CN105689382B - 有机污染土壤的原位修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种有机污染土壤的原位修复系统，包括加热系统、微波增效系统及抽气系统。加热系统用于对待修复土壤的预定位置进行直接原位加热。微波增效系统包括：微波发生器，产生微波；以及微波辐射器，连接于微波发生器，置于待修复土壤中，以接收微波发生器产生的微波并向待修复土壤的相应位置处的有机污染物发射微波，在待修复土壤的预定位置加热到预定温度后微波增效系统启动并对待修复土壤中直接加热时无法去除的有机污染物发射微波，使这部分有机污染物形成挥发的污染气体。抽气系统用于抽离待修复土壤在加热系统加热过程中形成加热生成的污染气体以及微波增效系统微波辐射有机污染物过程中有机污染物形成的挥发的污染气体。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤的修复技术领域，尤其涉及一种有机污染土壤的原位修复系统。
背景技术
由于过去几十年到几百年间的人类活动，尤其是工业革命之后化学工业的发展，大量的污染物被扩散到各种环境介质中。其中人类活动对土壤的污染，由于其隐蔽性，是最难解决的问题。西方国家从70年代起开始从事污染场地的修复工作，大量的资金被投入到大大小小的修复项目上。在美国，每年投入的修复资金在100亿美元到200亿美元之间；可就算如此，美国环保署2004年的一项估计指出，在美国仍然有接近30万个污染场地需要治理，需要的资金在几千亿美元以上。在中国，根据目前已有的监测结果，污染程度远远大于西方国家的污染状况。石油、化工、农药、冶金、造纸等各行各业在过去三十年的飞速发展，大力推动了我国经济发展的同时，也造成了严重的土壤污染。随着大量工厂从城市中心搬离，这些污染场地的修复成为一个巨大的挑战。有估计指明，要完全修复目前已经污染的各种场地，需要投入几十万亿的修复资金。
有机污染物是在污染场地分布最广泛的污染物之一。有机污染物可以吸附于土壤颗粒物上，并持续的向土壤气和地下水中释放。为了降低被有机污染物污染的土壤对人体健康和生态环境所造成的影响，需要比较彻底的去除吸附于土壤颗粒物的有机污染物。热脱附技术是进来年国际修复界发展迅速的一种有机污染土壤的修复技术，其特点是修复周期短，修复效果好。另一方面，热脱附技术因为加热能耗高，造成修复成本居高不下。
微波修复目前也有较多的文献报道。研究表明微波加热对多种有机污染物有很好的去除效果。但是，微波修复在实际修复工程中极少应用，原因是土壤无法有效的吸收微波，必须添加微波吸收材料才能够有效的使用微波来对土壤进行加热。这就使得使用微波来进行原位热脱附变得非常困难。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种有机污染土壤的原位修复系统，其能通过加热使得有机污染物挥发，同时利用微波去除直接加热时无法去除的有机污染物。
为了实现上述目的，本发明提供了一种有机污染土壤的原位修复系统，其包括加热系统、微波增效系统以及抽气系统。
加热系统用于对待修复土壤的预定位置进行直接原位加热。
微波增效系统包括：微波发生器，产生微波；以及微波辐射器，连接于微波发生器，置于待修复土壤中，以接收微波发生器产生的微波并向待修复土壤的相应位置处的有机污染物发射微波，在待修复土壤的预定位置加热到预定温度后微波增效系统启动并对待修复土壤中的预定位置处的直接加热时无法去除的有机污染物发射微波，以通过微波作用而使这部分有机污染物形成挥发的污染气体。
抽气系统用于抽离待修复土壤在加热系统加热过程中形成加热生成的污染气体以及微波增效系统微波辐射有机污染物过程中有机污染物形成的挥发的污染气体。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，通过对待修复土壤的预定位置进行直接原位加热，使得待修复土壤颗粒间的有机污染物分解挥发，并经由抽气系统从土壤中排出；对于待修复土壤中大颗粒包裹的有机污染物和由多个土壤小颗粒紧密包围的有机污染物，直接加热无法使该部分的有机物分解挥发，而由于加热系统在加热的过程中去除了土壤中的水汽，所以微波辐射器发射的微波透过土壤直接作用于该部分有机污染物，使得该部分的有机污染物产生局部高温并分解，并提高有机污染物的传质性能，进而使有机污染物能够从土壤中大颗粒或多个小颗粒的包围中分解脱离；通过加热系统的直接原位加热和微波增效系统的微波处理两种方式的结合，有效的降低处理成本并提高处理效果；同时，由于加热系统在加热的过程中去除了土壤中的水汽，微波增效系统无需对土壤进行加热，减少能耗并避免土壤在微波的作用下玻璃化。
附图说明
图1为根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统的一实施例的示意图；
图2为根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统的另一实施例的示意图；
图3为根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统的抽气井的示意图，其中深孔内无填充材料；
