CN107671116B - 一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统及热修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统及热修复方法，所述热修复系统包括电能分配系统、电阻加热系统、药剂注入系统、地表密封系统和温湿度控制系统；所述电能分配系统连接电阻加热系统，所述温湿度控制系统连接电阻加热系统，所述药剂注入系统向注入井中注药，待修复的有机物污染土壤或地下水的地表铺设有地表密封系统。所述地表密封系统由下至上依次包括蒸汽密封层、等电位层和保温层。本发明提供的改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热修复系统，利于将有机物污染土壤或地下水中的污染物进行降解，且不需要设立气体抽提系统和尾气处理系统，降低了修复成本。

Description

一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系 统及热修复方法

技术领域

本发明属于环境保护中的污染治理技术领域，具体涉及一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统及热修复方法。

背景技术

原位电阻加热热修复技术被广泛应用于污染土壤/地下水的修复工程中，其原理是将电极布设在污染区域的指定深度区间内，利用土壤和地下水是天然的导体，使电流在电极之间传输，进而将污染土壤和地下水加热至目标温度，通过调节电能来控制加热温度，有选择的促使有机污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离，并通过布设的抽气系统将污染物抽出，采用尾气处理装置将废气达标处理，从而去除污染物。大量研究表明，在原位电阻加热修复有机污染物时，当土壤或地下水的温度升高时，有机污染物的水解加速、微生物对有机污染物的降解加速。

现有的原位电阻加热热修复技术存在以下问题：加热过程中不断地抽出气体会导致热蒸汽被抽出，从而增加了能耗；大量蒸汽的抽出还会导致土壤干裂，补水后土壤中出现电流优先通道从而导致加热不均匀；尾气处理设备占地面积大、且会产生大量危险废物；修复处理成本超过1000元/立方米，推广应用受到一定限制。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统及修复方法。

本发明提供一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统，包括：电能分配系统、电阻加热系统、药剂注入系统、地表密封系统和温湿度控制系统。

所述电能分配系统能够输出精细化、连续且可自动调整的电压；电压调整过程修复系统不用停止运行；电能分配系统所采用的电能可以是国家电网供应的电力，也可以在现场铺设太阳能板发电。该电能分配系统是非常常见的供电设备，在本发明中不做具体举例。

所述电阻加热系统连接所述电能分配系统，其可位于土壤包气带或土壤含水层中；电阻加热系统所用的电极由铁管、铁棒、钢管、钢板、铁屑或钢珠等构成。当选择铁管、铁棒、钢管、钢板作为电极是比较简单，直接将其插入井内形成电极，当选择铁屑或钢珠时，可以选择将铁屑或钢珠填充于井内，直接于井内形成一个柱状的电极。

所述药剂注入系统的注入深度可位于土壤包气带或土壤含水层。药剂注入系统包括地表覆盖的0.1-1cm厚的铁屑、铁粉、纳米铁粉层或其中两种以上形成的混合物层(其中铁屑、铁粉或纳米铁粉层中两种以上形成的混合物构成，具体混合比例不做限定，满足厚度要求即可)，或者将铁屑、铁粉或纳米铁粉与地下10-15cm土壤的混合，形成土壤混合层，也可以在混合时使用铁屑、铁粉以及纳米铁粉中任意两种以上的混合物进行混合，具体混合比例不做限定，无论哪种混合方式，混合时的铁屑、铁粉或纳米铁粉的填充量根据实际污染程度确定即可，一般满足待混合的地下10-15cm土壤中含有3-5％质量比例的铁类物质。

所述药剂注入系统还包括插入地表下由铁管、钢管或PE管构成的井管，井管插入地下1-6m、直径为5-10cm、露出地面的总体长度为30-50cm。所述井管处于井下的部分形成为筛管，以便药剂、地下水通过筛管的孔洞流通，一般井管于地表下10-15cm以下的深度开始形成为筛管，筛管上的孔洞可以连续形成，也可以间断形成，根据实际需要选择即可。所述药剂注入系统还包括高压注入系统进行注药，高压注入系统主要由注入泵(柱塞泵)和转换接头等构成，通过注入泵利用转换接头连接管道，管道的一端连接药剂罐，另一端连接向所述井管。注入的药剂可以是铁屑、铁粉、纳米铁粉、促进微生物生长的营养物质或水，也可以根据实际需要混合上述各种成分，根据实际需要具体选择即可。药剂的注入量由注入泵来控制。

