CN104959373A - 加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污染场地修复技术领域，尤其涉及一种加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统及方法。系统包括抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统、监测装置和控制系统；所述加热系统用于在抽提过程中为土壤加热；所述监测装置用于监测抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统的工作参数；所述抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统和监测装置均与控制系统连接，所述控制系统根据监测装置检测到的参数控制抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统的工作。本申请能够在热强化、多相抽提的基础上，通过井管的设计可实现生物通气作用，使场地修复更为彻底，具有高效能与低成本的优点。

Description

加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统及方法

技术领域

本发明涉及污染场地修复技术领域，尤其涉及一种加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统及方法。

背景技术

加油站是储存和销售汽油、柴油等燃料油的场所，其地下设施(埋地油罐、输油管线等)因长期使用、维护不利或材料腐蚀等原因易造成油品渗/泄漏，油品易在土壤中长距离迁移进入地下水(曹云者等，2007)，成为影响地下水环境的重要风险源。油品中的污染物具有挥发性，人群可通过呼吸、摄入和饮用等暴露途径接触上述污染物，对人群造成致癌和非致癌作用。

目前我国共有加油站108641个，59％加油站的建站时间超过10年，加油站油品泄漏引发的污染事故频发，引起土壤和地下水污染。美国联邦环保局调查结果表明，约70％的加油站油品泄漏后，造成地下水污染。中国地质调查局对天津市部分加油站的调查结果显示，地下水样品中总石油烃检出率达85％，超标样品占40％，多环芳烃的检出率为79％(周迅，2007)。为保障饮水安全和人群健康，受加油站油品泄漏造成的土壤和地下水污染亟待修复，加油站地下水污染治理拥有广阔市场需求和前景。

油品泄漏后在土壤和地下水常以自由相、溶解相和气相存在，单一的修复方法难以适应加油站土壤和地下水多种相态污染修复的需求，多种技术联用成为应对加油站油品多相污染地下水修复的主要可方法。多相抽提技术是一种可以同时处理加油站土壤和地下水中油、水、气的修复技术，运行原理是通过泵抽取、移除土壤和地下水中不同形态存在的污染物质，包括地下水中的自由相、溶解相、以及不饱和土壤中以气相存在的挥发性有机物等物质，加油站地下水多相抽提技术使用过程中，存在较多的因素影响修复效果，包括地下环境的渗透性、温度、环境介质含水率等。

土壤低渗透性较低，影响气体抽提效果。地下环境温度影响气体蒸汽压，当温度升高时，挥发性气体去除效率增高。环境介质含水率高将阻碍流动的空气与土壤内的污染物接触，需要控制适当的水分含量。为了提高多相抽提的修复效果，可以使用热处理技术增强多相抽提的修复效果。但目前国内缺乏相应的强化多相抽提的装备，导致强化多相抽提的修复技术在实际过程中难以实施。

热处理、抽提处理后，前期可以去除土壤和地下水中大部分的油相、水相和气相的污染物，由于污染物与土壤或者含水介质的强吸附作用，有时还存在拖尾现象，生物修复可以促进污染物的降解，实现最终的修复目标。本技术在热强化、多相抽提的基础上，通过井管的设计可实现生物通气作用，使场地修复更为彻底，具有高效能与低成本的优点。

用于加油站地下水污染的修复方法有化学修复、生物修复和物理修复方法等，化学修复方法包括化学氧化和化学还原等技术,化学氧化或还原技术是指将氧化剂或者还原剂注入地下水中,通过氧化或还原反应使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。生物修复方法主要是利用微生物或者植物吸收或降解地下水中的污染物。物理方法包括气相抽提、地下水曝气和热脱附技术等，利用油品污染物的挥发特性，从地下水和土壤中抽取挥发性有机物，抽提到地面后收集和处理。其中，基于油品挥发特性和生物可降解性的修复方法，如地下水曝气、热脱附、气相抽提等方法应用最为普遍。

目前国内还未具有相应的可以同时抽提加油站地下水中自由相、溶解相和气相的修复设备。但是不管何种方法或装置，其对土壤或地下水中的污染物的处理均是单一方式的处理，处理效率较低，就有较高的生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提出一种加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，能够在热强化、多相抽提的基础上，通过井管的设计可实现生物通气作用，使场地修复更为彻底，具有高效能与低成本的优点。

