CN109127698B - 一种污染场地原位修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种污染场地原位修复系统，包括移动平台(1)、钻头系统(2)、热蒸汽注入系统(3)、热空气注入系统(4)、药剂注入系统(5)；所述移动平台包括刚性支架(11)，通过该刚性支架支撑并控制所述钻头系统上下移动；所述钻头系统包括钻头(21)以及沿所述钻头(21)向上延伸的中空杆(22)；其中，先启动所述热蒸汽注入系统(3)原位注入热蒸汽，加热土壤后，再启动所述热空气注入系统注入热空气，强化有机污染物向地面挥发，在修复达到预定程度后，停止注入热蒸汽和热空气，启动所述药剂注入系统(5)，在所述钻头系统(2)搅拌的同时注入药剂。本申请能够灵活、便捷地调整各个工艺参数，节能、高效地修复复杂的污染场地。

Description

一种污染场地原位修复系统

技术领域

本发明涉及环境技术领域，具体涉及一种污染场地原位修复系统。

背景技术

经过30多年的快速工业发展，大量污染物通过固废堆放与倾倒、污水渗漏、大气沉降等途径进入土壤与地下水，造成了大量的化工污染地块。这些化工污染地块随着城镇化发展的规划大量被纳入再开发利用范围。部分化工污染地块污染深度较深，达到地面下15米以下，因此不再适合采用开挖-处理的方式进行修复。大量原位修复技术被用于污染深度较深的污染地块，例如原位氧化技术、多相抽提技术、空气曝气技术以及原位加热技术等。

原位加热主要涉及原位电阻加热(ERH)和原位热传导加热(TCH)两种方式。其中电阻加热方式主要是采用在污染场地内布设电极，形成电流通路对点污染土壤进行加热。热导加热主要是采用向污染地块内通入燃气燃烧然后形成局部高温，局部高温向周围传导达到加热土壤的目的。热导加热也可以通过直接向污染地块内通入热蒸汽实现，热蒸汽通过热传导方式扩散到周围区域实现较大区域的加热。

目前原位热脱附技术用于污染场地的修复工程案例还很有限，主要是因为原位热修复技术一般需要对污染源区域设置垂直帷幕，并且地面需要硬化以防治污染物在土壤加热情况下从地面逸出造成二次污染，同时目前所使用的ERH和TCH技术都需要设置大量的加热井，并投入大量的电能或者燃料消耗，TCH和ERH技术的另外一个缺点是修复期间的调整与控制比较困难，修复效果的检测滞后。此外，目前所使用的原位热脱附修复技术对于污染深度较深的污染场地需要投入的成本非常大，工程施工难度也很高。

发明内容

本申请提供一种污染场地原位修复系统。利用原位热脱附技术，解决上述技术问题之一，能够根据地层、污染深度、污染物浓度分布、污染物特性等因素灵活、便捷地调整各个工艺参数，节能、高效地修复复杂的污染场地。

为达到上述目的，本申请提供了一种污染场地原位修复系统，包括移动平台1、钻头系统2、热蒸汽注入系统3、热空气注入系统4、药剂注入系统5；所述移动平台1包括刚性支架11，通过该刚性支架11支撑并控制所述钻头系统2上下移动；所述钻头系统2包括钻头21以及沿所述钻头21向上延伸的中空杆22；其中，先启动所述热蒸汽注入系统3原位注入热蒸汽，加热土壤后，再启动所述热空气注入系统4注入热空气，强化有机污染物向地面挥发，在修复达到预定程度后，停止注入热蒸汽和热空气，启动所述药剂注入系统5，在所述钻头系统2搅拌的同时注入药剂。

优选的，所述热蒸汽注入系统3包括压力传感器31、温度传感器32以及阀位变送器33，通过该压力传感器31和温度传感器32监控热蒸汽的压力和温度，并通过所述阀位变送器33控制热蒸汽注入的压力及流速，所述热蒸汽通过所述中空杆22注入。

优选的，所述药剂注入系统5包括高压空压机51、中压空压机52以及进料口53，其中，所述中压空压机52以及进料口53位于所述中空杆22下侧，所述中压空压机52将从所述进料口53进入的固体药剂送入所述中空杆22；所述高压空压机51位于所述中空杆22上侧，用于将所述固体药剂送入钻头21。

