CN106269837A - 一种挥发性有机污染土壤的修复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挥发性有机污染土壤的修复系统及方法，属于污染土壤修复技术领域，该系统包括：蒸汽子系统、臭氧子系统和抽气子系统；蒸汽子系统包括蒸汽注入井、蒸汽管路和蒸汽产生装置；蒸汽注入井设置于污染土壤区域内且沿地表垂直向下延伸至地下水潜水层下方；抽气子系统包括抽气井、抽气管路和气液处理装置；抽气井设置位于靠近蒸汽注入井且沿地表垂直向下延伸至地下潜水层上方；臭氧子系统包括臭氧注入井、臭氧管路和臭氧发生装置；臭氧注入井沿污染土壤区域外边界设置且包围蒸汽注入井和抽气井，臭氧注入井延伸至地下水潜水层下方。本发明具有对挥发性有机污染土壤的修复效率高、对不同土壤的适用性好的优点。

Description

一种挥发性有机污染土壤的修复系统及方法

技术领域

本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体涉及一种挥发性有机污染土壤的修复系统及方法。

背景技术

随着经济的高速发展，场地污染在我国越来越严重，成为无法忽视的环境问题。石油、化工、农药、矿山、印刷、建材、喷涂等各行各业在生产的同时都会产生大量的污染物。各行业场址内堆置和排放的污染物造成了严重的场地污染。废弃污染场地中的各种污染物若不经处置或处理不当，必将对周边的生态环境和人类健康造成不利影响。

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在土壤颗粒物上，并持续地向土壤和地下水中释放。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在土壤颗粒物的有机污染物。

目前，常采用的处理挥发性有机污染物、半挥发性有机污染物、农药、高沸点氯代化合物等有机污染土壤的方法是热处理技术，其原理为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（150~540℃），使有机污染物从污染介质中挥发或分离的过程。但是，热处理技术处理速度慢，对于黏粒含量高的土壤处理比较困难，并且加热能耗高，使得修复成本居高不下。

发明内容

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的采用热处理技术对挥发性有机污染土壤进行修复[l1] 时效率低、对不同土壤的适用性差。

为此，本发明实施例的一种挥发性有机污染土壤的修复系统，包括：蒸汽子系统、臭氧子系统和抽气子系统；

蒸汽子系统包括蒸汽注入井、蒸汽管路和蒸汽产生装置；蒸汽产生装置通过蒸汽管路与蒸汽注入井连接，蒸汽注入井设置于污染土壤区域内且沿地表垂直向下延伸至地下水潜水层下方；

抽气子系统包括抽气井、抽气管路和气液处理装置；抽气井通过抽气管路与气液处理装置连接，抽气井设置位于靠近蒸汽注入井且沿地表垂直向下延伸至地下潜水层上方；

臭氧子系统包括臭氧注入井、臭氧管路和臭氧发生装置；臭氧发生装置通过臭氧管路与臭氧注入井连接，臭氧注入井沿污染土壤区域外边界设置且包围蒸汽注入井和抽气井，臭氧注入井延伸至地下水潜水层下方。

优选地，所述臭氧注入井的井孔沿污染土壤区域外边界螺旋向下延伸。

优选地，所述臭氧注入井的井壁上设置有毛细注入孔。

优选地，所述蒸汽产生装置包括至少两组加热线圈、高频电源和加热管；加热管的输出端与蒸汽管路的输入端连接，至少两组加热线圈交替缠绕在加热管上，加热线圈的两端分别与高频电源连接，用于在30秒内迅速产生100℃以上的蒸汽。

优选地，所述气液处理装置包括气液分离器、真空泵、污染气体过滤器和污染水过滤器；气液分离器的输入端与抽气管路的输出端连接，气液分离器的第一输出端经真空泵后与污染气体过滤器的输入端连接，气液分离器的第二输出端与污染水过滤器的输入端连接。

优选地，还包括微波子系统；

微波子系统包括微波辐射器和微波激励装置；微波辐射器与微波激励装置连接，设置位于抽气井的四周且沿地表垂直向下延伸至地下潜水层下方。

本发明实施例的一种挥发性有机污染土壤的修复方法，包括以下步骤：

在污染土壤区域外边界附近设置延伸至地下潜水层下方的臭氧注入井，在臭氧注入井包围区域内部设置延伸至地下潜水层上方的抽气井和延伸至地下潜水层下方的蒸汽注入井，抽气井至臭氧注入井的距离为5~15米，蒸汽注入井至抽气井的距离为3~5米；

