CN109821874B - 止水止汽结构及用该结构辅助原位热脱附土壤修复的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了止水止汽结构及用该结构辅助原位热脱附土壤修复的方法，止水止汽结构包括环向设置在原位热脱附修复区外的第一单排水泥搅拌桩、环向设置在第一单排水泥搅拌桩外侧的第二单排水泥搅拌桩、第一汽提井和第一降水井、横向阻隔层，第一单排水泥搅拌桩与第二单排水泥搅拌桩均采用水泥搅拌桩，水泥搅拌桩之间咬合设置。止水止汽结构将降水井与止水帷幕联合起来，在两排三轴水泥搅拌桩之间设置降水井，降水井靠近外排三轴水泥搅拌桩，可有效阻止外部地下水进入加热范围，减少因蒸发地下水而损耗的能量；也可防止原位热脱附区域的污染地下水扩散，避免造成地下水二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，特别是止水止汽结构及用该结构辅助原位热脱附土壤修复的方法。
背景技术
原位热脱附技术（ISTD）是有机污染土壤原位修复技术中一项重要手段，主要用于处理一些比较难开展异位环境修复的区域，例如，深层土壤以及建筑物下面的污染修复。原位热脱附技术是将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，通过控制系统温度和物料停留时间有选择地促使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离、去除。热脱附过程可以使土壤中的有机化合物挥发和裂解等物理化学变化。当污染物转化为气态之后，其流动性将大大提高，挥发出来的气态产物通过收集和捕获后进行净化处理。
热传导加热技术（TCH）是利用热量在地下通过热辐射进行传导加热的方法，可将污染区域加热至几百摄氏度。该技术又被称之为原位热解析或者原位热脱附技术。它结合了加热和负压的方法，由垂直（或倾斜）阵列加热棒以热传导的方式伴随真空抽提，电加热原件可在高达600-800℃的条件下运行，热量通过土壤进行传导，当土壤被加热的时候，挥发性、半挥发性和不挥发性有机污染物将会通过一系列的蒸发、蒸馏、沸腾、氧化和高温分解等原理挥发或被降解掉。被蒸发的水和污染物，甚至和一些挥发性的无机物都可以从“加热-抽提”井中被收集。
原位热脱附修复技术在实际工程应用存在的问题有：第一，一个是由于土壤中存在大量地下水，同时施工过程中会出现雨雪天气，而在加热过程中，需将水完全蒸干后，加热温度才能提升到100℃，这样会损耗大量热量；第二，一般在施工过程中，虽然在加热前会进行降水，同时也会设置止水帷幕，但根据多个实际施工的案例，依然会有地下水渗入原位热脱附修复区(5)域；第三，在加热去除有机污染物过程中，有机污染物汽化，可能会在水平方向向外逸散，导致污染物迁移，造成二次污染。
发明内容
本发明的目的是提供止水止汽结构及用该结构辅助原位热脱附土壤修复的方法，要解决现阶段原位土壤修复时，热量消耗大、地下水降水施工不彻底、气体污染物二次污染严重的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：止水止汽结构，所述止水止汽结构包括环向设置在原位热脱附修复区5外的第一单排水泥搅拌桩1、环向设置在第一单排水泥搅拌桩1外侧的第二单排水泥搅拌桩2、第一汽提井4和第一降水井3、横向阻隔层，第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2均采用水泥搅拌桩，水泥搅拌桩之间咬合设置；
第一汽提井4环向间隔设置在第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2之间、靠近第一单排水泥搅拌桩1的一侧；
第一降水井3设置在第二单排水泥搅拌桩2与第一汽提井4之间、靠近第二单排水泥搅拌桩2的一侧；
横向阻隔层敷设在第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2之间的地面上。
进一步，第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2之间的距离至少为3m；第一单排水泥搅拌桩1与原位热脱附修复区5的距离至少为3m。
进一步，水泥搅拌桩为三轴水泥搅拌桩。
进一步，第一降水井3之间的距离为5-15m；第一降水井3的井径为500mm。
进一步，相邻第一汽提井4的出气口通过管道连通。