本发明的另一个目的在提出一种加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复的方法，能够在热强化、多相抽提的基础上，通过井管的设计可实现生物通气作用，使场地修复更为彻底，具有高效能与低成本的优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，其包括抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统、监测装置和控制系统；

地下水中的浮油、土壤和地下水的中的挥发性的有机污染物在抽提系统的作用下进入分离系统，分离系统首先进行气液分离，然后进行油液分离，分离出来的废水和废气进入废水与尾气处理系统进行处理，分离出来的油被回收；

所述加热系统用于在抽提过程中为土壤加热；

所述监测装置用于监测抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统的工作参数；

所述抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统和监测装置均与控制系统连接，所述控制系统根据监测装置检测到的参数控制抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统的工作。

作为上述加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统的一种优选方案，所述抽提系统包括抽提井系统、真空表、流量调节阀、VOC探头、流量计、温度传感器、液环泵和抽提管路；

所述液环泵设置在抽提管路上，用于为抽气和/或抽液提供动力，抽提管路的一端与分离系统连接，真空表、流量调节阀、VOC探头、流量计、温度传感器设置在抽提管路上。

作为上述加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统的一种优选方案，所述抽提井系统包括回收井和长度可调的设置在回收井内的抽提管，所述抽提管与抽提管路连通。

作为上述加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统的一种优选方案，所述抽提管底端为斜切口，回收井需要开筛，并且筛管的宽度为0.5-1.5mm，根据地下水埋深的变化可调节抽提管长度。

作为上述加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统的一种优选方案，所述分离系统包括冷凝器、气液分离器、油水分离器和湿度计；

冷凝器的入口端与抽提系统的出口端相连，冷凝器的出口端与气液分离器的入口端相连，气液分离器的排气口与尾气处理系统的废气处理装置相连，其排液口与油水分离器的进液端相连，油水分离器的排水口和废水与尾气处理系统的废水处理装置相连，排油口与油回收装置相连，温度计设置在气液分离器的排气口处。

作为上述加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统的一种优选方案，所述废水与尾气处理系统包括油品回收池、水回收池、液体取样阀门、VOC探头和活性炭吸收装置；

油品回收池与分离系统的排油口相连通，水回收池与分离系统的排水口相连通，水回收池以及分离系统的排气口分别连接有一个活性炭吸收装置，并且在两个活性炭吸收装置上分别设置有液体取样阀门和VOC探头。

作为上述加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统的一种优选方案，所述加热系统包括金属加热器和温度传感器。

作为上述加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统的一种优选方案，所述金属加热器由304不锈钢构成，根据污染包气带的厚度选择不同长度进行埋设对包气带进行加热，其从初始土壤环境浓度至大约400℃的工作范围内具有自调节电阻率的特性。

作为上述加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统的一种优选方案，所述抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统和控制系统中的井上设备均设置在集装箱体内。

一种加油站土壤和地下水污染的热强化多相抽提修复的方法，其采用如以上所述的系统，具体的包括以下步骤：

步骤A：通过控制装置设置各个装置的工作参数；

步骤B：通过抽提系统抽取地下水面上的浮油和少部分的地下水、气体，然后将浮油和少部分的地下水、气体输送至废水与尾气处理系统内，抽提系统在进行抽提过程中通过加热装置对土壤进行加热；

步骤C：分离系统首先进行气液分离，然后进行油液分离，分离出来的废水和废气进入废水与尾气处理系统进行处理，分离出来的油被回收。

本发明的有益效果为：

(1)本发明中设备能实现实施多相处理，实现同时处理加油站土壤和地下水中油、水、气的修复技术；

(2)本发明中设备能实现在渗透性低的地层中使用，通过热强化技术，克服多相抽提在应对渗透性较低的地下环境中效率低技术的不足；

(3)本发明设备可以应用于加油站不同程度土壤和地下水污染的修复，当存在浮油的时候和高浓度的石油烃污染物时，可以通过热处理和多相抽提技术；当处理效率降低时，针对强吸附在土壤颗粒中的低浓度污染物，可以通过抽提土壤气，促进污染物的生物修复。

(3)可移动化使用。控制器均放在集装箱中，可以在不同场地之间移动使用。

(4)可实现自动化。通过数控器控制抽提、加热、生物通风、尾气处理过程等。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的抽提井系统的结构示意图。

