CN103350104B - 一种污染场地原位热强化气相抽提修复集成装备及应用方法 - Google Patents

Abstract

一种污染场地的原位热强化气相抽提修复集成装备及应用方法，包括高压风机、气液分离罐、活性炭吸收塔、自动控制柜、加热电极、流量计、真空表、温度传感器、湿度计、有机污染气体检测仪；将抽提管路同抽提井连接，并在污染区域内埋设加热电极。具体应用方法是：启动加热电极，使场地土壤温度提高，促进土壤中污染物解吸附，再启动高压风机，管路内形成负压从而产生由抽提井向外的气体流动，土壤中污染物随着气体的流动而被带离土壤，由活性炭吸收塔将气态污染物吸附，达到修复污染场地的目的。本发明用于有机污染场地的土壤修复，不仅能提高污染物去除效率，还降低了低温条件对气相抽提技术的影响，延长在冬季有效修复工作时间，达到了高效治理污染场地的目的。

Description

一种污染场地原位热强化气相抽提修复集成装备及应用方法

技术领域

本发明涉及一种污染场地修复设备及应用方法，属于环境保护领域。

背景技术

土壤作为工农业生产的基础和环境要素的重要组成部分,是人类赖以生存的自然资源，它吸纳环境中约90％的污染物。随着郊区化和逆城市化进程的推进，大量的城市企业实施了搬迁，2008年我国关停并转迁的企业数达到22488个，这些工业废弃场地在生产过程中的“跑、冒、滴、漏”等现象以及各种环境事故会导致各种挥发性污染物进入到场地的土壤中(廖晓勇等.城市工业污染场地：中国污染环境修复领域的新课题.环境科学，2011)，形成大量的污染场地，亟待修复。挥发性有机污染物是工业场地土壤中最突出且最普遍的污染物之一，它们已被列为优先控制的污染物，这和该类污染物所具有的严重危害性是密不可分的。挥发性有机污染物的成分复杂，具有的特殊气味能使人体呈现种种不适应，并具有毒性、刺激性、致癌作用，特别是苯、甲苯及甲醛对人体健康会造成很大的伤害。当其存在于土壤环境中时，会带来严重的环境问题，包括二次污染大气，加速地下管线的老化，直接威胁地下水的安全，影响农作物的生长和产量等(王晶晶等.持久性有机污染物多环芳烃的研究综述.科技创新导报，2010)。而许多工业活动过程中都会产生大量挥发性有机物，如石油化工、焦化化工、加油站以及挥发机动车尾气等。因此，我国挥发性有机污染场地的治理拥有广阔市场需求和前景。

挥发性有机污染土壤的修复方法有生物修复、化学修复和物理修复方法等。生物修复方法主要是利用植物或微生物吸收或降解土壤/地下水中的污染物。化学修复方法包括化学淋洗技术及化学氧化/还原技术等，化学氧化/还原技术是指将氧化剂/还原剂注入污染介质中，通过氧化/还原反应使土壤或地下水中的污染物在较短时间内被破坏、降解成无毒的或危害较小的物质。物理方法包括热脱附技术和土壤气相抽提技术等，土壤气相抽取技术(Soil VaporExtraction,SVE)，是一种用于治理土壤区域挥发性有机污染物的原位土壤修复技术。其运行原理是利用真空设备产生负压驱使空气流过土壤孔隙，从而携带挥发性有机物流向抽取系统，抽提到地面后收集和处理，达到土壤修复的目的。对于挥发性有机污染物的处理效果较好，可应用于石油类碳氢化合物、苯、酚类、MTBE、含氯有机溶剂、多环芳烃、农药等有机污染物及一些变价重金属的修复。

