CN103429363A - 用于土壤修复的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于修复包含污染物土壤的装置或系统以及方法，所述方法包括的步骤有：-在所述土壤中引入至少一个穿孔柱，用于从所述土壤的受污染区域抽提污染物；在所述至少一个穿孔柱附近，引入至少一个非穿孔柱，用于给所述土壤的所述受污染区域提供热量；给所述至少一个非穿孔柱提供热量；将包含所述土壤污染物的所述污染物蒸汽抽提出所述土壤的所述受污染区域，再送入所述至少一个穿孔柱中；从所述至少一个穿孔柱中去除所述污染物蒸汽，从而提供被修复的土壤；其中，所述至少一个穿孔柱和所述至少一个非穿孔柱能够连接到至少一个位于地表的装置，其包括用于加热从而清洁所述土壤的燃烧加热和控制单元。

Description

用于土壤修复的装置和方法

技术领域

本发明涉及固体废物处理和回收利用领域，特别地，涉及土壤修复领域。本发明涉及清洁含有污染物的土壤的方法和装置，更特别地，本发明涉及通过热传导以及有效地且高效率地利用所述装置让土壤中的污染物挥发的方法和装置。特别地，所述方法和装置的特征在于把回收利用作为目标，具体用于建筑领域，尤其用于地热能源领域。

背景技术

地表和近地表土壤的污染已经成为许多地方一个非常关注的问题。土壤可能会被化学的、生物的和/或放射性的污染物污染。材料泄出、泄漏的贮存容器、以及不当处理材料的填埋场渗漏只是可能会污染土壤的许多方式中的几个例子。如果被留在原地，许多这些污染物都会找到途径进入含水土层、空气、或者进入食品供应，从而可能造成公众健康危害。

目前存在许多方法用以去除表面污染物，例如，挖出继之以焚烧、原位玻璃化、生物处理、化学添加剂去活化、射频加热等。尽管这些方法在一些应用中取得成功，但是如果必须处理许多吨的土壤，这些方法可能是非常昂贵且不切实际的。

一种可以用于去除亚表土污染物的过程是土壤蒸汽抽提过程。在这样的过程中，对土壤进行抽真空以通过亚表土抽吸空气和蒸汽。所述抽真空可以应用在土壤/空气界面或者所述抽真空可以通过置于土壤内的真空井应用。所述空气和蒸汽可以朝向真空源夹带并携带挥发性的污染物。然后，通过抽真空将从土壤中去除的包含土壤内污染物的废气输送给处理设备，在那里，处理废气以消除污染物，或减少污染物至可接受的水平。该方法的缺陷是该方法限于抽提以蒸汽形式存在的污染物。

原位热解吸可以用于提高土壤蒸汽抽提过程的有效性，热解吸可以支持土壤污染物的汽化。原位热解吸涉及土壤的原位加热以提高土壤的温度，同时去除土壤中的废气。给受污染土壤增加的热量可以提高土壤的温度至土壤内污染物的汽化温度以上，从而导致污染物汽化。给土壤抽真空允许将汽化后的污染物从土壤中抽吸出来。

如EP1604749中所述，一种加热包含污染物的土壤的方法包括将被加热的流体注入土壤中。在本文中所述方法包括将一种穿孔柱系统引入土壤中。热空气流通过穿孔柱被发送。热空气通过与管道穿孔齐平的穿孔柱的穿孔被注入土壤中。污染物蒸汽形成于土壤中，其可以通过穿孔柱中的穿孔从土壤中被去除，然后被送入废气处理单元。

该方法的主要缺陷是加热过程需要大量的能量，其中大部分在输送至土壤或从土壤中输送出来时丢失。汽化后的污染物在到达处理设备前要通过导热、非隔热的材料长距离输送。加热过程所需要的燃料是昂贵的。从能量的观点来看，该方法是昂贵的且不环保的。而且，穿孔柱是昂贵的。成本的主要部分是由于柱的穿孔。尽管穿孔柱可以在相同应用中重复使用有限次数，但是它们的重复利用只限于相同类型的土壤和/或污染物。这些穿孔柱在重新可用前的贮存是昂贵的。

因此，在本领域仍然需要进一步降低所述过程的成本并减少其碳足迹。本发明旨在通过提供清洁包含污染物的土壤的方法和装置，来给上述问题中至少其中一个问题提供解决方案，该解决方案是节能的，不昂贵的，易于安装，易于使用且适合用于后续应用中。特别地，本发明旨在提供用于土壤修复的方法和系统，其中，由于尽可能地减少对被加热流体的输送从而降低热损失。而且，本发明旨在提供用于土壤修复的方法和系统，其中，已经被打入土壤中用于清洁的穿孔柱在土壤被修复后不需要被拆除，而是可以被重复使用在其他用途中。

发明内容

本发明涉及用于清洁包含污染物的土壤的方法和装置。在本文中所公开的方法和系统意在清洁土壤去除挥发性和半挥发性的污染物。根据本发明的方法和系统被应用于原位清洁受污染土壤或者在受污染土壤挖出后清洁受污染土壤。本发明的特征在于：用于清洁受污染土壤的系统的柱的管腔能够用于回收利用所述装置，尤其是地热桩和/或重力桩。

在第一方案中，本发明提供一种用于修复包含污染物的土壤的方法，所述方法包括的步骤有：

-在所述土壤中引入至少一个穿孔柱，用于从所述土壤的受污染区域抽提污染物，

-在所述至少一个穿孔柱附近，引入至少一个非穿孔柱，用于给所述土壤的所述受污染区域提供热量，

-给所述至少一个非穿孔柱18提供热量，从而加热所述土壤的所述受污染区域至足以导致土壤污染物汽化的温度，然后获得污染物蒸汽，

-将包含所述土壤污染物的所述污染物蒸汽抽提出所述土壤的所述受污染区域，再送入所述至少一个穿孔柱中，

-从所述至少一个穿孔柱中去除所述污染物蒸汽，从而提供被修复的土壤，

其中，所述至少一个穿孔柱和所述至少一个非穿孔柱能够连接到至少一个位于地表的装置，其包括用于加热且因此清洁所述土壤的燃烧加热和控制单元。

在另一个实施例中，本发明提供一种用于修复包含污染物的土壤的方法，所述方法包括的步骤有：

-在所述土壤中引入和/或创建至少一个蒸汽通道，用于从所述土壤的受污染区域抽提污染物，

-在所述至少一个蒸汽通道附近，引入至少一个非穿孔柱，用于给所述土壤的所述受污染区域提供热量，

-给所述至少一个非穿孔柱提供热量，从而加热所述土壤的所述受污染区域至足以导致土壤污染物汽化的温度，然后获得污染物蒸汽，

-将包含所述土壤污染物的所述污染物蒸汽抽提出所述土壤的所述受污染区域，再送入所述至少一个蒸汽通道中，

-从所述至少一个蒸汽通道中去除所述污染物蒸汽，从而提供被修复的土壤，

其中，所述至少一个蒸汽通道和所述至少一个非穿孔柱能够连接到至少一个位于地表的装置，所述至少一个位于地表的装置包括用于加热且从而清洁所述土壤的燃烧加热和控制单元。

在优选实施例中，本发明提供一种方法，进一步包括的步骤有：

-给所述非穿孔柱在至少其长度的主要部分的范围内提供流体导向装置，以及

-将所述流体导向装置联接到管道网上，所述管道网被连接到所述一个位于地表的装置。

在优选实施例中，本发明提供一种用于土壤修复的方法，其中，提供负压用于从所述土壤的所述受污染区域抽提所述污染物蒸汽。

在优选实施例中，本发明提供一种方法，其中，以固定间歇方式给所述非穿孔柱提供热量。

在另一个方案中，本发明提供一种用于修复包含污染物的土壤的装置或系统，所述装置包括至少一个穿孔柱和至少一个非穿孔柱，其中，至少一个穿孔柱能够连接到用于从所述土壤中抽提污染物蒸汽的真空提供装置，且其中，所述非穿孔柱具有由导热材料制成的柱身，所述柱身具有沿轴向延伸的管腔，所述管腔的一端被永久封闭，所述管腔的另一端能够连接到用于汽化所述土壤污染物的热源。

在另一个实施例中，本发明提供一种用于修复包含污染物的土壤的装置或系统，所述装置包括至少一个蒸汽通道和至少一个非穿孔柱，其中，至少一个蒸汽通道能够连接到用于从所述土壤中抽提污染物蒸汽的真空提供装置上，且其中，所述非穿孔柱具有由导热材料制成的柱身，所述柱身设置有沿轴向延伸的管腔，所述管腔的一端被永久封闭，所述管腔的另一端能够连接到用于汽化所述土壤污染物的热源。