优选的，所述热空气注入系统4包括鼓风机41和控制阀42，通过所述鼓风机41向所述中空杆22内吹入热空气，并通过所述控制阀42调节进入热空气的量。

优选的，所述热蒸汽、热空气及药剂流通管的内径大小为1-20cm，优选8-15cm，流通管材质为耐高温、耐高压、耐化学腐蚀的材质。

优选的，所述钻头21是中空的腔体式结构，在所述钻头21侧壁上开设有多个孔12。

优选的，所述钻头21侧壁上开设有凹槽，所述多个孔12内嵌于所述凹槽内。

优选的，所述腔体内部直径为1-60厘米；所述钻头21长为0.3-3米,厚0.01-0.2米；所述孔间隔为1-6厘米，直径为0.8厘米。

优选的，还包括尾气收集系统和尾气处理系统，所述尾气收集系统通过管道抽提和收集污染气体后进入所述尾气处理系统，经过所述尾气处理系统5处理后排出。

优选的，所述药剂注入系统5可用于注入液体或固体药剂。

本发明实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

(1)在本申请所述的原位热脱附修复系统是可以移动的，并且处理深度可以根据污染场地的点位污染情况随时调整；

(2)本申请所述的原位热脱附修复系统所涉及的搅拌头是腔体式的并且设置有数量较多的小孔，可以在搅拌头搅拌土壤的同时注入热蒸汽，保证了热蒸汽均匀搅拌在土壤中，增加了热能使用效率；

(3)本申请所述的原位热脱附修复系统所涉及的搅拌头是腔体式的并且设置有数量较多的小孔，可以在搅拌头搅拌土壤的同时注入液态药剂，例如零价铁颗粒悬浮液、各种液态氧化药剂、液态菌剂、微生物生长营养液、液态重金属稳定化药剂等，保证了这些药剂可以被均匀混入土壤中，保证了修复效果；

(4)本申请所涉及的原位热脱附修复系统所涉及的热蒸汽注入系统和热空气注入系统，可以联合使用，首先注入热蒸汽快速加热污染土壤，保证了污染物可以快速挥发，随后通入热空气，并同时启动真空抽提，强化污染物快速挥发并被吹扫进入收集系统；

(5)本申请所涉及的原位热脱附修复系统所涉及的热脱附修复系统和注药系统具有耦合效果：首先热脱附修复系统可以快速清理到污染源区的高浓度污染物，留下的低浓度污染物适应于采用化学氧化/还原或者生物修复技术处理；同时热脱附修复后土壤的余温有助于加快化学氧化/还原或者生物修复的效果；

(6)本申请所涉及的在线监测系统可以实时监测抽提出的气体中的污染物浓度(每2分钟可以出具一副GC谱图)，用于实时分析修复效果，进而及时、有效地调整修复工艺参数，实现快速、高效、节能的修复效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请的实施例所述的原位修复系统结构示意图；

图2为本申请的实施例所述的原位修复系统实施方式区域示意图；

图3为本申请的实施例的钻头结构示意图；

附图标记说明：

1移动平台；2钻头系统；3热蒸汽注入系统；6尾气收集系统；7尾气处理系统；11刚性支架；12孔；21钻头；22中空杆；31压力传感器；32温度传感器；33阀位变送器；5药剂注入系统；51高压空压机；52中压空压机；53进料口；4热空气注入系统；41鼓风机；42控制阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一……也可以被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

如图1所示，本申请提供了一种污染场地原位修复系统，包括移动平台1、钻头系统2、热蒸汽注入系统3、热空气注入系统4、药剂注入系统5；所述移动平台1包括刚性支架11，通过该刚性支架11支撑并控制所述钻头系统2上下移动；所述钻头系统2包括钻头21以及沿所述钻头21向上延伸的中空杆22；其中，先启动所述热蒸汽注入系统3原位注入热蒸汽，加热土壤后，再启动所述热空气注入系统4注入热空气，强化有机污染物向地面挥发，在修复达到预定程度后，停止注入热蒸汽和热空气，启动所述药剂注入系统5，在所述钻头系统2搅拌的同时注入药剂。

其中，移动平台1具有随时移动的功能，优选的，可以是一台移动车，该移动车具有固定车的支架，当移动到需要工作的位置后，移动车通过固定支架定位。

所述钻头通过钢丝绳及上述的刚性支架11连接到移动平台1的控制系统，移动平台1通过钢丝绳实现钻头的上下移动。

具体的，如图1所示，移动平台1为履带式结构，方便在凹凸不平的场地间移动，支撑架11可以在移动平台1中自由升降，根据需要高度升降到预定高度后固定，通过铁链的连接控制钻头的上下移动。高压空压机51，提供足够的空气动力，鼓入足够压力的空气进入中空钻杆；中空钻杆22中具有气体压力和气体流量监测与控制系统，能够反馈吹入气体的状况并实时调整。中压空压机52串联下料口33，当大量药剂从下料口53进入输送系统后，开启中压空压机52，药剂被吹入中空杆。

