CN107639104A - 多相土壤气相抽提器 - Google Patents

Abstract

本发明通过四种结构的设备用于移除包气带中大量的残留物和气相挥发性有机化合物，以及被挥发性有机化合物污染的包气带下的地下水。

Description

多相土壤气相抽提器

技术领域

多相土壤抽提系统是对准饱和地下或者包气带中土壤和地下水的抽提，包括地下水位。

背景技术

多相土壤抽提针对饱和带、包气带以及地下水中的污染物，修复包括溶解的污染物、气相污染物、残余污染物以及非水相污染物等，但是传统的地下水的修复率不高，不能对浅层漂流物、自由相进行修复。

发明内容

本发明主要用于移除包气带中大量的残留物和气相挥发性有机化合物，以及被挥发性有机化合物污染的包气带下的地下水。实现上述目的的技术方案如下：

多相土壤气相抽提器，以地表面为基准、在地表面下挖置通风井，通风井内插入插管，插管的下端放置井筛，井筛用于过滤抽提气体，插管和井筛与通风井的内壁之间间隔有距离，间隔的距离形成填充介质的空间，插管和井筛被包围在介质之中被密封，井筛的底部一直延伸到包气带、地下水位之上；

其中，插管的上端安装至少具有一个出口的出气接头，其中出气接头的一个出口与引风机连通，引风机通过插管将通风井内的气体抽提出来，抽提出来的气体通过焚烧炉或者炭吸附器进行处理，使之形成干净的空气。

使用本发明能够自动修复土壤和地下水，多相土壤抽提针对饱和带、包气带以及地下水中的污染物，修复包括溶解的污染物、气相污染物、残余污染物以及非水相污染物等。

附图说明

图1为实施例一示意图

图2为实施例二示意图

图3为实施例三示意图

图4为实施例四示意图

附图序号说明：插管1、井筛2、砾石3、底盖3、膨润土4、硅沙5、原状土6、底盖7、分管一8、阀门9、空气流量测量口10、分管二11、孔测口12、橡胶塞13、金属板14、紧定螺钉15、潜水泵16、出气管17、液环泵18、水泥浆19、液体环式泵20、混凝土21、吸管23

具体实施方式

多相土壤抽提系统是对准饱和地下或者包气带中土壤和地下水的抽提，多相土壤气相抽提通过连接到密封井筛的真空器来降低地表的气流，这项技术被用于移除包气带中大量的残留物和气相挥发性有机化合物，以及被挥发性有机化合物污染的包气带下的地下水。

挥发，加上后来的空气对流，是地下土壤修复的主要去除机制。多相土壤气相抽提是有利于土壤修复的，它为传统的修复场地的开挖提供了另外一种可行方案，并且与传统的抽泵再处理的方式相比，是一种更高效率的处理地下污水的途径。多相土壤气相抽提典型地被运用于生产井，加上一些井筛延伸到地下水位或下方，真空抽提出土壤和蒸汽，增强地下水的修复。

液态流动率由于所运用的气压梯度的增加而增加。

在一些配置中，真空增加井泵周围的减少率，无需降低地下水位在抽井中使用真空器可以增强水力梯度，水力梯度的定义是两个点之间的水头差除以它的路径的长度，当涂层表面被最大化时，水压头的区别不会因为水位的降低而增加。因此，水力梯度被增加，从而实现地下水的抽提率。

总体来说，如果说标准的土壤气相抽提(主要用于土壤的土壤气相抽提技术)和地下水抽出处理技术都是潜在的运用技术，那么多相土壤气相抽提技术应该被认为是较好的处理方案。

多相土壤气相抽提可以有多种配置设计和执行方案。主要的四种多相土壤抽提系统有：仅仅气象抽提、单泵、双泵和生物漱洗，双泵和生物漱洗是用于恢复自由基的单泵配置的一种变形。