在开展场地原位气相抽提修复时，有较多的因素影响着修复效果，如场地土壤环境温度、目标污染物性质、土壤渗透性等。土壤环境温度是一个重要限制因素，通常当温度越低时，气相抽提的修复效果会受越差。在气相抽提过程中，由于目标污染物沸点的原因，对于沸点低、挥发性好的污染物有较好修复效果，而对于半挥发性或低挥发性的有机污染物是难以去除的。为了提高气相抽提的修复效果，可以通过将热处理或生物处理等技术和SVE相结合，以达到增强气相抽提修复效果的目的。热处理技术，包括热电阻加热、微波加热、热空气注入、蒸汽注射等方法，是一种具有极高应用潜力的强化技术。但目前由于国内缺乏相应的强化装备，导致这类修复的实施还存在较大的困难。中国专利申请201120475085中提到利用原位多相抽提处置装置治理土壤污染，但仅提到了抽提系统的构成，没有相关的强化系统。中国专利申请201220008221中提到利用热空气的气相抽提装置对挥发性有机物污染土壤进行修复，但仅提到了热空气生成装置，并没有提及如何将强化系统和气相抽提系统结合使用。在深层土壤的原位修复治理方面，如何提高气相抽提的抽提效率和扩展气相抽提的适用土壤范围，是环境修复过程中需要解决的关键问题。

目前我国的污染场地修复设备，包括化学氧化、热脱附、土壤淋洗等修复设备，多停留在科研装备开发或实验样机中试阶段，修复设备的产业化应用很少。欧美等国家已经开发出很多先进的修复设备，但价格极其昂贵，且并不一定适合在我国应用。本发明的装备能有效地解决热处理强化土壤气相抽提的技术问题，为我国场地有机污染物经济高效修复提供实用技术与方法。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服常规气相抽提技术的不足，提供一种可移动式的、快速、经济、有效的可用于有机污染场地的热处理强化气相抽提修复装备，可用于有机污染场地的高效修复，不仅提高污染物去除效率，还排除了土壤温度对气相抽提技术的限制影响，延长了在冬季时的有效修复工作时间，达到了高效修复的目的。

本发明的技术解决方案：一种污染场地的原位热强化气相抽提修复集成装备，包括：加热电极1、温度传感器2、真空表3、温度计4、抽提管路5、气液分离罐6、排废液口7、自动控制柜8、流量计9、湿度计10、高压风机11、有机污染气体检测仪12、活性炭吸收塔13、集装箱体14；加热电极1用于在抽提过程中给土壤加热，通过埋设于加热电极1旁的温度传感器2来获取加热电极的工作状态；气液分离罐6、高压风机11和活性炭吸收塔13通过抽提管路5连接起来；高压风机11用于在抽提管路中形成负压带动气体流动；气液分离罐6用于将抽提出来含有水分的气体进行气液分离，分离出的液体经过排废液口7排出，分离出的气体经过高压风机11进入活性炭吸收塔13；活性炭吸收塔13用于吸附抽提出气体所含有的挥发性有机污染物；真空表3、温度计4、流量计9和湿度计10都安装于抽提管路上，真空表3用于检测抽提管路中的真空度，温度计4同于检测抽提管路中气体的温度，流量计9用于检测抽提管路中气体的流量，湿度计10用于检测经过气液分离罐后抽提管路中气体的湿度；有机污染气体检测仪12安装于活性炭吸收塔13的顶部，用于检测经过活性炭吸附后排出气体中污染物的浓度；通过自动控制柜8上的触摸屏来控制整套热处理强化气相抽提控制系统，一方面用于给加热电极1、高压风机11和温度传感器2等仪表供电，保证整套装置的正常运行，另一方面对整套装置进行参数设置、运行控制以及数据存贮；在自动控制柜8上的触摸屏可以为加热电极1设置不同的加热温度，同时温度传感器2会实时反馈土壤温度，当土壤温度达到设置的温度上限时，自动控制柜8停止对加热电极1的供电，到温度低于设置温度上限时才恢复供电；在触摸屏上可以设置不同的抽提流量，实现对高压风机11的启动和停止控制；真空表3、温度计4、流量计9和湿度计10的监测数据实时反映在触摸屏上并实现实时存贮和后期下载；在触摸屏上可以设置排出气体污染物浓度报警值，当有机污染气体检测仪12的检测数据高于该值时，自动控制柜8停止对高压风机11的供电；真空表3、温度计4、抽提管路5、气液分离罐6、排废液口7、自动控制柜8、流量计9、湿度计10和高压风机11全部合理安放在集装箱体14中。