优选的，所述热蒸汽注入系统3包括压力传感器31、温度传感器32以及阀位变送器33，通过该压力传感器31和温度传感器32监控热蒸汽的压力和温度，并通过所述阀位变送器33控制热蒸汽注入的压力及流速，所述热蒸汽通过所述中空杆22注入。

优选的，所述药剂注入系统5包括高压空压机51、中压空压机52以及进料口53，其中，所述中压空压机52以及进料口53位于所述中空杆22下侧，所述中压空压机52将从所述进料口53进入的固体药剂送入所述中空杆22；所述高压空压机51位于所述中空杆22上侧，用于将所述固体药剂送入钻头21。

优选的，所述热空气注入系统4包括鼓风机41和控制阀42，通过所述鼓风机41向所述中空杆22内吹入热空气，并通过所述控制阀42调节进入热空气的量。

优选的，所述热蒸汽、热空气及药剂流通管的内径大小为1-20cm，优选8-15cm，流通管材质为耐高温、耐高压、耐化学腐蚀的材质。

如图3所示，优选的，所述钻头21是中空的腔体式结构，在所述钻头21侧壁上开设有多个孔12。孔的数量2-15为宜，优选10-12个。所述钻头21侧壁上开设有凹槽，所述多个孔12内嵌于所述凹槽内。所述腔体内部直径为1-60厘米；所述钻头21长为0.3-3米,厚0.01-0.2米；所述孔间隔为1-6厘米，直径为0.8厘米。

优选的，还包括尾气收集系统6和尾气处理系统7，所述尾气收集系统6通过管道抽提和收集污染气体后进入所述尾气处理系统7，经过所述尾气处理系统7处理后排出。

优选的，所述药剂注入系统5可用于注入液体或固体药剂。

如图1所示，本实施例中污染场地原位修复设备系统，包括内径4英寸的耐高温、耐腐蚀流通管，多流通阀门，热空气注入系统4,流量范围为0-1275m³/h，温度为30-100℃。热蒸汽注入系统3，流量范围8-12m³/h，温度范围为100-900℃。药剂注入系统5，例如液体药剂注入包括零价铁悬浮液、化学氧化剂、生物营养液、菌剂、重金属稳定化药剂等，也可以注入固体粉末药剂。尾气抽提系统6(内径超过10英寸的气体管道，包括VOCs污染物、SVOCs、热空气、蒸汽等)，尾气处理系统7，压力传感系统31(气体注入压力、液体注入压力、抽提系统压力)，处理后的土壤(注入了零价铁颗粒)11，内径为8英寸的带注药孔搅拌头21(孔间隙为1.2cm)，温度传感系统32(蒸汽温度、热空气问题、抽提气体温度、注入液体温度等)，移动平台1(可承重200吨)。

使用时，首先构建密集空间，置于污染场地设定点位上并压实，保证密闭空间与地面的紧密贴合不会漏气。随后启动搅拌头21搅拌土壤与热蒸汽注入系统3，注入的温度、流量及压力均通过传感系统31和32反馈，并通过阀位变送器控制系统控制。在注入设定量的热蒸汽后，启动热空气注入系统4，并同时启动尾气抽提系统7，抽提出的气体经过密闭罩时经过在线监测系统8，每两分钟读取一幅GC图谱，并及时分析抽提气体中污染物的浓度，确定是否可以停止搅拌及注气操作、是否需要重复操作以及是否需要启动注药系统5进行注药。抽提出的气体经过尾气处理系统7后达标排放，尾气中携带的水汽经过处理系统前置的气液分离器分离并处理达标排放。修复达标的污染土壤采用系统自带压平压实钻头进行压平如图1中所示。

在使用该系统时，需要根据污染场地的污染分布、地下水流向及地质地层情况合理安排施工的先后顺序，如图2所示。该图中展示了在使用该系统时，需要先在污染源区域的上游施工，如A1和A2点位，随后沿着地下水流方向向下推移，如B1、B2及B3，C1、C2及C3。同时，需要保证在移动时，点位与点位之间不能留有没有被搅拌头搅拌的区域，因此部分点位有重叠。

本发明实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

(1)在本申请所述的原位热脱附修复系统是可以移动的，并且处理深度可以根据污染场地的点位污染情况随时调整；

(2)本申请所述的原位热脱附修复系统所涉及的搅拌头是腔体式的并且设置有数量较多的小孔，可以在搅拌头搅拌土壤的同时注入热蒸汽，保证了热蒸汽均匀搅拌在土壤中，增加了热能使用效率；

