CN103551373B - 一种微波辅助sve去除土壤中有机污染物的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤污染的原位修复技术领域，特别涉及一种微波辅助SVE去除土壤中有机污染物的系统及方法。在待修复土壤内注入微波吸附材料，并在带修复土壤区域的表面铺设不透气覆盖膜；在待修复土壤区域内设置1个或多个抽气井，并在抽气井的理论覆盖范围内，设置若干个空气注射井、监测井和注水管道。该方法以微波为热源，使土壤中的各种有机污染物通过挥发、分解机理得到初步处理，有助于土壤颗粒中吸附态有机物的解吸，加速VOCs蒸汽态形成；抽提出来的蒸汽经地面废气废水处理装置处理，达到修复有机污染土壤的目的。该技术成本低、可操作性强、可采用标准设备、处理有机物的范围宽、不破坏土壤结构、不引起二次污染等优点，具有广阔的应用前景。

Description

一种微波辅助SVE去除土壤中有机污染物的系统及方法

技术领域

本发明属于土壤污染的原位修复技术领域，具体涉及一种挥发性有机污染物污染土壤的原位修复技术，特别涉及一种微波辅助土壤蒸汽抽提技术(SVE)去除土壤中有机污染物的系统及方法。

背景技术

随着我国工农业的快速发展，土壤和地下水污染日益严重。土壤和地下水不仅是重要的农业生产资源，也是重要的环境要素，是人类赖以生存的基础。不但越来越制约农业生产、工业发展，也影响着人们的身体健康。其中，有机污染以其持久性、高毒性、积聚性、流动性为特征，会长期累积，很难通过自然降解过程去除，也会在自然或人为条件下迁移到其他环境中，危害性极大。目前场地土壤中的有机污染物主要来源于：(1)化工厂、农药厂等化学品污染企业，在生产车间、分装车间、药品储存仓库和厂区内运输途中造成的原料和药品泄露，以及印刷、建材、喷涂等行业排放的原料和废水；(2)在石油勘探与开采、储存与运输过程中，由于操作不当或事故泄露造成的石油排放或外溢；(3)石油、化工生产区、加油站等地形成的落地油、含油生产污水排放和输油管道的渗漏。总之，如果不进行及时治理，则会导致更加严重的污染，将来治理的费用和难度将会成倍增加。

目前，常用的污染场地修复技术包括异位和原位两大类。异位修复技术涉及到挖土和转运，过程中存在二次污染的危险，且一般工程量大、治理成本高等的存在明显不足。原位修复技术在近几年来得到广泛应用。土壤蒸汽抽提技术(SVE)是一种针对挥发性和某些半挥发性污染物的土壤原位修复技术，是一种向污染区域通入新鲜空气，将VOCs从土壤中解吸并随空气流引至地上处理的原位修复技术。该技术适用于含水层以上的包气带，适用于处理挥发性的有机污染物，如有机卤代物或非卤代物，也可以去除土壤中的油类、重金属、多环芳烃或二噁英等污染物。SVE技术具有成本低、可操作性强、处理污染物的种类多、可由标准设备操作、不破坏土壤结构等显著特点，对回收利用废物有潜在价值。这些都优于其它如生物处理或土壤冲洗等技术。但是为了能够更加快速高效地修复有机污染场地，提高抽吸效率，增强SVE技术，需要联合其它有效可行的方法，设计一种更加优化的修复系统。

热强化技术，即土壤原位加热，是指通过直接或间接热交换，将污染介质及其所含的有机污染物加热到足够的温度，使有机污染物从污染介质中挥发或分离的过程。微波加热属于热强化技术的一种，联合SVE技术，能明显降低净化时间，提高处理效率，还可以去除常规SVE技术所不能清除的低挥发性有机物或半挥发性有机物。以微波为热源，依据污染物的性质向土壤中加入不同的微波吸收剂，增强污染土壤体系对微波的吸收和传热能力，使土壤中的各种有机污染物通过挥发、分解机理得到初步处理，同时控制温度防止土壤玻璃化。微波加热强化环境温度升高，在温度限定范围内，环境温度越高，有机物饱和蒸汽压越大，越易挥发，有利于土壤蒸汽抽提。同时土壤环境温度升高，有助于土壤颗粒中吸附态有机物的解吸，加速VOCs蒸汽态形成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波辅助SVE去除土壤中有机污染物的系统及方法，主要针对挥发及半挥发有机污染物，可以加快速高效地修复有机污染场地。

本发明所述系统采用的技术方案为：

在待修复土壤内注入微波吸附材料，并在带修复土壤区域的表面铺设不透气覆盖膜；在待修复土壤区域内设置1个或多个抽气井，并在抽气井的理论覆盖范围内，设置若干个空气注射井、监测井和注水管道；

