CN107716540A

CN107716540A - 一种土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置

Info

Publication number: CN107716540A
Application number: CN201711167053.2A
Authority: CN
Inventors: 陈有志
Original assignee: Hunan Li Yong Environmental Protection Polytron Technologies Inc
Current assignee: Hunan Li Yong Environmental Protection Polytron Technologies Inc
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2018-02-23

Abstract

本发明公开了一种土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置，它包括密闭腔体；所述密闭腔体底部设有进气口，所述进气口处设有进气单向阀，所述进气口处还设有VOC探头；所述密闭腔体内腔装有催化剂，所述催化剂下端与密闭腔体内侧底面之间形成一个腔室，所述密闭腔体内腔设有穿过催化剂的上加热棒和下加热棒；所述密闭腔体顶部出气口出设有出气单向阀，所述出气单向阀由腔体封闭；所述腔体上设有外界出气孔和回流出气孔，外界出气孔通过A阀门与外界大气连通，回流出气孔通过B阀门与导流管连通，所述导流管与进气口连通；所述腔体内还设有尾气VOC探头。其能够监测土壤中的可挥发气体且在发现土壤中可挥发气体后能够自动地清理所说的可挥发气体。

Description

一种土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置

技术领域

本发明属于环境修复技术领域，具体涉及一种土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置。

背景技术

埋在地下承载各种化工原料和成品的容器或管道的泄漏一直是环境污染中很令人头痛的问题。地下油罐的泄漏是其中一个典型的例子。以美国为例，根据美国EPA的统计，美国全国有近57万地下储油罐。至2014年底，共有近53万确认的地下储油罐泄漏。其中有近48万已完成清理，7万多正在进行清理。这数字说明尽管有各种防护措施，近百分之九十的地下储油罐还是会产生不同程度的泄漏。这些发生在地下的泄漏对土壤和地下水所造成污染，经常会困扰到不仅仅是受害方，责任方，监管方甚至治理方都有各自的难处。对于现有的监测设备来说，发现泄漏並不困难。真正的难点在于发现了以后怎么处理。在没有其它手段净化的情况下，泄漏的治理费用常常会远远大于地下储油罐的成本。解决这个问题对于造成泄漏的责任方来说，经常是一件力不从心的工作。这对于监管方也是一个很难选择的两难问题。在很多情况下，由于资金的问题会使泄漏问题得不到及时的解决，泄漏从浅层的土壤包气带进一步影响到深层的地下水。造成更大的环境问题。在这种情况下，热驱动土壤VOC监控净化装置把监测和净化结合在一起的功能为解决这类泄漏造成土壤包气带的污染提供了可能理想的方案。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置包括密闭腔体（15）；所述密闭腔体（15）底部设有进气口（65），所述进气口（65）处设有进气单向阀（10），所述进气口（65）处还设有VOC探头（40）；所述密闭腔体（15）内腔装有催化剂（20），所述催化剂（20）下端与密闭腔体（15）内侧底面之间形成一个腔室（70），所述密闭腔体（15）内腔设有穿过催化剂（20）的上加热棒（25）和下加热棒（30）；所述密闭腔体（15）顶部出气口出设有出气单向阀（5），所述出气单向阀（5）由腔体（75）封闭；所述腔体（75）上设有外界出气孔和回流出气孔，外界出气孔通过A阀门（50）与外界大气连通，回流出气孔通过B阀门（55）与导流管（60）连通，所述导流管（60）与进气口（65）连通；所述腔体（75）内还设有尾气VOC探头（45）。其中，进气单向阀（10）和出气单向阀（5）用于保证气流只能从装置的一端向另一端运动。

优选地，所述密闭腔体（15）上设有伸入至催化剂（20）内部的温度计（35）。

优选地，所述温度计（35）固定在密闭腔体（15）顶面。

优选地，所述催化剂（20）上端与密闭腔体（15）内侧顶面之间有间隙。

优选地，所述上加热棒（25）固定在密闭腔体（15）顶面，所述下加热棒（30）固定在密闭腔体（15）底面。

优选地，所述上加热棒（25）和下加热棒（30）与加热装置连接。

优选地，所述进气口（65）的个数为至少一个，所述出气口的个数为至少一个，所述外界出气孔的个数为至少一个，所述回流出气孔的个数为至少一个，所述VOC探头（40）的个数为至少一个，所述尾气VOC探头（45）的个数为至少一个。