图4为根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统的抽气井的示意图，其中深孔内有填充材料；
图5为根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统的抽气井与加热井的分布图。
其中，附图标记说明如下：
1加热系统 41冷却系统
11电阻丝 411液冷系统
12加热井 412气冷系统
2微波增效系统 42吸附系统
21微波发生器 5控制系统
22微波辐射器 51温度监测系统
3抽气系统 52压力监测系统
31隔绝层 53中央控制系统
32抽气井 54浓度监测系统
321深孔 S1填砾
322过滤管 S2细砂
323井壁管 S3临时止水材料
33抽气泵 S4水泥密封材料
4气体处理系统
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的有机污染土壤的原位修复系统。
参照图1至图5，根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统包括加热系统1、微波增效系统2以及抽气系统3。
加热系统1用于对待修复土壤的预定位置进行直接原位加热。
微波增效系统2包括：微波发生器21，产生微波；以及微波辐射器22，连接于微波发生器21，置于待修复土壤中，以接收微波发生器21产生的微波并向待修复土壤的相应位置处的有机污染物发射微波，在待修复土壤的预定位置加热到预定温度后微波增效系统2启动并对待修复土壤中的预定位置处的直接加热时无法去除的有机污染物发射微波，以通过微波作用而使这部分有机污染物形成挥发的污染气体。
抽气系统3用于抽离待修复土壤在加热系统1加热过程中形成加热生成的污染气体以及微波增效系统2微波辐射有机污染物过程中有机污染物形成的挥发的污染气体。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，通过对待修复土壤的预定位置进行直接原位加热，使得待修复土壤颗粒间的有机污染物分解挥发，并经由抽气系统3从土壤中排出；对于待修复土壤中大颗粒包裹的有机污染物和由多个土壤小颗粒紧密包围的有机污染物，直接加热无法使该部分的有机物分解挥发，而由于加热系统1在加热的过程中去除了土壤中的水汽，所以微波辐射器22发射的微波透过土壤直接作用于该部分有机污染物，使得该部分的有机污染物产生局部高温并分解，并提高有机污染物的传质性能，进而使有机污染物能够从土壤中大颗粒或多个小颗粒的包围中分解脱离；通过加热系统1的直接原位加热和微波增效系统2的微波处理两种方式的结合，有效的降低处理成本并提高处理效果；同时，由于加热系统1在加热的过程中去除了土壤中的水汽，微波增效系统2无需对土壤进行加热，减少能耗并避免土壤在微波的作用下玻璃化。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，微波增效系统2不是用于对待修复土壤进行加热，所以无需在待修复土壤中添加微波吸收剂，也无需对待修复土壤翻松混合。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，微波辐射器22经由微波传导线与微波发生器21连接。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，加热系统1采用电阻加热的方式对待修复土壤的预定位置加热。如果待修复土壤附近有合适的高压电源，优选采用电阻加热的方式。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，参照图2，在一实施例中，在不同的预定位置依照网状结构设置多个电阻丝11。可以根据待修复土壤的热容量、热传导、微波传导性、含水率、渗透率等参数合理的布置电阻丝11的间距和数量。以网状结构布置的电阻丝11能够在较短的时间内将待修复土壤加热到预定温度。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，加热系统1采用燃料燃烧产生的气体对待修复土壤加热。如果待修复土壤附近没有合适的高压电源，可以采用燃料燃烧产生的气体对待修复土壤加热。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，参照图1，在一实施例中，在不同的预定位置依照网状结构设置多个加热井12。可以根据待修复土壤的热容量、热传导、微波传导性、含水率、渗透率等参数合理的布置加热井12的间距和数量。参照图5，以网状结构布置的加热井12能够在较短的时间内将待修复土壤加热到预定温度。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，所述燃料为天然气、柴油或丙烷。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，加热系统1的加热源为一个或多个。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，加热系统1将修复土壤加热的预定温度不低于80℃，优选不低于100℃。