CN110404951A - 一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，包括SVE修复系统，所述SVE系统包括气体收集组件模块、动力组件模块、气液分离组件模块、连接与监测组件模块、制冷组件模块、控制组件模块和废气处理组件模块。SVE修复法环境安全性好，采用吸附法或燃烧法处理抽出的有机废气，不会产生二次污染。SVE法可从污染土壤中有效去除挥发性和某些半挥发性污染物，从而降低污染物从土壤转移到地下水的潜在风险。
Description
技术领域
本发明涉及本发明涉及土壤保护技术领域，具体涉及一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统。
背景技术
土壤作为人类生态环境的重要组成部分，随着城市化速度加快和现代工农业的快
速发展，城市规划置换出来的冶炼、有机化工工业搬迁场地越来越多，由于生产活动中“跑冒滴漏”现象造成的有机污染物进入土壤，不仅破坏了土壤本身的生态系统，甚至对地下水资源也构成威胁；另外石油开采、冶炼、使用和运输过程的污染和泄漏及含油废水的排放等对土壤的污染也已成为当前国际土壤生态环境保护与治理的焦点问题，日益引起国内外环境领域的广泛关注与重视。
随着许多生产性企业的停产和搬迁 , 大片的土地闲置下来 , 但这些企业的场地大多污染较重 , 再用于居住、商业等其他用途前 , 必须予以治理 , 如何选用经济上、技术上可行的土地修复方法 , 近年来成为科学试验和工程实践的热点之一。
土壤气相抽提技术（SVE）是利用真空泵抽提产生负压，空气流经污染区域时，解吸并夹带土壤空隙中的挥发性和半挥发性有机污染物，由气流将其带走，经抽提并收集后最终处理，达到净化包气带土壤的目的。现有的土壤气相抽提系统功能不完善，一般将土壤中抽出的有机物气体通过尾气排放装置直接排往大气中，在修复土壤的同时造成大气污染，并且抽出的气体中含有液体有机物无法排放干净，很可能造成二次污染，但现有的土壤气象抽提很难克服上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种功能完善、修复充分、不造成二次污染的用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，包括SVE修复系统，所述SVE修复系统以气相形式提取土壤中污染物质 ,定时监测气相介质流量、压力、温度、浓度参数，废气在地面处理达标后排放；
所述SVE系统包括气体收集组件模块、动力组件模块、气液分离组件模块、连接与监测组件模块、制冷组件模块、控制组件模块和废气处理组件模块。
作为本发明的进一步改进，所述气体收集组件模块包括抽气井及用于连接井和抽提设备的钢丝软管；在场区四周沿抽气井影响半径外沿设置和抽气井具有相同结构的通风井。
作为本发明的进一步改进，所述动力组件模块采用真空双螺杆泵，真空双螺杆泵对抽气井进行抽气；真空双螺杆泵的各螺杆相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合,在泵的吸入口和排出口之间,就会被分隔成一个或多个密封空间；随着螺杆的转动和啮合,这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的流体封入其中,并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，从而将封闭在各空间中的流体不断排出。
作为本发明的进一步改进，所述气液分离组件模块设置在抽气井出口与真空双螺杆泵吸入口之间的管路上，受土壤含水量、大气降水因素影响，从土壤中抽出的气体含有的水汽直接进入动力系统,会对螺杆泵及仪表造成损坏，故气液分离组件模块采用横置罐体进行气液分离，罐内沿气体进入罐体方向上设横向挡板，含水气流撞击挡板后气液分离,气体从挡板下方、侧方流过，绕至挡板后部，经罐体上部的出气口进入后序管道。分离下的水积到一定量后通过排液泵排出系统,收集后委托处理。
作为本发明的进一步改进，所述连接与监测组件模块设置有五个位置予以监测：
a在与气液分离组件模块连接处的各气体收集组件模块末端，设置采样口、压力计、流量计、温度计，测知各抽气井内气体的浓度、压力、流量、温度；
b在气液分离器上设气体采样口，测知各井内气体汇集后的平均浓度；
c 由于系统的真空度是通过系统掺气补鲜风的多少来调节和控制的，故在掺气管路上设流量计以测掺气量，以及在之后的管路上设压力计、流量计、温度计，测知土壤气体与鲜风汇流后的压力、流量、温度；
d在真空泵之后且进入废气处理系统之前管路上设取样口，以测知等处理气体浓度；
e在废气处理系统之后管路上设取样口，以测知最终排放气体的浓度。
作为本发明的进一步改进，所述制冷组件模块采用水动力恒温冷却液循环机，以水为传热介质，将真空双螺杆泵运行过程中产生热量传递出来，通过制冷系统将热量散发到设备外部，从而保证真空双螺杆泵在正常的温度范围内工作。制冷机与真空双螺杆泵之间依靠制冷机内水泵的压力形成封闭介质循环，由温度传感器检测介质温度，实施对制冷机的控制。
作为本发明的进一步改进，所述控制组件模块为集成电控箱，集成电控箱通过手动或自动控制螺杆泵及排污泵的运行方式、气体收集单元各电动阀及掺气阀的开关，调整系统的真空度、运行时间、运行方式和处于工作状态抽气井的数量。