加热电极1为干烧型工业用直棒加热管，有0.5m～2m等多种长度，可以根据污染土层的厚度选择不同长度的电极进行埋设对土壤进行加热，加热电极1的功率为1～3KW，每2根加热电极之间的距离不超过2m，每100平方米土壤埋设数量为8～20根。

在加热电极1旁埋设温度传感器，型号为PT100型工业热电偶。该传感器采集土壤温度信息并反馈给自动控制柜8，当土壤温度达到设置的温度上限时，自动控制柜8停止对加热电极1的供电，到温度低于设置温度上限时才恢复供电。在自动控制柜8的触摸屏上可以设定不同的加热温度，并显示实时测定的土壤温度。

一种污染场地原位热强化气相抽提修复集成装备的应用方法，实现步骤如下：

将加热电极1埋设于污染区域土壤中，利用自动控制柜8上的触摸控制屏设置抽提流量和加热温度等系统参数后，启动高压风机11和加热电极1运行，从而带动土壤中的气体及污染物经抽提井到抽提管路5，再进入气液分离罐6实现气体和液体的分离，液体从分离罐底部排废液口7经检测合格后排出，而气体在经过高压风机11后进入活性炭吸收塔13，污染物被活性炭吸收，最后无污染的气体排出。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明中设备实现了气相抽提系统和热强化系统的有机整合，通过一个控制平台可以实现对两个系统的实时控制，并能相互协调运行，真正实现对热处理强化土壤气相抽提全过程的控制，能够满足实际修复工程要求。

(2)本发明装备可以延长气相抽提的有效工作时间，当环境温度低于0℃，常规的气相抽提装备无法在管路中形成有效真空度，降低了工作效率；而采用本发明装备可以不受环境温度的影响，使抽提系统始终保持正常工作状态，延长了有效工作时间。

(3)本发明可设置排出气体污染物浓度报警值，当挥发性有机污染物检测仪的检测数据高于该值时，抽提系统停止运行，以保证排向大气的气体浓度不超标。

(4)本发明中主要的装备全部合理安放在集装箱体中，活性炭吸收塔也易于拆分和组装，可以根据需要随时移动到指定场地，整套装置操作简便，可控化程度高，经济而且方便。

附图说明

图1为本发明的组成原理图。

图2为本发明的电控柜上的触摸屏操作系统的组成图。

具体实施方式

如图1所示，本发明由加热电极1、温度传感器2、真空表3、温度计4、抽提管路5、气液分离罐6、排废液口7、自动控制柜8、流量计9、湿度计10、高压风机11、有机污染气体检测仪12、活性炭吸收塔13、集装箱体14；加热电极1用于在抽提过程中给土壤加热，通过埋设于加热电极1旁的温度传感器2来获取加热电极的工作状态；气液分离罐6、高压风机11和活性炭吸收塔13通过抽提管路5连接起来；高压风机11用于在抽提管路中形成负压带动气体流动；气液分离罐6用于将抽提出来含有水分的气体进行气液分离，分离出的液体经过排废液口7排出，分离出的气体经过高压风机11进入活性炭吸收塔13；活性炭吸收塔13用于吸附抽提出气体所含有的挥发性有机污染物；真空表3、温度计4、流量计9和湿度计10都安装于抽提管路上，真空表3用于检测抽提管路中的真空度，温度计4同于检测抽提管路中气体的温度，流量计9用于检测抽提管路中气体的流量，湿度计10用于检测经过气液分离罐后抽提管路中气体的湿度；有机污染气体检测仪12安装于活性炭吸收塔13的顶部，用于检测经过活性炭吸附后排出气体中污染物的浓度；通过自动控制柜8上的触摸屏来控制整套热处理强化气相抽提控制系统，一方面用于给加热电极1、高压风机11和温度传感器2等仪表供电，保证整套装置的正常运行，另一方面对整套装置进行参数设置、运行控制以及数据存贮；在自动控制柜8上的触摸屏可以为加热电极1设置不同的加热温度，同时温度传感器2会实时反馈土壤温度，当土壤温度达到设置的温度上限时，自动控制柜8停止对加热电极1的供电，到温度低于设置温度上限时才恢复供电；在触摸屏上可以设置不同的抽提流量，实现对高压风机11的启动和停止控制；真空表3、温度计4、流量计9和湿度计10的监测数据实时反映在触摸屏上并实现实时存贮和后期下载；在触摸屏上可以设置排出气体污染物浓度报警值，当有机污染气体检测仪12的检测数据高于该值时，自动控制柜8停止对高压风机11的供电；真空表3、温度计4、抽提管路5、气液分离罐6、排废液口7、自动控制柜8、流量计9、湿度计10和高压风机11全部合理安放在集装箱体14中。