对于土壤中的三氯乙烷,四氯乙烷，二氯甲烷等有机污染物，加热到80℃即可去除。加热系统1将修复土壤加热的预定温度到100℃以上时，能够使土壤中的水汽充分挥发抽离，避免微波增效系统2启动后土壤吸收微波。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，微波辐射器22为多个，分别设置于待修复土壤的不同位置。微波辐射器22可以设置在直接原位加热的预定位置处，也可以设置在所述预定位置附近。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，微波发生器21为中心微波发生器，同时向多个微波辐射器22提供微波。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，微波发生器21为多个，各微波发生器21对应一个微波辐射器22。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，抽气系统3包括隔绝层31、抽气井32以及抽气泵33。参照图1至图4，隔绝层31，铺设在待修复土壤的地表层。参照图3和图4，抽气井32包括：深孔321，由待修复土壤的地表层打通到待修复土壤的预定深度；过滤管322，设置于深孔321的下部；以及井壁管323，与过滤管322的顶部密封连接，且伸出到待修复土壤的地表层。参照图1和图2，抽气泵33，与井壁管323的顶部密封连通。隔绝层31能够避免土壤中热量散发，防止挥发的污染气体散发到空气中，同时，避免抽气井抽到外界中的空气。待修复土壤中有机污染物分解挥发的污染气体可透过过滤管322进而抽离到外部。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，参照图4，在一实施例中，过滤管322与过滤管322周围的待修复土壤之间填充有填砾S1。填砾S1的体积较大，不会进入过滤管322，且填砾S1的透气性好，待修复土壤中的污染气体能够透过填砾S1进入过滤管322，同时，填砾S1不吸收微波，避免能量的浪费。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，参照图4，在一实施例中，井壁管323的外壁的从底部到隔绝层31之间的部分与井壁管323的外壁周围的待修复土壤之间由下向上依次填充有细砂S2、临时止水材料S3和水泥密封材料S4。细砂S2和临时止水材料S3能够防止水泥密封材料S4渗入到填砾S1中。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，深孔321的直径为20cm～40cm。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，抽气井32为多个并布置在加热系统1加热待修复土壤的预定位置附近。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，微波辐射器22置于抽气井32的过滤管322内。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，微波辐射器22置于抽气井32外。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，参照图1和图2，在一实施例中，所述有机污染土壤的原位修复系统还包括：气体处理系统4，用于处理抽气系统3排出的污染气体。气体处理系统4能避免污染气体对外部空气的二次污染。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，参照图1和图2，在一实施例中，气体处理系统4包括：冷却系统41，将抽气系统3排出的污染气体冷却至常温，并移除冷凝出的液态污染物；以及吸附系统42，通过吸附去除冷却至常温的污染气体所含的污染物，以使污染气体达标向大气排放。冷却系统41冷凝的方法高效廉价，但是尾气中残留污染物浓度较高。吸附的方法能够极大的降低尾气中的残留污染物浓度，但是相对昂贵。通过结合冷凝和吸附的两种方法，可以同时达到有效和降低成本的目的。在此补充的是，也可以通过其他方式(例如催化氧化)代替吸附系统来降低污染物浓度。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，参照图1和图2，在一实施例中，冷却系统41包括：液冷系统411，对污染气体初步降温并移除冷凝出的液态污染物；以及气冷系统412，将污染气体冷却至常温。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，液冷系统411为水循环冷却系统。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，吸附系统42为活性炭吸附系统。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，参照图1和图2，在一实施例中，所述有机污染土壤的原位修复系统还包括：控制系统5，用于监测待修复土壤内的温度、压力，并控制加热系统1加热的强度及时间以及控制微波增效系统2微波辐射的辐射强度和时间。