CN107552554A - 用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，包含抽提井群、换热冷凝装置、气液分离装置、真空泵以及管道；抽提井群通过管道与换热冷凝装置连接，气液分离装置设置在换热冷凝装置的后端，在换热冷凝装置和气液分离装置之后设置真空泵；抽提井群包含若干抽提井管，抽提井管包含垂直安装在污染场地内的若干竖井式抽提井，以及水平安装在污染区域表层土壤内的若干横井式抽提井。抽提井管上分别开设若干沿井管方向间隔均匀的筛孔或筛缝。本发明提供的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，具有场地地下水流易控制、土壤气体可有效捕集、污染物冷凝回收处理效率高、修复效果好等突出优点。

Description

用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统

技术领域

本发明涉及一种污染场地修复系统，具体地，涉及用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统。

背景技术

热脱附(Thermal Desorption)技术可广泛适用于挥发性有机物、半挥发性有机物、石油烃类或汞污染场地的原位或者异位修复。该技术通过直接或间接加热的方式，将污染土壤和/或地下水加热至接近甚至超过目标污染物的沸点，通过控制体系温度和高温持续时间有选择地促使目标污染物解吸、气化、挥发、分解或者增加其流动性，使目标污染物与土壤介质分离、去除，从而实现污染场地修复的目的。

原位热脱附修复技术可以在污染场地原位实施，无需对污染土壤进行开挖等作业，主要由场地原位加热单元、污染物抽提与回收单元以及废水/废气处理单元等构成。其中场地原位加热单元是原位热脱附技术的核心，其通过在场地内将电能、热能或者化学能等不同形式的能量以原位电阻发热、电热转换或燃烧产热后原位热传导加热或者原位蒸汽注射加热等方式转化或转移至污染场地，使受污染的土壤和/或地下水逐步升温达到目标修复温度并维持一定时间，从而可将目标污染物从原本赋存的土壤介质分离去除。在高温条件下抽提系统会将目标污染物通过地下水或土壤气的形式从地下污染区域转移至地面进行回收，或者通过废水/废气处理单元处理后达标排放。该技术对污染物的污染程度和场地地质和水文地质条件不敏感，可以有效修复重污染、地质和水文地质条件复杂的污染场地。

目前，原位热脱附修复技术在国内污染场地修复中的工程应用仍然较为有限，限制其推广应用的主要原因在于部分场地临时性的大规模用电不易获取、蒸汽注射加热脱附技术易受到场地地质条件和目标温度上限的限制、原位加热所需能源成本较高、场地地下水流不易控制、脱附出的土壤气体不易有效捕集而逃逸污染环境、抽提出的污染物冷凝回收效率较低、产生的高湿度废气不易处理、废水性质复杂较难处理等各种困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于污染场地修复的系统，能够完成真空抽提、换热冷凝和气液分离，有效修复重污染、地质和水文地质条件复杂的污染场地。