蒸汽产生装置产生的100℃以上的蒸汽通过蒸汽管路注入蒸汽注入井对污染土壤区域实施加热至100℃以上；

完成加热15~30分钟后，臭氧发生装置生成臭氧气体，混合空气后经臭氧管路注入臭氧注入井，注入速率为20~160米³/小时；

完成臭氧注入15~20分钟后，挥发性有机污染物通过抽气井经抽气管路连续抽到气液处理装置进行气液处理，抽气速率为臭氧气体注入速率的2~5倍；

经气液处理装置处理后的获得无污染气体和无污染水。

优选地，蒸汽注入时的注入方式为每隔1~1.5小时注入一次，每次连续注入10~15分钟。

优选地，臭氧注入时臭氧气体与空气的体积比为1:30~1:10，注入方式为每隔2~3小时注入一次，每次连续注入10~15分钟。

优选地，在完成臭氧注入15~20分钟后，挥发性有机污染物通过抽气井经抽气管路连续抽到气液处理装置进行气液处理之前，还包括以下步骤：

启动微波激励装置使微波辐射器发射微波，对污染土壤区域中的有机污染物实施3~15分钟的微波辐射。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的挥发性有机污染土壤的修复系统，通过设置蒸汽子系统和臭氧子系统，加速了有机污染物在臭氧作用下的氧化还原反应，提高了污染土壤的修复速度，提高了修复效率，且扩大了系统的适用性。通过将蒸汽注入井设置于污染土壤区域内且沿地表垂直向下延伸至地下水潜水层下方、抽气井设置位于靠近蒸汽注入井且沿地表垂直向下延伸至地下潜水层上方、臭氧注入井沿污染土壤区域外边界设置且包围蒸汽注入井和抽气井，臭氧注入井延伸至地下水潜水层下方，降低了系统的能耗，提高了系统对污染土壤的修复效益，并且在对污染土壤进行修复的同时还能对地下水进行修复。

2.本发明实施例提供的挥发性有机污染土壤的修复方法，通过设置蒸汽注入井、臭氧注入井和抽气井的排布方式，使蒸汽注入井、臭氧注入井和抽气井之间的相互作用达到最强，降低了系统的能耗，提高了系统对污染土壤的修复效益，并且在对污染土壤进行修复的同时还能对地下水进行修复。通过对污染土壤实施加热至100℃以上，再注入臭氧，加速了有机物的微生物降解，有机污染物的氧化还原反应，也提高了对有机污染物的修复效率，且由于加热作用的加入，使氧化还原反应的适用性扩大，从而扩大了修复方法的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中挥发性有机污染土壤的修复系统的一个具体示例的原理框图；

图2为本发明实施例1中蒸汽注入井、臭氧注入井和抽气井的排布方式的一个具体示例的原理框图；

图3为本发明实施例2中螺旋结构的臭氧注入井的一个具体示例的原理框图；

图4为本发明实施例3中蒸汽产生装置的一个具体示例的原理框图；

图5为本发明实施例4中气液处理装置的一个具体示例的原理框图；

图6为本发明实施例5中微波子系统的一个具体示例的原理框图；

图7为本发明实施例6中挥发性有机污染土壤的修复方法的一个具体示例的流程图。

附图标记：10-蒸汽子系统，11-蒸汽注入井，12-蒸汽管路，13-蒸汽产生装置，131-加热线圈，132-高频电源，133-加热管，20-臭氧子系统，21-臭氧注入井，211-毛细注入孔，22-臭氧管路，23-臭氧发生装置，30-抽气子系统，31-抽气井，32-抽气管路，33-气液处理装置，331-气液分离器，332-真空泵，333-污染气体过滤器，334-污染水过滤器，41-微波辐射器，42-微波激励装置，W-污染土壤区域，S-地下水位线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种挥发性有机污染土壤的修复系统，如图1所示，包括：蒸汽子系统10、臭氧子系统20和抽气子系统30。

蒸汽子系统10包括蒸汽注入井11、蒸汽管路12和蒸汽产生装置13。蒸汽产生装置13通过蒸汽管路12与蒸汽注入井11连接，蒸汽注入井11设置于污染土壤区域W内且沿地表垂直向下延伸至地下水潜水层下方，图1中S代表地下水位线。一般污染土壤区域W分布于地下水位线S上方，将蒸汽注入井11设置成垂直向下延伸至地下水位线S下方，可以最大范围地将待修复土壤加热到预定温度，同时也修复了污染土壤区域W下方的地下水。