所述地表密封系统由蒸汽密封层、等电位层和保温层构成，由下至上依次为等电位层、保温层、蒸汽密封层。等电位层由铁丝网组成，一般铺设1-3层，网格规格为20cm×20cm-50cm×50cm，铁丝直径为1-5mm；保温层由10-20cm厚保温混凝土或保温卷材与厚度为5-10cm厚的混凝土层构成；蒸汽密封层由高密度聚乙烯膜或低密度聚乙烯膜或喷涂型阻气膜等组成，厚度为0.5-2mm。

所述温湿度控制系统连接电阻加热系统，其设置有连接电阻加热系统的温湿度控制器(为现有技术中成熟的商业化设备)，可以根据土壤和地下水温度、湿度变化对电阻加热系统进行自动控制；当有机物污染土壤或地下水温度高于45℃时，可实现自动断电停止加热；当有机物污染土壤或地下水温度低于30℃时，可实现自动通电加热；当土壤湿度低于70％时，可以自动报警，以便及时通过注入系统进行补水。

本发明提供的改进的原位电阻加热热修复系统适用于有机氯农药及其代谢产物所污染的土壤或地下水的修复。

本发明还提供上述的一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复方法，包括如下步骤：

1)首先在地表覆盖0.1-1cm厚的铁屑、铁粉或纳米铁粉层(或其中两种以上形成的混合物层)，或者将铁屑、铁粉、纳米铁粉或其中两种以上与地下10-15cm的土壤混合，形成土壤混合层；

2)布设好电阻加热系统、注入井、温湿度监测井；

3)完成地表密封系统；

4)电阻加热系统与电能分配系统接通后，有机物污染土壤或地下水在电流的作用下产生焦耳热，对修复区域进行均匀加热；

5)通过药剂注入系统将微生物生长所用营养物质注入地下，或者将铁屑、铁粉或纳米铁粉或其中任意两种以上形成的混合物等注入地下；

6)通过温湿度控制系统控制加热、断电或发出补水警报：当有机物污染土壤或地下水温度高于45℃时，可实现自动断电停止加热；当有机物污染土壤或地下水温度低于30℃时，可实现自动通电加热；当有机物污染土壤湿度低于70％时，系统自动报警，通过药剂注入系统进行补水。

7)根据污染物性质和污染程度，一般经过6-12个月的修复时间，可以达到修复目标，完成修复。在修复时间内，每加热修复0.5-1个月，通过药剂注入系统向地下补充注入药剂，具体补充注入药剂的周期以及注入的量可以根据实际修复情况具体设定。

本发明的有益效果包括：

1.本发明提供的一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统及热修复方法，通过低温加热，利于将有机物污染土壤或地下水中的有机污染物进行水解，并促进有机物污染土壤或地下水中土著微生物的生长。

2.本发明提供的一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统及热修复方法，所采用的电能可以是国家电网供应的电力，也可以在现场铺设太阳能板进行发电，从而降低修复工程所在区域电力负荷。

3.本发明提供的一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统及热修复方法，能够将有机物污染土壤或地下水的加热温度控制在45℃以下，不会因为修复过程产生大量蒸汽而产生污染物溢出或者将地表密封系统冲破的问题，从而不用设置气相抽提装置和尾气处理装置，降低了设备投资和能耗。

附图说明

图1为电极和注入井分布的俯视图；

图2为电极和注入井分布的侧视图；

图3为地表密封层结构示意图。

图中：1-电极，2-注入井；3-等电位层；4-保温层；5-蒸汽密封层。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对发明的限定。

实施例所在污染场地的污染深度为6m，地下水埋深约为地下3m，污染物主要是氯苯和三氯乙烯。

实施本发明提供的改进的污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统进行热修复，具体包括以下步骤：