为了达到上述目的，本发明提供了用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其中，所述的系统包含抽提井群、换热冷凝装置、气液分离装置、真空泵以及管道；所述的抽提井群通过管道与换热冷凝装置连接，连接抽提井群的管道连接换热冷凝装置的前端入口，气液分离装置设置在换热冷凝装置的后端，在换热冷凝装置和气液分离装置之后即整个系统的末端设置真空泵。所述的抽提井群包含若干抽提井管，所述的抽提井管包含垂直安装在污染场地内的若干竖井式抽提井，以及水平安装在污染区域表层土壤内的若干横井式抽提井。竖井式抽提井和横井式抽提井垂直交错分布在同一片污染场地内并覆盖整个污染区域。抽提井群通过系统末端的真空泵产生的吸力进行真空抽提。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其中，所述的换热冷凝装置和气液分离装置组成多级冷凝分离单元；所述的换热冷凝装置包含蒸发式空冷塔和气液换热器；所述的气液分离装置为惯性气液分离器。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其中，所述的多级冷凝分离单元，其各级之间依次连接；第一级包含连接抽提井群的管道和安装在管道后的一个惯性气液分离器；第二级包含蒸发式空冷塔和安装在蒸发式空冷塔后的一个惯性气液分离器；第三级包含气液换热器和安装在气液换热器后的一个惯性气液分离器。也就是说，可以灵活地设置多级冷凝分离单元。第一级冷凝分离利用大气对地面抽提井管的自然冷却作用，后接一个惯性式气液分离器即一级气水分离器；第二级冷凝分离以蒸发式空冷塔作为换热冷凝装置，后接一个惯性式气液分离器即二级气水分离器；第三级冷凝分离以气液换热器作为换热冷凝装置，利用冷水机组提供的低温冷冻水作为冷媒，后接一个惯性式气液分离器即三级气水分离器。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其中，所述的多级冷凝分离单元，其后设置真空泵，在真空泵与多级冷凝分离单元之间还设有除雾塔。通过多级冷凝分离单元冷凝分离后的不凝气经除雾塔后与真空泵连接，再经真空泵送入后续废气处理单元。废气处理单元主要为活性炭吸附塔，真空泵采用具有一定的过流升温能力的干式的爪式或者罗茨式真空泵。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其中，所述的抽提井群是通过抽提总管将抽提井管与多级冷凝分离单元连接，组成所述的抽提井群；抽提井管上分别开设若干沿井管方向间隔均匀的筛孔或筛缝。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其中，所述的抽提井管，其竖井式抽提井分别安装在污染场地中预先设置的由地面向下的若干土孔内；竖井式抽提井在平面布置上以三角形或者正方形的形式布置，井间距为1-3m；竖井式抽提井的井管的外侧壁与土孔的内侧壁之间填充有石英砂并在石英砂顶部填充膨润土至地面进行封孔。石英砂的填充高度与竖井式抽提井的井管上筛孔或筛缝的设置跨度范围基本一致。竖井式抽提井的井管上开设若干沿井管方向间隔均匀的筛孔或筛缝；筛孔或筛缝在井管上的设置跨度垂直覆盖整个污染区域并比污染区域底部深0.3-0.5m，井管的底部设有底盖，底盖厚度约30cm。井管在污染区域上方到地面之间的部分不开设筛孔或筛缝，即上部非污染区域为不开孔的井管。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其中，所述的竖井式抽提井包含伴生抽提井和独立抽提井两种，每个伴生抽提井与一个加热井设置在一个土孔内，其底部比加热井底部的深度超出1m左右；每个独立抽提井单独设置在一个土孔内。加热井为管式结构，其与制造热风的热风炉连接，热风炉产生的高温热风通过引风机的负压作用引入加热井进行加热，高温热风通过加热井与土壤完成间接换热，从而通过热传导的方式来提高加热井管周边的土壤和/或地下水温度，完成换热的热风采用引风机排出。伴生抽提井的井径为25-40cm；所述的伴生抽提井的顶端在地面外设有一个三通，即伴生抽提井伸出地面后设置一个三通，三通的两个出口端均设置阀门，其中一个出口端连接抽提总管，另一个出口端直通大气或压缩空气气源。在真空抽提系统运行初始阶段，打开伴生抽提井与抽提总管间的阀门，关闭与大气或压缩空气气源连接的阀门；在系统运行中后期，关闭与抽提总管间的阀门，打开伴生抽提井与大气或压缩空气气源连接的阀门，从大气吸入新鲜空气或者注入压缩空气作为扰动风。所述的独立抽提井的井径为80-100cm，所述的独立抽提井与抽提总管相连，独立抽提井与抽提总管之间设有阀门。抽提井群抽提出的土壤气体可直接送入热风炉的二次风进口进行燃烧处理，或者经过多级冷凝分离单元冷凝回收部分污染物后再送入热风炉的二次风进口进行燃烧处理，或者经过多级冷凝分离单元冷凝回收部分污染物后再通过废气处理后达标排放。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其中，所述的抽提井管，其横井式抽提井分别设置在污染区域表层土壤中挖设的若干水平沟槽内；井管两端分别设有支管，通过支管与抽提总管相连，支管上设有切换阀门。井管的外侧壁与土壤之间填充有石英砂，石英砂上方的沟槽内填充膨润土。所述的横井式抽提井的井径为45-55cm，优选为50cm，横井式抽提井到地面的埋设深度为0.2-0.5m，井间距为2-5m，水平覆盖整个污染区域表层。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其中，所述的系统还包含设置在需要修复的污染区域外围的止水帷幕，所述的止水帷幕由双轴或者三轴混凝土搅拌桩构成，所述的混凝土搅拌桩从地面向地下垂直设置并形成墙式结构将污染区域包围，其深度比污染区域的深度深1-2m，所述的混凝土搅拌桩设有双层，内层采用气泡混凝土，外层采用普通混凝土，所述的内层紧靠污染区域范围设置，外层与内层之间的距离优选为45～55cm，外层与内层之间还可以设置井点降水设施。即，通过在原位修复区域外围设置止水帷幕的形式来实现地下水流。止水帷幕采用双轴或者三轴混凝土搅拌桩，深度从地表直至污染区域底部下1-2米处。采用双层的混凝土搅拌桩，第一层紧靠修复区域布设，采用气泡混凝土进行搅拌桩施工，第二层设置在第一层外围约50cm处，采用普通混凝土进行搅拌桩施工。在两层搅拌桩间设置井点降水设施，降水深度至污染区域底部下1-2米。所述的井点降水设施包含从地面向地下垂直设置的降水井，以及设置在地面上并与降水井连接的抽水泵。降水井是为降低地下水位打的井，打完后连接抽水泵抽取地下水，降低地下水的水位。混凝土搅拌桩是软基处理的一种有效形式，是一种将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。普通混凝土(normal concrete)一般指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。气泡混凝土(Foamed Cement)是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其中，所述的系统还包含设置在污染场地的地面上的覆盖污染区域的混凝土层，混凝土层的水平设置范围比污染区域的相应边缘均多出1～2m，并与所述的混凝土搅拌桩密封连接。所述的混凝土层分为上下两层；下层为气泡混凝土，厚度为15-30cm；上层为普通混凝土，厚度为10-20cm。所述的混凝土层在设置竖井式抽提井的位置预留相应的孔洞，所述的孔洞内设有预埋套管，竖井式抽提井穿过所述的预埋套管并与预埋套管之间在混凝土固化后填充膨润土进行密封。即，通过在原位修复区域表面设置混凝土层的形式来实现土壤气体控制，地表混凝土层水平范围多出修复区域各侧1-2米，与混凝土搅拌桩密封连接。混凝土层设两层，下层为气泡混凝土，厚度15-30cm；上层为普通混凝土，厚度10-20cm。在安装过程中混凝土层在所有竖井式抽提井的位置或其他管道穿过的位置预留孔洞，孔内设置预埋套管，优选为钢制预埋套管或铁环，竖井式抽提井穿过预埋套管，预埋套管与井管间在混凝土固化后通过填充膨润土来密封。