其中：

1：回收井；2：抽提管；3：真空表；4：流量调节阀；5：水位计；6：VOC探头；7：流量计；8：温度传感器；9：液环泵；10：冷凝器；11：气液分离器；12：油水分离器；13：油品回收池；14：水回收池；15：液体取样阀门；16：温度计；17：活性炭吸收装置；18：抽提管路；19：金属加热器；20：抽提井系统；21：集装箱柜；22：自动控制柜；23：温度传感器；24：循环水泵。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，在本实施方式中，本申请提供了一种加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统包括抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统、监测装置和控制系统。地下水中的浮油、土壤和地下水的中的挥发性的有机污染物在抽提系统的作用下进入分离系统，分离系统首先进行气液分离，然后进行油液分离，分离出来的废水和废气进入废水与尾气处理系统进行处理，分离出来的油被回收。加热系统用于在抽提过程中为土壤加热。

监测装置用于监测抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统的工作参数。具体的，监测系统包括真空表3、VOC探头6、流量计7或温度传感器8等。

抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统和监测装置均与控制系统连接，控制系统根据监测装置检测到的参数控制抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统的工作。

具体的，抽提系统包括抽提井系统20、真空表3、流量调节阀4、VOC探头6、流量计7、温度传感器8、液环泵9和抽提管路18，其中，抽提井系统20包括回收井1和长度可调的设置在回收井1内的抽提管2。

液环泵9设置在抽提管路18上，其用于为抽液和/或抽气提供动力，抽提管路18的一端与抽提管2连接，其另一端与分离系统连接，真空表3、流量调节阀4、VOC探头6、流量计7、温度传感器8设置在抽提管路18上。

回收井1内还设置有用于检测回收井1内液位的水位计5。

抽提管2底端为斜切口，回收井1需要开筛，并且筛管的宽度为0.5-1.5mm，根据地下水埋深的变化可调节抽提管长度。回收井1和抽提管2的材质根据加热温度不同，可以选择PVC或者钢管。

分离系统包括冷凝器10、气液分离器11、油水分离器12和温度计16。具体的，上述气液分离器11为离心式气液分离器。

冷凝器10的入口端与抽提系统的出口端相连，冷凝器10的出口端与气液分离器11的入口端相连，气液分离器11的排气口和废水与尾气处理系统的废气处理装置相连，其排液口与油水分离器12的进液端相连，油水分离器12的排水口和废水与尾气处理系统的废水处理装置相连，排油口与油回收装置相连。温度计16设置在气液分离器11的排气口处。

废水与尾气处理系统包括油品回收池13、水回收池14、液体取样阀门15、VOC探头6和活性炭吸收装置17，其中，油品回收池13与油水分离器12的排油口相连通，水回收池14与油水分离器12的排水口相连通，水回收池14还连接有活性炭吸附装置17，并且两者之间设置有循环水泵24。在活性炭吸附装置17的出口端设置有液体取样阀门15。

加热装置包括金属加热器19和温度传感器23。

金属加热器19由304不锈钢构成，根据污染包气带的厚度选择不同长度进行埋设对包气带进行加热，其从初始土壤环境浓度至大约400℃的工作范围内具有自调节电阻率的特性。

抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统和控制系统中的井上设备均设置在集装箱体内。上述井上设备指的是除了在放置回收井1内或者回收井1附近土壤内的设备。

具体的，真空表3、流量调节阀4、VOC探头6、流量计7、温度传感器8、液环泵9、抽提管路18、冷凝器10、气液分离器11、油水分离器12、湿度计16、油品回收池13、水回收池14全部合理安放在集装箱体21中。

上述控制系统为自动控制柜22。

上述加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统具体的工作方式为：

金属加热器19用于在抽提过程中土壤加热，通过埋设于金属加热器19旁的温度传感器23来获取加热器的工作状态；地下水中的浮油、土壤和地下水中的挥发性有机污染物在液环泵9产生的负压作用下，通过抽提管2进入冷凝器10后，进入气液分离器11，将抽提出来的含有油、水和气混合物进行分离，分离出的液体排入油水分离器12中，分离后，油品排入到油品回收池13，水排入到水回收池14，进入到活性炭吸收装置17中进行处理，通过取样阀门采集处理后的水样，达到标准后进行排放。气液分离器11分离出的气体，进入活性炭吸附装置17中，由活性炭对气体中的污染物进行吸附净化，安装在活性炭吸附装置17中的VOC探头6可测定气体的污染物的浓度，达到空气排放标准的气体才能排出。真空表3、VOC探头6、流量计7、温度传感器8、湿度计16安装在抽提管路18上，真空表3用于检测抽提管路中的真空度，流量计7用于检测管路中的气体和液体的流量，湿度计16测定经过气液分离器后的气体的湿度。