进一步，相邻第一汽提井4之间的距离为3m；第一汽提井4的井径为130mm。
进一步，第一降水井3内设置有用于抽取地下水的潜水泵，潜水泵与原位热脱附修复区5的抽水管道相连，抽水管道的出水口通过管路将抽提出的地下水送入尾水处理装置。
进一步，原位热脱附修复区5内设置有原位修复系统；所述修复系统包括设置在地层内的加热井、设置在地层内的第二汽提井、第二降水井、温度和压力检测设备、尾水处理装置、尾气处理装置和电控系统。
本发明提供利用上述止水止汽结构辅助原位热脱附土壤修复的方法，具体步骤如下：
步骤一，在待修复的原位热脱附修复区5外进行止水止汽结构的施工；
s1，环向设置在原位热脱附修复区5外的第一单排水泥搅拌桩1，环向设置在第一单排水泥搅拌桩1外侧的第二单排水泥搅拌桩2；第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2均采用水泥搅拌桩，水泥搅拌桩之间咬合设置；第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2之间的距离至少为3m；第一单排水泥搅拌桩1与原位热脱附修复区5的距离至少为3m。
s2，在第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2之间、靠近第一单排水泥搅拌桩1的一侧设置第一汽提井4；
s3，将第一汽提井4的出气口通过管道连通；
s4，在第二单排水泥搅拌桩2与第一汽提井4之间、靠近第二单排水泥搅拌桩2的一侧设置第一降水井3；相邻第一降水井3之间的距离为5-15m；
步骤二，在原位热脱附修复区5内设置原位修复系统；
步骤三，在原位热脱附修复区5以及止水止汽结构表面敷设连续的横向阻隔层；
步骤四，打开第一降水井3内的潜水泵，抽提地下水，潜水泵与原位热脱附修复区5的抽水管道相连，抽提出的地下水进入尾水处理设备，处理达标后排放；
步骤五，打开加热井、温度和压力检测设备，加热受污染的地层，有机污染物汽化过程中，第一汽提井4和第二汽提井会有效防止气体污染物逸散迁移并且将气体污染物送入尾气处理设备，处理达标后排放；
步骤六，对修复效果进行评估。
进一步，步骤三中，横向阻隔层包括岩棉板层6和敷设在岩棉板层6上部的加气混凝土层7；加气混凝土层7厚度至少为25 cm；加气混凝土层7采用C20混凝土浇筑。
本发明的有益效果体现在：
1，本发明提供的止水止汽结构及用该结构辅助原位热脱附土壤修复的方法，在两排三轴水泥搅拌桩之间设置第一汽提井，第一汽提井靠近内排三轴水泥搅拌桩，可有效防止污染物逸散。
2，止水止汽结构将降水井与止水帷幕联合起来，在两排三轴水泥搅拌桩之间设置降水井，降水井靠近外排三轴水泥搅拌桩，可有效阻止外部地下水进入加热范围，减少因蒸发地下水而损耗的能量；也可防止原位热脱附区域的污染地下水扩散，避免造成地下水二次污染。
3，在原位热脱附修复区以及止水止汽结构表面敷设连续的横向阻隔层可起到保温作用，同时可防止地表降水下渗进入原位加热区，减少因蒸发地表水而损耗的能量，从而减少能量损耗；另外，也可防止蒸发出的污染气体外溢，避免造成大气二次污染。
4，本发明提供的止水止汽结构及用该结构辅助原位热脱附土壤修复的方法，不受地层渗透性的影响，可在渗透性差或均匀性差的污染场地中应用。热传导加热过程在水平和垂直方向上是相对均匀的加热过程，加热棒上线性均匀释放的并输入至土壤中。不同土壤的热导率波动甚小，影响因子通常在3左右，热量在土壤中的扩散速率和形式是可以预测的，在两个加热棒中间的区域，也能够确保达到目标修复温度。
本发明提供的止水止汽结构及用该结构原位热脱附土壤修复的施工方法，对均匀性差的污染场地修复也可以取得较好的效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明结构示意图。
图2是横向阻隔层的侧视图。
附图标记：1-第一单排水泥搅拌桩、2-第二单排水泥搅拌桩、3-第一降水井、4-第一汽提井、5-原位热脱附修复区、6-岩棉板层、7-加气混凝土层。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。
当使用原位热传导加热技术时，土壤会由于高温加热而逐渐干燥、收缩，被蒸发的污染物也将随着土壤渗透性的提高而显著的提高。即使在紧密的淤泥和粘土层，也会形成蒸气流通路，从而被真空抽提设备捕获。