本发明提供的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统具有以下优点：

该系统用于污染场地原位热脱附修复的真空抽提、换热冷凝和气液分离，属于燃烧式原位热脱附修复技术中的一个必要组成部分，具有场地地下水流易控制、土壤气体可有效捕集、污染物冷凝回收及废水废气处理效率高、系统设备简单安全可靠、二次污染可控、修复效果好、修复后污染物浓度不反弹等突出优点，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统的结构示意图。

图2为本发明的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统的抽提井管的结构示意图。

图3为本发明的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统的横井式抽提井的截面放大图。

图4为本发明的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统的横井式抽提井的剖面局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

如图1所示，本发明提供的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，包含抽提井群、换热冷凝装置、气液分离装置、真空泵3以及管道；抽提井群通过管道与换热冷凝装置连接，连接抽提井群的管道连接换热冷凝装置的前端入口，气液分离装置设置在换热冷凝装置的后端，在换热冷凝装置和气液分离装置之后即整个系统的末端设置真空泵3。抽提井群包含若干抽提井管2，抽提井管2包含垂直安装在污染场地内的若干竖井式抽提井4，以及水平安装在污染区域5表层土壤内的若干横井式抽提井6。竖井式抽提井4和横井式抽提井6垂直交错分布在同一片污染场地内并覆盖整个污染区域5。抽提井群通过系统末端的真空泵3产生的吸力进行真空抽提。

换热冷凝装置和气液分离装置组成多级冷凝分离单元；换热冷凝装置包含蒸发式空冷塔25和气液换热器26；气液分离装置为惯性气液分离器。

多级冷凝分离单元的各级之间依次连接；第一级包含连接抽提井群的管道和安装在管道后的一个惯性气液分离器；第二级包含蒸发式空冷塔25和安装在蒸发式空冷塔25后的一个惯性气液分离器；第三级包含气液换热器26和安装在气液换热器26后的一个惯性气液分离器。也就是说，可以灵活地设置多级冷凝分离单元。第一级冷凝分离利用大气对地面抽提井管2的自然冷却作用，后接一个惯性式气液分离器即一级气水分离器28；第二级冷凝分离以蒸发式空冷塔25作为换热冷凝装置，后接一个惯性式气液分离器即二级气水分离器29；第三级冷凝分离以气液换热器26作为换热冷凝装置，利用冷水机组27提供的低温冷冻水作为冷媒，后接一个惯性式气液分离器即三级气水分离器30。气液分离装置分离出的冷凝液体通过提升泵36输送至废水处理单元。

多级冷凝分离单元其后设置真空泵3，在真空泵3与多级冷凝分离单元之间还设有除雾塔31。通过多级冷凝分离单元冷凝分离后的不凝气经除雾塔31后与真空泵3连接，再经真空泵3送入后续废气处理单元。废气处理单元主要为活性炭吸附塔，真空泵3采用具有一定的过流升温能力的干式的爪式或者罗茨式真空泵。

如图2所示，抽提井群是通过通过耐热金属软管连通至抽提总管1，通过抽提总管1将抽提井管2与多级冷凝分离单元连接，组成抽提井群；抽提井管2上分别开设若干沿井管方向间隔均匀的筛孔或筛缝7。

竖井式抽提井4分别安装在污染场地中预先设置的由地面向下的若干土孔内；竖井式抽提井4在平面布置上以三角形或者正方形的形式布置，井间距为1-3m；竖井式抽提井4的井管上开设若干沿井管方向间隔均匀的筛孔或筛缝7；筛孔或筛缝7在井管上的设置跨度垂直覆盖整个污染区域5并比污染区域5底部深0.3-0.5m，井管的底部设有底盖8，底盖8厚度约30cm。井管在污染区域5上方到地面之间的部分不开设筛孔或筛缝7，即上部非污染区域为不开孔的井管。竖井式抽提井4的井管的外侧壁与土孔的内侧壁之间填充有石英砂12并在石英砂12顶部填充膨润土13至地面进行封孔。石英砂12的填充高度与竖井式抽提井4的井管上筛孔或筛缝7的设置跨度范围基本一致。

