CN107685074A - 土壤热脱附处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

一种土壤热脱附处理系统，用于对场地中土壤内的污染物进行处理，包括由堆放在场地上的土壤构成并呈堆状的土堆，埋设在土堆中的热脱附处理组件，以及覆盖在土堆表面的封闭层；所述热脱附处理组件包括加热管和提取管，分别用以对土堆进行加热和用以使高温下脱出的污染物进入并排出。直接将土壤堆放成土堆，并在土堆中设置加热管和提取管，对土壤进行加热，将土壤中的污染物排出，无须在场地上挖设静压室等热脱附处理空间，减小了热脱附处理的工作量。

Description

土壤热脱附处理系统及处理方法

技术领域

本发明属于环保处理技术领域，尤其涉及一种土壤热脱附处理系统及处理方法。

背景技术

热脱附技术属于一种热处理技术，即通过热交换，将土壤中的有机污染物加热到足够温度，以使污染物从土壤颗粒上得以挥发或分离，并进入气处理系统的过程。

目前国内常用的热脱附处理技术以异位热脱附技术为主，即通过开挖将污染土壤转移至处理场地后，以连续或间歇的方式进行处置，通常所用设备占地面积较大，在诸如城市搬迁化工厂污染场地修复时，周边可用的硬化空地较少，往往难以在污染场地附近就近处理，因此该技术对于无法开挖或运输距离很远的场地，以及在开挖过程中会产生较大异味的场地，存在施工困难大、成本高或引发社会群体形式事件的风险。

近年来出现了一种原位热脱附技术，对土壤不进行开挖，而是将热能直接导入地下，通过热传导作用对全部土壤进行加热，再通过抽提系统将污染气体捕捉和收集，对污染场地扰动小，所需设备简单，不易引起二次污染。但由于对土壤的热脱附处理需要耗费一定的时间，原位热脱附处理将会在一段时间内占用待处理土壤所处的场地，使该场地无法开始进行施工，影响施工的工期。

现有技术《一种污染土壤的异位热脱附处理方法》(公布号：CN 103203355A)提出了一种打堆式的热脱附处理技术。该热脱附处理方式将污染土壤打堆，在污染土壤下方设置静压室，向静压室通入高温气体，将土壤中的污染物会发出，并使其随之排出，能够以较小的占地面积，对污染土壤进行异位的处理，不会影响场地的正常施工。但该热脱附处理方法仍存在较多不足：1、高温气体直接通入土壤中，高温气体中的污染物会留在土壤内，形成二次污染；2、需要设置静压室，增加了热脱附处理的工作量；3、高温气体从底部进入土堆，贯穿土壤后再从土壤顶部离开，高温气体行进的路径较长，且土堆密度较大，使土堆中气体的流动性较差，污染物难以全部被带走，处理效果不佳。

发明内容

本发明针对上述现有技术的技术问题，提出一种工作量小、不会形成二次污染、处理效果优异的土壤热脱附处理系统及处理方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种土壤热脱附处理系统，用于对场地中土壤内的污染物进行处理，包括由堆放在场地上的土壤构成并呈堆状的土堆，埋设在土堆中的热脱附处理组件，以及覆盖在土堆表面的封闭层；

所述热脱附处理组件包括加热管和提取管，分别用以对土堆进行加热和用以使高温下脱出的污染物进入并排出。

作为优选，所述热脱附处理组件横向埋设在所述土堆中，用以使加热管和提取管覆盖所述土堆的横截面。

作为优选，所述热脱附处理组件在所述土堆中层叠排列多组。

作为优选，同一个热脱附处理组件中的加热管和提取管设置多个，并排列到所述土堆的同一截面上。

作为优选，同一个热脱附处理组件中加热管和提取管在所述土堆的同一截面上交替排列。

作为优选，所述加热管包括能够埋设在土壤中的套管，以及安装套管中的电加热器。

作为优选，所述加热管包括能够埋设在土壤中的套管，以及安装在套管中能够向所述套管内送入高温气体的热气输送管。

作为优选，所述加热管埋设多个，一个加热管的套管侧壁设置的排气管通过管路与另一个加热管的热气输送管相连接，用以将一个加热管的套管排出的高温气体输送到另一个加热管的热气输送管中。

作为优选，所述封闭层包括侧封部和顶封部，所述侧封部为覆盖在所述土堆侧部表面上的水泥砂浆层，所述顶封部为层叠布设在所述土堆顶面上的岩棉和水泥砂浆层。

一种基于上述土壤热脱附处理系统的土壤热脱附处理方法，包括下述步骤：

将场地中的土壤挖出，并堆放到所述场地设置的处理区；

土壤堆放成一个土壤层，再将热脱附处理组件摆放该土壤层上，然后继续将从场地中挖出的土壤堆放到该土壤层上，在其上方堆放成另一个土壤层，并将热脱附处理组件埋设到土壤内；