抽气子系统30包括抽气井31、抽气管路32和气液处理装置33。抽气井31通过抽气管路32与气液处理装置33连接，抽气井31设置位于靠近蒸汽注入井11且沿地表垂直向下延伸至地下潜水层上方。抽气井31的影响半径为5~10米，蒸汽注入井11的影响半径为3~5米，蒸汽注入井11和抽气井31各自都有自己的影响半径，所以抽气井31应尽量设置于靠近蒸汽注入井11的位置，如蒸汽注入井11至抽气井31的距离为3~5米，以将加热作用而挥发出来的有机污染物气体抽气干净。另外，将抽气井31设置成垂直向下延伸至地下水位线S上方，可以避免将土壤中过多的水汽被抽吸上来，降低了气液处理装置33的消耗，从而降低了系统的成本。

臭氧子系统20包括臭氧注入井21、臭氧管路22和臭氧发生装置23。臭氧发生装置23通过臭氧管路22与臭氧注入井21连接，臭氧注入井21沿污染土壤区域W外边界设置且包围蒸汽注入井11和抽气井31，臭氧注入井21沿地表垂直向下设置，臭氧注入井21的影响半径有30米左右，在整个污染土壤区域W内的土壤都能充分接触臭氧，加速有机污染物的氧化反应，可以实现对污染土壤的快速修复。臭氧注入井21延伸至地下水潜水层下方，可以最大范围地在待修复土壤中注入臭氧，同时也修复了污染土壤区域W下方的地下水。

如图2所示，是一种最佳的蒸汽注入井11、臭氧注入井21和抽气井31的排布方式，蒸汽注入井11与抽气井31的直径比为1:2，臭氧注入井21与抽气井31的直径比为1:3，保证修复处理开始后污染土壤区域处于负压状态。图2中长点虚线的圆形为以蒸汽注入井11为中心、半径为5米的圆，抽气井31均匀分布在该圆上，短点虚线的椭圆上均匀分布有臭氧注入井21，每个抽气井31至蒸汽注入井11的距离均为5米，每个臭氧注入井21至距离最近的抽气井31的距离为10米左右，保证了蒸汽注入井11、臭氧注入井21和抽气井31均在各自的影响范围内，在使得系统的能耗在最低的情况下，能够保证污染土壤修复效益的最大化。

上述挥发性有机污染土壤的修复系统，通过设置蒸汽子系统和臭氧子系统，加速了有机污染物在臭氧作用下的氧化还原反应，提高了污染土壤的修复速度，提高了修复效率，且扩大了系统的适用性。通过将蒸汽注入井设置于污染土壤区域内且沿地表垂直向下延伸至地下水潜水层下方、抽气井设置位于靠近蒸汽注入井且沿地表垂直向下延伸至地下潜水层上方、臭氧注入井沿污染土壤区域外边界设置且包围蒸汽注入井和抽气井，臭氧注入井延伸至地下水潜水层下方，降低了系统的能耗，提高了系统对污染土壤的修复效益，并且在对污染土壤进行修复的同时还能对地下水进行修复。

实施例2

本实施例提供一种挥发性有机污染土壤的修复系统，与实施例1所不同的是，如图3所示，臭氧注入井21的井孔沿污染土壤区域W外边界螺旋向下延伸，蒸汽注入井11和抽气井31设置位于螺旋线包围区域内部，螺旋向下的结构使得臭氧注入井21与污染土壤接触地更加均匀、范围更加广泛，所以对污染土壤的氧化还原修复更加有效，进一步提高了系统的修复效率。

优选地，如图3所示的局部放大区域A，臭氧注入井21的井壁上设置有毛细注入孔211，使臭氧与污染土壤接触的广度和深度被更进一步地加强，因而更进一步提高了系统的修复效率。

实施例3

本实施例提供一种挥发性有机污染土壤的修复系统，除了具有实施例1和2的特征以外，如图4所示，蒸汽产生装置13包括至少两组加热线圈131、高频电源132和加热管133。加热管133的输出端与蒸汽管路12的输入端连接，至少两组加热线圈131交替缠绕在加热管133上，加热线圈131的两端分别与高频电源132连接，用于在30秒内迅速产生100℃以上的蒸汽。如图4所示，粗细不同的两组加热线圈131相间交替缠绕在加热管133上，粗细直径比为2:1，加速了对加热管133内水的加热，使得水能够在30秒内迅速产生100℃以上的蒸汽，瞬间变为热水输出，提高了蒸汽产生装置输出蒸汽的温度和效率。