下面结合附图对本发明做详细的说明。

实施例一：仅仅气象抽提

在仅仅用于土壤气相抽提的这套配置中，自由基或者水位的修复不在考虑的范围内。目标在于仅仅捕获土壤气相、抽提通风井中的污染气相。

如图1所示，以地表面为基准、在地表面下挖置通风井，通风井内插入插管1，所述插管1采用直径为5.08厘米的聚氯乙烯管，插管1的下端设置井筛2，井筛2的底部一直延伸到包气带、地下水位之上，井筛2用于过滤抽提气体，降低地表的气流。插管1和井筛2与通风井的内壁之间间隔有距离，间隔的距离形成填充介质的空间，本发明中需要保证通风井中上部的外界空气中的空气、蒸汽等不会被抽入通风井中，所以我们用水泥浆等物质来封住通风井的顶部，而且以同样的效果封住通风井的底部，从而来集中真空到开槽的井筛的边缘。本发明使用自然填充的方式从井的顶部开始封住，而且膨润土的填充可以使物质的密度更加紧密，然后在上方的天然土壤起到一个密封点的作用。开槽井筛周围的填砾石作为一种天然砂过滤、筛选进入井筛的物质，可以处理土壤中的任何微米级的颗粒物质。下述几个实施例中填充介质的作用与本发明中的作用相同。

填充介质将插管1和井筛2周围的空间密封。其中插管1周围的密封介质为从上往下，上部的介质为膨润土、砾石3、密封塞中的任意一种，下部的介质为膨润土4，井筛2周围的密封介质为6-9号硅沙5，硅沙5的外面为原状土6，插管1和井筛2被包围在介质之中密封。其中地表面至井筛2上端位置在213.36-274.32厘米之间。插管1底部设置底盖7，底盖7将井筛2固定在插管1内，且底盖7上设置透气孔，方便土壤中的气体被抽提出来。

其中，插管1的上端安装至少具有一个出口的出气接头，优选出气接头为三通管，三通管与插管之间可以设置聚氯乙烯耦合器，其中三通管的主管与插管1连通，三通管的分管一8与引风机连通，引风机通过插管1将通风井内的气体抽提出来，抽提出来的气体通过焚烧炉或者炭吸附器进行处理，使之形成干净的空气，同时分管8一上设置阀门9，所述阀门9控制抽提气体的排放和气体流速，分管一8的前端还设置空气流量测量口10，方便检测空气流量。三通管的分管二11设置测孔口12，孔测口12上安装球形阀。本发明中测孔口可以方便接入别的设备进行各种测试。井筛与插管之间可以通过90度粘合的管道配件来连接。

井筛2一直延伸到9米x 12米的包气带，水位上方，插管1内的真空率控制在255毫米汞柱左右，由地面真空鼓风机发力，引风机产生吸力，通风井内土壤中的气相因为吸力被向上抽提，气相通过井筛2过滤掉杂质，干净的气相顺着插管1被排出，排出的气相进入焚烧炉或者炭吸附器进行处理。焚烧炉可以是直燃式焚烧炉、再生焚烧炉。

这项技术被用于移除包气带中大量的残留物和气相挥发性有机化合物，以及被挥发性有机化合物污染的包气带下的地下水。

实施例二：单泵配置

如图2所示，以地表面为基准、在地表面下挖置通风井，通风井底部放置井筛2，井筛2用于过滤抽提物质，且通风井的井口处安装密封装置，插管1从密封装置内插入，插管1的底部插入井筛2内，并且插管1底部一直延伸至地下水位和自由基水位之下，插管1底部延伸至地下水位和自由基水位之下的距离为地平面之下9-12毫米，地表面之上的插管1自由端通过三通管连通抽水泵，抽水泵产生强力真空和液体吸力，使地下水和自由基通过插管1被吸附上来，所述抽水泵为液环泵、喷射泵、鼓风机、或者真空抽水泵中的任意一种，本发明中三通管的主管连通插管1，三通管的分管一8连通抽水泵，且分管一8和分管二11上安装阀门，所述阀门控制抽提物质的排放。

其中，插管1与通风井的内壁之间间隔有距离，间隔的距离形成填充介质的空间，其中从上往下、在空间内依次填充各种介质，例如6-9号的硅砂，膨润土等，本实施例可以使用实施例一的介质的填充方法，插管被包围在介质之中被密封。