在优选实施例中，根据本发明，所述装置或系统的蒸汽通道是被挖出的土壤段。

在另一个优选实施例中，根据本发明，所述装置或系统的被挖出的土壤段设置有蒸汽可渗透材料。

在另一个优选实施例中，所述蒸汽可渗透材料的平均粒度包括2mm至8mm，优选3mm至7mm，更优选4mm至6mm。

在优选实施例中，本发明提供一种装置，其中，所述管腔被提供在所述至少一个非穿孔柱的长度的主要部分的范围内。管腔的存在将引导流体循环。这有利于改善热传送。

在优选实施例中，本发明提供一种装置，其中，所述管腔中的一段设置有保温材料。

在另一个优选实施例中，本发明提供一种装置，其中，所述保温材料是能够卸除的。

在优选实施例中，本发明提供一种装置，其中，所述导热材料为钢，优选为不锈钢。

在另一个方案中，本发明涉及根据本发明实施例的用于修复受污染土壤和给建筑物提供地热能的装置的使用，优选地，所述建筑物为房屋。根据本发明实施例的土壤修复装置可以方便地被回收利用，然后被用作地热能源装置。

在另一个方案中，本发明涉及根据本发明实施例的用于修复受污染土壤和给建筑物提供重力地基的装置的使用。根据本发明实施例的土壤修复装置可以方便地被回收利用，然后被用于由被建造在具有稳固装置的土壤顶部或附近的建筑物使用的稳固装置中。

本发明所提供的方法、装置和使用有利于提供合并不同功能的多用途系统，缩短了施工时间，允许材料被重复使用。本发明所提供的方法减少了废物，由于热损失减少而提供了节能，削减了成本，易于改进，使用简单。

附图说明

图1是表示具有同心管道A的导热柱B的俯视图的示意图，所述同心管用于输送已加热流体进入所述导热柱。在所述导热柱附近，提供了穿孔柱C。

图2是根据本发明的土壤修复系统的实施例的示例图。穿孔柱被提供作为围绕所述导热柱的外套。

图3是根据本发明的土壤修复系统的另一个实施例的示例图。穿孔柱被提供在导热柱的附近。

图4是表示加热模块的三维视图。

图5是图4中所显示的加热模块的示意图，分别提供了侧视图（图5a）、俯视图（图5b）和正视图（图5c）。

图6是根据本发明的土壤修复系统的另一个实施例的示例图。在导热柱附近提供了被挖出的土壤段。

图7是根据本发明的土壤修复系统的另一个实施例的示例图。导热柱被放置在所述被挖出的土壤段中。

图8是表示根据本发明实施例的土壤修复系统的示意图，所述土壤修复系统包括一堆土，该堆土被封闭在可叠放的混凝土型材的三面壁内并且设置有由土壤修复装置构成的壁。

图9是根据本发明的土壤修复装置实施例的三维示意图。

图10a和图10b是根据本发明实施例的固定间歇性加热方式的示例图，其具有热传送间隔继之以热传送中断间隔的循环。

图11是显示了根据本发明的实施例的在固定间歇性加热方式的热传送间隔和热传送中断间隔过程中的保温材料的温度循环的曲线图。Y轴表示保温材料的温度，单位为°C，而x轴表示时间，单位为分钟。

图12是显示了根据本发明方法的适用于土壤修复的装置的另一个实施例的图。

尽管本发明允许各种修改和替换形式，但其具体实施例是通过附图中的示例来显示且将在本文中被详细描述。附图可能不是按比例绘制的。然而，应该可以理解的是，附图及其详细说明并不旨在将本发明限制于所公开的具体形式，而与此相反，所述发明将覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改例、等同例和替换例。

具体实施方式

除非另有规定，否则在公开本发明中使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，都具有本发明所属领域中任何普通技术人员所通常理解的含义。通过进一步指导，包括术语定义以便于更好地理解本发明的教导。

如本文中所使用那样，以下术语具有以下含义：

除非上下文明确指示，否则，如本文中所使用那样，“一(a、an)”和“这(the)”指的是单数和复数对象。通过示例，“分隔室”指的是一个或多个分隔室。

如本文中所使用那样，“大约”指的是可测值，例如，参数、数量、时间长度等，意在包括与指定值相差的+/-20%或更小的偏差，优选地，+/-10%或更小的偏差，更优选地，+/-5%或更小的偏差，甚至更优选地，+/-1%或更小的偏差，而依旧更优选地，+/-0.1%或更小的偏差，到目前为止，这样的偏差适合于在所公开的发明中的实现。然而，可以理解的是，修改量“大约”指的值本身也是被专门公开的。

如本文中所使用那样，“包含(comprise、comprising、comprises、comprisedof)”与“包括(include、including、includes)”或“含有(contain、containing、contains)”同义，都是包含性或开放性术语，以规定下列所述例如部件的存在，但并不排斥或排除在本领域已知或其中所公开的额外的、非列举的部件、功能、元件、构件和步骤的存在。

通过端点列举的数值范围包括此范围内所包含的全部整数和分数，以及所列举的端点。

特别地，本发明提供一种用于受污染土壤的修复的装置，也被称作“土壤修复装置”。

本发明提供一种修复包含污染物的土壤的方法。

通过如本文所用术语“修复（remediating或remediation）”，它意指一种用于减少污染物负载的过程。术语“清洁（cleaning）”可以被视为是同义词。

在本说明书的上下文中，术语“土壤”包括但不限于砂、粉砂、粘土、泥炭、有机物质和它们的混合物。

术语“包含污染物的土壤”和“受污染土壤”在本文中被用作同义词，且被理解为包括所有类型的、可以被化学的、生物的和/或放射性的污染物污染的土壤，包括但不限于冻土、非常潮湿的土壤、高粘土含量的土壤、包含煤残渣、沉淀物、泥浆、污泥、受污染的废物、沉积物的土壤等。

术语“污染物”包括但不限于有机化合物，特别是碳氢化合物，尤其是缩写为PAH的多环芳烃、BTEX以及其他在C10-C17范围内的脂族或芳族烃、氯化溶剂；缩写为PCB’s的多氯联苯、杀虫剂、MTBE和其他在土壤和地下水中发现的有机产品；以及无机化合物，例如，氰化物、水银或其他半挥发性的化合物。

如本文所用的术语“BTEX”应理解为是指苯、甲苯、乙苯和二甲苯。这些挥发性单环芳香族化合物存在于煤焦油和石油产品。BTEX最易溶解于大多数汽油化合物，因此可以指示汽油污染物。

如本文所用，术语“MTBE”应理解为是指甲基第三丁基醚，也被称为甲基叔丁基醚，被缩写为MTBE。MTBE是化学化合物，具有分子式C₅H₁₂O。MTBE是一种易挥发、易燃和无色的液体。MTBE是一种汽油添加剂。

特别地，本发明提供一种用于修复包含污染物的土壤的方法，包括的步骤有：在所述土壤中引入热交换装置。

关于本文所用术语“热交换装置”，它意指一种能够交换热量的装置。本发明的热交换装置优选包括一个柱，更优选包括至少两个或更多的柱。

所述至少两个柱包括穿孔柱和非穿孔柱。两种柱都具有沿轴向延伸的管腔。关于本文所用术语“管腔”，它意指所述柱是中空的。或者换言之，提供了一种竖直封闭的空间。所述管腔的一端能够连接到热源上，所述管腔的另一端被封闭。所述管腔在封闭端可以具有锥形末端。这有利于将所述柱插入土壤中。

本文所用术语“柱”、“管道”和“导管”都是同义词，均应该理解为包括导热材料，可以提供包含管腔的柱状结构。关于本文所用术语“导热材料”，它意指能够导热的材料，例如但不限于钢、不锈钢、金属或陶瓷。

所述非穿孔柱具有由导热材料制成的柱身。在优选实施例中，所述柱是由钢制成，优选地由不锈钢制成。

所述穿孔柱具有由不锈钢或碳钢制成的柱身。

为了清楚起见，以下说明将针对包括至少两个柱的系统，特别是包括一组穿孔柱和非穿孔柱的系统，其中，所述非穿孔柱用于加热所述受污染土壤，而所述穿孔柱用于抽提源自所述穿孔柱附近被加热的土壤中的污染物蒸汽。本领域技术人员将很清楚所述柱的数量可以取决于柱的尺寸以及待被清洁去除污染物的土壤的数量和条件。

在优选实施例中，本发明提供一种能够用于受污染土壤原位修复或被挖出土壤修复的装置。作为所述装置的同义词，可以使用系统。

在优选实施例中，本发明提供一种包括至少一个非穿孔柱18和蒸汽通道16、19、35、38的装置。在另一个优选实施例中，本发明提供一种用于土壤修复、包括一组非穿孔柱18和蒸汽通道16、19、35、38的装置。非穿孔柱18用于加热受污染土壤。蒸汽通道可以是穿孔柱16、19或被挖出的土壤段35、38。蒸汽通道用于抽提源自所述蒸汽通道附近被加热的土壤中的污染物蒸汽。本领域技术人员将很清楚所述柱和蒸汽通道的数量可以取决于柱和蒸汽通道的尺寸以及待被清洁去除污染物的土壤的数量和条件而变化。

适用于本发明的柱包括管腔。关于本文所用术语“管腔”，它意指所述柱是中空的。或者换言之，提供了一种封闭的空间。管腔的设置提供了用于例如在柱内的导管的插入的空间。在优选实施例中，非穿孔柱18包括同心流体引入管道17。