实施例4

本实施例提供一种挥发性有机污染土壤的修复系统，除了具有实施例1-3的特征以外，如图5所示，气液处理装置33包括气液分离器331、真空泵332、污染气体过滤器333和污染水过滤器334。气液分离器331的输入端与抽气管路32的输出端连接，气液分离器331的第一输出端经真空泵332后与污染气体过滤器333的输入端连接，气液分离器331的第二输出端与污染水过滤器334的输入端连接。优选地，污染气体过滤器333和污染水过滤器334中均采用活性炭作为吸附材料。通过设置气液分离器331将抽气管路32中的气液进行分离，使得液体不会经过真空泵332，从而避免真空泵332因长期接触液体而损坏，延长了其使用寿命。经污染气体过滤器333处理后的气体满足大气排放标准，可直接排放到空气中。经污染水过滤器334处理后的水满足排放标准，可直接排出或接入加热管133，作为加热管133的第二供水源，接入系统中循环利用，避免资源浪费。

实施例5

本实施例提供一种挥发性有机污染土壤的修复系统，除了具有实施例1-4的特征以外，修复系统还包括微波子系统。微波子系统包括微波辐射器41和微波激励装置42。微波辐射器41与微波激励装置42连接，设置位于抽气井31的四周且沿地表垂直向下延伸至地下潜水层下方。如图6所示，微波辐射器41设置于抽气井31的内侧四周，同样，微波辐射器41也可以设置于抽气井31的外侧四周。微波作用可以将臭氧和加热作用中无法去除的有机污染物进一步使其挥发，从而进行抽吸处理。并且由于蒸汽产生装置13能够产生100℃以上的蒸汽注入污染土壤区域，该温度的蒸汽已经能够满足加热作用的需要，所以无需利用微波子系统实施对土壤的加热，从而降低了微波子系统所需的能耗，也无需在待修复土壤中添加微波吸收剂，无需对待修复土壤翻松混合，简化了修复步骤，进一步提高了修复效率，并且也可以避免土壤在强微波的作用下玻璃化。

实施例6

本实施例提供一种利用实施例1-5中任一个的挥发性有机污染土壤的修复系统的挥发性有机污染土壤的修复方法，如图7所示，包括以下步骤：

S1、设置蒸汽注入井11、臭氧注入井21和抽气井31的排布方式：在污染土壤区域外边界附近设置延伸至地下潜水层下方的臭氧注入井21，在臭氧注入井21包围区域内部设置延伸至地下潜水层上方的抽气井31和延伸至地下潜水层下方的蒸汽注入井11，抽气井31至臭氧注入井21的距离为5~15米，蒸汽注入井11至抽气井31的距离为3~5米；

S2、蒸汽注入：蒸汽产生装置13产生的100℃以上的蒸汽通过蒸汽管路12注入蒸汽注入井11对污染土壤区域实施加热至100℃以上；

S3、臭氧注入：完成加热15~30分钟后，臭氧发生装置23生成臭氧气体，混合空气后经臭氧管路22注入臭氧注入井21，注入速率为20~160

米³/小时；

S4、抽气：完成臭氧注入15~20分钟后，挥发性有机污染物通过抽气井31经抽气管路32连续抽到气液处理装置33进行气液处理，抽气速率为臭氧气体注入速率的2~5倍；

S5、气液处理：经气液处理装置33处理后的获得无污染气体和无污染水。无污染水可直接排出或接入加热管133，作为加热管133的第二供水源，接入系统中循环利用，避免资源浪费。

上述挥发性有机污染土壤的修复方法，通过设置蒸汽注入井、臭氧注入井和抽气井的排布方式，使蒸汽注入井、臭氧注入井和抽气井之间的相互作用达到最强，降低了系统的能耗，提高了系统对污染土壤的修复效益，并且在对污染土壤进行修复的同时还能对地下水进行修复。通过对污染土壤实施加热至100℃以上，再注入臭氧，加速了有机物的微生物降解，有机污染物的氧化还原反应，也提高了对有机污染物的修复效率，且由于加热作用的加入，使氧化还原反应的适用性扩大，从而扩大了修复方法的适用性。

优选地，蒸汽注入时的注入方式为每隔1~1.5小时注入一次，每次连续注入10~15分钟。臭氧注入时臭氧气体与空气的体积比为1:30~1:10，注入方式为每隔2~3小时注入一次，每次连续注入10~15分钟。