抽水泵连通气液分离器，自由基和自由水相通过气液分离器分离，自由水相通过炭、离子交换树脂或者有机粘土进行吸附。

实施例二中，密封装置包括橡胶塞13，橡胶塞13的上下两端分别紧密贴合金属板14。上下两端的金属板14通过紧定螺钉15连接在一起。

启动真空泵，真空泵产生真空和吸力，自由基、地下水和通风井内的气体因为吸力被向上抽提，自由基、地下水和气体中的杂质通过井筛过滤掉，干净的自由基、地下水和气体顺着插管被抽出，抽出的自由基、地下水和气体进入地表的气液分离器，液体和气体通过液气分离器被分离，自由基被去除，自由水相通过炭、离子交换树脂或者有机粘土进行吸附处理。

本实施例既用于从一个单一的抽通风井中抽提液体，又用于抽提气体。且井筛和土壤气相抽通风井差不多，都可以采用10.16厘米井筛或0.08厘米井筛，井筛延伸到水位/自由基位，大约为地平面下9-12毫米。利用液环泵、喷射泵或者鼓风机产生强力真空和液体吸力。在这种情况下，为了真空作用，抽通风井被限于地平面下9毫米左右。为达到完整的真空，插管内应该达到同等的且与大气压力值相反的压力，或者10335kg/m2，约为82厘米汞柱。理论上讲，一个真空抽水泵只可以将水抽到等同大气压力的高度。因此，单泵配置通常被用于浅(低于9米)水位的修复。液体和气体在地表通过气液分离器进行分离，自由基将被去除，自由水相通过炭吸附、离子交换树脂或者有机粘土进行处理。

实施例三：双泵配置

深度的限制问题可以利用第三配置方案解决，双泵的多相土壤气相抽提系统，如图纸3所示。该系统利用潜水泵与用在井口的单独的真空器来处理地下水的恢复。通风井的建造和配置与单泵系统一样，利用6-9号硅砂密封井筛、用膨润土密封。

具体结构如下：以地表面为基准、在地表面下挖置通风井，通风井的井口处设置井盖，通风井的中部放置井筛2，井筛2位于静液面之下，井筛2与通风井的底部间隔有距离，插管1穿过井盖进入通风井内，并且穿过井筛2，插管1的底部安装潜水泵16，潜水泵16位于地下水位和自由基水位之下，对于自由基的恢复，或者轻非水相液体的应用，通常使用潜水泵16来恢复。井盖之上的插管自由端连通处理系统，潜水泵16抽提出的液体进入处理系统，所述处理系统将自由基去除；

其中井盖内还插入出气管17，地面之上的出气管17连通抽真空装置，抽真空装置为液环泵18或者鼓风机、真空泵、引风机，利用液环泵18或者鼓风机使通风井内形成真空的状态；其中，通风井的周围填充能够密封的介质，介质将通风井的周围密封。填充的介质从上往下依次是水泥浆19、液体环式泵20、水泥浆19、膨润土4、砾石3、水泥浆19，其中砾石位于静液面之下。液体环式泵20会产生真空，会通过水封闭来产生真空，本发明中通风井的底部为集水坑，表示通风井的自然下部对自由积水形成一个收集点，因为静水层只是高于开槽井筛管道层一点，所以天然的集水坑事实上会使水一点点汇集起来，如果井继续下降，更深，集水坑对于通风井内的水作为一个汇集区域。

所述处理系统为热氧化焚烧炉，被抽提出来的液体进入热氧化焚烧炉进行焚烧处理，使有害物质被分离，焚烧后的气体通过碳进行吸附，产生的自由基将被运出场外，水相通过碳、离子交换树脂或者有机粘土进行吸附处理。