所述柱可以具有任何所需的横截面形状，包括但不限于三角形、矩形、正方形、六边形、椭圆形、圆形或卵形。优选地，所述管道具有基本上椭圆形、圆形或者卵形的横截面形状。在优选实施例中，所述柱具有基本上圆形的横截面形状。

在优选实施例中，柱是没有螺纹的。优选地，所述土壤修复装置包括一个或多个导热的无螺纹的柱。更优选地，所述土壤修复装置包括一个导热的无螺纹的非穿孔柱，更优选地包括至少两个或多个导热的无螺纹的非穿孔柱。

原位土壤修复

图1图示了所述土壤修复装置的实施例的俯视图，其中，在非穿孔柱B上设置有同心管A用于将被加热流体输送进入所述柱中。在导热柱附近设置了穿孔柱C。

优选地，通过压力将所述柱插入所述土壤中以引入所述土壤修复装置。通过压力推压柱进入土壤中是有利的，因为这样使柱与土壤之间的接触达到最佳状态。它稳固了所述装置周围的土壤。

一个或多个所述蒸汽通道被引入和/或被创建到所述土壤中。图2和图3图示了土壤修复装置的实施例，其中，被用作蒸汽通道的一个或多个所述穿孔柱16、19被基本上竖直地引入所述受污染土壤中。所述穿孔柱16、19以相对于地表80°（基本上竖直）至90°（竖直）的方向来定位。优选地在土壤中以直立位置放置所述柱。

图6和图7图示了本发明的实施例，其中，用作蒸汽通道的被挖出的土壤段35、38被基本上竖直地创建到所述受污染土壤中。所述被挖出的土壤段以相对于地表80°（基本上竖直）至90°（竖直）的方向来定位。优选地在土壤中以直立位置创建被挖出的土壤段。

穿孔柱具有由不锈钢或碳钢制成的柱身。

被挖出的土壤段能够充满蒸汽可渗透材料，例如，但不限于，砾石或砂；优选地粗砂。所述蒸汽可渗透材料的平均粒度包括2mm至8mm，优选是3mm至7mm，更优选是4mm至6mm。

在优选实施例中，本发明涉及一种方法，包括通过热传导加热所述土壤至足以导致所述土壤污染物汽化的温度。优选地，通过使得被加热的流体循环穿过所述土壤的热传导来加热所述土壤。除了允许从土壤中去除更多的污染物以外，所述土壤被增加的热量可能会引起原位消除污染物，例如，诸如碳氢化合物和/或氯化烃类污染物的污染物。

当两种材料介质或物体直接接触，且一种材料介质或物体的温度高于另一种材料介质或物体的温度时发生热传导。热传导包括将动能从较热的介质转移到较冷的介质。因此，本文所用术语“传导”意指所有类型的热传递，其中，热量通过直接接触从一个（较热）物体运动到另一个（较冷）物体。应该理解的是在本发明中，其中通过传导的热传递通常还指借助于辐射将非常少的热量传递到土壤中。

汽化土壤污染物所需要的温度由所述热交换装置提供。借助于由导热材料制成的且与热源相连通的管道可以加热所述土壤。热源可以提供被加热的流体用以循环通过管道。调节热源的温度至所期望的温度，然后转变为所述管道中的温度上升，然后从管道将热量传导进埋入管道的土壤中。柱周围土壤的温度上升至足以导致土壤污染物汽化的温度，最终造成汽化的土壤污染物。

通过发送和循环被加热的流体（例如，高温空气和/或气体）穿过管道来加热所述管道。优选地，所述高温空气/气体被加热到300°C至850°C的温度，更优选地被加热到300°C至800°C，甚至更优选地被加热到500°C至750°C，且最优选地被加热到550°C至750°C。也可以采用极高的温度，这主要取决于穿孔柱的温度限值。因此，如果使用了能够承受极高温度（即，从1000°C一直到1500°C）的穿孔柱，则可以采用对应的极高温度的空气/气体供应。通过热传导将所述热量传递到土壤中，而逐渐地升高所述土壤温度。借助于辐射也会将少量的热量传递到土壤中。升高的土壤温度导致位于受污染土壤内的污染物汽化，从而产生受污染的蒸汽。

根据本发明，通过传导加热来加热所述土壤，这是特别有利的，因为通过这样加热获得的温度并不受到存在于土壤中的水量的限制且几乎不会受到土壤差异性的影响。利用热传导加热可以获得大大高于水沸点的土壤温度。利用热传导加热可以获得至少约100°C、125°C、150°C、200°C、350°C、400°C、500°C、600°C、700°C、800°C或更高的土壤温度。

经由一个或多个蒸汽通道，通过从所述土壤中抽提出污染物蒸汽来从土壤中去除污染物蒸汽。

在优选实施例中，通过从土壤中抽提出污染物蒸汽来从土壤中去除污染物蒸汽，然后送入所述热交换装置中。这可以通过给热交换装置的柱提供穿孔来实现。在优选实施例中，本发明涉及一种方法，其中所述一个或多个直立穿孔柱被穿孔。柱可以通过镗孔、冲孔、或钻孔进入柱的纵壁来被穿孔。

在穿孔柱中的穿孔可以是但不限于孔和/或槽。优选地，5%至50%柱表面设置有孔和/或槽。特别优选地是在柱上提供大量小穿孔。柱沿着管道长度在不同位置上可以具有几个穿孔区。当柱被插进土壤中时，穿孔区可以邻近于受污染的土壤层。可替换地，可以沿着柱的整个长度来提供穿孔。在优选实施例中，穿孔区对应于柱身上半部分的长度。

优选地，所述热交换装置包括一个或多个导热的、穿孔的且无螺纹的柱。

优选地，所述热交换装置包括至少两个导热的、穿孔的且无螺纹的柱。

在优选实施例中，柱的直径包括5cm至40cm的直径，优选地是8cm至25cm的直径，更优选地是10cm至20cm的直径。在优选实施例中，柱具有基本上圆形的横截面形状。在特别优选的实施例中，柱具有基本上圆形的横截面形状且具有5cm至40cm的直径，优选地是8cm至25cm的直径，更优选地是10cm至20cm的直径。

优选地柱具有1m至50m的长度，更优选地是4m至30m的长度，最优选地是6m至20m的长度。

在本发明的另一个优选实施例中，经由一个或多个蒸汽通道，通过从所述土壤中抽提出污染物蒸汽来从土壤中去除污染物蒸汽。这可以通过在导热非穿孔柱（图6）附近创建被挖出的土壤段35来实现。被挖出的土壤段的深度至少对应于导热非穿孔柱上半部分的长度。被挖出的土壤段可以充满蒸汽可渗透材料，例如，但不限于，砾石或砂；优选地是粗砂。这是有利的，因为砾石可以被留在所创建的蒸汽通道内以供所修复土壤进一步的使用，从而减少了工作量。

在本发明的另一个优选实施例中，经由一个或多个蒸汽通道，通过从所述土壤中抽提出污染物蒸汽来从土壤中去除污染物蒸汽。这可以通过创建被挖出的土壤段38来实现，其中将引入导热非穿孔柱（图7）。被挖出的土壤段的深度等于导热非穿孔柱的长度。被挖出的土壤段可以充满蒸汽可渗透材料，例如，但不限于，砾石或砂；优选地是粗砂。

污染物蒸汽被吸入穿孔柱中。通过在穿孔柱上施加负压，例如，通过连接穿孔柱到真空系统，可以实现将汽化的土壤污染物抽提出土壤，再送入穿孔柱中。真空系统可以能够抽在50Pa至5000Pa的范围内真空。真空系统还可以能够抽在100Pa至1500Pa的范围内真空。真空系统可以是通风器或水密封泵。

污染物蒸汽被吸入被挖出的土壤段中。通过在被挖出的土壤段上施加负压，例如，通过将被挖出的土壤段连接到真空系统上，可以实现将汽化的土壤污染物抽提出土壤，再送入被挖出的土壤段中。真空系统可以能够抽在50Pa至5000Pa的范围内的真空。真空系统还可以能够抽在100Pa至1500Pa的范围内的真空。真空系统可以是通风器或水密封泵。

从土壤中去除的土壤污染物被运送走，留下其中污染物被去除的土壤。土壤基本上无所述污染物。所述清洁方法提供被修复的土壤。

汽化的土壤污染物可以被运送出土壤以供进一步处理。这有利于防止基本上所有挥发性的污染物蒸汽逃逸到环境中。优选地采用几乎闭环的系统。优选地在废气处理器中处理污染物蒸汽，所述废气处理器优选为催化氧化器或热氧化器。污染物被催化氧化。污染物蒸汽因而被基本上转化为包含二氧化碳和水的流体。催化氧化作用生成二氧化碳和水蒸汽，而不会排放出一氧化碳、氮氧化物（NO和/或NO₂）和未燃烧的碳氢化合物。