如图1所示，本发明提供了一种止水止汽结构，包括环向设置在原位热脱附修复区5外的第一单排水泥搅拌桩1、环向设置在第一单排水泥搅拌桩1外侧的第二单排水泥搅拌桩2、第一汽提井4和第一降水井3、横向阻隔层，第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2均采用水泥搅拌桩，水泥搅拌桩之间咬合设置水泥搅拌桩为三轴水泥搅拌桩。相邻第一汽提井4的出气口通过管道连通。相邻第一汽提井4之间的距离为3m；第一汽提井4的井径为130mm。通过在第一汽提井靠近内排三轴水泥搅拌桩，可有效防止污染物逸散。
进一步，第一降水井3之间的距离为5-15m；第一降水井3的井径为500mm。第一降水井3内设置有用于抽取地下水的潜水泵，潜水泵与原位热脱附修复区5的抽水管道相连，抽水管道的出水口通过管路将抽提出的地下水送入尾水处理装置。
第一汽提井4环向间隔设置在第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2之间、靠近第一单排水泥搅拌桩1的一侧；第一降水井3设置在第二单排水泥搅拌桩2与第一汽提井4之间、靠近第二单排水泥搅拌桩2的一侧；横向阻隔层敷设在第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2之间的地面上。横向阻隔层包括岩棉板层6和敷设在岩棉板层6上部的加气混凝土层7；加气混凝土层7厚度至少为25 cm；加气混凝土层7可以采用C20混凝土浇筑。
该止水止汽结构可有效阻止外部地下水进入加热范围，减少因蒸发地下水而损耗的能量；也可防止原位热脱附区域的污染地下水扩散，避免造成地下水二次污染。
具体的，第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2之间的距离至少为3m；第一单排水泥搅拌桩1与原位热脱附修复区5的距离至少为3m。
所述原位热脱附修复区5内还可以设置有原位修复系统；所述修复系统包括设置在地层内的加热井、设置在地层内的第二汽提井、第二降水井、温度和压力检测设备、尾水处理装置、尾气处理装置和电控系统。原位修复系统属于比较成熟的技术，所以不再赘述原理和过程。
利用上述止水止汽结构辅助原位热脱附土壤修复的方法，具体步骤如下：
步骤一，在待修复的原位热脱附修复区5外进行止水止汽结构的施工；
s1，环向设置在原位热脱附修复区5外的第一单排水泥搅拌桩1，环向设置在第一单排水泥搅拌桩1外侧的第二单排水泥搅拌桩2；第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2均采用水泥搅拌桩，水泥搅拌桩之间咬合设置；第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2之间的距离至少为3m；第一单排水泥搅拌桩1与原位热脱附修复区5的距离至少为3m。
s2，在第一单排水泥搅拌桩1与第二单排水泥搅拌桩2之间、靠近第一单排水泥搅拌桩1的一侧设置第一汽提井4；
s3，将第一汽提井4的出气口通过管道连通；
s4，在第二单排水泥搅拌桩2与第一汽提井4之间、靠近第二单排水泥搅拌桩2的一侧设置第一降水井3；相邻第一降水井3之间的距离为5-15m；
步骤二，在原位热脱附修复区5内设置原位修复系统；
步骤三，在原位热脱附修复区5以及止水止汽结构表面敷设连续的横向阻隔层；如图2所示，横向阻隔层包括岩棉板层6和敷设在岩棉板层6上部的加气混凝土层7；加气混凝土层7厚度至少为25 cm；加气混凝土层7采用C20混凝土浇筑。在原位热脱附修复区5以及止水止汽结构表面敷设连续的横向阻隔层可起到保温作用，同时可防止地表降水下渗进入原位加热区，减少因蒸发地表水而损耗的能量，从而减少能量损耗；另外，也可防止蒸发出的污染气体外溢，避免造成大气二次污染。
步骤四，打开第一降水井3内的潜水泵，抽提地下水，潜水泵与原位热脱附修复区5的抽水管道相连，抽提出的地下水进入尾水处理设备，处理达标后排放；
步骤五，打开加热井、温度和压力检测设备，加热受污染的地层，有机污染物汽化过程中，第一汽提井4和第二汽提井会有效防止气体污染物逸散迁移并且将气体污染物送入尾气处理设备，处理达标后排放；
步骤六，对修复效果进行评估。