竖井式抽提井4包含伴生抽提井9和独立抽提井10两种，每个伴生抽提井9与一个加热井11设置在一个土孔内，其底部比加热井11底部的深度超出1m左右；每个独立抽提井10单独设置在一个土孔内，独立抽提井10设立在加热井11之间。优选地，竖井式抽提井4在平面布置上以三角形或者正方形的形式布置。加热井11为管式结构，其与制造热风的热风炉连接，热风炉产生的高温热风通过引风机的负压作用引入加热井11进行加热，高温热风通过加热井11与土壤完成间接换热，从而通过热传导的方式来提高加热井11的井管周边的土壤和/或地下水温度，完成换热的热风采用引风机排出。

伴生抽提井9的井径为25-40cm；伴生抽提井9的顶端在地面外设有一个三通14，即伴生抽提井9伸出地面后设置一个三通14，三通14的两个出口端均设置阀门，其中一个出口端设有第一阀门15，连接抽提总管1，另一个出口端设有第二阀门16，直通大气或压缩空气气源。在真空抽提系统运行初始阶段，打开伴生抽提井9与抽提总管1之间的第一阀门15，关闭与大气或压缩空气气源连接的第二阀门16；在系统运行中后期，关闭与抽提总管1之间的第一阀门15，打开伴生抽提井9与大气或压缩空气气源连接的第二阀门16，从大气吸入新鲜空气或者注入压缩空气作为扰动风。

独立抽提井10的井径为80-100cm，独立抽提井10与抽提总管1相连。独立抽提井10与抽提总管1之间设有第三阀门17。

横井式抽提井6分别设置在污染区域5表层土壤中挖设的若干水平沟槽18内，横井式抽提井6的井径为45-55cm，优选为50cm，横井式抽提井6到地面的埋设深度为0.2-0.5m，井间距为2-5m，水平覆盖整个污染区域5表层。

横井式抽提井6的井管上开设若干沿井管方向间隔均匀的筛孔或筛缝7，井管两端分别设有支管19，通过支管19与抽提总管1相连，支管19上设有切换阀门20。井管的外侧壁与土壤之间填充有石英砂12，石英砂12上方的沟槽18内填充膨润土13。参见图3和图4所示。

抽提井群抽提出的土壤气体可直接送入热风炉的二次风进口进行燃烧处理，或者经过多级冷凝分离单元冷凝回收部分污染物后再送入热风炉的二次风进口进行燃烧处理，或者经过多级冷凝分离单元冷凝回收部分污染物后再通过废气处理后达标排放。

该系统还包含设置在需要修复的污染区域5外围的止水帷幕，止水帷幕由双轴或者三轴混凝土搅拌桩32构成，混凝土搅拌桩32从地面向地下垂直设置并形成墙式结构将污染区域5包围，其深度比污染区域5的深度深1-2m，混凝土搅拌桩32设有双层，内层33采用气泡混凝土，外层34采用普通混凝土，内层33紧靠污染区域5范围设置，外层34与内层33之间的距离优选为45～55cm，外层34与内层33之间还设有井点降水设施。即，通过在原位修复区域外围设置止水帷幕的形式来实现地下水流。止水帷幕采用双轴或者三轴混凝土搅拌桩32，深度从地表直至污染区域5底部下1-2米处。采用双层的混凝土搅拌桩32，第一层紧靠修复区域布设，采用气泡混凝土进行搅拌桩施工，第二层设置在第一层外围约50cm处，采用普通混凝土进行搅拌桩施工。在两层搅拌桩间设置井点降水设施，降水深度至污染区域5底部下1-2米。井点降水设施包含从地面向地下垂直设置的降水井35，以及设置在地面上并与降水井35连接的抽水泵。降水井35是为降低地下水位打的井，打完后连接抽水泵抽取地下水，降低地下水的水位。混凝土搅拌桩32是软基处理的一种有效形式，是一种将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。普通混凝土(normal concrete)一般指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。气泡混凝土(Foamed Cement)是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。

该系统还包含设置在污染场地的地面上的覆盖污染区域5的混凝土层21，混凝土层21的水平设置范围比污染区域5的相应边缘均多出1～2m，并与混凝土搅拌桩32密封连接。混凝土层21分为上下两层；下层22为气泡混凝土，厚度为15-30cm；上层23为普通混凝土，厚度为10-20cm。混凝土层21在设置竖井式抽提井4的位置预留相应的孔洞，孔洞内设有预埋套管24，竖井式抽提井4穿过预埋套管24并与预埋套管24之间在混凝土固化后填充膨润土13进行密封。即，通过在原位修复区域表面设置混凝土层21的形式来实现土壤气体控制，地表混凝土层21水平范围多出修复区域各侧1-2米，与混凝土搅拌桩32密封连接。混凝土层21设两层，下层22为气泡混凝土，厚度15-30cm；上层23为普通混凝土，厚度10-20cm。在安装过程中混凝土层21在所有竖井式抽提井4的位置或其他管道穿过的位置预留孔洞，孔内设置预埋套管24，优选为钢制预埋套管或铁环，竖井式抽提井4穿过预埋套管24，预埋套管24与井管间在混凝土固化后通过填充膨润土13来密封。