在根据现有技术的方法中，将在土壤清洁过程后，从土壤中去除柱。尽管柱被重复用于相同的应用许多次，但最终还是要废弃它们。

发明者认识到柱的管腔提供了可能适用于其他用途的空间。特别地，提供了一种方法，由此，所述热交换装置的所述管腔被转换成为地热能源装置或稳固性提供装置。

本申请提供了一种方法，包括的步骤有：将非穿孔柱转换成为用于被修复的土壤和/或直立架设在所述被修复的土壤上的结构的稳固性提供装置。转换包括的步骤有：

-选择非穿孔柱的长度、直径和厚度，来给所述土壤和/或待建造在所述土壤上的结构提供稳固性，

-将一个或多个非穿孔柱打入受污染土壤中，从而提供稳固的受污染土壤，

-清洁后，从所述土壤先前受污染区域中卸除穿孔柱，以及

-将一个或多个非穿孔柱连接到结构，从而提供稳固的结构。

关于本文所用术语“地热能源装置”，它意指使用地球内部天然存在的热或冷能量的节能装置。地热能源装置可以被用于加热或冷却结构，提供结构中使用的暖水或生成结构中使用的电。

在白天，地球表面由太阳加热，然后，在夜晚又冷却下来，热和冷的程度还取决于季节。温度变化是白天和夜晚模式的结果，而季节影响对地表直到特定深度都有效果。从特定深度（粗略计算为2米）向下，土壤温度差不多是恒定的。通过在特定深度以下放置以地热桩形式存在的热交换器，根据地表处的土壤温度，有可能实现加热或冷却。

清洁干净后，装置的零件，特别是用于加热的位于地表的零件被更换。

在优选实施例中，本发明涉及一种方法，包括的步骤有：更换被安置在具有液体输送管的所述非穿孔管道内的流体引入管道。

将土壤中的柱与地表上的燃烧加热和控制单元断开。作为替代，将柱连接到地表管道网上，优选地连接到塑料管道网，更优选地连接到高密度聚乙烯或聚氯乙烯管道网，这些管道网本身连接到热泵。

其中土壤被清洁干净的修复阶段一结束，由不锈钢制成的内管道优选地被更换成塑料内管道，例如，聚氯乙烯（PVC）或高密度聚乙烯（HDPE）。在修复阶段使用由不锈钢制成的内管道。

在优选实施例中，本发明涉及一种方法，包括的步骤有：将所述管腔连接到管道网上，所述管道网连接到热泵。

在任何需要的时刻能够实施地热功能；更特别地，还是在所有清洁活动都已经结束后，且甚至在结构（例如，房屋）都已经被使用一段较短或较长的时间后。

通过借助于热泵装备使得流体循环通过所述柱的管腔，柱获得在流体和围绕着被打入清洁后土壤中的柱的地面之间的热交换器的功能。

在本发明的方法的优选实施例中，利用带横向终止连接短管的连接件来封闭所述柱。通过使用所述连接件，可以在任何需要时间建立外柱与热泵之间的连接。直到那时，才可以在清洁后土壤上架设建筑物（例如房屋）前后，采用不会干扰活动的方式来封闭柱。这是有利的，因为它意指所述系统装备可以在任何需要时刻被投入使用，因此也可以在所有建造活动都已经结束很久以后被投入使用。这种可能性是特别有吸引力的，因为无需增加成本，就可以在以后补偿柱的成本，适合于用作地热能源系统。鉴于日益增长的能源成本和环保意识，这可以是一种非常有用的选择。另外，安装后保持使用中的易接近具有涉及到诸如检查、维修、维护和更换的优势。

除了重复使用非穿孔柱以外，它还可以有利于重复使用穿孔柱。优选地先将所述穿孔柱转换成非穿孔柱。例如，可以通过在所述穿孔柱内安装内管或衬里来封闭穿孔，从而提供非穿孔柱。然后，具有内管或衬里的所述穿孔柱可以在其管腔内配备例如用于液体输送的U形管。液体可以向下输送进U形管中，然后再重新向上输送回来。在输送过程中，液体可以从土壤中吸收热量或将热量释放给土壤。

具有这样的液体输送装置的有衬里的柱可以被用作地热能源供应系统的一部分。在优选实施例中，本发明涉及一种方法，包括的步骤有：封闭所述穿孔，从而提供液体防漏柱。

通过原位固化（CIPP）技术来提供用于封闭所述穿孔的适合的技术。检查目标柱，且如果需要，将其清洁干净。浸渍有树脂的挠性导管被安装在所述目标柱内。可以倒置安装所述导管。树脂固化后，形成内管。它可以起到导热管道衬里的作用。优选地衬里至少覆盖着柱的那些带穿孔的区域。使用原位固化技术来封闭所述穿孔是有利的，因为它避免了使用预制管的需要。减少空间要求。所述挠性导管可调整以满足对不同长度、直径和压力的要求。这使得灵活使用该技术。

在优选实施例中，本发明涉及一种方法，包括的步骤有：在所述一个或多个直立穿孔柱内倒置和固化浸渍有树脂的挠性导管。

可以使所述挠性导管粘附到所述一个或多个直立穿孔柱的内壁。这有利于避免柱内的导管卡嗒卡嗒响，而降低噪声级。与未粘附到内壁的挠性导管相比较，由此形成的新管腔可以具有更大的直径。

在优选实施例中，本发明涉及一种方法，包括的步骤有：将所述导管粘附到所述一个或多个直立穿孔柱。

本发明进一步提供包括可埋入土壤中的一个或多个导热穿孔柱的热交换装置。所述热交换系统适用于根据本发明实施例的方法。特别地，本发明提供一种用于修复包含污染物的土壤的热交换装置，其包括一个或多个柱，所述柱被设计为穿孔柱身，由导热材料制成，具有沿着轴向延伸的管腔，所述柱的一端处用锥形末端永久封闭以便于驱使所述一个或多个柱进入所述受污染土壤中，而在相反端处支撑封闭管腔的连接装置，连接装置用于连接流体引入管道，所述流体引入管道与用于挥发所述土壤中污染物的热源相连通，其特征在于，所述管腔适合于在管腔内通过分离装置（例如，管道或软管）来创建循环流体流，使得至少在管腔的一部分长度上提供有所述循环流体流，所述管腔可以被联接到所述柱外部的流体循环回路，从而提供地热能源装置。

分离装置包括软管，所述软管经由连接短管被插进柱至管腔底端附近一点。分离装置还可以由刚性管道而不是挠性软管形成。

流体循环回路可以包括供给来自锅炉或类似装备（例如，热泵）的流体的管道系统以用于影响流体温度。

在优选实施例中，本发明涉及一种装置，其中，一个或多个所述导热穿孔柱沿着其柱身具有穿孔区，使得当所述装置被定位在所述土壤中用于清洁土壤时，所述穿孔区对应于所述包含污染物的土壤层。

设计穿孔以便于允许连续的空气流从任何深度的土壤中抽提出来。因此，穿孔的尺寸和直径/形状，与经由阀门（图2中的元件10）的完全的空气流控制相结合，对于平稳抽提蒸汽是极为重要的。在优选实施例中，柱具有圆形、椭圆形、正方形或纵向形状的穿孔，其包括1%至20%的总表面，优选地包括2%至25%的总表面，更优选地包括3%至10%的总表面。

在优选实施例中，本发明涉及一种装置，其中，选择所述长度、直径和厚度，使得所述一个或多个导热穿孔柱成为地热能源提供装置。这起到将柱用作地热桩的效果。

管道的长度取决于用作热交换装置和地热能源提供装置所需要的参数。优选地柱的长度对应于待处理的土壤中污染物的深度。另外，如果需要从地热系统中节省更多的能量，就需要更长的柱。

在优选实施例中，本发明涉及一种装置，其中，所述一个或多个柱具有至少10m的长度，优选地至少15m的长度，通常约为20m的长度。优选地外管道具有1m至100m的长度，更优选地具有10m至80m的长度，甚至更优选地具有15m至50m的长度，最优选地约为20m的长度。优选地内管道具有的长度等于外管道的长度减去50cm。

在优选实施例中，根据外管的长度，内管道具有的长度等于外管道的长度减去10cm至50cm。对于较短的外管道，内管道的长度将比外管道的长度短10cm。对于较长的外管道，内管道的长度要比外管道的长度最多短50cm。

柱的直径取决于其长度。如果使用了内管道，这也决定了为柱所选择的直径。柱和内管道越深，柱需要的直径越大。

优选地，内管道的直径是外柱直径的75%至85%。最为优选地，内管道的直径大约为外柱直径的80%。通过基于加热管道和管道周围土壤所需要的空气流和质量平衡的特定计算来确定精确的直径。它还取决于柱之间的距离以及土壤中污染物的初始浓度和类型。

如图6和图7所示，在根据本发明装置的优选实施例中，在外管道和内管道17之间所创建空间的主要部分的范围内提供有保温材料36。保温材料36是可拆卸的。这是有利的，因为当保温材料36达到一定温度，至少750°C时，提供给热交换装置的热量能够被中断。在热量中断时间内，热量将从保温材料36被传递到柱身和周围土壤中。当保温材料36的温度降至大约550°C时，热量将重新被提供给热交换柱。因此，可以使用固定间歇性供热模式，其具有热传送间隔继之以热传送中断间隔的周期，这允许节省相当多的能量。热传送时间间隔和热传送中断时间间隔取决于所使用的保温材料的性质和粒度，以及充满所述保温材料的空间的尺寸。可以使用例如但不限于氧化铝陶瓷球的保温材料，因为其特征是具有良好的热传导性、杰出的绝缘性质、高机械强度和低成本。保温材料还可能是厚的金属或者其他所有高耐热材料。金属的厚度是5mm至15mm。更优选地金属的厚度是7mm至10mm。