土壤层逐层堆放，在处理区上堆叠形成堆状的土堆；

在所述土堆表面上覆盖封闭层；

通过所述热脱附处理组件设置的加热管对土堆中的土壤进行加热，土壤中的污染物在高温下从土壤脱出，并流动到所述热脱附处理组件设置的提取管内，通过提取管排出到土壤外。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、直接将土壤堆放成土堆，并在土堆中设置加热管和提取管，对土壤进行加热，将土壤中的污染物排出，无须在场地上挖设静压室等热脱附处理空间，减小了热脱附处理的工作量。

2、热脱附处理组件的加热管和提取管横向设置，使加热管和提取管都从土堆侧部伸出，便于连接供热设备和污染物回收设备；加热管和提取管能够最大程度的覆盖土堆中截面积最大的横截面，保证热脱附处理的覆盖面积，同时能够使用更少数量的加热管和提取管。

3、热脱附处理组件层叠排列，使其在土堆中竖向分布多层，保证热脱附处理的在土堆中的覆盖体积，能够对土堆中的各个位置都能够充分处理。

4、加热管和提取管在同一截面交替排列，使位于同一层的加热管和提取管距离较近，加热管加热脱出的污染物能够迅速进入相邻提取管中排出到土壤外，缩短了污染物在土壤中的流动距离，在土堆密度较大的情况下，能够保证污染物流畅流动到就近的提取管中，使污染物能够全部排出，提高了处理效果。

5、热脱附处理组件摆放在一个土壤层上，再由另一个土壤层覆盖，在土壤层叠堆放成土堆的过程中，即可完成热脱附处理组件的埋设，降低了热脱附处理施工的难度，加快了施工速度，提高了处理效率。

6、加热管设置套管，阻隔热空气、高温烟气等高温气体进入到土壤中，通过套管对土壤进行间接加热，防止高温气体进入土壤中，将新的污染物带入到土壤中，防止形成二次污染。

7、一个加热管的套管通过管路与另一个加热管的热气输送管相连，使两个加热管串连，高温气体能够依次通过两个加热管，对加热管对应的土壤加热，使高温气体中的热量能够更加充分的被利用，提高能源利用效率。

8、封闭层位于土堆顶部的部位采用了岩棉，能够阻挡热气流上升，无须用岩棉将土堆全面覆盖，即可对土堆起到良好的保温作用，同时减少了封闭层的施工成本，降低了岩棉的铺设难度。

附图说明

图1为土壤热脱附系统的纵剖示意图；

图2为土壤热脱附系统的横剖示意图一；

图3为土壤热脱附系统的横剖示意图二；

图4为土壤热脱附系统的横剖示意图三；

图5为土壤热脱附系统的结构示意图；

上述各图中：1、场地；1.1、处理区；2、土堆；3、热脱附处理组件；3.1、加热管；3.2、提取管；4、封闭层；4.1、顶封部；4.2、侧封部；5、套管；5.1、排气管；6、电加热器；7、热气输送管；8、水泥砂浆层；9、岩棉；11、电源；12、热源。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，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。

如图1至5所示，土壤热脱附处理系统，用于对场地1中土壤内的污染物进行处理，包括由堆放在场地1上的土壤构成并呈堆状的土堆2，埋设在土堆2中的热脱附处理组件3，以及覆盖在土堆2表面的封闭层4。

热脱附处理组件3包括加热管3.1和提取管3.2，分别用以对土堆2进行加热和用以使高温下由土堆2中脱出的污染物进入并排出。

利用该壤热脱附处理系统进行热脱附处理时，先将将场地1中的土壤挖出，并堆放到场地1设置的处理区1.1。

土壤在堆放的过程中，先堆成第一个土壤层2.1，再将热脱附处理组件3摆放第一个土壤层2.1上。继续将从场地1中挖出的土壤堆放到第一个土壤层2.1上，在其上方堆放成第二个土壤层2.1，从而将热脱附处理组件3埋设到土壤内。

土壤层2.1自下而上逐层堆放，在处理区上堆叠形成堆状的土堆2。

在形成的土堆2表面上覆盖封闭层4，将土堆2中的土壤封闭。

通过热脱附处理组件3的加热管3.1对土堆2中的土壤进行加热，土壤中的污染物在高温下从土壤脱出，并流动到热脱附处理组件3的提取管3.2内，通过提取管3.2排出到土壤外，由与提取管3.2相连的回收装置回收和处理。