利用本发明修改设备修复污染土壤的具体方法为：连接好电源，打开触摸控制屏电源，登录进入触摸屏操作系统。在触摸控制屏上设置抽提流量和加热温度等系统参数后，启动高压风机和加热电极运行；风机按照设定的流量抽提管路中的气体，形成负压，从而带动土壤中的气体扩撒到抽提井中，同时将污染气体带出。在气相抽提的同时，埋入污染场地内的多根加热电极对土壤进行加热，以实现热强化的目的。通过对埋入土壤的测温装置的实时检测来实现对多根加热电极的控制，即当土壤中的测温点达到指定的温度时，控制柜立即切断对加热电极的供电，而当土壤中的测温点低于指定的温度时，立即恢复对加热电极的供电，以此来保证加热系统的持续正常运行。从抽提井中抽提出的气体经过管路首先进入气液分离罐实现气体和液体的分离，液体从分离罐底部排废液口经检测合格后排出，而气体在经过高压风机后进入活性炭吸收塔，污染气体在塔中和活性炭进行充分的吸收和交换，达到污染物质被活性炭吸收的目的，最后无污染的气体排空。

实施例1：

利用热强化气相抽提技术针对山西某化工厂场地受高浓度氯苯、二氯苯严重污染的地下0-5m土体进行修复。在修复场地内建设热强化气相抽提系统，采用不启动加热电极的气相抽提修复。连接好电源，打开触摸控制屏电源，登录进入触摸屏操作系统，设置抽提流量为110m³/h，，开启高压风机运行，高压风机带动土壤中的气体扩撒到抽提井中，同时将污染气体带出。抽提出的气体首先进入气液分离罐实现气体和液体的分离，液体从分离罐底部排废水口经检测合格后排出，而气体在经过高压风机后进入活性炭吸收塔。活性炭吸收塔中装填10kg高效活性炭，污染物质被活性炭吸收，最后无污染的气体排空。当位于活性炭塔顶处的挥发性有机污染气体检测仪的检测数值高于10mg/kg时，抽提系统停止运行，以保证排向大气的气体浓度不超标。由于选在冬季运行，环境温度对抽提系统产生较大影响。在每天的抽提过程中，当环境温度低于0℃时，抽提管路中无法形成有效真空度，抽提效率较低；只有当温度高于0℃后才能形成有效抽提。经过10天抽提后，该场地4.5m深土层主要污染物质，氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯和PCB-008的去除率分别为20.1％、22.4％、12.8％和12.6％。