图10a是根据本发明实施例的在热传送间隔期间，固定间歇性加热模式的示例图。热量60被提供给内管道17，这将导致加热保温材料（用方格区表示）和非穿孔柱18。

图10b是根据本发明实施例的在热传送中断间隔期间，固定间歇性加热模式的示例图。由保温材料（用方格区表示）保持的热量60将通过非穿孔柱18被传递给周围的土壤。

图11是显示了根据土壤修复装置的实施例的保温材料的温度循环的曲线图。在初始加热阶段61，热量被首次提供给内导管17，保温材料的温度迅速升高，大约10分钟后达到750°C。在那个阶段，启动热传送中断间隔。如图10b中所示，热量不再被传送给内导管17，而是从保温材料被传递给周围的土壤。对应于冷却阶段63，保温材料的温度会逐渐减小。当保温材料的温度达到大约550°C（大约20分钟后），启动下一个热传送间隔62。从图中很清楚显示，热传送间隔要短于热传送中断间隔，分别大约为10分钟和20分钟。这是有利的，因为这会节省相当多的能量。

优选地，柱的厚度至少为3mm。在根据本发明装置的优选实施例中，柱具有至少3mm的壁厚，更优选地具有至少5mm的壁厚，最优选地具有至少10mm的壁厚。该厚度有利于将柱推进土壤中，而不是旋转进土壤中。通过将柱推进土壤中而不是旋转进土壤中，实现了外管道与周围土壤之间的最佳接触。这起到将柱用作周围土壤稳固增强装置的效果。改善与土壤的接触提高了在装置地热利用中的热传递。

在根据本发明装置的优选实施例中，装置包括双柱身的柱，其包括具有内柱的外柱。在根据本发明装置的优选实施例中，非穿孔柱是双柱身的，包括具有内柱的外柱。在更优选实施例中，在所述外柱的长度的主要部分的范围内提供有流体引入管道。优选地所述外柱由钢制成，更优选地由不锈钢制成。所述内柱是可更换的。优选地对于修复阶段，适合作为流体引入管道的内柱也是由不锈钢制成。优选地对于其中所述柱用于提供地热能源的阶段，内柱是由被缩写为PVC的聚氯乙烯制成，或者由被缩写为HDPE的高密度聚乙烯制成。优选地，内管道的厚度至少是1.5mm，更优选地至少是2mm，最优选地至少是3mm。

优选地，内管道的长度由待处理土壤中污染物的深度限定，并由足以冷却/加热所述装置管腔内所输送的液体至所需要温度的土壤的深度限定。

柱身的外表面的形状，在某种意义上，提高了管道本身对周围土壤的摩擦系数，从而因此增大了管道的结构提升系数（structural lift factor）。

关于本文所用术语“结构提升系数”，它意指基于因周围土壤由所述管道使用的摩擦力，管道提升一定重量的能力。该摩擦力是允许结构重量（例如，建筑物）施加其上的所述提升系数。

适用于本发明管道的提升系数取决于设想用其来支撑的建筑物的重量。一旦知道了重量，将需要进行现场测试来确定管道必须被放置的深度，以便于为所设想的建筑物提供足够大的提升系数。这样的测试对本领域技术人员来说是众所周知的。

本发明的修复装置的柱具有的长度，使得它们适合于地热和/或稳固用途。同时，由于摩擦增大，要达到所要求提升系数，需要减小每个管道的长度。

在优选实施例中，本发明涉及一种装置，其中所述柱身具有平滑表面且不具有像螺纹一样的结构。

在本发明优选实施例中，所述双柱身不锈钢柱被连接到包括热交换器和氧化装置的氧化单元上。

热交换器可以用作给所述双柱身不锈钢柱提供被加热流体的加热装置，优选地所述被加热流体为空气流，使得外柱身被加热，与周围土壤交换热量，从而挥发了存在于所述土壤中的污染物。

在优选实施例中，所述热交换器具有用于传递热量的管路。

根据现场可用性和限制，氧化装置可以采用不同设计。根据本发明的装置实施例的适合设计可以如下所述。

在优选实施例中，所述氧化装置包括电预加热装置，例如，电阻。在优选实施例中，所述预加热装置是电阻。可以供应空气/燃料混合物给所述预加热装置，然后加热空气/燃料混合物到至少350°C的温度。被加热的混合物可以被传输给催化氧化装置，在催化氧化装置中，被加热的空气/燃料混合物被进一步加热到650°C至750°C之间的温度。温度在650°C至750°C之间的热空气混合物被用作修复过程的主要热源。

在另一个优选实施例中，所述氧化装置包括电加热装置，例如，电阻。在优选实施例中，所述加热装置是电阻。可以加热空气/燃料混合物最低到650°C；优选地至少到750°C。该温度是将空气-燃料混合物完全高效氧化以及将足够能量转移到热空气流中所需要的温度。所述热空气流可以用作修复过程的主要热源。

在另一个优选实施例中，所述氧化装置包括传统的火焰燃烧单元。在所述火焰燃烧单元中，空气/燃料混合物被氧化到至少750°C的温度。该温度是将空气–燃料混合物完全高效氧化所需要的温度。这允许足够的能量被转移到热空气流中，使得热空气流可以用作修复过程的主要热源。

在根据本发明装置的优选实施例中，所述装置包括至少一个或多个双柱身不锈钢柱（单元D），所述双柱身不锈钢柱被钻入受污染土壤中，被连接到位于地表的装置，所述位于地表的装置包括燃烧加热和控制单元（单元E）以用于加热并且因此清洁所述土壤。

在根据本发明装置的优选实施例中，所述装置包括至少一个或多个双柱身不锈钢柱（单元D），所述双柱身不锈钢柱被钻入受污染土壤，被连接到位于地表的装置，所述位于地表的装置包括燃烧加热和控制单元（单元E）以用于加热并且因此清洁所述土壤。清洁所述土壤后，优选地单元E与单元D断开，然后卸除单元E。优选地将所述内导管与单元E一起从包括所述双柱身不锈钢柱的单元D上拆卸下来。当清洁土壤时和清洁土壤后，单元D剩下的外柱增强了土壤的稳固性，从而提供超高的稳固性。至少一个或多个外柱被用作替代桩或支柱。

在优选实施例中，所述单元E进一步包括循环风机。借助于所述循环风机，可以调节空气流。使用循环风机有利于给土壤提供正确的热传递。循环风机还可以用作抽提装置，用于从所述双柱身不锈钢柱中去除污染物蒸汽。

在优选实施例中，单元F进一步包括燃料喷射装置。关于术语“燃料”，本文中它意指液体或气体。燃料喷射装置可以用于喷射一定量燃料进入冷空气流中。空气流包括被引导进入氧化单元用于氧化的燃料。优选地氧化作用发生尽可能接近化学计算。当燃烧反应的化学平衡符合化学计算时，不存在多余的燃料。因此，不存在将被浪费掉的未燃烧的燃料。这有利于减少燃料的消耗量。

在优选实施例中，所述单元E进一步包括控制和调节装置。优选地所述控制和调节装置包括蒸汽抽提流调节阀、新鲜空气进给阀以及热电偶。

所述蒸汽抽提流调节阀可以用于调节被施加在所述土壤上的负压，以便于从土壤中抽提出由于加热生成的蒸汽。所述阀门有利于优化加热过程。优选地在加热过程一开始关闭阀门。随着加热土壤且蒸汽开始生成时，打开阀门。

所述新鲜空气进给阀可以用于调节加入单元E的新鲜空气/氧气量。优选地该新鲜空气/氧气量与从所述土壤中抽提出的污染物完全燃烧所需要的氧气量平衡。优选地该新鲜空气/氧气量也与从系统中例如通过在排气点释放能量而释放的能量保持平衡。

所述热电偶用于调节燃料喷射阀以及空气流阀，且作为完全燃烧的主要量具。

在优选实施例中，单元E的所述部件定位在容纳箱中，更优选地定位在绝热了所有孔隙的容纳箱中，最优选地定位在被用作燃料库的隔热容纳箱中。优选地所述燃料库中贮存的燃料总量至少燃烧三天。使用燃料库是有利的，因为它允许修复系统（单元D与单元E结合）在没有固定燃料进给系统的情况下工作。它提高了在现场位置修复过程的灵活性和适用性。它提高了实施和启动的速度。

在另一个方案中，本发明涉及根据本发明实施例的作为地热能源装置的装置的使用。在根据本发明的装置使用的优选实施例中，所述地热能源装置用于加热/冷却结构。

关于本文所用术语“结构”，它意指地表结构，其包括建筑物、高速公路、飞机场、机场跑道、铁路路基、围栏、游泳池、停车场等。在优选实施例中，所述结构是建筑物，更优选地是房屋。