所述抽气井的上端封闭，内部设置微波发生器，从抽气井的上端出口引出管道，该管道依次与阀门、真空气泵、气体流量计、热交换器、气液分离器连接，气液分离器底部的液态出口通过管道依次与离心水泵及废水处理装置连接，气液分离器顶部的气态出口通过管道依次与气体流量计、真空风机及废气处理装置连接；

所述监测井上端封闭并设置测压表和测温表；

所述空气注射井上端封闭，空气压缩机、流量调节阀、气体流量计、压力调节阀及压力计通过管道依次连接并接入空气注射井。

所述注水管道的末端位于不透气覆盖膜下方40cm～50cm之间。

所述微波吸附材料为活性炭或铁棒。

所述抽气井和空气注射井的底端位于地下潜水面以上，井壁与井管之间填充密封材料以防止系统与地上外界环境发生短路，密封材料由上往下依次是水泥混凝土、膨润土或粘土、砾石。

所述不透气覆盖膜为高密度聚乙烯膜、膨润土垫、水泥混凝土、沥青中的一种。

本发明提供的利用所述系统去除土壤中有机污染物的方法，按如下步骤进行：

步骤1)：对污染场地进行现场调查，明确其土层特征、污染物分布状况，具体包括土壤渗透性、土壤含水率、地下水深度、土壤结构和分层污染物蒸汽压的基本参数，进而得出适合场地地层结构的SVE最佳真空度、气相抽提流量、抽气井有效影响半径；确定抽气井、空气注射井及监测井的位置、深度和结构；

步骤2)：向待修复区域土壤表层下方0.8m～1.2m深度注入微波吸附材料，布置好注水管道，通过注水管道注水以保持修复区域土壤的适度湿度，并在待修复区域表面铺设不透气覆盖膜，以防止注气和抽气过程中的空气流短路；

步骤3)：开启修复系统，微波加热促进有机物的挥发、降解，同时温度升高，降低土壤含水率，改变土壤特质以利于SVE修复，通过监测井监测情况，调节注水管道的喷洒情况，使土壤湿度维持在可操作范围内；调节流量调节阀、压力调节阀，向空气注射井内压入空气，加快SVE气体流通；调节微波发生器运行情况，当温度超过设定最高温度时停止工作，防止土壤玻璃化进而改变土壤结构不利于SVE正常有效运行，当温度下降到设定最低温度时，开启微波发生器；

步骤4)：从抽气井抽提出的蒸汽经热交换器冷却，进入气液分离器，进而由地面废气废水处理系统做进一步处理。

所述步骤3)中的监测井用来监测污染场地的土壤加热温度、地下真空度及地下水位等情况。

所述微波发生器间歇运行，土壤的最高温度设定为500℃。

本发明的有益效果为：

本发明利用微波加热，可大大提高SVE的处理效率，尤其是对挥发性有机物的去除率达到了99.50％。同时本方法不向土壤及地下水系统投放任何多余化学药剂，不破坏土壤结构、不引起二次污染。本技术设备结构紧凑、操作性强、可靠性高、成本低、处理有机物的范围宽。在国内外具有良好的推广潜力，而且还是易于维护的有机污染场地原位修复方法，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述系统的结构及工作示意图。

图中标号：

1-空气压缩机、2-地下水位线、3-真空气泵、4-气体流量计、5-热交换器、6-气液分离器、7-离心水泵、8-废水处理装置、9-真空风机、10-废气处理装置、11-阀门、12-真空表、13-微波发生器、14-抽气井、15-微波吸附材料、16-监测井、17-空气注射井、18-测压表、19-测温表、20-注水管道、21-管道系统、22-气体流量计、23-流量调节阀、24-压力计、25-压力调节阀、26-不透气覆盖膜。

具体实施方式

本发明提供了一种微波辅助SVE去除土壤中有机污染物的系统及方法，下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。

实施例1

北京市某化工厂停产搬迁，后闲置出约150万m²的土地。选取20m×20m场地进行土壤修复治理。经现场调查，该区域地表下20m范围内的地层分为人工堆积层及第四纪沉积层两大类。地表下约20m深度范围内主要分布1层地下水，赋存于埋深12.40～13.55的砂土层中，地下水类型为潜水。经现场勘察取样分析，得知土壤和地下水中的污染物包括大量挥发性有机化合物(VOCs)(主要是苯系物)，半挥发性有机化合物(SVOCs)，多环芳烃(PAHs)和非水相液体(NAPLs)。抽气井深超4m，共设置6个抽气井，8个空气注射井和4个监测井。微波加热器基本上为每20min运行一次，每次时长30min，微波功率为30Kw，频率为915MHz。温度设定范围为200℃～500℃。经10小时处理，VOCs、SVOCs、PAHs去除率分别达到97.4％、91.2％、89.7％。