优选地，所述密闭腔体（15）安装于于土壤包气带中，且至少有一个进气口（65）位于土壤包气带中。

优选地，所述密闭腔体（15）为长管状，也可以为其他形状。

下面结合工作过程和设计原理对本发明作进一步说明：

本发明的目的在于提供一种监测与治理一体的装置，其能够监测土壤中的可挥发气体且在发现土壤中可挥发气体后能够自动地清理所说的可挥发气体。

本发明所述土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置在监测工况下利用大气压的自然变化做为驱动力。在自然条件下，土壤包气带受大气层底部气压潮影响形成呼吸现象。当大气层的压力大于土壤中包气带的压力时，土壤包气带处于吸的状态，外部空气进入土壤包气带。反之，土壤包气带处于呼的状态，土壤包气带中的气体排向大气层。在环境气压高于该气密腔室中气压时，进气单向阀打开，使气流从密闭腔体的进气口流入。当环境气压低于该密闭腔体中的气压时，出气单向阀打开，气流从密闭腔体中流出。当该密闭腔体的进气口与出气口位于两个相对独立的不同气压变化环境时，所述的单向阀动作使气流从进气口所处环境流向出气口所在环境。即，密闭腔体在气压变化的驱动下，在土壤包气带中收集周围的气体，然后将气体从出气口送出。

本发明中设置了VOC探头，进气口的VOC探头对密闭腔体进气口的气体进行检测，在所述气体中没有可挥发有机物气体存在时，保持监测清理装置在监测工况下运行，在发现所述气体中可挥发气体存在时，启动监测清理装置的清理工况，然后在所述可挥发有机物气体不在存在时，返回到监测清理装置的监测工况。在监测工况下，地表的气压变化会在地表和土壤中产生压力差。受单向阀的控制，这个压力差可以在监测清理装置的进气口附近的土壤中产生一个指向进气端的气相流场。通过对流过的气流中VOC的检测达到对周围土壤的监控。在发现土壤中有VOC存在时，监测清理装置转成清理工况。上加热棒先把催化剂加热到给定的工作温度，然后下加热棒开始加热。加热后的气体上升通过催化剂，携带的VOC在催化剂的作用下分解成无害的二氧化碳和水蒸汽后排出。对外排气的出气单向阀被腔体密闭在内，尾气VOC探头用于检测排出尾气中VOC。当尾气达标时，A阀门开放，尾气排向大气。不达标的尾气通过B阀门从导流管回流到进气口，重新通过催化剂。

本发明的监控方式基于传统的土壤挥发性气体抽吸技术（SVE）。这个技术的原理简单，应用广泛，在治理被挥发性产品污染的土壤中起到了重要的作用(Hutzler et al.1991)。在应用中，一方面有很多强化这一技术的措施被开发应用在不同的现场条件下加速清理污染物(USEPA 1997)，另一方面，小流量低强度抽吸技术也渐渐地被认识到可以用来处理轻度污染的土壤或是出现长尾效应的SVE项目(Vangelas et al. 2010)。这种小流量低强度抽吸技术除了一部分是利用小型化的机械以外，技术上有根本的不同是将利用气压自然变化的方法应用到对土壤中挥发物的抽吸中(Neeper 1991, Auer et al. 1996,Neeper 2001)。研究结果表明，在这种自然气压变化的影响下，土壤和大气通过安装在包气带中的钻孔产生的气流交换可以达到每分钟几十到上百升，影响的范围可以达到十米以下的包气带(Rohay et al. 1993, Neeper 2002)。在利用单向阀控制气流的流向后，这种气流的交换可以有上百倍的增加(Vangelas et al. 2010)。在这种抽吸产生的集气效应作用下，装在钻孔底部的VOC探头可以监测到被气流携带过来的周围土壤中的VOC。

关于清理土壤中的VOC的技术，本发明采用的是常见的催化裂解，含有VOC的气体在一定的温度下通过催化剂作用使VOC裂解成无害的二氧化碳和水。而用来加热催化剂的热能同时也驱动装置中的气体向外排放。这种排放产生的抽气效应在土壤中形成一个向该装置运动的流场，从而达到清理土壤中VOC的目的。专利ZL 2009 8 0135786. 5公开了采用相似技术的装置。该装置用单向电磁阀控制气体的流向，并且用控制气体在加热腔中停留时间来保证污染气体与加热到给定温度的催化剂充分反应，从而清除掉气体中的污染物使排放的气体不会产生二次污染。该装置的设计在多年清除气体中的有机挥发物实践中已经被证明可以有效地除去气体中的污染物，但也继承了相应技术的不足之处。由于缺乏对排出气体的实时监测，单纯应用气体在反应腔中停留时间来控制污染物清除过程很难保证意外事件的干扰不会影响到排放气体的达标，同时也不能及时对这些意外事件进行处置。例如排放气体中有机挥发物突然出现高浓度峰值时，预先设定的反应时间可能不足以使排出气体中所有的污染物都能够充份反应，从而使排出的气体中的污染物超标。另一个明显的不足是预先给定的反应时间缺乏灵活处置现场情况的灵活性。除了前面提到的对高浓度污染物缺乏应对措施以外，在处理低浓度污染物时固定的处理方式也会导致能量的浪费。本发明在出气口外增加了挥发性气体探头以及控制阀门可以弥补这两点不足。