优选地，上述步骤S4中，在完成臭氧注入15~20分钟后，挥发性有机污染物通过抽气井31经抽气管路32连续抽到气液处理装置33进行气液处理之前，还包括以下步骤：

启动微波激励装置42使微波辐射器41发射微波，对污染土壤区域中的有机污染物实施3~15分钟的微波辐射，从而微波作用可以将臭氧和加热作用中无法去除的有机污染物进一步使其挥发，从而进行抽吸处理。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种挥发性有机污染土壤的修复系统，其特征在于，包括：蒸汽子系统（10）、臭氧子系统（20）和抽气子系统（30）；

蒸汽子系统（10）包括蒸汽注入井（11）、蒸汽管路（12）和蒸汽产生装置（13）；蒸汽产生装置（13）通过蒸汽管路（12）与蒸汽注入井（11）连接，蒸汽注入井（11）设置于污染土壤区域内且沿地表垂直向下延伸至地下水潜水层下方；

抽气子系统（30）包括抽气井（31）、抽气管路（32）和气液处理装置（33）；抽气井（31）通过抽气管路（32）与气液处理装置（33）连接，抽气井（31）设置位于靠近蒸汽注入井（11）且沿地表垂直向下延伸至地下潜水层上方；

臭氧子系统（20）包括臭氧注入井（21）、臭氧管路（22）和臭氧发生装置（23）；臭氧发生装置（23）通过臭氧管路（22）与臭氧注入井（21）连接，臭氧注入井（21）沿污染土壤区域外边界设置且包围蒸汽注入井（11）和抽气井（31），臭氧注入井（21）延伸至地下水潜水层下方。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述臭氧注入井（21）的井孔沿污染土壤区域外边界螺旋向下延伸。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述臭氧注入井（21）的井壁上设置有毛细注入孔（211）。

4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述蒸汽产生装置（13）包括至少两组加热线圈（131）、高频电源（132）和加热管（133）；加热管（133）的输出端与蒸汽管路（12）的输入端连接，至少两组加热线圈（131）交替缠绕在加热管（133）上，加热线圈（131）的两端分别与高频电源（132）连接，用于在30秒内迅速产生100℃以上的蒸汽。

5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述气液处理装置（33）包括气液分离器（331）、真空泵（332）、污染气体过滤器（333）和污染水过滤器（334）；气液分离器（331）的输入端与抽气管路（32）的输出端连接，气液分离器（331）的第一输出端经真空泵（332）后与污染气体过滤器（333）的输入端连接，气液分离器（331）的第二输出端与污染水过滤器（334）的输入端连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，还包括微波子系统；

微波子系统包括微波辐射器（41）和微波激励装置（42）；微波辐射器（41）与微波激励装置（42）连接，设置位于抽气井（31）的四周且沿地表垂直向下延伸至地下潜水层下方。

7.一种挥发性有机污染土壤的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

在污染土壤区域外边界附近设置延伸至地下潜水层下方的臭氧注入井（21），在臭氧注入井（21）包围区域内部设置延伸至地下潜水层上方的抽气井（31）和延伸至地下潜水层下方的蒸汽注入井（11），抽气井（31）至臭氧注入井（21）的距离为5~15米，蒸汽注入井（11）至抽气井（31）的距离为3~5米；

蒸汽产生装置（13）产生的100℃以上的蒸汽通过蒸汽管路（12）注入蒸汽注入井（11）对污染土壤区域实施加热至100℃以上；

完成加热15~30分钟后，臭氧发生装置（23）生成臭氧气体，混合空气后经臭氧管路（22）注入臭氧注入井（21），注入速率为20~160米³/小时；

完成臭氧注入15~20分钟后，挥发性有机污染物通过抽气井（31）经抽气管路（32）连续抽到气液处理装置（33）进行气液处理，抽气速率为臭氧气体注入速率的2~5倍；

经气液处理装置（33）处理后的获得无污染气体和无污染水。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，蒸汽注入时的注入方式为每隔1~1.5小时注入一次，每次连续注入10~15分钟。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，臭氧注入时臭氧气体与空气的体积比为1:30~1:10，注入方式为每隔2~3小时注入一次，每次连续注入10~15分钟。

10.根据权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，在完成臭氧注入15~20分钟后，挥发性有机污染物通过抽气井（31）经抽气管路（32）连续抽到气液处理装置（33）进行气液处理之前，还包括以下步骤：

启动微波激励装置（42）使微波辐射器（41）发射微波，对污染土壤区域中的有机污染物实施3~15分钟的微波辐射。