实施例2：

在同一场地内每100平方米安装18根，长度为1米，功率为1.5KW的电极，采用启动加热电极的气相抽提修复。连接好电源，打开触摸控制屏电源，登录进入触摸屏操作系统，设置抽提流量为110m³/h，热处理温度为130℃。开启高压风机和加热电极运行，高压风机带动土壤中的气体扩撒到抽提井中，同时将污染气体带出。在气相抽提的同时，埋入污染场地内的共18根加热电极对土壤进行加热，当土壤中的测温点温度高于130℃时，自动控制柜立即停止对加热电极的供电，反之则立即恢复对加热电极的供电。抽提气体经过管路首先进入气液分离罐实现气体和液体的分离，液体从分离罐底部排废液口经检测合格后排出，而气体在经过高压风机后进入活性炭吸收塔，活性炭吸收塔中装填10kg高效活性炭，污染物质被活性炭吸收，最后无污染的气体排空。虽然同样在冬季运行，但由于热强化系统的加入，在每天的抽提过程中抽提系统不再受环境温度低于0℃的影响，始终保持正常工作状态，说明热强化延长了气相抽提系统在低温环境中的有效运行时间，提高了工作效率。经过10天抽提后，该场地4.5m深土层主要污染物质，氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯和PCB-008的去除率分别为46.2％、40.6％、41.3％和35.6％，均出现了明显下降，且去除率比不启动加热电极的抽提时有大幅度提高，起到了热强化修复的效果。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种污染场地的原位热强化气相抽提修复集成装备，其特征在于包括：加热电极(1)、温度传感器(2)、真空表(3)、温度计(4)、抽提管路(5)、气液分离罐(6)、排废液口(7)、自动控制柜(8)、流量计(9)、湿度计(10)、高压风机(11)、有机污染气体检测仪(12)、活性炭吸收塔(13)、集装箱体(14)；加热电极(1)用于在抽提过程中给土壤加热，通过埋设于加热电极(1)旁的温度传感器(2)来获取加热电极的工作状态；气液分离罐(6)、高压风机(11)和活性炭吸收塔(13)通过抽提管路(5)连接起来；高压风机(11)用于在抽提管路中形成负压带动气体流动；气液分离罐(6)用于将抽提出来含有水分的气体进行气液分离，分离出的液体经过排废液口(7)排出，分离出的气体经过高压风机(11)进入活性炭吸收塔(13)；活性炭吸收塔(13)用于吸附抽提出气体所含有的挥发性有机污染物；真空表(3)、温度计(4)、流量计(9)和湿度计(10)都安装于抽提管路上，真空表(3)用于检测抽提管路中的真空度，温度计(4)用于检测抽提管路中气体的温度，流量计(9)用于检测抽提管路中气体的流量，湿度计(10)用于检测经过气液分离罐后抽提管路中气体的湿度；有机污染气体检测仪(12)安装于活性炭吸收塔(13)的顶部，用于检测经过活性炭吸附后排出气体中污染物的浓度；通过自动控制柜(8)上的触摸屏来控制整套热处理强化气相抽提系统，一方面用于给加热电极(1)、高压风机(11)和温度传感器(2)仪表供电，保证整套装置的正常运行，另一方面对整套装置进行参数设置、运行控制以及数据存贮；在自动控制柜(8)上的触摸屏为加热电极(1)设置不同的加热温度，同时温度传感器(2)会实时反馈土壤温度，当土壤温度达到设置的温度上限时，自动控制柜(8)停止对加热电极(1)的供电，到温度低于设置温度上限时才恢复供电；在触摸屏上设置不同的抽提流量，实现对高压风机(11)的启动和停止控制；真空表(3)、温度计(4)、流量计(9)和湿度计(10)的监测数据实时反映在触摸屏上并实现实时存贮和后期下载；在触摸屏上设置排出气体污染物浓度报警值，当有机污染气体检测仪(12)的检测数据高于该值时，自动控制柜(8)停止对高压风机(11)的供电；真空表(3)、温度计(4)、抽提管路(5)、气液分离罐(6)、排废液口(7)、自动控制柜(8)、流量计(9)、湿度计(10)和高压风机(11)全部合理安放在集装箱体(14)中。

2.根据权利要求1所述的污染场地的原位热强化气相抽提修复集成装备，其特征在于：所述加热电极(1)为干烧型工业用直棒加热管，长度为0.5m～2m，根据污染土层的厚度选择不同长度的电极进行埋设对土壤进行加热。

3.根据权利要求1或2所述的污染场地的原位热强化气相抽提修复集成装备，其特征在于：所述加热电极(1)的功率为1～3KW，每2根加热电极之间的距离不超过2m，每100平方米土壤埋设数量为8～20根。

4.一种利用权利要求1所述的污染场地的原位热强化气相抽提修复集成装备的应用方法，其特征在于实现步骤如下：将加热电极(1)埋设于污染区域土壤中，利用自动控制柜(8)上的触摸屏设置抽提流量和加热温度系统参数后，启动高压风机(11)和加热电极(1)运行，带动土壤中的气体及污染物经抽提井到抽提管路(5)，再进入气液分离罐(6)实现气体和液体的分离，液体从分离罐底部排废液口(7)经检测合格后排出，而气体在经过高压风机(11)后进入活性炭吸收塔(13)，污染物被活性炭吸收，最后无污染的气体排出。