CN109926442A - 一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置及处理方法，包括加热器、循环泵、加热系统、循环管、压力监测控制阀、温度传感器、流量传感器，其中，加热系统包括文丘里管和加热管，加热系统的连接关系被配置为：第n个加热管的输出端与第n+1个文丘里管的输入端连接；本发明优点在于：加热流体流经文丘里收集器产生负压，有效收集脱附气体，降低成本，该方法收集脱附气体，大幅度简化修复设备规模，体积小巧，使用经济；收集的有机废气经文丘里管收集后进入循环管，与有机热流体接触后发生物化作用而进入流体，实现部分消纳，富集气体的热流体于热脱附设备内不断循环，不产生废气外溢，不产生二次污染。

Description

一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置及 处理方法

技术领域

本发明涉及环境保护与土壤修复技术领域，尤其涉及一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置及处理方法。

背景技术

目前，国内针对有机污染土壤的处置主要包括热脱附、淋洗、空气喷射、化学氧化/还原、双向抽提、微生物和植物等修复方式，国外对热脱附过程处理机制和影响因素有了较为全面的认识，往往通过对建立床层模型模拟有机污染物在土壤中的热脱附过程，以实现工程应用中参数的建立和选取。我国土壤热脱附修复的研究起步较晚，但已有少量案例，现场工艺主要是以异位回转窑加热热脱附后接尾气处理，处理后污染土壤浓度基本可达到修复目标。而原位热脱附主要是通过升高污染区域温度实现污染物的脱附，可同步处理土壤和地下水，对周围环境影响较少，目前在我国已有十余例中试及修复工程。按照加热方式，原位热脱附还可细分为蒸汽加热、热传导加热和电阻加热，目前电阻加热方式使用较多。

中国发明专利（CN102671932B），用于污染土壤深层搅拌-热空气注入的原位修复系统及方法，其系统的热空气喷射管的下端与钻头内的钻头体芯管相连通，实现将加热装置与热脱附井有效结合，可解决SVE技术在修复后期普遍存在的“拖尾效应”，提高修复效率，该专利对土壤原位热脱附系统做出了技术改进，但是无法解决二次污染的问题，系统能耗也较高。

中国发明专利（CN201610065614），一种循环式流体热脱附土壤污染处理方法及装置，是土壤原位热脱附中热传导型脱附装置的改进，循环泵运转可将加热后的高沸点液体泵至循环管路，热液流经需要加热的位点，通过热传导形式加热土壤污染位点，但该装置仅流经污染点位一次即进行循环，污染气体仍然是由传统气体收集井进行收集，加热流体为洁净热载体油等热导介质，是一项较为传统的处置方式，同样无法解决二次污染、资源再利用和系统能耗的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置及处理方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置，其特征在于，它包括加热器和若干个加热系统，所述加热器内设有温度传感器，所述加热系统依次连接，所述加热器的出口与出口管的前端连接，所述出口管的前部设有循环泵，所述出口管的后端与最前端的加热系统的输入端连接，最后端的加热系统的输出端与循环管的前端连接，所述循环管的前端设有压力监测控制阀，所述压力监测控制阀与气体应急处理燃烧装置连接，所述循环管的后部设有流量传感器，所述循环管的后端与加热器的入口连接，

其中，每一所述加热系统包括一文丘里管和一加热管，所述文丘里管和加热管前后依次连接，所述文丘里管接入气体收集管，所述加热管的前后两端为直管，所述加热管的中部为U形管，两直管分别与U形管的前后两端连接，所述加热系统的连接关系被配置为：第n个加热管的输出端与第n+1个文丘里管的输入端连接。

进一步地，所述加热器内置燃油。

进一步地，所述燃油的温度为200~400℃。

进一步地，所述气体收集管设有第一安全阀，所述压力监测控制阀与气体应急处理燃烧装置之间设有第二安全阀。

进一步地，所述加热器的顶部设有连接口。

一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将气体收集井、循环管道放置在污染土壤合适的位置，基于具体污染物，选用并注入加热流体，比如燃油，检查各接口处连接严实，设定压力监测控制值，开启压力监测控制阀，关闭第二安全阀，启动加热器；

步骤二：待温度监测器显示加热器内加热流体达到预设温度，预设温度基于具体污染物选定，一般为200~400℃，启动循环泵；

步骤三：热流体通过文丘里管产生负压，土壤中有机物经加热管热处理后，脱附的气体在负压抽吸作用下，通过气体收集井和文丘里管进入循环管，在随热流体流动的过程中部分气体溶解于热流体中；