覆盖在土堆2表面的封闭层4，防止土壤中的污染物溢出到大气中，造成大气的污染，也避免热脱附处理中，对土壤加热产生的热量快速散逸，保证土堆2中土壤的加热效果，从而保证热脱附处理的效果和效率。

将土壤对方到处理区1.1进行热脱附处理，占地面积小，同时使场地1中除处理区1.1的其他区域可正常进行施工作业，不影响施工进度。

热脱附处理组件3直接埋设在土堆2中，对其进行热脱附处理，无须在场地进行挖设静置室等处理，只需要堆放土壤形成土堆2即可，减轻了热脱附处理的工作量。同时在逐层堆放土壤形成土堆2的过程中，即可完成热脱附处理组件3的埋设，降低了热脱附处理组件3 的埋设难度，从而降低了热脱附处理系统的组建难度，加快了施工速度，提高了处理效率。

为了提高热处理的覆盖面积，如图2至4所示，热脱附处理组件3横向埋设在土堆2中，用以使加热管3.1和提取管3.2覆盖土堆2的横截面，增加其在土堆2中的覆盖面积，使土堆横截面上各个部位的土壤都能够充分地被加热，也使各个部位土壤中挥发出的污染物能够快速进入到提取管3.2中排出，保证热脱附处理的效果，提高热脱附处理的效率。

加热管3.1和提取管3.2均由土堆2中的一侧，延伸到另一侧，并由土堆的侧面伸出，分别连接供热设备和污染物回收设备，使供热设备和污染物回收设备的连接较为方便。

由于土堆的长度和宽度自下而上逐渐减小，热脱附处理组件3横向设置，相比于竖向设置，能够以更少数量的加热管3.1和提取管3.2，覆盖整个土堆2的各个位置。

为了进一步提高热处理的覆盖范围，如图1和图5所示，热脱附处理组件3在土堆2中层叠排列多组，同一个热脱附处理组件3中的加热管3.1和提取管3.2设置多个，并排列到土堆2的同一截面上，使其在土堆2中竖向分布多层，保证热脱附处理的在土堆2中的覆盖体积，能够对土堆中横向和纵向上的各个位置都能够充分处理。

为了保证污染物能够流畅排出，如图2至5所示，同一个热脱附处理组件3中加热管3.1 和提取管3.2在土堆2的同一截面上交替排列。

同一个热脱附处理组件3中，每一个加热管3.1一侧相邻位置都设置为提取管3.1，使位于土堆2中同一层的加热管3.1和提取管3.2距离较近，加热管3.1加热脱出的污染物能够迅速进入相邻提取管3.2中排出，缩短了污染物在土壤中的流动距离，在土堆密度较大的情况下，能够保证污染物流畅流动到就近的提取管3.2中，使污染物能够全部排出，提高处理效果。

热脱附处理组件3的加热管3.1为电加热管或气加热管。

如图2、图3和图5所示，电加热管包括埋设在土壤2中的套管5，以及安装套管5中的电加热器6。电加热器6通过导线与电源11相连，电源11为电加热器6供电，使电加热器6 产生热量，热量传递到套管5内空间中的空气，再由空气通过套管5的管壁传递到土壤中，对土壤中的污染物进行加热，使其挥发并流动到提取管3.2中。

如图2、图4和图5所示，气加热管包括埋设在土壤2中的套管5，以及安装在套管5中能够向所述套管5内送入高温气体的热气输送管7。热气输送管7与热源12通过管路相连，热源12产生高温气体，高温气体为燃气燃烧产生的高温烟气或电加热的高温空气等温度较高的气体。热源12产生的高温气体通过管路进入到热气输送管7中，接着充入到套管5内的空间中。高温气体的热量通过套管5的管壁传递到土壤中，对土壤中的污染物进行加热，使其挥发并流动到提取管3.2中。

加热管3.1通过套管5对土壤进行间接加热，,套管5将其内部空间和土壤隔开，高温烟气等具有污染物的气体无法进入到土壤中，不会对土壤造成二次污染。

如图3所示，同一热脱附处理组件3中的加热管3.1可全部采用电加热管。如图4所示，同一热脱附处理组件3中的加热管3.1也可全部采用气加热管。如图2所示同一热脱附处理组件3中可同时采用电加热管和气加热管。

为了提高高温气体的热能利用率，加热管3.1采用的气加热管埋设有多个时，一个气加热管的套管5侧壁设置的排气管5.1通过管路与另一个气加热管的热气输送管7相连接，使多个气加热管串连。