本发明提供一种多用途管道系统，其合并了设计用于多种功能的管腔，例如，土壤修复和地热加热/冷却装置的管腔。由于修复过程后外柱可以留在土壤中，地热加热/冷却装置的一部分已经就位，因此施工时间减少。重复使用材料减少了浪费。这是一种环保的施工方法。可以降低修复后紧接着安装地热能源系统的总成本。所提供的系统易于改进且直接使用。

挖出土壤修复

在另一个方案中，本发明涉及根据本发明实施例的用于挖出土壤的土壤修复的装置的使用。根据本发明实施例的热交换装置，其特征在于：存在能够直接连接到至少两个穿孔柱和非穿孔柱上的面板。该面板用于生成被加热的流体和消除土壤污染物。

柱的厚度优选地至少是1mm。在根据本发明装置的优选实施例中，柱具有至少1mm的壁厚，更优选地至少2mm，最优选地至少3mm。该厚度有利于将柱推进土壤中，而不是旋转进土壤中。通过将柱推进土壤中而不是旋转进土壤中，实现了外管道与周围土壤之间的最佳接触。这起到将柱用作周围土壤稳固增强装置的效果。改善与土壤的接触提高了在修复过程中的热传递。

在优选实施例中，柱具有基本上圆形的横截面形状。在特别优选的实施例中，柱具有基本上圆形的横截面形状，且具有包括1cm至10cm的直径，优选地2cm至8cm的直径，更优选地3cm至7cm的直径。穿孔柱的直径可以保持相当小，因为它们唯一的用途是抽提出由温度上升（挥发）而生成的气体。因此，它仅需要非常有限的压降以及低流量。穿孔柱的直径包括1cm至15cm，优选地2cm至10cm，更优选地2.5cm至3.5cm。当砾石被用作可渗透介质时，柱的长度可以进一步被减小。

优选地，内管道的直径是外柱直径的30%至75%。最优选地，内管道的直径大约为外柱直径的70%。通过基于加热管道和管道周围土壤所需要的空气流和质量平衡的特定计算来确定精确的直径。它还取决于柱之间的距离以及土壤中污染物的初始浓度和类型。

管道的长度取决于用作热交换装置和地热能源提供装置所需要的参数。优选地柱的长度适应于待处理的土壤量。柱具有的长度优选地为3m至100m，更优选地为5m至75m，最优选地为10m至50m。

在本发明的优选实施例中，各个柱之间的距离是0.5m至2.0m，优选地是0.8m至1.8m，更优选地是1.0m至1.6m，最优选地大约为1.5m。

面板具有热源。优选地在所述面板中提供的热源包括热交换器和氧化装置。热交换器用作燃烧所需要的新鲜冷空气的预加热装置。在排出的燃烧气体通过柱后，热交换器使用它们作为交换中的热源。热交换器之后进行燃烧，基于热交换器加热预加热空气至更高的温度，适合于达到柱中的工艺温度，并因此在土壤中完成导热。

借助于气体、丙烷、液体化石燃料、其他液体或气体燃料以及电力，可操作热源。出于此目的，面板具有给所述面板提供易燃物的装置和提供电力的装置。

在优选实施例中，所述热源是催化加热装置。加热装置包括耐热材料（优选陶瓷）制成的加热板。接近加热板表面或在加热板表面上，提供有氧化催化剂网，优选金属氧化催化剂，更优选基于铂的氧化催化剂。在氧化催化剂网附近，设置有热电偶13。加热装置进一步设置有燃料供应装置，例如燃料进口。燃料进口被安置为接近于氧化催化剂表面。加热装置还设置有供电装置。供电装置（例如，电气元件）被定位在面板外部。

在本发明的优选实施例中，催化加热装置被容纳在箱形金属体内。耐热材料制成的加热板形成所述箱形金属体中的壁。优选地所述加热板是穿孔板。优选地加热板是由耐热材料制成的。更优选地加热板是由陶瓷材料制成的。

加热板的水平表面被定位为垂直于非穿孔导管和穿孔导管的纵向轴线。在加热板顶部提供的氧化催化剂表面，面向内朝着非穿孔柱和穿孔柱的开口端。因此，耐热板面向外。该构造是有利的，因为耐热材料用于隔离热源和外部环境。该构造的面板的壁是有利的。在处理中的受污染土壤是隔热的。热损失被减少。

面板具有热源是有利的，因为它允许在穿孔柱附近生成热量，所述穿孔柱适合于输送受污染土壤内的热量。热损失因此可以被减少。还通过将穿孔柱连接到热源来进一步减少热损失。因此，可以在具有最少热损失的情况下，将从土壤中抽提的污染物蒸汽输送至热源，在所述热源处可以消除污染物蒸汽。这样避免了挠性管的使用。

在优选实施例中，红外催化面板是红外通风催化面板。

在优选实施例中，本发明提供热交换装置，其中，至少一个穿孔柱被连接到抽真空装置，用于从所述土壤中抽提出污染物蒸汽。本文所用抽真空装置意指能够提供偏离大气压力的压力的装置。

在更优选实施例中，加热板由耐热材料制成，其具有多个正交于加热板平表面的微小穿孔。这是有利的，因为由微小穿孔提供的容积可以用于连通金属体内部与外部环境，在金属体内进行加热，因此需要氧气来维持加热过程。由微小穿孔提供的空间提供用于引导箱内空气的导管。空气一离开耐热板就会遇到气体，结果形成用于燃烧的空气/气体混合物。

所述催化面板基于催化燃烧工作。本文所用术语“催化燃烧”意指借助于催化剂激活的化学氧化反应。

在优选实施例中，本发明提供热交换装置，其中，在当被加热时能够承受非穿孔柱温度的材料中设置至少一个穿孔柱，在至少一个非穿孔柱长度的主要部分的范围内提供至少一个穿孔柱。

优选地加热源为催化氧化器或常规燃烧器，位于由柱形成的三角形中间。加热源放置为平行于柱本身，且离开氧化装置的空气通过面板内的不锈钢隔热管道被送入非穿孔管道的内管道的开口端。因此，热量被立即传递给所述内管道，然后被传递至管道的封闭端，从那里，经由两个非穿孔柱之间的空间，返回至面板。空气离开那些柱后被送至热交换器，在那里，空气被冷却至较低温度，然后释放进入大气。在热交换器中的冷却是在外部空气进入燃烧装置前加热它，优选地燃烧装置为催化氧化装置或常规的燃烧装置。

在本发明的另一个方案中，提供一种用于修复包含污染物的土壤的方法，包括的步骤有：

-挖出包含污染物的土壤，

-在所述土壤中引入至少两个穿孔柱，用于从所述土壤中抽提出污染物，

-在所述至少两个穿孔柱附近，引入至少两个非穿孔柱，用于给所述土壤提供热量，

-将至少两个穿孔柱和非穿孔柱连接到设置有加热装置和抽提装置的单个面板上，

-给所述面板送入电流，从而预加热所述面板，

-混合空气和气体以提供空气/气体混合物，

-在预加热的面板上燃烧所述空气/气体混合物，从而获得被加热的流体，

-输送所述被加热的流体至所述至少两个非穿孔柱，从而加热所述土壤至足以导致所述土壤污染物汽化的温度并获得污染物蒸汽，

-从所述土壤中抽提出所述污染物蒸汽，再送入所述至少两个穿孔柱中，

-从所述至少两个穿孔柱中去除所述污染物蒸汽，从而提供被修复的土壤，

-引导所述污染物蒸汽横跨所述预加热的面板，从而基本上消除了被包含在所述污染物蒸汽中的污染物。

本发明实施例的方法的特征在于：在面板中设置用于加热、循环、抽提和污染物去除的装置。对于修复过程，面板被连接到至少两个非穿孔柱和穿孔柱上。

本发明的方法的特征在于：废气处理发生在面板内。离开穿孔导管然后到达面板的污染物蒸汽与氧化催化剂接触。污染物被催化氧化。污染物蒸汽从而被基本上转化成包含二氧化碳和水的流体。催化氧化生成二氧化碳和水蒸气，不会排放一氧化碳、氮氧化物（NO和/或NO₂）以及未燃烧的碳氢化合物。

使用电气元件达到催化面板的启动阶段，其被加热非常短的预加热时间，通常限于几分钟。使用放置在催化面板内的热电偶可以控制预加热阶段。刚一达到启动催化燃烧所必需的温度条件时，热电偶就发送信号给控制面板。一达到适合的温度，就开始供气以便于激活催化燃烧。气体（易燃物）在加热器中流动并与周围大气中的氧气发生反应。所供给的易燃物与氧气接触，通过催化面板及时预加热，发生气体氧化并产生热能。适合本发明使用的易燃物是丙烷和天然气。

断开用于加热器预加热的电气加热元件。可以在一段有限时间后再切断电流供应是有利的，因为可以降低能源成本。

在催化加热器表面上供给的空气是为有效燃烧做准备的。在本发明的方法的优选实施例中，所述方法包括引导外部空气通过置于加热装置背面上的管道系统进入面板的步骤。在优选实施例中，红外催化面板设置有一体化的通风系统或强制通风系统，通过置于加热板背面上的管道系统，以供红外催化面板通风。