(3)本申请所述的原位热脱附修复系统所涉及的搅拌头是腔体式的并且设置有数量较多的小孔，可以在搅拌头搅拌土壤的同时注入液态药剂，例如零价铁颗粒悬浮液、各种液态氧化药剂、液态菌剂、微生物生长营养液、液态重金属稳定化药剂等，保证了这些药剂可以被均匀混入土壤中，保证了修复效果；

(4)本申请所涉及的原位热脱附修复系统所涉及的热蒸汽注入系统和热空气注入系统，可以联合使用，首先注入热蒸汽快速加热污染土壤，保证了污染物可以快速挥发，随后通入热空气，并同时启动真空抽提，强化污染物快速挥发并被吹扫进入收集系统；

(5)本申请所涉及的原位热脱附修复系统所涉及的热脱附修复系统和注药系统具有耦合效果：首先热脱附修复系统可以快速清理到污染源区的高浓度污染物，留下的低浓度污染物适应于采用化学氧化/还原或者生物修复技术处理；同时热脱附修复后土壤的余温有助于加快化学氧化/还原或者生物修复的效果；

(6)本申请所涉及的在线监测系统可以实时监测抽提出的气体中的污染物浓度(每2分钟可以出具一副GC谱图)，用于实时分析修复效果，进而及时、有效地调整修复工艺参数，实现快速、高效、节能的修复效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种污染场地原位修复系统，其特征在于：包括移动平台(1)、钻头系统(2)、热蒸汽注入系统(3)、热空气注入系统(4)、药剂注入系统(5)；

所述移动平台(1)包括刚性支架(11)，通过该刚性支架(11)支撑并控制所述钻头系统(2)上下移动；所述钻头系统(2)包括钻头(21)以及沿所述钻头(21)向上延伸的中空杆(22)；

所述热蒸汽注入系统(3)、热空气注入系统(4)、药剂注入系统(5)从上到下依次连接于中空杆(22)，其中，

先启动所述热蒸汽注入系统(3)原位注入热蒸汽，加热土壤后，再启动所述热空气注入系统(4)注入热空气，强化有机污染物向地面挥发，在修复达到预定程度后，停止注入热蒸汽和热空气，启动所述药剂注入系统(5)，在所述钻头系统(2)搅拌的同时注入药剂；

所述钻头(21)是中空的腔体式结构，在所述钻头(21)侧壁上开设有多个孔(12)；所述钻头(21)侧壁上开设有凹槽，所述多个孔(12)内嵌于所述凹槽内；

所述热蒸汽注入系统(3)包括压力传感器(31)、温度传感器(32)以及阀位变送器(33)，通过该压力传感器(31)和温度传感器(32)监控热蒸汽的压力和温度，并通过所述阀位变送器(33)控制热蒸汽注入的压力及流速，所述热蒸汽通过所述中空杆(22)注入；

所述药剂注入系统(5)包括高压空压机(51)、中压空压机(52)以及进料口(53)，其中，所述中压空压机(52)以及进料口(53)位于所述中空杆(22)下侧，所述中压空压机(52)将从所述进料口(53)进入的固体药剂送入所述中空杆(22)；所述高压空压机(51)位于所述中空杆(22)上侧，用于将所述固体药剂送入钻头(21)。

2.根据权利要求1所述的原位修复系统，其特征在于：

所述热空气注入系统(4)包括鼓风机(41)和控制阀(42)，通过所述鼓风机(41)向所述中空杆(22)内吹入热空气，并通过所述控制阀(42)调节进入热空气的量。

3.根据权利要求1所述的原位修复系统，其特征在于：所述热蒸汽、热空气及药剂流通管的内径大小为1-20cm，流通管材质为耐高温、耐高压、耐化学腐蚀的材质。

4.根据权利要求3所述的原位修复系统，其特征在于：所述热蒸汽、热空气及药剂流通管的内径大小为8-15cm。

5.根据权利要求1所述的原位修复系统，其特征在于，所述腔体内部直径为1-60厘米；所述钻头(21)长为0.3-3米,厚0.01-0.2米；所述孔间隔为1-6厘米，直径为0.8厘米。

6.根据权利要求1所述的原位修复系统，其特征在于：还包括尾气收集系统(6)和尾气处理系统(7)，所述尾气收集系统(6)通过管道抽提和收集污染气体后进入所述尾气处理系统(7)，经过所述尾气处理系统(7)处理后排出。

7.根据权利要求3所述的原位修复系统，其特征在于：所述药剂注入系统(5)可用于注入液体或固体药剂。

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