通过自动控制柜22上的触摸屏来控制整套土壤和地下水热强化多相抽提系统，一方面用于给金属加热器19、液环泵9、循环水泵23等设备进行供电，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、运行控制以及数据储存；在自动控制柜22上的触摸屏可以为金属加热器19设置不同的温度，同时温度传感器23可以反馈加热过程土壤的温度。当温度达到设定温度时，自动控制柜22停止金属加热器19加热。自控控制柜22可以根据设置不同的抽提流量和地下水位，当超过抽提流量和地下水水位时，实现对液环泵9、循环水泵24的启动和停止控制；真空表3、水位计5、流量计7和湿度计16的监测数据可以在触摸屏上实时查看、储存和后期下载；在触摸屏上可以设置排放气体污染物浓度的报警值，当气体浓度超过设置值时，自动控制柜22停止气体排放。

同时本申请还提供了一种加油站土壤和地下水污染的热强化多相抽提修复的方法，其包括以下步骤：

步骤A：通过控制装置设置各个装置的工作参数；

步骤B：通过抽提系统抽取地下水面上的浮油和少部分的地下水、气体，然后将浮油和少部分的地下水、气体输送至废水与尾气处理系统内，抽提系统在进行抽提过程中通过加热装置对土壤进行加热；

步骤C：分离系统首先进行气液分离，然后进行油液分离，分离出来的废水和废气进入废水与尾气处理系统进行处理，分离出来的油被回收。

具体的，包括以下步骤利用自动控制柜22上的触摸控制屏设置抽提流量、地下水水位和温度等参数后，启动液环泵9，抽取地下水面上的浮油和少部分的地下水和气体，通过冷凝器10分别进入气液分离器11和油水分离器12，油进入油品回收池13，可以回收再利用，水进入水回收池14，通过活性炭吸附装置17后，经过液体取样阀门15取样分析，水质达标后再排放。气体进入活性碳吸收装置17，被活性炭吸收，通过VOC探头6显示，达标再排放。当抽提的同时运行金属加热器19，抽提管2抽取井筛中的土壤气，通过冷凝器10，进入气液分离器12，然后通过活性炭吸收装置17，气体达标后排放。当加热一定时间后，流量计7达到稳定时，停止加热。若土壤和地下水还未达到修复标准，可利用液环泵9，通过抽提管继续抽提土壤和地下水中的气体，造成抽提井抽提周边气体，增加了地下氧气流通量，提高了污染物的生物降解效率。

为了对上述加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统和方法进行进一步的说明，本申请还提供了上述系统和方法的应用实例，具体的为：

利用加油站土壤和地下水热强化多相抽提系统针对某加油站污染土壤和地下水进行修复。加油站位于华北平原，地面下60cm为混凝土覆盖，下覆第四系地层，从上到下分别为粘土、粉砂和细砂，伴有不连续的粘土透镜体，潜水埋深在6m，污染物主要为苯、甲苯。土壤污染深度为2.5-5m，在地下4m粘土透镜体处土壤有油品残留相存在，范围约为85㎡。地下水面上浮油厚度达5-7.5cm，污染范围约为260㎡。修复系统共布设6组抽提井系统20，回收井1开筛位置为地下2-7m处，井深9m，回收井1抽提管2底部位于油水界面处。在粘土透镜体处布设15根金属加热器19，布设在地下3m，金属加热器19长度为1.5m。连接好所有管道设备，打开自动控制系统，在触摸屏进行操作，设置抽提管2真空度为-0.2个大气压，系统抽提流量为65m³/min，水位报警值为6.2米，温度设置值为115℃。当土壤中的测温点温度高于115℃时，系统立即停止对金属加热器19的供电，若温度定于设定温度后，则恢复对金属加热器19的供电。