下面结合实施例对本发明提供的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统做更进一步描述。

实施例1

用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，包含抽提井群、换热冷凝装置、气液分离装置、真空泵3以及管道；抽提井群通过管道与换热冷凝装置连接，连接抽提井群的管道连接换热冷凝装置的前端入口，气液分离装置设置在换热冷凝装置的后端，在换热冷凝装置和气液分离装置之后即整个系统的末端设置真空泵3。抽提井群包含若干抽提井管2，抽提井管2包含垂直安装在污染场地内的若干竖井式抽提井4，以及水平安装在污染区域5表层土壤内的若干横井式抽提井6。竖井式抽提井4和横井式抽提井6垂直交错分布在同一片污染场地内并覆盖整个污染区域5。抽提井群通过系统末端的真空泵3产生的吸力进行真空抽提。

真空抽提由地面上的真空泵3和安装在场地内的抽提井管2来实现，通过真空泵3运行产生的负压将从土壤介质中分离出来的污染物以地下水或者土壤气体的形式经抽提井通过抽提总管1抽出至地面进行处理。真空抽提系统一般先于加热进行地下水的抽提运行，将污染区域5地下水尽可能多地抽出地面后送废水处理系统处理，以节省后续加热地下水所需消耗的能量，降低处理负荷。抽提井一般为不锈钢材质，分两种形式，一种为竖井式抽提井4，垂直安装在污染场地内；一种为横井式抽提井6，水平安装在污染区域5表层土壤内。

竖井式抽提井4又分两种形式，一种为与加热井11设置在同一个土孔内的伴生抽提井9，井径在25-40cm，与加热井11的深度相同；一种为设立在加热井11之间的独立抽提井10，井径在80-140cm，比加热井11的深度超出1m。竖井式抽提井4井管上开筛孔或筛缝7，开孔跨度垂直覆盖整个污染区域5并比污染区域5底部还要深出约0.3-0.5m，此外还应加厚度约30cm的底盖8，底盖8由不开孔的井管及其下的闷头构成，上部非污染区域为不开孔的井管。独立抽提井10直接与抽提总管1相连；独立抽提井10与抽提总管1之间设有第三阀门17。伴生抽提井9伸出地面后设置一个三通14，两端出口均设置阀门和法兰，一端设有第一阀门15，连接抽提总管1，另一端设有第二阀门16，直通大气或连接压缩空气气源。在系统设计时可优化抽提井管2的分布，通过伴生抽提井9与独立抽提井10的设置，分别强化系统“热点”和“冷点”污染物的抽提收集。

在系统运行初始阶段，加热井11周边土壤中污染物浓度比较高，土壤温度在加热井11作用下又能很快上升，大量污染物会从土壤固相转移至土壤气体中。考虑到独立抽提井10离这个区域又比较远，土壤气体中的污染物单单靠独立抽提井10很难有效捕集。这时需要打开伴生抽提井9与抽提总管1之间的第一阀门15，关闭与大气或压缩空气气源连接的第二阀门16，通过真空作用经伴生抽提井9快速排出该区域土壤气体中的污染物，防止污染物逸出进入大气造成二次污染。此外由于该区域温度比较高，通过伴生抽提井9集中于加热井11附近的部分污染物能在热的作用下发生热解或者水解等反应而被消耗，从而可以有效降低后续地面污染处理设施的负荷。在系统运行中后期，加热井11周边土壤温度会首先达到目标温度，土壤中污染物浓度已经得到显著降低，而距离加热井11较远的区域土壤温度尚未能达到目标温度。此时需要关闭与抽提总管1之间的第一阀门15，打开伴生抽提井9与大气或压缩空气气源连接的第二阀门16，间歇注入压缩空气，或者通过独立抽提井10在地下产生的真空抽吸作用可以经伴生抽提井9从大气抽一部分新鲜空气进入地下，从而增加了加热井11与独立抽提井10间土壤的热对流作用，提高传热效果，有助于远离加热井11区域的土壤快速升温。同时，经伴生抽提井9进入地下土壤的压缩空气还可以起到扰动风的作用，降低土壤颗粒表面微环境上土壤气体中污染物的浓度，从而降低其分压，可以促进土壤吸附的污染物的解吸，提高修复效果。

横井式抽提井6分别设置在污染区域5表层土壤中挖设的若干水平沟槽18内，埋深在0.3-0.5m左右，井径一般在50cm左右，井间距一般在2-5m，需要覆盖整个污染区域5表面。井管上开筛孔或筛缝7，井管两端通过支管19与抽提总管1相连，主要用于捕集竖井式抽提井4未能捕集到的土壤气体，进一步实现对土壤污染物向地表逸散的控制，有效防止二次污染。支管19上设有切换阀门20。

根据目标污染物性质的不同，抽提出的土壤气体可以直接送入热风炉二次风进口进行燃烧处理，或者经过冷凝回收部分污染物后再送入热风炉二次风进口进行燃烧处理，或者经过冷凝回收部分污染物后再通过废气处理系统后达标排放。将抽提出的目标污染物送入热风炉内回燃不仅可以取消废气处理系统，还可以回收有机污染物的热值，节能降耗。

