石化工厂周围水体和土壤严重的石油污染。当今世界上石油的总产量每年约有22亿t，其中17.5亿t是由陆地油田生产的。全世界每年有800万t进入环境，我国每年有近60万t进入环境，污染土壤、地下水、河流和海洋，每年新增污染土壤 1×10⁵t。

一般来说，早期治理石油污染土壤的方法主要是传统的物理（蒸汽法、抽气法、有机溶剂法、水力冲洗法）和化学方法（氧化法、热处理法），这些方法所需时间短、见效快，但存在二次污染、处理费用高等弊端，不利于广泛的应用。到目前为止，受石油类污染物污染的土壤和地下水分为异位修复和原位修复。异位修复是将污染的土壤和地下水转移到地面以上进行处理，包括现场处理、堆制处理、热解处理、土壤淋洗、生物反应器等。原位修复指在受污染的土壤、地下水的原位进行处理，包括原位生物修复和原位化学修复等。原位修复因其费用相对较低，对环境扰动小、二次污染小等优势成为土壤修复技术的研究和实践的主流。

发明内容

热处理强化技术，一般是通过直接或间接的热交换，使污染土壤中的有机物-汞复合污染物发生分解、蒸发或氧化反应，并与受污染的土壤分离。双相真空抽吸方法是通过真空泵制造一个高度真空的环境，将饱和带的液相污染物和不饱和带的气相污染物抽吸出来。

本发明将原位加热和双相真空抽吸方法结合起来，抽吸出来的污染物除了饱和带的液相污染物和不饱和带的气相污染物之外，同时还能够处理以自由相和土壤吸附相共同存在的石油污染物。一般来说真空度越高，水力梯度也就越大，因而双相的真空去除率也就越大。在双相真空抽吸井工作过程中，位于地下非饱和带、毛细作用带和饱和带气相、液相以及自由相污染物，由于负压作用的存在，会形成具有一定速度的流动；通过流动，污染物会直接向井的位置迁移，并进入井的抽吸管。在负压的作用下污染物会继续沿着吸管向上运动，直到井口顶端，吸取到地表的污染物送到气液分离装置进行下一步处理，达到标准后排放，避免造成二次污染。当检测到土壤中的汞含量不超标时，地上处理设施可以省去水冷凝设备和汞分离器。

本发明的目的是提供一种原位加热结合双相真空抽吸土壤修复装置。

本发明的另一个目的是提供一种原位加热结合双相真空抽吸土壤修复的方法。

一种原位加热结合双相真空抽吸土壤修复装置，结构如下：

电阻加热装置6位于加热井4内；所述的加热井4的侧壁上布置有多个一端开口的、导热性能良好的导管10，导管10和加热井4相通；所述的电阻加热装置6由镍铬电热合金制成；

真空抽吸井9位于抽吸井3内，其上部和真空抽吸泵15相连；

气体处理装置11和一级分离装置8通过管道相连；一级分离装置8的一端通过管道和真空抽吸泵15相连，另一端通过管道和输送泵16相连；二级分离装置12通过管道和输送泵16相连；水处理装置13和液体污染物处理装置14分别通过管路与所述的二级分离装置12相连；

电动力控制装置5通过导线分别与电阻加热装置6、真空抽吸泵15和输送泵16相连。

一种原位加热结合双相真空抽吸土壤修复的方法，尤其是修复受挥发性有机物-汞复合污染土壤的方法，包括如下步骤：

（1）对待处理的污染场地进行调查，获取待处理的污染场地的面积、水文地质条件，污染物种类、物理化学性质数据，从而确定污染情况；

（2）在待处理的污染场地架设至少一口加热井4，加热井4的深度要穿过污染区域1-2m，达到未被污染的土壤；加热井4可以采用垂直、水平或倾斜的建造方式；根据修复时间和修复成本，可以在加热井4的侧壁上架设一端封闭的、另一端与加热井4相通的导管10，以增加加热井4的作用半径；

（3）接通位于加热井4内的电阻加热装置6的电源，使电阻加热装置6通过加热井4对周围土壤进行加热，局部加热温度可达600℃；在加热作用下，土壤中的污染物经过蒸发、热解、氧化等作用形成简单的小分子气体，从而使污染物流动性增加；

（4）电阻加热装置6工作2-4h后，打开真空抽吸泵15，使得污染物在负压作用下向真空抽吸井9的方向移动，随着温度的降低，某些沸点较高的污染物可能重新液化变成液态，混合水蒸气和其他气态污染物形成气液两相混合物；

（5）污染物经真空抽吸泵15传输到一级分离装置8，并在传递给一级分离装置8的过程中降温冷却；由一级分离装置8分离出来的气相部分进入气体处理装置11，非气相部分进入二级分离装置12；经过二级分离装置12的分离后，油相部分进入液体污染物处理装置14，水相部分进入水处理装置13；处理完毕且达到国家水环境排放标准（GB3838-88）一级标准后进行回灌或排放。

为了尽量减少热量损失和与大气之间的气体交换，在待处理的污染场地表面设置非渗透性的密封板1，所述的密封板1为涂有绝缘材料的瓷砖；在密封板1的下方设置热绝缘层2，所述的热绝缘层2的材料是绝热性能较好的PCB铝基板；将密封板1和热绝缘层2与加热井4和抽吸井3直接焊接到一起，实现无缝连接，从而切断整个待处理的污染场地与空气的直接接触，形成一个半封闭的系统，最大程度的减少热量的损失；如果所要加热的区域深度大于5m，地表温度不高时，可以选择不安装热绝缘层，以节省成本；