总之，本发明所述土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置利用大气压自然变化驱动土壤中气流流向监测探头从而达到监测探头周围土壤中污染物的目的，在发现周围有污染物存在时，利用加热的催化剂裂解污染物并驱动气流向上运动从而在周围的土壤中形成流向本装置的流场以达到清理周围土壤中污染物的目的。

附图说明

图1为本发明所述土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置结构示意图。

图中：5、出气单向阀；10、进气单向阀；15、密闭腔体；20、催化剂；25、上加热棒；30、下加热棒；35、温度计；40、VOC探头；45、尾气VOC探头；50、A阀门；55、B阀门；60、导流管；65、进气口；70、腔室；75、腔体。

具体实施方式

参见图1，所述土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置包括密闭腔体15；所述密闭腔体15底部设有进气口65，所述进气口65处设有进气单向阀10，所述进气口65处还设有VOC探头40；所述密闭腔体15内腔装有催化剂20，所述催化剂20下端与密闭腔体15内侧底面之间形成一个腔室70，所述密闭腔体15内腔设有穿过催化剂20的上加热棒25和下加热棒30；所述密闭腔体15顶部出气口出设有出气单向阀5，所述出气单向阀5由腔体75封闭；所述腔体75上设有外界出气孔和回流出气孔，外界出气孔通过A阀门50与外界大气连通，回流出气孔通过B阀门55与导流管60连通，所述导流管60与进气口65连通；所述腔体75内还设有尾气VOC探头45。

其中，所述密闭腔体15上设有伸入至催化剂20内部的温度计35。

所述温度计35固定在密闭腔体15顶面。

所述催化剂20上端与密闭腔体15内侧顶面之间有间隙。

所述上加热棒25固定在密闭腔体15顶面，所述下加热棒30固定在密闭腔体15底面。

所述上加热棒25和下加热棒30与加热装置连接。

所述进气口65的个数为至少一个，所述出气口的个数为至少一个，所述外界出气孔的个数为至少一个，所述回流出气孔的个数为至少一个，所述VOC探头40的个数为至少一个，所述尾气VOC探头45的个数为至少一个。

所述密闭腔体15安装于于土壤包气带中，且至少有一个进气口65位于土壤包气带中。

所述密闭腔体15为长管状。

Claims

1.一种土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置，其特征在于，所述土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置包括密闭腔体（15）；所述密闭腔体（15）底部设有进气口（65），所述进气口（65）处设有进气单向阀（10），所述进气口（65）处还设有VOC探头（40）；所述密闭腔体（15）内腔装有催化剂（20），所述催化剂（20）下端与密闭腔体（15）内侧底面之间形成一个腔室（70），所述密闭腔体（15）内腔设有穿过催化剂（20）的上加热棒（25）和下加热棒（30）；所述密闭腔体（15）顶部出气口出设有出气单向阀（5），所述出气单向阀（5）由腔体（75）封闭；所述腔体（75）上设有外界出气孔和回流出气孔，外界出气孔通过A阀门（50）与外界大气连通，回流出气孔通过B阀门（55）与导流管（60）连通，所述导流管（60）与进气口（65）连通；所述腔体（75）内还设有尾气VOC探头（45）。

2.如权利要求1所述的土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置，其特征在于，所述密闭腔体（15）上设有伸入至催化剂（20）内部的温度计（35）。

3.如权利要求2所述的土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置，其特征在于，所述温度计（35）固定在密闭腔体（15）顶面。

4.如权利要求1所述的土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置，其特征在于，所述催化剂（20）上端与密闭腔体（15）内侧顶面之间有间隙。

5.如权利要求1所述的土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置，其特征在于，所述上加热棒（25）固定在密闭腔体（15）顶面，所述下加热棒（30）固定在密闭腔体（15）底面。

6.如权利要求1所述的土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置，其特征在于，所述上加热棒（25）和下加热棒（30）与加热装置连接。

7.如权利要求1所述的土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置，其特征在于，所述进气口（65）的个数为至少一个，所述出气口的个数为至少一个，所述外界出气孔的个数为至少一个，所述回流出气孔的个数为至少一个，所述VOC探头（40）的个数为至少一个，所述尾气VOC探头（45）的个数为至少一个。

8.如权利要求7所述的土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置，其特征在于，所述密闭腔体（15）安装于于土壤包气带中，且至少有一个进气口（65）位于土壤包气带中。

9.如权利要求1至8任一项所述的土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置，其特征在于，所述密闭腔体（15）为长管状。