根据实际情况灵活设置多级冷凝分离单元对抽提出的土壤气体进行预处理，先行去除大部分污染物负荷，减轻后续废气处理设施压力。抽提井群是通过通过耐热金属软管连通至抽提总管1，通过抽提总管1将抽提井管2与多级冷凝分离单元连接，组成抽提井群。多级冷凝分离单元包括换热冷凝装置和气液分离装置。第一级冷凝分离可以利用大气对地面抽提总管1的自然冷却作用，后接一个惯性式气液分离器即一级气水分离器28，预先分离出较高温度的冷凝液，降低后续冷凝分离的热负荷。第二级冷凝分离以蒸发式空冷塔25作为换热冷凝装置，管式换热器置于塔内，通过流通的空气、喷淋水与循环水的热交换保证降温效果，将土壤气体进一步降温和冷凝污染物，并通过后置的惯性式气液分离器即二级气水分离器29将冷凝液分离出来。第三级冷凝分离以气液换热器26作为换热冷凝装置，利用冷水机组27提供的低温冷冻水作为冷媒通过间接换热器更进一步的降低土壤气体温度和深度冷凝污染物，并通过后接的惯性式气液分离器即三级气水分离器30降冷凝液分离出来。气液分离装置分离出的冷凝液体通过提升泵36输送至废水处理单元。

经过冷凝分离后的不凝气经除雾塔31后与真空泵3连接，再经真空泵3送入后续废气处理单元。废气处理单元主要为活性炭吸附塔，通过吸附作用除去不凝气中的剩余污染物后达标排放大气。除雾塔31主要用于去除不凝气体残余的细小液滴，进一步降低后续废气处理单元的处理负荷，提高活性炭吸附效率，同时保护真空泵3免受液体腐蚀。真空泵3采用干式的爪式或者罗茨式真空泵3，具有一定的过流升温能力，真空泵3出口气体温度稍有升高，但是会大大降低气体的相对湿度，有助于后续废气处理单元活性炭吸附效率。

通过在原位修复区域外围设置止水帷幕的形式来实现对处理区域地下水流的控制。止水帷幕一般采用双轴或者三轴混凝土搅拌桩32，深度从地表直至目标污染区域5底部下1-2米处。通常采用双层的混凝土搅拌桩32，第一层即内层33紧靠修复区域布设，采用气泡混凝土进行搅拌桩施工，第二层即外层34设置在第一层外围约50cm处，采用普通混凝土进行搅拌桩施工。第一层气泡混凝土搅拌桩32利用混凝土体内相对独立的封闭气泡及良好的整体性主要起到隔水以及隔热的效果，防止外围地下水进入处理区域的同时尽量降低热修复处理区域向四周的热损失。第二层普通混凝土搅拌桩32主要起到隔水的作用，防止外围地下水进入处理区域。为了防止混凝土搅拌桩32施工缺陷或者意外破裂而导致的地下水进入，还可在两层搅拌桩间设置井点降水设施，降水深度至污染区域5底部下1-2米，通过有限的降水确保外围地下水不会进入处理区域。井点降水设施包含从地面向地下垂直设置的降水井35，以及设置在地面上并与降水井35连接的抽水泵。

通过在原位修复区域表面设置混凝土层21的形式来实现对处理区域地表径流的控制以及土壤气体的控制。地表混凝土层21水平范围一般会超出修复区域各侧1-2m，与混凝土搅拌桩32密封连接。混凝土层21设两层，下层22为气泡混凝土，厚度15-30cm，主要起到隔水、隔气以及隔热的效果，防止地表雨水等进入处理区域，防止土壤气体外逸或者防止外围空气进入抽提系统，同时尽量降低热修复处理区域向上的热损失；上层23为普通混凝土，厚度10-20cm，主要起到隔水和隔气的效果。

安装在地下的加热井11和竖井式抽提井4均会向上穿过混凝土层21后与地面设施连接。在安装过程中混凝土层21在所有管道穿过的位置均预留孔，孔内设置铁环24，加热井11和竖井式抽提井4穿过铁环24，铁环24与井管间待混凝土固化后通过填充膨润土13来密封。这样可以有效降低加热过程中由于土壤和管件热膨胀造成混凝土体破裂，影响密封效果。

实施例2

用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，包含抽提井群、换热冷凝装置、气液分离装置、真空泵3以及管道；抽提井群通过管道与换热冷凝装置连接，连接抽提井群的管道连接换热冷凝装置的前端入口，气液分离装置设置在换热冷凝装置的后端，在换热冷凝装置和气液分离装置之后即整个系统的末端设置真空泵3。抽提井群包含若干抽提井管2，抽提井管2包含垂直安装在污染场地内的若干竖井式抽提井4，以及水平安装在污染区域5表层土壤内的若干横井式抽提井6。竖井式抽提井4和横井式抽提井6垂直交错分布在同一片污染场地内并覆盖整个污染区域5。抽提井群通过系统末端的真空泵3产生的吸力进行真空抽提。

原位热修复区域经过加热后产生的土壤气体通过抽提井群收集，包括两种安装形式，一种为竖井式抽提井4，垂直安装在污染场地内；一种为横井式抽提井6，水平安装在污染区域5表层土壤内；抽提井管2采用不锈钢材质。