液环泵18或者鼓风机、真空泵、引风机上安装电导率传感器，所述电导率传感器控制液环泵或者鼓风机产生真空的力度，以防止产生的真空失去正吸入压头，形成空洞。

使用的时候，启动潜水泵16，潜水泵16将地下水抽提出来，潜水泵抽提地下水的时候会产生液面的浮动，为了控制液面的浮动，启动液环泵，液环泵使通风井内形成真空的状态。

在本配置中，液体和气相是分开的。根据应用程序的不同，两个泵系统可以利用电动或风动潜水泵来处理地下水的恢复，利用液环泵或鼓风机产生真空。所抽提的液体将通过热氧化焚烧炉，再回收氧化焚烧炉或碳吸附来处理，自由基将被运出场外，水相将通过碳吸附技术、离子交换树脂或者有机粘土处理。

实施例四：生物漱洗

多相土壤气相抽提的最后一款配置为生物漱洗，这款配置和单泵的配置很像，这个配置在自由基修复这一方面更为有效率。生物漱洗系统从一个直径为5.08厘米的通风井中通过2.54厘米的管子里抽出水、轻非水相液体和空气。抽提的过程中液体和空气发出漱洗声。生物漱洗的次要目标为根据气流的增加而加强芳烃的生物递降分解，利用地面的液环泵、喷射泵或者真空泵、引风机、鼓风机来引导381毫米汞柱的真空，液体和空气通过气液分离器进行分离，如图4所示。

具体结构如下：以地表面为基准、在地表面下挖置通风井，通风井的周围填充介质，所述介质从地表面往下依次是混凝土21、膨润土4、砾石3，通风井的井口处设置井盖，并且通风井的井口高于地表面，通风井的底部放置井筛2，井筛2的顶部位于静液面之下，井筛2的底部安装聚氯乙烯帽，相当于底盖，聚氯乙烯帽将井筛2固定在插管1内。插管1穿过井盖进入通风井内，并且插入井筛2内，插管1的自由端连通吸管23，吸管23上安装液环泵18，吸管23的末端安装气液分离器，水、轻非水相液体和空气通过液环泵被抽提出来进入气液分离器进行分离。吸管23和/或高出地表面的通风井上安装真空测量仪24，真空测量仪测量吸管23内的真空度。

本发明上述几个实施例的结构，相比于现有技术，本发明具有如下优点：

由于多相土壤气相抽提技术的设计使用条件更高的真空，以低真空的方式通过本系统来抽提挥发性有机化合物和液体，多相土壤气相抽提技术的设计的影响半径更高。影响半径是真空力度(或真空范围)从多相土壤气相抽提井到井周围的影响区域的外边界。这就是抽真空装置超过通风井的位置的几米距离的原因。

(1)与其它传统水泵设备相比，增加地下水的修复率；

(2)增加独立修复井的影响半径；

(3)浅层漂流物、自由相的修复；

(4)毛细管边缘和沾污带的修复；

(5)位于地下水位上下的挥发物、残余相等污染物的修复；

(6)自动修复土壤和地下水。

以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围内。

Claims (10)

1.多相土壤气相抽提器，其特征在于：以地表面为基准、在地表面下挖置通风井，通风井内插入插管，插管的下端放置井筛，井筛用于过滤抽提气体，插管和井筛与通风井的内壁之间间隔有距离，间隔的距离形成填充介质的空间，插管和井筛被包围在介质之中被密封；井筛的底部一直延伸到包气带、地下水位之上；

其中，插管的上端安装至少具有一个出口的出气接头，其中出气接头的一个出口与引风机连通，引风机通过插管将通风井内的气体抽提出来，抽提出来的气体通过焚烧炉或者炭吸附器进行处理，使之形成干净的空气。

2.根据权利要求1所述的多相土壤气相抽提器，其特征在于：所述出气接头为三通管，三通管的分管一与引风机连通，且分管一上安装阀门和/或分管一上设置测量空气流量的测量口，所述阀门控制抽提气体的排放，三通管的分管二上设置测孔口，测孔口上安装阀门；其中，井筛周围的密封介质为6-9号硅沙；插管周围的密封介质为从上往下，上部的介质为膨润土、砾石、密封塞中的任意一种，下部的介质为膨润土；