高温气体通过热气输送管7进入到一个气加热管的套管5中，与对应的土壤进行热交换，进行加热，然后在套管5中流动后，通过排气管2.1进入到另一个气加热管的热气输送管7 中，继而进入到该气加热管的套管5中，与对应的土壤再次一次进行热交换，进行加热。

通过上述方式，高温气体通过串连的多个气加热管，对多个部位的土壤进行加热，充分利用高温气体中的热量。

为了提高热脱附处理系统的经济性，封闭层4包括侧封部4.1和顶封部4.2，侧封部4.1 为覆盖在土堆2侧部表面上的水泥砂浆层8，顶封部4.2为层叠布设在土堆2顶面上的岩棉9 和水泥砂浆层8。

封闭层4位于土堆2顶部的顶封部采用了岩棉9，能够阻挡热气流上升，起到保温作用，且其保温作用与通过岩棉9对土堆2全面覆盖的方式相差绩效，能够保证对土堆2的保温作用，减少了岩棉9的使用量，降低了封闭层4的施工成本，同时无须在施工难度较大的土堆2侧面上覆盖岩棉9，降低了施工难度。

Claims (10)

1.一种土壤热脱附处理系统，用于对场地(1)中土壤内的污染物进行处理，其特征在于，

包括由堆放在场地(1)上的土壤构成并呈堆状的土堆(2)，埋设在土堆(2)中的热脱附处理组件(3)，以及覆盖在土堆(2)表面的封闭层(4)；

所述热脱附处理组件(3)包括加热管(3.1)和提取管(3.2)，分别用以对土堆(2)进行加热和用以使高温下由土堆(2)中脱出的污染物进入并排出。

2.根据权利要求1所述的土壤热脱附处理系统，其特征在于，所述热脱附处理组件(3)横向埋设在所述土堆(2)中，用以使加热管(3.1)和提取管(3.2)覆盖所述土堆(2)的横截面。

3.根据权利要求1所述的土壤热脱附处理系统，其特征在于，所述热脱附处理组件(3)在所述土堆(2)中层叠排列多组。

4.根据权利要求1或3所述的土壤热脱附处理方法，其特征在于，同一个热脱附处理组件(3)中的加热管(3.1)和提取管(3.2)设置多个，并排列到所述土堆(2)的同一截面上。

5.根据权利要求1或3所述的土壤热脱附处理方法，其特征在于，同一个热脱附处理组件(3)中加热管(3.1)和提取管(3.2)在所述土堆(2)的同一截面上交替排列。

6.根据权利要求1所述的土壤热脱附处理方法，其特征在于，所述加热管(3.1)包括能够埋设在土壤(2)中的套管(5)，以及安装套管(5)中的电加热器(6)。

7.根据权利要求1所述的土壤热脱附处理方法，其特征在于，所述加热管(3.1)包括能够埋设在土壤(2)中的套管(5)，以及安装在套管(5)中能够向所述套管(5)内送入高温气体的热气输送管(7)。

8.根据权利要求7所述的土壤热脱附处理方法，其特征在于，所述加热管(3.1)埋设多个，一个加热管(3.1)的套管(5)侧壁设置的排气管(5.1)通过管路与另一个加热管(3.1)的热气输送管(7)相连接，用以将一个加热管(3.1)的套管(5)排出的高温气体输送到另一个加热管(3.1)的热气输送管(7)中。

9.根据权利要求1所述的土壤热脱附处理方法，其特征在于，所述封闭层(4)包括侧封部(4.2)和顶封部(4.1)，所述侧封部(4.2)为覆盖在所述土堆(2)侧部表面上的水泥砂浆层(8)，所述顶封部(4.1)为层叠布设在所述土堆(2)顶面上的岩棉(9)和水泥砂浆层(8)。

10.一种基于权利要求1所述土壤热脱附处理系统的土壤热脱附处理方法，其特征在于，

将场地(1)中的土壤挖出，并堆放到所述场地(1)设置的处理区(1.1)；

土壤堆放成一个土壤层(2.1)，再将热脱附处理组件(3)摆放该土壤层(2.1)上，然后继续将从场地(1)中挖出的土壤堆放到该土壤层(2.1)上，在其上方堆放成另一个土壤层(2.1)，并将热脱附处理组件(3)埋设到土壤内；

土壤层(2.1)逐层堆放，在处理区上堆叠形成堆状的土堆(2)；

在所述土堆(2)表面上覆盖封闭层(4)；

通过所述热脱附处理组件(3)设置的加热管(3.1)对土堆(2)中的土壤进行加热，土壤中的污染物在高温下从土壤脱出，并流动到所述热脱附处理组件(3)设置的提取管(3.2)内，通过提取管(3.2)排出到土壤外。