竖井式抽提井4又分为伴生抽提井9与独立抽提井10两种形式，伴生抽提井9井径25cm，与加热井11设置在一个土孔内，安装深度一致，顶端设置三通14，两端出口均设置阀门，一端设有第一阀门15，连接抽提总管1，另一端设有第二阀门16，连接压缩空气气源；独立抽提井10井径100cm，设置在加热井11之间(距离附近热源最远的“冷点”)，根据场地条件均匀布置，安装深度超过修复深度1m，在加热前作为降水井使用；降水井是为降低地下水位打的井，打完后放入水泵抽取地下水，降低地下水的水位。通过在系统设计时优化伴生抽提井9与独立抽提井10的分布设置，以及在加热运行的不同阶段调节伴生抽提井9与独立抽提井10与抽提井管2之间的第三阀门17，分别强化系统“热点”和“冷点”污染物的抽提收集。

加热运行初始阶段，在高温作用下，加热井11周边土壤中大量污染物会从土壤固相转移至土壤气体中，这部分污染物通过独立抽提井10很难有效捕集，需要打开伴生抽提井9与抽提总管1之间的第一阀门15，关闭与压缩空气气源连接的第二阀门16，通过真空作用经伴生抽提井9快速排出加热井11周边区域土壤气体中的污染物；加热运行中后期，加热井11周边区域土壤已经达到目标温度，污染物浓度显著降低，需要关闭与抽提总管1之间的第一阀门15，间歇打开伴生抽提井9与压缩空气气源连接的第二阀门16注入压缩空气，增了加热井11与独立抽提井10间土壤的热对流作用，提高传热效果，加速“冷点”升温；同时，经伴生抽提井9进入地下土壤的新鲜空气还可以起到扰动风的作用，降低土壤颗粒表面微环境上土壤气体中污染物的浓度(分压)，促进土壤污染物的脱附，提高修复效果。

横井式抽提井6埋深0.2m，井径为50cm，井间距2m，需要覆盖整个污染区域5表面。井管两端通过支管19与抽提总管1相连，并设置切换阀门20，可以根据运行工况选择是否接入抽提系统。横井式抽提井6主要用于捕集竖井式抽提井4未能捕集到的土壤气体，实现对土壤污染物向地表逸散的控制，有效防止二次污染。

竖井式抽提井4的井管和横井式抽提井6的井管均为开孔金属管，其中，抽提井管2的开孔管段自地面以下0.5m起向下直至底部以上0.3m处，水平抽提管除管道连接处外均为设有筛孔或筛缝7的开孔或切缝管段。

根据实际情况设置多级冷凝分离工艺对抽提出的土壤气体进行预处理，先行去除大部分污染物负荷，减轻后续废气处理设施压力。

抽提井群通过耐热金属软管连通至抽提总管1，抽提总管1按一定坡度设计，低处连接至一级气水分离器28，利用周边环境空气自然冷却，一级气水分离器28分离出的冷凝液体通过提升泵36输送至废水处理单元，不凝气进入后续冷凝分离系统。

采用蒸发式空冷塔25作为主要换热冷凝工艺设备，前序单元的不凝气体进入蒸发式空冷塔25的冷凝盘管，冷却水经水泵提升和喷嘴喷洒，在盘管外形成水膜，通过蒸发和热交换吸收高温气体热量；运行过程中，通过蒸发器顶部的轴流风机强制通风增强蒸发能力；冷凝液出口管道按一定坡度设计，低处连接至二级气水分离器29，分离出的冷凝液通过提升泵36输送至废水处理单元，不凝气进入后续冷凝分离系统。

采用气液换热器26与冷水机组27作为深度换热冷凝工艺设备，经过蒸发式空冷塔25并经气液分离后的剩余不凝气，通过气液换热器26与冷水机组27提供的低温冷冻水发生热交换，进一步降低气体温度，提高冷凝效率；冷凝液出口管道按一定坡度设计，低处连接至三级气水分离器30，分离出的冷凝液通过提升泵36输送至废水处理单元，不凝气进入除雾塔31中去除气体中的剩余细小液滴，随后通过干式真空泵3排出至废气处理单元；气液换热器26前后设置冷凝气体的超越管道与阀门，可根据运行情况灵活选择是否启用。

此外，根据目标污染物性质的不同，抽提出的土壤气体也可以通过阀门切换选择直接接入热风炉二次风进口管道进行燃烧处理；或者经过冷凝回收部分污染物后再送入热风炉二次风进口管道进行燃烧处理。将抽提出的目标污染物送入热风炉内回燃不仅可以取消废气处理系统，还可以回收有机污染物的热值，节能降耗。

原位修复区域外围通过设置止水帷幕实现对外围地下水流的控制，止水帷幕深至地下隔水层，并达到目标修复深度以下2m；止水帷幕采用双轴混凝土搅拌桩32施工，并设置双层结构；第一层即内层33紧靠修复区域边缘布设，采用气泡混凝土进行搅拌桩施工；第二层即外层34设置在第一层外围约0.5m处，采用普通混凝土进行搅拌桩施工；同时，为防止混凝土搅拌桩32施工缺陷或者意外破裂而导致的地下水渗入，在两层搅拌桩间设置降水井35，降水深度至污染区域5底部下2m，通过有限的降水就能确保外围地下水不会进入修复区域。