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，参照图1和图2，在一实施例中，控制系统5包括温度监测系统51、压力监测系统52以及中央控制系统53。通过温度监测系统51和压力监测系统52实时的对待修复土壤加热的情况进行监测，对监测的数据进行实时的分析和处理，根据中央控制系统53数据分析结果智能化的对加热系统1和微波增效系统2进行调整，从而优化能量的利用效率。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，温度监测系统51为设置于待修复土壤内的温度传感器。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，压力监测系统52为设置于待修复土壤内的压力传感器。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，，压力监测系统52为设置于待修复土壤内的压力井。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，，温度监测系统51和压力监测系统52设置在不同的位置。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，，温度监测系统51和压力监测系统52耦合在相同的位置。
在根据本发明的有机污染土壤的原位修复系统中，在一实施例中，，控制系统5还包括：浓度监测系统54，设置于抽气系统3的末端，以监测污染气体的浓度。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种有机污染土壤的原位修复系统，其特征在于，包括：
加热系统(1)，用于对待修复土壤的预定位置进行直接原位加热；
微波增效系统(2)，包括：
微波发生器(21)，产生微波；以及
微波辐射器(22)，连接于微波发生器(21)，置于待修复土壤中，以接收微波发生器(21)产生的微波并向待修复土壤的相应位置处的有机污染物发射微波，在待修复土壤的预定位置加热到预定温度后微波增效系统(2)启动并对待修复土壤中的预定位置处的直接加热时无法去除的有机污染物发射微波，以通过微波作用而使这部分有机污染物形成挥发的污染气体；以及
抽气系统(3)，用于抽离待修复土壤在加热系统(1)加热过程中形成加热生成的污染气体以及微波增效系统(2)微波辐射有机污染物过程中有机污染物形成的挥发的污染气体。
2.根据权利要求1所述的有机污染土壤的原位修复系统，其特征在于，在不同的预定位置依照网状结构设置多个电阻丝(11)或多个加热井(12)。
3.根据权利要求1所述的有机污染土壤的原位修复系统，其特征在于，加热系统(1)将修复土壤加热的预定温度不低于80℃。
4.根据权利要求3所述的有机污染土壤的原位修复系统，其特征在于，加热系统(1)将修复土壤加热的预定温度不低于100℃。
5.根据权利要求1所述的有机污染土壤的原位修复系统，其特征在于，抽气系统(3)包括：
隔绝层(31)，铺设在待修复土壤的地表层；
抽气井(32)，包括：
深孔(321)，由待修复土壤的地表层打通到待修复土壤的预定深度；
过滤管(322)，设置于深孔(321)的下部；以及
井壁管(323)，与过滤管(322)的顶部密封连接，且伸出到待修复土壤的地表层；以及
抽气泵(33)，与井壁管(323)的顶部密封连通。
6.根据权利要求5所述的有机污染土壤的原位修复系统，其特征在于，
过滤管(322)与过滤管(322)周围的待修复土壤之间填充有填砾(S1)；
井壁管(323)的外壁的从底部到隔绝层(31)之间的部分与井壁管(323)的外壁周围的待修复土壤之间由下向上依次填充有细砂(S2)、临时止水材料(S3)和水泥密封材料(S4)。
7.根据权利要求5所述的有机污染土壤的原位修复系统，其特征在于，抽气井(32)为多个并布置在加热系统(1)加热待修复土壤的预定位置附近。
8.根据权利要求5所述的有机污染土壤的原位修复系统，其特征在于，微波辐射器(22)置于抽气井(32)的过滤管(322)内。
9.根据权利要求1所述的有机污染土壤的原位修复系统，其特征在于，所述有机污染土壤的原位修复系统还包括：
气体处理系统(4)，用于处理抽气系统(3)排出的污染气体。
10.根据权利要求9所述的有机污染土壤的原位修复系统，其特征在于，气体处理系统(4)包括：
冷却系统(41)，将抽气系统(3)排出的污染气体冷却至常温，并移除冷凝出的液态污染物；以及
吸附系统(42)，通过吸附去除冷却至常温的污染气体所含的污染物，以使污染气体达标向大气排放。
11.根据权利要求1所述的有机污染土壤的原位修复系统，其特征在于，所述有机污染土壤的原位修复系统还包括：
控制系统(5)，用于监测待修复土壤内的温度、压力，并控制加热系统(1)加热的强度及时间以及控制微波增效系统(2)微波辐射的辐射强度和时间。
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