该反应是放热的，并通过红外辐射产生热量。通过改变气体压力，从而因此改变气体流量，可以得到不同的温度。在优选实施例中，加热板的表面温度可以被调整到180°C至650°C，从而因此可以调整所发射的红外线的波长。在优选实施例中，加热板可以提供6kW至25kW的加热功率。这有利于为应用提供最大的灵活性。

由于所述催化反应发生在气体着火温度以下，得到无火焰的燃烧。因此，催化面板可以用于潜在爆炸性环境中。

优选地，至少建造两面壁以容纳包含污染物的被挖出的土壤。更优选地，至少两面壁包括可叠放的混凝土型材。至少两面壁被平行安置以允许在其间建造面板壁。如果需要，可以插入至少两个转角杆以容纳所述面板。优选地，叠放混凝土型材以提供最多三个型材高及最多四个型材宽的壁。优选地，被挖出的土壤和面板被容纳在形成至少两面壁的可叠放的混凝土型材之间。

在本发明的优选实施例中，以乐高块（Lego-blocks）或乐高砖(Lego-brick)的形式来提供可叠放的混凝土型材，它是矩形，在顶部有短管并且在矩形混凝土型材的底部有形状匹配的孔。当使用这种类型的可叠放的型材时，这有利于给壁提供额外的强度。该型材易于叠放，但是它们更适合抵抗住由靠在壁上的土壤所施加在壁上的压力。

根据本发明的装置特别适用于受污染土壤的修复。与现有技术装置的状态相比较，被提供的加热源更接近于柱。基本上减少了使用管，特别是减少了使用非绝缘的挠性管。进一步减少了热损失。节能为更便宜且更环保的过程作准备。

由以下进一步示例本发明的非限制性实施例来进一步说明本发明，所述非限制性实施例不旨在，也不应该被解释为，限制本发明的范围。

例如，应该清楚的是本发明的原理还可应用于其他固体材料，所述固体材料可以类似于受污染土壤被热处理。被挥发性污染物污染的固体废物，例如，被油污染的金属废料，也可以使用根据本发明实施例的装置来清洁。因此，本发明在修复和材料回收领域是有用的。

由以下进一步示例本发明的非限制性实施例来进一步说明本发明，所述非限制性实施例不旨在，也不应该被解释为，限制本发明的范围。

在图1中概括了根据本发明实施例的土壤修复装置的一般原理。图1提供了具有同心管道A的导热柱B的俯视图。可以从管道A的顶部引入流体，流向柱B的底部，在管道A的端部流出，并再次向上流回，从而加热管道A的管身。管道A由导热材料制成。所述管身向管身周围的土壤释放热量。在管道A附近，提供有柱C。柱C的柱身被穿孔。在被加热土壤中的土壤污染物将被蒸发以提供污染物蒸汽。通过被施加在柱C上的负压将污染物蒸汽吸入柱C中。污染物蒸汽通过为此目的而提供的穿孔进入柱C中。可替换地，在管道A附近，创建了被挖出的土壤段（未被示出）。所述土壤段可以充满蒸汽可渗透的材料。通过被施加在所述土壤段上的负压将蒸汽吸入所述被挖出的土壤段中。

图2示出了根据本发明的受污染土壤的原位修复系统的实施例。在本实施例中，所述系统包括单元D、E、F和G。

单元D包括基本上竖直地钻入土壤中的外管道。选择其长度以穿过包含污染物的土壤区22和无污染物的土壤区23。

非穿孔管道18设置有绕其管身一部分的穿孔管道16。选择穿孔管道16的长度以符合需要清洁的土壤的深度。具有穿孔的穿孔管区19对应于受污染的土壤层22。

管道是无螺纹的，其有利于借助于压力将管道引入土壤中。非穿孔管道18在其下侧通过基本上的锥形体20被封闭。该锥形体或末端20可以借助于焊接、钎焊或借助于螺纹被固定到管道。非穿孔管道18延伸进入比受污染的土壤层22更深的土壤中。它又穿过一层土壤，特别是未受污染的土壤层23。

图2中示出的单元E包括被定位在外管道18中的内导管17。它们一起形成双管身的管道系统。内导管被连接至氧化单元5的出口并用作离开所述氧化单元的流体8的导向装置。氧化器的前面有电气（预）加热元件7。加热元件7依次又连接至热交换器6。后者有两个入口和出口。在顶部，热交换器6被连接至循环风机21。循环风机21被连接至具有供环境空气进入的新鲜空气阀11的管路。内导管和外导管之间的空隙被连接至管路2，管路2被连接至热交换器6的入口。在相反一端，热交换器6被连接至管路12以便于输送冷却空气流到所述系统外部。第二管路14将穿孔管16的穿孔区19连接至真空系统21的入口。第二管路14设置有蒸汽抽提流量调节阀10。内导管17的入口设置有热电偶13以便于测量进入双管身管道18、17的空气流的温度。热电偶13被连接至燃料喷射装置9以便于调节进入连接通风机和热交换器6的管路内的燃料喷射量。适用于本发明的燃料例如是丙烷。

单元F是连接单元E至单元D的连接装置。借助于单元F，单元D可以与单元E分离。单元D和单元E的结合提供了土壤修复装置1。修复过程后，它足以将单元D留在土壤中并拆除和卸除单元E。单元D然后被联接至单元G。如图3所示，如果穿孔管道16作为单独管道被提供，它们也可以被卸除。

单元G是用于输送热/冷流体（未示出）的导管网。优选地，所述流体是水。为了能够在所述导管网中输送所述流体，热泵（未示出）被连接至导管网。通过连接装置（例如单元F）可以将单元D连接至单元E。

参照图2，土壤修复如下进行。允许空气流经由新鲜空气进给阀11进入近闭环系统1。它流向热交换器6。在进入热交换器6之前，使用燃料喷射阀9，燃料与冷空气流3混合，从而得到空气/燃料混合物。所述空气/燃料混合物被导向电气（预）加热装置7。空气混合物可以被预加热到至少350°C的温度或可以被加热最高到至少650°C的温度。离开热交换器6的被加热的空气/燃料混合物4通过催化氧化装置5被进一步加热到挥发受污染土壤层22中污染物所需要的温度。热空气流被送入双柱身柱17、18中。它向下流向锥体20，然后，再向上流回。被加热的空气再次向上流，然后通过管路2、12被输送走。被加热的空气加热外导管18和周围的土壤22。存在于被加热土壤22中的污染物挥发，提供污染物蒸汽。真空系统可以包括真空泵，例如，风机21，其被放置在收集管12的外端处。该风机允许施加负压到穿孔管道19上，以便于已经形成于土壤中的污染物被汽化后，可以从土壤22中被抽提进穿孔管道19中，且被循环至包括电气（预）加热装置7和氧化器5的氧化单元。借助于通风机21，通过管路14，带走污染物蒸汽至热交换器6的入口。余热至少部分被重复使用以预加热挥发更多土壤污染物所需要的空气流。该过程继续直到受污染的土壤层22基本上无污染物。

清洁过程后，停止土壤修复系统1。包括内导管17的单元E与单元D分离，再被卸除和拆除。非穿孔柱18和穿孔柱16保留在土壤22、23中。

为了将所述土壤修复装置剩下的零件转变成地热能源装置，前者的管腔31被用作地热能源装置的壳体。

由不锈钢制成的内柱，优选地，被由塑料制成的内柱更换，更优选地，被由聚乙烯制成的内柱更换，最优选地，被由高密度聚乙烯制成的内柱更换。可替换地，由聚氯乙烯制成的柱被用来更换内柱。

塑料柱被连接至位于被修复土壤表面上方的导管网（未显示）。所述导管适合于输送热/冷流体（优选地为水）。优选地，相对于被清洁土壤的表面，水平地放置导管网。出于循环的目的，用于容纳流体的导管网具有热泵（未显示）。连接到热泵可以提供包括位于被处理土壤中的柱的导管网内的流体循环，从而提供地热能源装置。

图3示出了根据本发明的土壤修复系统的另一个实施例。在导热柱18的附近，提供有被用作蒸汽通道的穿孔柱16。

在本发明的优选实施例中，在箱30中设置有土壤修复系统1中当在受污染土壤中安装所述装置时保持在所述土壤表面上方的部分。箱30容纳修复装置的加热模块。

参照图2、图3、图6和图7，加热模块是包括氧化单元5的金属箱30，氧化单元5能够连接至内导管17。氧化器5具有电气（预加热）加热元件7。加热元件7被依次连接至热交换器6。后者有两个入口和出口。在箱30的顶部，热交换器6被连接至循环风机21。循环风机21被连接至设置有新鲜空气阀11的管路。热交换器6能够连接至用于输送来自被加热内导管和外导管的被加热流体的管路2。在相反的一端，热交换器6设置有用于输送冷却空气流到箱30外部的管路12。第二管路14能够连接至穿孔柱。连接至真空系统21的入口。真空系统21具有蒸汽抽提流量调节阀10。内导管17的入口设置有热电偶13以便于测量进入双管身管道的空气流的温度。热电偶13被连接至燃料喷射装置9以便于调节进入连接通风机21和热交换器6的管路内的燃料喷射量。