止水帷幕建设好后，根据加热井11与竖井式抽提井4的布置进行井孔钻探；每完成一个井孔的钻探，立即进行该口井的井管安装，井管就位后，井孔中填入2-5mm粒径的石英砂12直至地面以下300mm，并填充膨润土13至地面进行封孔。

完成加热井11与竖井式抽提井4的安装后，在原位修复区域进行降水，即通过水泵抽取地下水，降低地下水的水位。降水深度为修复深度以下至少1m；设有独立抽提井10的修复场地，可将独立抽提井10在修复前期作为降水井35使用。

降水完成后，在井群间隙布置并开挖100mm宽200mm深的横井式抽提井6沟槽18，沟槽18内铺设10cm厚2-5mm粒径的石英砂12，并在砂层中间布设安装横式抽提井管2，并填充10cm厚的膨润土13进行沟槽18封闭；沟槽18开挖产生的土壤铺平在未开挖区域。

完成横式抽提沟槽18的安装后，在原位修复区域分先后铺设两层各20cm厚的混凝土层21，其中，与待修复土壤直接接触的混凝土层21即混凝土层21的下层22采用气泡混凝土进行制作，完成养护后再在上方铺设20cm厚的普通混凝土构成混凝土层21的上层23；在混凝土层21的铺设过程中，在竖井式抽提井4的井管周围预埋比井管直径大50mm的预埋套管24，优选为钢质预埋套管，其与井管间通过填充膨润土13密封，有效降低加热过程中由于土壤和管件热膨胀造成混凝土体破裂的可能性。

本发明提供的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，能够完成真空抽提、换热冷凝和气液分离，有效修复重污染、地质和水文地质条件复杂的污染场地，具有场地地下水流易控制、土壤气体可有效捕集、污染物冷凝回收及废水废气处理效率高、系统设备简单安全可靠、二次污染可控、修复效果好、修复后污染物浓度不反弹等突出优点。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其特征在于，所述的系统包含抽提井群、换热冷凝装置、气液分离装置、真空泵以及管道；所述的抽提井群通过管道与换热冷凝装置连接，气液分离装置设置在换热冷凝装置的后端，在换热冷凝装置和气液分离装置之后设置真空泵；

所述的抽提井群包含若干抽提井管，所述的抽提井管包含垂直安装在污染场地内的若干竖井式抽提井，以及水平安装在污染区域表层土壤内的若干横井式抽提井。

2.如权利要求1所述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其特征在于，所述的换热冷凝装置和气液分离装置组成多级冷凝分离单元；所述的换热冷凝装置包含蒸发式空冷塔和气液换热器；所述的气液分离装置为惯性气液分离器。

3.如权利要求2所述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其特征在于，所述的多级冷凝分离单元，其各级之间依次连接；

第一级包含连接抽提井群的管道和安装在管道后的一个惯性气液分离器；

第二级包含蒸发式空冷塔和安装在蒸发式空冷塔后的一个惯性气液分离器；第三级包含气液换热器和安装在气液换热器后的一个惯性气液分离器。

4.如权利要求3所述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其特征在于，所述的多级冷凝分离单元，其后设置真空泵，在真空泵与多级冷凝分离单元之间还设有除雾塔。

5.如权利要求3所述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其特征在于，所述的抽提井群通过抽提总管将抽提井管与多级冷凝分离单元连接，组成所述的抽提井群；抽提井管上分别开设若干沿井管方向间隔均匀的筛孔或筛缝。

6.如权利要求5所述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其特征在于，所述的抽提井管，其竖井式抽提井分别安装在污染场地中预先设置的由地面向下的若干土孔内；竖井式抽提井的井管的外侧壁与土孔的内侧壁之间填充有石英砂并在石英砂顶部填充膨润土至地面进行封孔。

7.如权利要求6所述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其特征在于，所述的竖井式抽提井包含伴生抽提井和独立抽提井两种，每个伴生抽提井与一个加热井设置在一个土孔内，每个独立抽提井单独设置在一个土孔内。

8.如权利要求5所述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其特征在于，所述的抽提井管，其横井式抽提井分别设置在污染区域表层土壤中挖设的若干水平沟槽内；井管两端分别设有支管，通过支管与抽提总管相连，井管的外侧壁与土壤之间填充有石英砂，石英砂上方的沟槽内填充膨润土。

9.如权利要求1～8中任意一项所述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其特征在于，所述的系统还包含设置在需要修复的污染区域外围的止水帷幕；所述的止水帷幕由双轴或者三轴混凝土搅拌桩构成；所述的混凝土搅拌桩从地面向地下垂直设置并形成墙式结构将污染区域包围，其深度比污染区域的深度深1-2m；所述的混凝土搅拌桩设有双层，内层采用气泡混凝土，外层采用普通混凝土。

10.如权利要求9所述的用于污染场地原位热脱附修复的抽提冷凝和气液分离系统，其特征在于，所述的系统还包含设置在污染场地的地面上的覆盖污染区域的混凝土层，混凝土层的水平设置范围比污染区域的相应边缘均多出1～2m，并与所述的混凝土搅拌桩密封连接。