步骤四：随着系统的运行，压力监测控制阀处达到既定压力，此时打开第二安全阀，多余气体导至气体应急处理燃烧装置；

步骤五：修复结束后，关闭加热器，关闭第一安全阀，打开加热器顶部的连接口以及压力监测控制阀，收集加热器内的燃油和管道内的存余气体，待管道内物质收集完毕后，关闭循环泵。

本发明的优点在于：利用加热流体流经文丘里收集器产生负压，可有效收集脱附气体，降低成本。通过该方法收集脱附气体，一定程度上替代了传统原位热脱附的抽提系统，可大幅度简化修复设备规模，减少气体输送管道建设投入，体积小巧，使用经济；

收集的有机废气经文丘里管收集后进入循环管，与有机热流体接触后发生物化作用而进入流体，可实现部分消纳，富集气体的热流体于热脱附设备内不断循环，不产生废气外溢，不产生二次污染；同时，部分富集了热值较高的非易爆气体的热载体油，可适当导入加热器作为加热辅助燃料，有效利用废气热值的同时，通过燃烧作用实现了有机污染物的无害化；无法直接消纳的气体，可在修复工程结束后对热流体进行减压抽提，收集剩余废气。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明具体实施时的结构示意图。

附图标记：

1加热器2出口管3加热系统4文丘里管5加热管6循环管

7压力监测控制阀8气体应急处理燃烧装置9温度传感器10流量传感器

11气体收集管12第一安全阀13第二安全阀14循环泵15连接口

16尾气应急输送和吸收装置17加热流体应急处置装置18事故收集池。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置，如图1所示，其特征在于，它包括加热器1和若干个加热系统3，所述加热器1内设有温度传感器9，所述加热系统3依次连接，所述加热器1的出口与出口管2的前端连接，所述出口管2的前部设有循环泵14，所述出口管2的后端与最前端的加热系统3的输入端连接，最后端的加热系统3的输出端与循环管6的前端连接，所述循环管6的前端设有压力监测控制阀7，所述压力监测控制阀7与气体应急处理燃烧装置8连接，所述循环管6的后部设有流量传感器10，所述循环管6的后端与加热器1的入口连接，

其中，每一所述加热系统3包括一文丘里管4和一加热管5，所述文丘里管4和加热管5前后依次连接，所述文丘里管4接入气体收集管11，所述加热管5的前后两端为直管，所述加热管5的中部为U形管，两直管分别与U形管的前后两端连接，所述加热系统3的连接关系被配置为：第n个加热管5的输出端与第n+1个文丘里管4的输入端连接。

进一步地，所述加热器1内置燃油。

进一步地，所述燃油的温度为200~400℃。

进一步地，所述气体收集管11设有第一安全阀12，所述压力监测控制阀7与气体应急处理燃烧装置8之间设有第二安全阀13。

进一步地，所述加热器1的顶部设有连接口15。

一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将气体收集井、循环管6道放置在污染土壤合适的位置，基于具体污染物，选用并注入加热流体，比如燃油，检查各接口处连接严实，设定压力监测控制值，开启压力监测控制阀7，关闭第二安全阀13，启动加热器1；

步骤二：待温度监测器显示加热器1内加热流体达到预设温度，预设温度基于具体污染物选定，一般为200~400℃，启动循环泵14；

步骤三：热流体通过文丘里管4产生负压，土壤中有机物经加热管5热处理后，脱附的气体在负压抽吸作用下，通过气体收集井和文丘里管4进入循环管6，在随热流体流动的过程中部分气体溶解于热流体中；

步骤四：随着系统的运行，压力监测控制阀7处达到既定压力，此时打开第二安全阀13，多余气体导至气体应急处理燃烧装置8；

步骤五：修复结束后，关闭加热器1，关闭第一安全阀12，打开加热器1顶部的连接口15以及压力监测控制阀7，收集加热器1内的燃油和管道内的存余气体，待管道内物质收集完毕后，关闭循环泵14。

实施例

如图2所示，基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理系统，包括加热器1、循环泵14、加热系统3、循环管6、压力监测控制阀7、温度传感器9、流量传感器10，其中，加热系统3包括文丘里管4和加热管5。

