CN105234166B - 一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统。包括气相抽提管4管路、埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路、太阳能集热系统1、绝热水箱2、气体净化系统、土壤补水系统；水循环系统管路与地面的太阳能集热系统1连通形成太阳能循环水加热系统，水循环系统管路与绝热水箱2连通形成绝热水箱蓄热循环水系统，太阳能集热系统1与绝热水箱2连通形成太阳能‑绝热水箱联合循环水加热系统；在太阳能循环水加热系统、绝热水箱蓄热循环水系统、太阳能‑绝热水箱联合循环水加热系统管路上设有机泵12、13，阀门7、8、9、10、11；气相抽提管4管路与地面的气体净化系统连通。本系统利用太阳能强化原位气相抽提修复土壤有机污染物，系统紧凑，操作方便，节约能源。

Description

一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统

技术领域

本发明涉及污染场地的环境修复技术领域，具体涉及一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统，适用于挥发性有机物污染土壤的修复。

背景技术

在中国经济高速发展的今天，土壤污染问题越来越突出。许多化工厂、加油站、原料罐区等设施的“跑、冒、滴、漏”导致土地被有机化合物严重污染，这些有机化合物存留于土壤中或迁移到大气或地下水中，污染生态环境，对人类的生命健康产生直接或间接的危害。企业搬迁后的土地也不能进行开发，近几年由于污染土地处置不当而引发的事故比比皆是。因此对于污染土壤的修复治理已经成为了环保领域中一项迫切的任务。

土壤有机污染物气相抽提技术是一种常用技术，该技术应用广泛，技术成熟。当污染场地有构筑物或现有的企业还在正常运转，或因其他技术、经济条件限制，不能进行污染场地大规模挖掘时，原位提气修复技术能在对现有场地功能改变最小的情况下达到修复的目的。在企业正常运转的前提下，为了防止污染物的扩散，就必须采用原位气相抽提的方式。

通过对土壤加热可强化原位气相抽提修复有机物污染土壤的效率和效果。尤其对于温度较低的土壤，如冬季或北方地区的土壤，其所含的有机污染物较为稳定，吸附在土壤或吸收在土壤溶液中，不易从土壤中挥发出来，对土壤进行加热可强化有机污染物从土壤中解析，提高气相抽提效率和效果。而且由于土壤气候一般非常稳定，热容大，蓄热能力强，加热后的土壤不会在短时间内发生剧烈的温度波动。

利用化石能源产热来加热土壤，这种方式不仅成本高，还会对环境造成污染。太阳能作为一种清洁可再生能源，利用水体为热媒，热利用效率高，应用过程中具有无污染，成本低等特点，用其作为热源来修复污染土壤，对于节能环保有着十分重要的意义。

中国专利（201110353232.1）《一种利用太阳能修复土壤能量的地源热泵复合系统》公布了一种太阳能与热泵结合修复土壤能量的系统，公开了一种利用太阳能修复土壤能量的地源热泵复合系统，包括有太阳能集热器、储水箱、地埋管系统、空调末端、板式换热器、空调功能水源热泵机组和热水水源热泵机组，本发明充分利用太阳能光热技术，一则修复土壤因采暖或制取生活热水造成的温度衰减，二则可以制备生活热水，与地源热泵系统达到了高度的协调，使地源效率及功能得到了最大的提高，适合四季使用。其专利系统的功能是利用太阳能给土壤蓄热，调节、稳定和平衡土壤能量，满足热泵给建筑供暖需求，该专利仅仅涉及地源热泵系统领域，其功能不适用于污染场地的环境修复的需求。

中国专利（201520228924.7）《一种太阳能热处理土壤修复装置》公布了一种太阳能热处理土壤修复装置，包括光伏组件、控制器、蓄电池、逆变器、回转加热系统、抽提泵和气体处理系统，所述的光伏组件通过控制器与蓄电池相连，所述的控制器通过逆变器与回转加热系统相连，所述的回转加热系统通过抽提泵与气体处理系统相连。该专利所公布装置属于一种污染土壤挖掘后，进行异位修复的装置，将挖掘后的土壤置于回转加热装置中进行利用电加热进行修复处理，回转装置动力消耗高，在不需外部供电前提下，太阳能发电系统装机容量大，否则需外部供电，增加能耗和运行成本。此专利公布的系统，还需配套土壤挖掘、输送、装料与卸料等辅助系统，不适用于有机污染土壤的原位修复。