其中，地表面至井筛上端位置在213.36-274.32厘米之间；

其中，插管底部设置底盖，底盖将井筛固定在插管内，且底盖上设置透气孔，方便土壤中的气体被抽提出来。

3.权利要求1所述的多相土壤气相抽提器的工作方法，其特征在于：启动引风机，引风机产生吸力，通风井内土壤中的气相因为吸力被向上抽提，气相通过井筛过滤掉杂质，干净的气相顺着插管被排出，排出的气相进入焚烧炉或者炭吸附器进行处理。

4.多相土壤气相抽提器，其特征在于：以地表面为基准、在地表面下挖置通风井，通风井底部放置井筛，井筛用于过滤抽提物质，且通风井的井口处安装密封装置，插管从密封装置内插入，插管的底部插入井筛内，并且插管底部一直延伸至地下水位和自由基水位之下，地表面之上的插管自由端连通抽水泵，抽水泵产生强力真空和液体吸力，使地下水和自由基通过插管被吸附上来；

其中，插管与通风井的内壁之间间隔有距离，间隔的距离形成填充介质的空间，其中从上往下、在空间内依次填充密封的介质，插管被包围在介质之中被密封。

5.根据权利要求4所述的多相土壤气相抽提器，其特征在于：抽水泵连通气液分离器，自由基和自由水相通过气液分离器分离，自由水相通过炭、离子交换树脂或者有机粘土进行吸附处理；

其中，所述抽水泵为液环泵、喷射泵、鼓风机、引风机、或者真空抽水泵中的任意一种；

其中，插管底部延伸至地下水位和自由基水位之下的距离为地平面之下9-12毫米；

其中，所述密封装置包括橡胶塞，橡胶塞的上下两端分别紧密贴合金属板。

6.权利要求4所述的多相土壤气相抽提器的工作方法，其特征在于：启动真空泵，真空泵产生真空和吸力，自由基、地下水和通风井内的气体因为吸力被向上抽提，自由基、地下水和气体中的杂质通过井筛过滤掉，干净的自由基、地下水和气体顺着插管被抽出，抽出的自由基、地下水和气体进入地表的气液分离器，液体和气体通过液气分离器被分离，自由基被去除，自由水相通过炭、离子交换树脂或者有机粘土进行吸附处理。

7.多相土壤气相抽提器，其特征在于：以地表面为基准、在地表面下挖置通风井，通风井的井口处设置井盖，通风井的中部放置井筛，井筛位于静液面之下，井筛与通风井的底部间隔有距离，插管穿过井盖进入通风井内，并且穿过井筛，插管的底部安装潜水泵，潜水泵位于地下水位和自由基水位之下，井盖之上的插管自由端连通处理系统，潜水泵抽提出的液体进入处理系统，所述处理系统将自由基去除；其中井盖内还插入出气管，地面之上的出气管连通抽真空装置，利用抽真空装置使通风井内形成真空的状态；

其中，通风井的周围填充具有密封功能的介质，介质将通风井的周围密封。

8.根据权利要求7所述的多相土壤气相抽提器，其特征在于：所述处理系统为热氧化焚烧炉，被抽提出来的液体进入热氧化焚烧炉进行焚烧，焚烧后的气体通过碳进行吸附，产生的自由基将被运出场外，水相通过碳、离子交换树脂或者有机粘土进行吸附处理；

其中，所述抽真空装置为液环泵或鼓风机；

其中，填充的介质从上往下依次是水泥浆、液体环式泵、水泥浆、膨润土、砾石、水泥浆，其中砾石位于静液面之下。

9.多相土壤气相抽提器，其特征在于：以地表面为基准、在地表面下挖置通风井，通风井的周围填充介质，通风井的井口处设置井盖，并且通风井的井口高于地表面，通风井的底部放置井筛，井筛的顶部位于静液面之下，插管穿过井盖进入通风井内，并且插入井筛内，插管的自由端连通吸管，吸管上安装液环泵，吸管的末端安装气液分离器，水、轻非水相液体和空气通过液环泵被抽提出来进入气液分离器进行分离。

10.根据权利要求9所述的多相土壤气相抽提器，其特征在于：

吸管和/或高出地表面的通风井上安装真空测量仪；

其中，所述介质从地表面往下依次是混凝土、膨润土、砂砾。