启动液环泵9，每3口井轮流运行，负压先带动浮油、少许气体和地下水进入到抽提管中，通过冷凝器10分别进入气液分离器11和油水分离器12，油进入油品回收池13，可以回收再利用，水进入水回收池14，通过活性炭后，经过取样口取样分析，水质达标后再排放。气体进入活性碳吸收装置17，被活性炭吸收，通过VOC探头6检测，达标再排放。当液面低于抽提管2底部时，抽提管2主要抽取地下的气体，气体也经过活性炭吸收装置17，达标后排放。经过运行20天后，4m土壤中苯、甲苯的去除率分别为62.3％和71.2％。6组抽提井中浮油厚度从5-7.5cm的范围下降至0.1-2.5cm。停止加热后，利用液环泵9对回收井1进行生物通风，通风4天后，通风的区域比未通风的区域的苯、甲苯去除率各增加15.6％和11.4％。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加油站土壤与地下水热强化多相提抽提修复集成系统，其特征在于，包括抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统、监测装置和控制系统；

地下水中的浮油、土壤和地下水中的挥发性的有机污染物在抽提系统的作用下进入分离系统，分离系统首先进行气液分离，然后进行油液分离，分离出来的废水和废气进入废水与尾气处理系统进行处理，分离出来的油被回收；

所述加热系统用于在抽提过程中为土壤加热；

所述监测装置用于监测抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统的工作参数；

所述抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统和监测装置均与控制系统连接，所述控制系统根据监测装置检测到的参数控制抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统的工作。

2.根据权利要求1所述的加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，其特征在于，所述抽提系统包括抽提井系统、真空表(3)、流量调节阀(4)、VOC探头(6)、流量计(7)、温度传感器(8)、液环泵(9)和抽提管路(18)；

所述液环泵(9)设置在抽提管路(18)上，用于为抽气和/或抽液提供动力，抽提管路(18)的一端与分离系统连接，真空表(3)、流量调节阀(4)、VOC探头(6)、流量计(7)、温度传感器(8)设置在抽提管路(18)上。

3.根据权利要求2所述的加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，其特征在于，所述抽提井系统包括回收井(1)和长度可调的设置在回收井(1)内的抽提管(2)，所述抽提管(2)与抽提管路(18)连通。

4.根据权利要求3所述的加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，其特征在于，所述抽提管(2)底端为斜切口，回收井(1)需要开筛，并且筛管的宽度为0.5-1.5mm，根据地下水埋深的变化可调节抽提管长度。

5.根据权利要求1所述的加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，其特征在于，所述分离系统包括冷凝器(10)、气液分离器(11)、油水分离器(12)和湿度计(16)；

冷凝器(10)的入口端与抽提系统的出口端相连，冷凝器(10)的出口端与气液分离器(11)的入口端相连，气液分离器(11)的排气口与尾气处理系统的废气处理装置相连，其排液口与油水分离器(12)的进液端相连，油水分离器(12)的排水口和废水与尾气处理系统的废水处理装置相连，排油口与油回收装置相连，温度计(16)设置在气液分离器(11)的排气口处。

6.根据权利要求1所述的加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，其特征在于，所述废水与尾气处理系统包括油品回收池(13)、水回收池(14)、液体取样阀门(15)、VOC探头(6)和活性炭吸收装置(17)；

油品回收池(13)与分离系统的排油口相连通，水回收池(14)与分离系统的排水口相连通，水回收池(14)以及分离系统的排气口分别连接有一个活性炭吸收装置(17)，并且在两个活性炭吸收装置(17)上分别设置有液体取样阀门(15)和VOC探头(6)。

7.根据权利要求1所述的加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，其特征在于，所述加热系统包括金属加热器(19)和温度传感器(23)。

8.根据权利要求7所述的加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，其特征在于，所述金属加热器(19)由304不锈钢构成，根据污染包气带的厚度选择不同长度进行埋设对包气带进行加热，其从初始土壤环境浓度至大约400℃的工作范围内具有自调节电阻率的特性。

9.根据权利要求1所述的加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，其特征在于，所述抽提系统、加热系统、分离系统、废水与尾气处理系统和控制系统中的井上设备均设置在集装箱体内。

10.一种加油站土壤和地下水污染的热强化多相抽提修复的方法，其特征在于，该方法适用于如权利要求1-9任意一项所述的加油站土壤与地下水热强化多相抽提修复集成系统，其包括以下步骤：

步骤A：通过控制装置设置各个装置的工作参数；

步骤B：通过抽提系统抽取地下水面上的浮油和少部分的地下水、气体，然后将浮油和少部分的地下水、气体输送至废水与尾气处理系统内，抽提系统在进行抽提过程中通过加热装置对土壤进行加热；

步骤C：分离系统首先进行气液分离，然后进行油液分离，分离出来的废水和废气进入废水与尾气处理系统进行处理，分离出来的油被回收。