加热井4和抽吸井3的布局情况可以依据待处理的污染场地的地表条件和污染情况确定；加热井4可以以三角形、正方形或圆形等方式均匀分布在整个待处理的污染场地，也可以以抽吸井3为中心，均匀分布在抽吸井3周围；一般加热井4和抽吸井3之间的距离是3-8米，各个加热井之间的距离为1-9米，具体情况以具体的土壤条件和污染区域面积来定。

本发明的有益效果为：

本发明适用范围广，能够在不同地质条件、土壤性质及地标条件下进行原位的挥发性有机污染物-汞复合污染土壤的修复、单纯的挥发性有机污染物修复和单纯的汞污染修复。

附图说明

图1是本发明所述的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步说明：

实施例1：

首先，对待处理的污染场地进行场地调查，确定待处理的污染场地的面积约为200m²，污染物主要集中在地下2-5m的位置；主要污染物有总石油烃，含量可达1786~40167mg/kg；多环芳烃，含量达26.10mg/kg，土壤中也含有汞，汞含量达2~2.69mg/kg。污染场地为农药化工厂生产车间搬迁后留下的，场地形状为正方形。运用本发明的方法对其进行修复，具体步骤如下：

（1）将待处理的污染场地平均分成四个小正方形，在每个小正方形的中心处设一口加热井4，加热井深度为6m，直径约为90cm，加热井4的地下2-6m处每隔40cm布设2m长的横向导管10，用电加热装置6对加热井及导管加热；

（2）电阻加热装置6运行2-3h后，开启真空抽吸泵15，通过深入抽吸井3内的真空抽吸井9抽吸污染物；抽吸出来的污染物在真空条件下向抽吸井3迁移，然后经真空抽吸井9进入一级分离装置8；

（3）污染物质经过真空抽吸泵15到达一级分离装置8的过程中降温冷却，其中气相部分进入气相处理装置11进行处理，非气相部分进入二级分离装置12；非气相部分经过二级分离装置12的分离后，油相部分进入液体污染物处理装置14，水相部分进入水处理装置13；处理完毕且达到国家水环境排放标准（GB3838-88）一级标准后进行回灌或排放；

（4）为了尽量减少热量损失和与大气之间的气体交换，在污染区域上方设有涂有绝缘材料的瓷砖制成的密封板1和PCB铝基板制成的热绝缘层2；将密封板1和热绝缘层2与加热井4和抽吸井3直接焊接到一起，实现无缝连接。

Claims (11)

1.一种原位加热结合双相真空抽吸土壤修复装置，其特征在于，所述的装置结构如下：

电阻加热装置6位于加热井4内；真空抽吸井9位于抽吸井3内，其上部和真空抽吸泵15相连；气体处理装置11和一级分离装置8通过管道相连；一级分离装置8的一端通过管道和真空抽吸泵15相连，另一端通过管道和输送泵16相连；二级分离装置12通过管道和输送泵16相连；水处理装置13和液体污染物处理装置14分别通过管路与所述的二级分离装置12相连；

电动力控制装置5通过导线分别与电阻加热装置6、真空抽吸泵15和输送泵16相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的加热井4的侧壁上布置有多个一端开口的、导热性能良好的导管10；导管10和加热井4相通。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的电阻加热装置6由镍铬电热合金制成。

4.一种原位加热结合双相真空抽吸土壤修复方法，包括如下步骤：

（1）对待处理的污染场地进行调查，获取待处理的污染场地的面积、水文地质条件，污染物种类、物理化学性质数据，从而确定污染情况；

（2）在待处理的污染场地架设至少一口加热井4，加热井4的深度穿过污染区域1-2m，达到未被污染的土壤；

（3）接通位于加热井4内的电阻加热装置6的电源，使电阻加热装置6通过加热井4对周围土壤进行加热；在加热作用下，土壤中的污染物经过蒸发、热解、氧化等作用形成简单的小分子气体，从而使污染物流动性增加；

（4）电阻加热装置6工作2-4h后，打开真空抽吸泵15，使得污染物在负压作用下向真空抽吸井9的方向移动；

（5）污染物经真空抽吸泵15传输到一级分离装置8，并在传递给一级分离装置8的过程中降温冷却；由一级分离装置8分离出来的气相部分进入气体处理装置11，非气相部分进入二级分离装置12；经过二级分离装置12的分离后，油相部分进入液体污染物处理装置14，水相部分进入水处理装置13；处理完毕且达到国家水环境排放标准（GB3838-88）一级标准后进行回灌或排放。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，加热井4采用垂直、水平或倾斜的建造方式。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在加热井4的侧壁上架设一端封闭的、另一端与加热井4相通的导管10，以增加加热井4的作用半径。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在待处理的污染场地表面设置非渗透性的密封板1；在密封板1的下方设置热绝缘层2。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将密封板1和热绝缘层2与加热井4和抽吸井3直接焊接到一起，实现无缝连接，从而切断整个待处理的污染场地与空气的直接接触，形成一个半封闭的系统。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的密封板1为涂有绝缘材料的瓷砖，所述的热绝缘层2为PCB铝基板。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，加热井4以三角形、正方形或圆形方式均匀分布在整个待处理的污染场地，或者以抽吸井3为中心，均匀分布在抽吸井3周围；加热井4和抽吸井3之间的距离是3-8米，各个加热井之间的距离为1-9米。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述的方法适用于修复受挥发性有机物-汞复合污染土壤。

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