实施例2

某污染厂区，经测定土壤中主要有机污染物为甲苯、乙苯及正丙苯。土壤类型为黄棕壤，地下水类型为潜水层。选定污染区域15m×25m，设置5个抽气井、4个监测井和7个空气注射井，以活性炭、铁屑为吸波材料。抽气流量维持在0.15L/s，土壤含水率维持在17.89％左右。微波加热器基本上为每10min运行一次，每次时长20min，微波功率为30Kw，频率为915MHz。温度设定范围为100℃～300℃。经8小时处理，甲苯、乙苯、正丙苯的去除率分别为99.84％、99.45％、98.25％。

Claims (6)

1.一种微波辅助SVE去除土壤中有机污染物的系统，其特征在于，在待修复土壤内注入微波吸附材料，并在待修复土壤区域的表面铺设不透气覆盖膜(26)；在待修复土壤区域内设置1个或多个抽气井(14)，并在抽气井(14)的理论覆盖范围内，设置若干个空气注射井(17)、监测井(16)和注水管道(20)；注水管道(20)的末端位于不透气覆盖膜(26)下方40cm～50cm之间；

所述抽气井(14)的上端封闭，内部设置微波发生器(13)，从抽气井(14)的上端出口引出管道，该管道依次与阀门(11)、真空气泵(3)、气体流量计(4)、热交换器(5)、气液分离器(6)连接，气液分离器(6)底部的液态出口通过管道依次与离心水泵(7)及废水处理装置(8)连接，气液分离器(6)顶部的气态出口通过管道依次与气体流量计、真空风机(9)及废气处理装置(10)连接；

所述监测井(16)上端封闭并设置测压表(18)和测温表(19)；

所述空气注射井(17)上端封闭，空气压缩机(1)、流量调节阀(23)、气体流量计(22)、压力调节阀(25)及压力计(24)通过管道依次连接并接入空气注射井(17)。

2.根据权利要求1所述的微波辅助SVE去除土壤中有机污染物的系统，其特征在于，所述微波吸附材料(15)为活性炭或铁棒。

3.根据权利要求1所述的微波辅助SVE去除土壤中有机污染物的系统，其特征在于，所述抽气井(14)和空气注射井(17)的底端位于地下潜水面以上，井壁与井管之间填充密封材料以防止系统与地上外界环境发生短路，密封材料由上往下依次是最上层的水泥混凝土、中间的膨润土或粘土、最下层的砾石。

4.根据权利要求1所述的微波辅助SVE去除土壤中有机污染物的系统，其特 征在于，所述不透气覆盖膜(26)为高密度聚乙烯膜、膨润土垫、水泥混凝土、沥青中的一种。

5.一种利用权利要求1所述微波辅助SVE去除土壤中有机污染物的系统去除土壤中有机污染物的方法，其特征在于，按如下步骤进行：

步骤1)：对污染场地进行现场调查，明确其土层特征、污染物分布状况，具体包括土壤渗透性、土壤含水率、地下水深度、土壤结构和分层污染物蒸汽压的基本参数，进而得出适合场地地层结构的SVE最佳真空度、气相抽提流量、抽气井有效影响半径；确定抽气井(14)、空气注射井(17)及监测井(16)的位置、深度和结构；

步骤2)：向待修复区域土壤表层下方0.8m～1.2m深度注入微波吸附材料(15)，布置注水管道(20)，并在待修复区域表面铺设不透气覆盖膜(26)；

步骤3)：开启修复系统，微波加热促进有机物的挥发、降解，同时温度升高，降低土壤含水率，改变土壤特质以利于SVE修复，通过监测井(16)监测情况，调节注水管道(20)的喷洒情况，使土壤湿度维持在可操作范围内；调节流量调节阀(23)、压力调节阀(25)，向空气注射井(17)内压入空气，加快SVE气体流通；微波发生器(13)间歇运行，土壤的最高温度设定为500℃，当温度超过设定最高温度时停止工作，防止土壤玻璃化进而改变土壤结构不利于SVE正常有效运行，当温度下降到设定最低温度时，开启微波发生器；

步骤4)：从抽气井(14)抽提出的蒸汽经热交换器(5)冷却，进入气液分离器(6)，进而由地面废气废水处理系统做进一步处理。

6.根据权利要求5所述的去除土壤中有机污染物的方法，其特征在于，所述步骤3)中的监测井(16)用来监测污染场地的土壤加热温度、地下真空度及地下水位的情况。