所述循环管6为U形管，循环管6的下部插入土壤内，土壤内的循环管6由不锈钢金属材料制成，裸露于土壤之外部分外敷保温棉，文丘里管4为不锈钢金属材料制成，接口为内插法兰接头，循环泵14为LQRY-热油泵(一个使用一个备用)，气体收集管11为自制多孔不锈钢套管，上部设螺口与文丘里管4连接，压力监测控制阀7为A21W不锈钢阀。

本实施例设置尾气应急输送和吸收装置16，吸收剂为甲醇，尾气应急输送和吸收装置16通过压力监测控制阀7连接至循环管6。

本实施例设置加热流体应急处置装置17，加热流体应急处置装置17一端连接加热器1，另一端外连事故收集池18，正常修复过程中，加热流体应急处置装置17至事故收集池18的安全阀为关闭状态。

本实施例修复对象为苯污染土壤，经过处理后选择污染均匀的部分土壤进行实施例试验，平均污染浓度220mg/kg，污染区域范围为20m*30m，深度2m。在污染区域均匀放置十处土壤有效加热段，八根气体收集管11，加热流体为热载体油，土壤表面裸露部分设置密封。

经336小时处理后，对剩余土壤和冷却后的热载体油进行检测，土壤中苯的平均浓度为27mg/kg，油中苯的浓度为1.23g/L。

利用上述一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理方法，实施土壤原位热修复处理，包括如下步骤：

步骤一：检查各接口处连接严实，关闭压力监测控制阀7的阀门，启动加热器1；待温度监测器显示加热器1内加热流体达到300℃，启动循环泵14；热流体通过文丘里管4产生负压，现场的挥发性有机物经加热管5热处理后，脱附的气体在负压抽吸作用下，通过气体收集井和文丘里管4进入循环管6，在随热流体流动的过程中部分气体溶解于热流体中；

步骤二：336小时后，关闭加热器1，打开加热器1与外接液体处理装置之间的阀门，打开压力监测控制阀7阀门，收集加热流体和管道内存余气体，管道内物质收集完毕后关闭循环泵14。

步骤三：对剩余土壤和冷却后的热载体油进行检测，土壤中苯的平均浓度为27mg/kg，油中苯的浓度为1.23g/L。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (6)

1.一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置，其特征在于，它包括加热器和若干个加热系统，所述加热器内设有温度传感器，所述加热系统依次连接，所述加热器的出口与出口管的前端连接，所述出口管的前部设有循环泵，所述出口管的后端与最前端的加热系统的输入端连接，最后端的加热系统的输出端与循环管的前端连接，所述循环管的前端设有压力监测控制阀，所述压力监测控制阀与气体应急处理燃烧装置连接，所述循环管的后部设有流量传感器，所述循环管的后端与加热器的入口连接，

其中，每一所述加热系统包括一文丘里管和一加热管，所述文丘里管和加热管前后依次连接，所述文丘里管接入气体收集管，所述加热管的前后两端为直管，所述加热管的中部为U形管，两直管分别与U形管的前后两端连接，所述加热系统的连接关系被配置为：第n个加热管的输出端与第n+1个文丘里管的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置，其特征在于，所述加热器内置燃油。

3.根据权利要求2所述的一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置，其特征在于，所述燃油的温度为200~400℃。

4.根据权利要求1所述的一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置，其特征在于，所述气体收集管设有第一安全阀，所述压力监测控制阀与气体应急处理燃烧装置之间设有第二安全阀。

5.根据权利要求1所述的一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理装置，其特征在于，所述加热器的顶部设有连接口。

6.一种基于文丘里的土壤热脱附加热流体和收集气处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将气体收集井、循环管道放置在污染土壤合适的位置，基于具体污染物，选用并注入加热流体，检查各接口处连接严实，设定压力监测控制值，开启压力监测控制阀，关闭第二安全阀，启动加热器；

步骤二：待温度监测器显示加热器内加热流体达到预设温度，预设温度基于具体污染物选定，一般为200~400℃，启动循环泵；

步骤三：热流体通过文丘里管产生负压，土壤中有机物经加热管热处理后，脱附的气体在负压抽吸作用下，通过气体收集井和文丘里管进入循环管，在随热流体流动的过程中部分气体溶解于热流体中；

步骤四：随着系统的运行，压力监测控制阀处达到既定压力，此时打开第二安全阀，多余气体导至气体应急处理燃烧装置；

步骤五：修复结束后，关闭加热器，关闭第一安全阀，打开加热器顶部的连接口以及压力监测控制阀，收集加热器内的燃油和管道内的存余气体，待管道内物质收集完毕后，关闭循环泵。