图4中示出箱30实施例的三维显示。图5的示意图中提供了进一步的细节图。参照图4和图5，箱30包括设置有燃料喷射装置9、洁净空气排气管39、ID风机32、控制单元33以及四个弯脚34、34′、34″、34″′的壁。

图6示出了根据本发明的土壤修复系统的另一个实施例。蒸汽通道是被挖出的土壤段35且被设置在导热柱18的附近。被挖出的土壤段35在其顶部被密封并通过连接器37被连接至土壤修复装置1。被挖出的土壤段35可以充满蒸汽可渗透材料（未示出）。根据本发明的实施例，外管道18和内管道17之间空间的一部分可以充满保温材料36。

图7示出了根据本发明的土壤修复系统的另一个实施例。蒸汽通道是被挖出的土壤段38，其中引入了导热柱18。被挖出的土壤段38在其顶部被密封并通过连接器37被连接至土壤修复装置1。被挖出的土壤段38可以充满蒸汽可渗透材料（未示出）。根据本发明的实施例，外管道18和内管道17之间空间的一部分可以充满保温材料36。

图9提供了显示了根据本发明的实施例的土壤修复装置的示意图。参照图9，示出的土壤修复装置包括被附接至三个非穿孔柱43、43′、43″和三个穿孔柱44、44′、44″的面板42。非穿孔柱43、43′、43″包括外导管，所述外导管的管腔45、45′、45″设置有同心流体引入管道46、46′、46″。所述管道被连接至面板42中设置的加热室47。加热室47设置有加热板（未显示）。在被连接至柱的面板侧的相对侧上有通风机48。面板设置有给面板49供气的装置。面板进一步设置有给面板50供电的装置。

图8是示出了使用根据本发明实施例的装置的土壤修复系统的示意图。参照图8，示出了一堆被挖出的土壤51被封闭在可叠放的混凝土型材53的三面壁52、52′、52″内。被堆积在壁52、52′、52″内的土壤51具有等间距间隔的非穿孔柱和穿孔柱，通常各个柱之间的距离是1.5m。由面板壁55在前面封闭土壤堆。每个面板42被附接至三组非穿孔柱43、43′、43″和穿孔柱44、44′、44″。每个面板设置有供气装置49和供电装置50。面板壁被连接至气源56和电源57。

参照图8和图9，根据本发明的方法如下：非穿孔管道和穿孔管道被插入包含污染物的被挖出的土壤中。优选地，第一层土被铺开在处理场地上，第一层管道被放置在第一层土上面，所述管道由第二层土覆盖，第二层管道被放置在第二层土上面，等等。随着土堆越来越高，放置混凝土型材在受污染的土壤堆周围。优选地，混凝土型材被放置在U形盒状包封内。面板被放置在所述盒状包封前面以封闭所述盒状包封。每个面板被连接到所示出的用于加热的至少两个（优选三个）非穿孔管道，以及两个用于收集污染物蒸汽的穿孔管道。每个面板通过供气装置49和供电装置50被连接至气源56和电源57。

图12是根据本发明实施例的适用于土壤修复方法的装置的示意图。

通过导管74抽提一次空气。一次空气在导管73中与来自喷射器72的气体燃料（丙烷，天然气）混合。在导管73的端部和在燃烧室内（由耐火水泥77形成的室）产生火焰。在所述燃烧室的出口处，气体（燃烧产物）与来自导管75的二次气体混合。调整二次气体流经由阀门86执行。该调整允许冷却导管76和78的壁并降低内导管81入口处的气体温度至750°C-850°C。阀门85允许进行丙烷（或者天然气）燃烧所需要的一次空气流的调整。进行该调整使得加热管道83出口82处有显著量的CO。法兰80允许将装置连接到加热板83上。燃烧器单元71具有控制、安全和反调节丙烷或天然气流的所有元件（电加热器）。来自土壤84的蒸汽通过管79被输送至火焰。

Claims (15)

1.一种修复包含污染物的土壤的方法，包括的步骤有：

-在所述土壤（22、23）中引入至少一个穿孔柱（16、19），以便于从所述土壤（22、23）的受污染区域（22）中抽提出污染物，

-在所述至少一个穿孔柱（16、19）附近，引入至少一个非穿孔柱（18），用于给所述土壤（22、23）的所述受污染区域（22）提供热量，

-给所述至少一个非穿孔柱（18）提供热量，从而加热所述土壤（22、23）的所述受污染区域（22）至足以引起土壤污染物汽化的温度，然后获得污染物蒸汽，

-将包含所述土壤污染物的所述污染物蒸汽抽提出所述土壤（22、23）的所述受污染区域（22），再送入所述至少一个穿孔柱（16、19）中，

-从所述至少一个穿孔柱（16、19）中去除所述污染物蒸汽，从而提供被修复的土壤，

其中，所述至少一个穿孔柱（16、19）和所述至少一个非穿孔柱（18）能够连接到至少一个位于地表的装置，所述至少一个位于地表的装置包括用于加热从而清洁所述土壤（22、23）的燃烧加热和控制单元。

2.一种修复包含污染物的土壤的方法，包括的步骤有：

-在所述土壤（22、23）中引入和/或创建至少一个蒸汽通道（35、38），用于从所述土壤（22、23）的受污染区域抽提污染物，

-在所述至少一个蒸汽通道（35、38）附近，引入至少一个非穿孔柱（18），用于给所述土壤（22、23）的所述受污染区域（22）提供热量，

-给所述至少一个非穿孔柱（18）提供热量，从而加热所述土壤（22、23）的所述受污染区域（22）至足以导致土壤污染物汽化的温度，然后获得污染物蒸汽，

-将包含所述土壤污染物的所述污染物蒸汽抽提出所述土壤（22、23）的所述受污染区域（22），再送入所述至少一个蒸汽通道（35、38）中，

-从所述至少一个蒸汽通道（35、38）中去除所述污染物蒸汽，从而提供被修复的土壤，

其中，所述至少一个蒸汽通道（35、38）和所述至少一个非穿孔柱（18）能够连接到至少一个位于地表的装置，所述至少一个位于地表的装置包括用于加热从而清洁所述土壤（22、23）的燃烧加热和控制单元。

3.根据权利要求1或2所述的方法，包括的步骤有：

-给所述非穿孔柱（18）在至少其长度主要部分的范围内提供流体导向装置（17），以及

-将所述流体导向装置（17）联接到管道网上，所述管道网被连接到一个位于地表的装置。

4.根据权利要求1至3中任意一个权利要求所述的方法，其中，提供负压用于从所述土壤（22、23）的所述受污染区域（22）抽提所述污染物蒸汽。

5.根据权利要求1至4中任意一个权利要求所述的方法，其中，以固定间歇方式给所述非穿孔柱（18）提供热量。

6.一种用于修复包含污染物的土壤（22、23）的装置或系统，所述装置包括至少一个穿孔柱（16、19）和至少一个非穿孔柱（18），其中，所述至少一个穿孔柱（16、19）能够连接到用于从所述土壤（22、23）中抽提污染物蒸汽的真空提供装置（21）上，且其中，所述非穿孔柱（18）具有由导热材料制成的柱身，所述柱身具有沿轴向延伸的管腔（31），所述管腔（31）的一端被永久封闭，所述管腔的另一端能够连接到用于汽化土壤污染物的热源（30）。

7.一种用于修复包含污染物的土壤（22、23）的装置或系统，所述装置包括至少一个蒸汽通道（35、38）和至少一个非穿孔柱（18），其中，所述至少一个蒸汽通道（35、38）能够连接到用于从所述土壤（22、23）中抽提污染物蒸汽的真空提供装置（21），且其中，所述非穿孔柱（18）具有由导热材料制成的柱身，所述柱身具有沿轴向延伸的管腔（31），所述管腔（31）的一端被永久封闭，所述管腔的另一端能够连接到用于汽化土壤污染物的热源（30）。

8.根据权利要求7所述的装置或系统，其中，所述蒸汽通道（35、38）是被挖出的土壤段。

9.根据权利要求7或8所述的装置或系统，其中，所述被挖出的土壤段具有蒸汽渗透材料。

10.根据权利要求9所述的装置或系统，其中，所述蒸汽渗透材料的平均粒度包括2mm至8mm，优选3mm至7mm，更优选4mm至6mm。

11.根据权利要求6至10中任意一个权利要求所述的装置或系统，其中，所述管腔（31）被设置在所述至少一个非穿孔柱的长度的主要部分的范围内。

12.根据权利要求6至11中任意一个权利要求所述的装置或系统，其中，所述管腔（31）的一段设置有保温材料（36）。

13.根据权利要求12所述的装置或系统，其中，所述保温材料（36）是可卸除的。

14.根据权利要求6至13中任意一个权利要求所述的装置或系统，其中，所述导热材料为钢，优选为不锈钢。

15.根据权利要求6至14所述的装置的使用，用于修复受污染土壤和/或给建筑物提供地热能和/或给建筑物提供重力地基，优选地，所述建筑物为房屋。

Images