1)首先在地表覆盖1cm厚的铁粉层；

2)将钢管(DN15，长6.3m)插入地下6m作为电极1；相邻2个电极1之间的间距为4m，多个电极1以正六边形分布，如图1和图2所示；

3)在电极1形成的正六边形的中心位置布设注入井2，所述注入井2的深度为6m，直径6cm，筛管开设在地表下1m-6m，井管材料为PE，井管高出地面40cm；

4)在完成步骤1)铺设的铁粉层的地表上方铺设铁丝网3，铁丝网3的网格规格为20cm×20cm，铁丝直径为1.016mm；

5)在铁丝网3上面铺设15cm厚保温混凝土作为保温层4；

6)在保温层4上铺设厚度为1.5mm的HDPE土工膜作为蒸汽密封层5；

7)通过药剂注入系统在每口注入井中注射300L的8％蔗糖溶液、300L的8％碳酸钠溶液、200L的1％硫酸铵溶液，注入地下；

8)电阻加热系统与电能分配系统接通后，土壤和地下水在电流的作用下产生焦耳热，对修复区域进行均匀加热；

9)当有机物污染土壤或地下水温度高于45℃时，自动断电停止加热；

10)当有机物污染土壤或地下水温度低于30℃时，自动通电加热；

11)当有机物污染土壤湿度低于70％时，系统自动报警，通过注入系统注射800-1000L的8％蔗糖溶液或8％碳酸钠溶液；

12)每加热修复1个月，通过药剂注入系统向地下注入300L的8％蔗糖溶液、300L的8％碳酸钠溶液、200L的1％硫酸铵溶液。

13)加热10个月后，停止加热，土壤逐渐降温冷却。

该系统共运行了12个月，土壤中氯苯的平均含量由151.8mg/kg下降至1.5mg/kg，土壤中三氯乙烯的平均含量由73.5mg/L下降至低于0.5mg/L。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统，其特征在于，包括电能分配系统、电阻加热系统、药剂注入系统、地表密封系统和温湿度控制系统；

所述电能分配系统连接电阻加热系统；

所述药剂注入系统包括地表覆盖的0.1-1cm厚的铁屑、铁粉、纳米铁粉层或其中两者以上形成的混合物层，或，铁屑、铁粉、纳米铁粉或其中两种以上与地表下10-15cm土壤的混合形成的土壤混合层；所述药剂注入系统用于向注入井中注药；

所述温湿度控制系统连接电阻加热系统，所述温湿度控制系统能够根据土壤和地下水温度变化对电阻加热系统进行自动控制，当有机物污染土壤或地下水温度高于45℃时，控制自动断电停止加热，当有机物污染土壤或地下水温度低于30℃时，控制自动通电加热；

待修复的有机物污染土壤或地下水的地表铺设有地表密封系统，所述地表密封系统由下至上依次包括等电位层、蒸汽密封层和保温层。

2.根据权利要求1所述的改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统，其特征在于，所述电阻加热系统以及用于药剂注入的注入井均位于土壤包气带或土壤含水层。

3.根据权利要求1所述的改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统，其特征在于，所述电阻加热系统所用的电极由铁管、铁棒、钢板、钢管、铁屑或钢珠构成。

4.根据权利要求1所述的改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统，其特征在于，所述药剂注入系统还包括：

部分插入地面下的铁管、钢管或PE管，处于地面下的部分形成为筛管；以及

由柱塞泵和转换接头所构成的高压注入系统。

5.根据权利要求1所述的改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统，其特征在于，所述地表密封系统的覆盖面积超过修复区域3-5m。

6.根据权利要求5所述的改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统，其特征在于，所述等电位层由铁丝网构成；所述保温层由10-20cm厚保温混凝土或保温卷材与厚度为5-10cm的混凝土层形成；所述蒸汽密封层由高密度聚乙烯膜或低密度聚乙烯膜或喷涂型阻气膜组成。

7.根据权利要求1所述的改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统，其特征在于，所述温湿度控制系统中设置有温湿度控制器，温湿度控制器连接电阻加热系统，所述温湿 度控制器还能够根据有机物污染土壤或地下水湿度变化对电阻加热系统进行自动控制，当有机物污染土壤湿度低于70％时，自动报警以及时通过药剂注入系统进行补水。

8.根据权利要求1所述的改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统，其特征在于，所述电能分配系统能够连续且自动调整电压，且电压调整过程中修复系统不停止运行。

9.根据权利要求1所述的改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统，其特征在于，所述有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复系统适用于有机氯农药及其代谢产物所污染的土壤或地下水的修复。

10.一种改进的有机物污染土壤或地下水原位电阻加热热修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)首先在地表覆盖铁屑、铁粉或纳米铁粉层，或者将铁屑、铁粉或纳米铁粉与地下10-15cm的土壤混合，形成混合层；

2)布设好电阻加热系统、注入井、温湿度监测井；

3)完成地表密封系统；

4)电阻加热系统与电能分配系统接通后，有机物污染土壤或地下水在电流的作用下产生焦耳热，对修复区域进行均匀加热；

5)通过药剂注入系统将营养物质注入地下，或者将铁屑、铁粉或纳米铁粉或其中任意两种以上形成的混合物或水注入地下；

6)通过温湿度控制系统控制加热、断电或发出补水警报：当有机物污染土壤或地下水温度高于45℃时，实现自动断电停止加热；当有机物污染土壤或地下水温度低于30℃时，实现自动通电加热；当有机物污染土壤湿度低于70％时，自动报警，通过药剂注入系统进行补水；

7)根据污染物性质和污染程度，经过定长的修复时间，达到修复目标，完成修复。

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