本发明不受地层渗透性的影响，可在渗透性差或均匀性差的污染场地中应用。热传导加热过程在水平和垂直方向上是相对均匀的加热过程，加热棒上线性均匀释放的并输入至土壤中。不同土壤的热导率波动甚小，影响因子通常在3左右，热量在土壤中的扩散速率和形式是可以预测的，在两个加热棒中间的区域，也能够确保达到目标修复温度。本发明提供的止水止汽结构及用该结构原位热脱附土壤修复的施工方法，对均匀性差的污染场地修复也可以取得较好的效果。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.止水止汽结构，其特征在于：所述止水止汽结构包括环向设置在原位热脱附修复区(5)外的第一单排水泥搅拌桩(1)、环向设置在第一单排水泥搅拌桩(1)外侧的第二单排水泥搅拌桩(2)、第一汽提井(4)和第一降水井(3)、横向阻隔层，第一单排水泥搅拌桩(1)与第二单排水泥搅拌桩(2)均采用水泥搅拌桩，水泥搅拌桩之间咬合设置；
第一汽提井(4)环向间隔设置在第一单排水泥搅拌桩(1)与第二单排水泥搅拌桩(2)之间、靠近第一单排水泥搅拌桩(1)的一侧；
第一降水井(3)设置在第二单排水泥搅拌桩(2)与第一汽提井(4)之间、靠近第二单排水泥搅拌桩(2)的一侧；
横向阻隔层敷设在第一单排水泥搅拌桩(1)与第二单排水泥搅拌桩(2)之间的地面上；横向阻隔层包括岩棉板层(6)和敷设在岩棉板层(6)上部的加气混凝土层(7)；加气混凝土层(7)厚度至少为25 cm；加气混凝土层(7)采用C20混凝土浇筑。
2.如权利要求1所述的止水止汽结构，其特征在于，第一单排水泥搅拌桩(1)与第二单排水泥搅拌桩(2)之间的距离至少为3m；第一单排水泥搅拌桩(1)与原位热脱附修复区(5)的距离至少为3m。
3.如权利要求1所述的止水止汽结构，其特征在于，水泥搅拌桩为三轴水泥搅拌桩。
4.如权利要求1所述的止水止汽结构，其特征在于，第一降水井(3)之间的距离为5-15m；第一降水井(3)的井径为500mm。
5.如权利要求1所述的止水止汽结构，其特征在于，相邻第一汽提井(4)的出气口通过管道连通。
6.如权利要求5所述的止水止汽结构，其特征在于，相邻第一汽提井(4)之间的距离为3m；第一汽提井(4)的井径为130mm。
7.如权利要求1所述的止水止汽结构，其特征在于，第一降水井(3)内设置有用于抽取地下水的潜水泵，潜水泵与原位热脱附修复区(5)的抽水管道相连，抽水管道的出水口通过管路将抽提出的地下水送入尾水处理装置。
8.如权利要求1所述的止水止汽结构，其特征在于，原位热脱附修复区(5)内设置有原位修复系统；所述修复系统包括设置在地层内的加热井、设置在地层内的第二汽提井、第二降水井、温度和压力检测设备、尾水处理装置、尾气处理装置和电控系统。
9.利用如权利要求1-8中任意一项所述的止水止汽结构辅助原位热脱附土壤修复的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，在待修复的原位热脱附修复区(5)外进行止水止汽结构的施工；
s1，环向设置在原位热脱附修复区(5)外的第一单排水泥搅拌桩(1)，环向设置在第一单排水泥搅拌桩(1)外侧的第二单排水泥搅拌桩(2)；第一单排水泥搅拌桩(1)与第二单排水泥搅拌桩(2)均采用水泥搅拌桩，水泥搅拌桩之间咬合设置；第一单排水泥搅拌桩(1)与第二单排水泥搅拌桩(2)之间的距离至少为3m；第一单排水泥搅拌桩(1)与原位热脱附修复区(5)的距离至少为3m；
s2，在第一单排水泥搅拌桩(1)与第二单排水泥搅拌桩(2)之间、靠近第一单排水泥搅拌桩(1)的一侧设置第一汽提井(4)；
s3，将第一汽提井(4)的出气口通过管道连通；
s4，在第二单排水泥搅拌桩(2)与第一汽提井(4)之间、靠近第二单排水泥搅拌桩(2)的一侧设置第一降水井(3)；相邻第一降水井(3)之间的距离为5-15m；
步骤二，在原位热脱附修复区(5)内设置原位修复系统；
步骤三，在原位热脱附修复区(5)以及止水止汽结构表面敷设连续的横向阻隔层；
步骤四，打开第一降水井(3)内的潜水泵，抽提地下水，潜水泵与原位热脱附修复区(5)的抽水管道相连，抽提出的地下水进入尾水处理设备，处理达标后排放；
步骤五，打开加热井、温度和压力检测设备，加热受污染的地层，有机污染物汽化过程中，第一汽提井(4)和第二汽提井会有效防止气体污染物逸散迁移并且将气体污染物送入尾气处理设备，处理达标后排放；
步骤六，对修复效果进行评估。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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