中国专利（201420705703.X）《一种太阳能热脱附的污染土壤修复系统》公布了一种太阳能热脱附的污染土壤修复系统，包括污染物真空抽吸系统、太阳能集热系统、气体加注系统，具体包括加热扩散井、抽取井、混凝土硬化地面、气体加注管道统、空气压缩机、输气管道、槽式太阳能集热器列阵、鼓风机、活性碳吸附装置、真空泵、空气过滤器。以上管道和装置按工艺过程顺序连接，实现修复治理被有机物污染的土壤。该专利所公布系统，采用太阳集热系统加热空气，以空气为热媒，热空气通过扩散井渗入土壤给土壤加热；由于土壤的空气扩散系数低，所能进入土壤热空气很少，且空气体积热容低，即传热量少，太阳能利用效率低，土壤加热效率低；如该系统工程化应用，预达到对土壤加热的目标，所涉土壤加热的系统的建设成本必然非常高且效率较低；该系统没有考虑对土壤加热，对土壤环境负面影响的防范措施。

发明内容

本发明的目的是针对现有土壤污染场地存在的修复治理问题，提供一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统。

本发明的技术解决方案是：包括埋入有机污染物土壤中的气相抽提管管路，还包括埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路、太阳能集热系统、绝热水箱、气体净化系统、土壤补水系统；埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路与气相抽提管管路独立设置；埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路与地面的太阳能集热系统连通形成太阳能循环水加热系统，埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路与绝热水箱连通形成绝热水箱蓄热循环水系统，太阳能集热系统与绝热水箱连通形成太阳能-绝热水箱联合循环水加热系统；在太阳能循环水加热系统、绝热水箱蓄热循环水系统、太阳能-绝热水箱联合循环水加热系统管路上设有机泵、阀门，气相抽提管管路与地面的气体净化系统连通。

所述埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路为散热管，地上的循环水加热系统管路包裹保温层。

所述太阳能集热系统由太阳能集热板、蛇形水管组成，太阳能循环水加热系统通过辐射、对流、热传导等方式加热水体，水体能达到的最高温度为100℃。

所述太阳能循环水加热系统、绝热水箱蓄热循环水系统、太阳能-绝热水箱联合循环水加热系统中的加热介质为去离子水，去离子水可以避免管道系统结垢，结垢易堵塞管道并降低热传导效率。

所述土壤补水系统由供水管道、补水埋管、阀门组成，补水埋管直接埋入所加热的有机物污染土壤之中，补水埋管管壁上开有花孔，补水埋管管壁周围布有透过性填料，透过性填料为砾沙，土壤补水系统兼具通过补水调节土壤温度的功能。

所述气体净化系统包括汽水分离器、活性炭吸附装置、生物滤池，在活性炭吸附装置、生物滤池之间的管路上设有真空泵。

所述气相抽提管为ABS管，管壁上开有花孔，管壁周围布有透过性填料，透过性填料为砾沙。

在所述有机污染物土壤中插入有热电偶。

本发明的有益效果是：与传统气相抽提技术相比较，本系统利用太阳能强化原位气相抽提修复土壤有机污染物，系统紧凑，操作方便，节约能源，主要特点是：采用太阳能作为热源，以循环水为热媒，通过加热土壤强化气相抽提功能，热源清洁无污染，热能利用率高；采用循环水为去离子水，管道系统无结垢，传热效率高，循环水系统故障率低；原位加热土壤，提高了土壤中易抽提的有机物的分离速率，缩短了修复工程工期；原位加热土壤，使得在相对较低温度下，不易抽提的有机污染物能够分离出来，提高气相抽提修复效率；通过加热土壤，提高了土壤温度，使得土壤中的有机物的平衡浓度降低，降低有机物残存浓度，提高修复后土壤环境质量；采用绝热水箱作为蓄热器，能在阳光强度不足时作为辅助热源使用；采用补水系统，能够调节土壤湿度，避免土壤过度脱水引起的地质灾害；采用补水系统，能够依据区域内相关人群生活、生产活动对地表温度的需求，调节土壤温度。

附图说明

图1是一种太阳能强化原位气相抽提修复土壤有机污染物的系统结构示意图。

图中：1-太阳能集热系统，2-绝热水箱，3-散热管，4-气相抽提管，5-汽水分离器，6-活性炭吸附装置，7，8，9，10，11，19-阀门， 12，13-机泵,14-真空泵，15-热电偶，16-生物滤池，17-供水管道，18-补水埋管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统，包括埋入有机污染物土壤中的气相抽提管4管路，还包括埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路、太阳能集热系统1、绝热水箱2、气体净化系统、土壤补水系统；埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路与气相抽提管4管路独立设置；埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路与地面的太阳能集热系统1连通形成太阳能循环水加热系统，埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路与绝热水箱2连通形成绝热水箱蓄热循环水系统，太阳能集热系统1与绝热水箱2连通形成太阳能-绝热水箱联合循环水加热系统；在太阳能循环水加热系统、绝热水箱蓄热循环水系统管路上设有机泵13，在太阳能-绝热水箱联合循环水加热系统管路上设有机泵12；在太阳能-绝热水箱联合循环水加热系统管路上设有阀门9、11，在太阳能循环水加热系统管路上设有阀门7、8，在绝热水箱蓄热循环水系统管路上设有阀门10；气相抽提管4管路与地面的气体净化系统连通。

埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路为散热管3，地上的循环水加热系统管路包裹保温层。

土壤补水系统由供水管道17、补水埋管18、阀门19组成，补水埋管18直接埋入所加热的有机物污染土壤之中，补水埋管18管壁上开有花孔，补水埋管18管壁周围布有透过性填料。

气体净化系统包括汽水分离器5、活性炭吸附装置6、生物滤池16，在活性炭吸附装置6、生物滤池16之间的管路上设有真空泵14。

气相抽提管4为ABS管，管壁上开有花孔，管壁周围布有透过性填料；在有机污染物土壤中插入有热电偶15。

如图1所示，根据有机污染场地条件，因地制宜，埋入水循环系统管路和气相抽提管4管路；太阳能循环水加热系统对水加热，打开阀门7、8和机泵13，使加热过后的水循环入土壤之中的散热管3，对土壤进行加热；观测热电偶15，当土壤加热到预设温度之后，关闭阀门7、8和机泵13，打开阀门9，11和机泵12将太阳能循环水加热系统加热过后的水循环入绝热水箱2之中；在阳光强度不足，太阳能加热系统效率降低时，水温达不到系统需求时，关闭阀门8、9，打开阀门7、10、11，利用绝热水箱2中的高温热水进入水循环系统之中，使土壤在阳光强度不足时可以得到持续稳定供热。气相抽提系统与土壤加热系统独立工作，打开真空泵14，对土壤中有机污染物进行抽提，土壤中混合有机污染物的土壤气通过气相抽提管4抽出；混合有机污染物的土壤气经汽水分离器5，活性炭吸附装置6和生物滤池16之后，洁净气体排入大气之中。如原位修复场地地表有构筑物，设地表沉降监测点，设置场地补水系统，需要补水时，打开阀门19，洁净水通过土壤补水供水管道17和土壤补水埋管18给场地适度补水。

本系统的管道系统，可设置流量计、温度计和压力计等计量仪表，监控系统正常运行。

Claims (7)

1.一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统，包括埋入有机污染物土壤中的气相抽提管（4）管路，其特征是还包括埋入有机污染物土壤中的水循环系统管路（3）、太阳能集热系统（1）、绝热水箱（2）、气体净化系统、土壤补水系统；水循环系统管路（3）与气相抽提管（4）管路独立设置；水循环系统管路（3）与地面的太阳能集热系统（1）连通形成太阳能循环水加热系统，水循环系统管路（3）与绝热水箱（2）连通形成绝热水箱蓄热循环水系统，太阳能集热系统（1）与绝热水箱（2）连通形成太阳能-绝热水箱联合循环水加热系统；在太阳能循环水加热系统、绝热水箱蓄热循环水系统管路上设有机泵（13），在太阳能-绝热水箱联合循环水加热系统管路上设有机泵（12）；在太阳能-绝热水箱联合循环水加热系统管路上设有阀门（9、11），在太阳能循环水加热系统管路上设有阀门（7、8），在绝热水箱蓄热循环水系统管路上设有阀门（10）；气相抽提管（4）管路与地面的气体净化系统连通；土壤补水系统由供水管道（17）、补水埋管（18）、阀门（19）组成，补水埋管（18）直接埋入所加热的有机物污染土壤之中，补水埋管（18）管壁上开有花孔，补水埋管（18）管壁周围布有透过性填料；气体净化系统包括汽水分离器（5）、活性炭吸附装置（6）、生物滤池（16），在活性炭吸附装置（6）、生物滤池（16）之间的管路上设有真空泵（14）。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统，其特征是埋入污染场地下的水循环系统管路（3）为散热管，地上的循环水系统管路包裹保温层。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统，其特征是太阳能集热系统（1）由太阳能集热板、蛇形水管组成。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统，其特征是太阳能循环水加热系统、绝热水箱蓄热循环水系统、太阳能-绝热水箱联合循环水加热系统中的加热介质为去离子水。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统，其特征是气相抽提管（4）为ABS管，管壁上开有花孔，管壁周围布有透过性填料。

6.根据权利要求1或5所述的一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统，其特征是透过性填料是砾沙。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能原位强化气相抽提修复土壤有机污染物的系统，其特征是在有机污染物土壤中插入有热电偶（15）。