作为本发明的进一步改进，所述废气处理组件模块采用联合应用催化燃烧、活性炭吸附和脱附技术来处理抽提出的有机废气。
作为本发明的进一步改进，所述联合应用废气处理过程如下，抽提出的有机废气浓度高于1000mg/m3时采用催化燃烧技术进行处理，当修复系统运行一定时间,土壤气体浓度降至低于1000mg/m3已达不到催化燃烧技术所需浓度时，通过进气管路切换采用蜂窝状活性炭吸附脱附装置进行吸附处理，吸附一定时间活性炭饱和后借用催化燃烧技术的催化燃烧室对活性炭进行脱附,脱附后的活性炭重复利用。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：
土壤水分对SVE修复效果的影响很大,普遍认为增加土壤含水率后会降低土壤通透性，不利于有机污染物的挥发。有些原位修复方法是将强氧化剂溶液注入土壤中，这可能会增大土壤含水量,降低土壤的渗透性，影响气体的流动,且易被SVE系统动力设备抽入抽气井内,进而进入SVE系统,污染或损坏设备和仪表,给SVE的施行带来影响,故这类方法与SVE法的联合应用需从多方面论证其可行性。在治理包气带VOCs和SVOC上,无论短期还是长期效率,SVE系统更为高效,但其长期效率可能受限于不同土壤岩性中污染物的分解速率,这种情况更可能发生在污染较重场地或诸如黏土含量高的低渗透性土壤中。在技术上，SVE工艺易于理解,不难实施,适于场地的长远再利用。为扩大处理对象的范围,可考虑采用生物通风等法来配合使用。SVE法环境安全性好，采用吸附法或燃烧法处理抽出的有机废气，不会产生二次污染。SVE法可从污染土壤中有效去除挥发性和某些半挥发性污染物，从而降低污染物从土壤转移到地下水的潜在风险。
附图说明
附图1为本发明SVE修复系统的示意图。
附图中，1通风井、2抽气井、3压力计、4流量计、5气液分离器、6真空泵、7废气处理组件模块。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如附图1所示，一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，包括SVE修复系统，所述SVE修复系统以气相形式提取土壤中污染物质，定时监测气相介质流量、压力、温度、浓度参数，废气在地面处理达标后排放；
所述SVE系统包括气体收集组件模块、动力组件模块、气液分离组件模块、连接与监测组件模块、制冷组件模块、控制组件模块和废气处理组件模块7。
所述气体收集组件模块包括抽气井2及用于连接井和抽提设备的钢丝软管；在场区四周沿抽气井2影响半径外沿设置和抽气井2具有相同结构的通风井1。
所述动力组件模块采用真空双螺杆泵，真空双螺杆泵对抽气井2进行抽气；真空双螺杆泵的各螺杆相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，就会被分隔成一个或多个密封空间；随着螺杆的转动和啮合,这些密封空间在泵的吸入端不断形成,将吸入室中的流体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，从而将封闭在各空间中的流体不断排出。
所述气液分离组件模块设置在抽气井2出口与真空双螺杆泵吸入口之间的管路上，受土壤含水量、大气降水因素影响，从土壤中抽出的气体含有的水汽直接进入动力系统,会对螺杆泵及仪表造成损坏，故气液分离组件模块采用横置罐体进行气液分离，罐内沿气体进入罐体方向上设横向挡板，含水气流撞击挡板后气液分离,气体从挡板下方、侧方流过,绕至挡板后部,经罐体上部的出气口进入后序管道。分离下的水积到一定量后通过排液泵排出系统,收集后委托处理。
所述连接与监测组件模块设置有五个位置予以监测：
a在与气液分离组件模块连接处的各气体收集组件模块末端，设置采样口、压力计3、流量计4、温度计，测知各抽气井2内气体的浓度、压力、流量、温度；
b在气液分离器5上设气体采样口，测知各井内气体汇集后的平均浓度；
c 由于系统的真空度是通过系统掺气补鲜风的多少来调节和控制的，故在掺气管路上设流量计4以测掺气量，以及在之后的管路上设压力计3、流量计4、温度计，测知土壤气体与鲜风汇流后的压力、流量、温度；
d在真空泵6之后且进入废气处理系统之前管路上设取样口，以测知等处理气体浓度；
e在废气处理系统之后管路上设取样口，以测知最终排放气体的浓度。
所述制冷组件模块采用水动力恒温冷却液循环机，以水为传热介质，将真空双螺杆泵运行过程中产生热量传递出来，通过制冷系统将热量散发到设备外部，从而保证真空双螺杆泵在正常的温度范围内工作。制冷机与真空双螺杆泵之间依靠制冷机内水泵的压力形成封闭介质循环，由温度传感器检测介质温度，实施对制冷机的控制。
所述控制组件模块为集成电控箱，集成电控箱通过手动或自动控制螺杆泵及排污泵的运行方式、气体收集单元各电动阀及掺气阀的开关，调整系统的真空度、运行时间、运行方式和处于工作状态抽气井2的数量。
所述废气处理组件模块7采用联合应用催化燃烧、活性炭吸附和脱附技术来处理抽提出的有机废气。
所述联合应用废气处理过程如下，抽提出的有机废气浓度高于1000mg/m3时采用催化燃烧技术进行处理,当修复系统运行一定时间，土壤气体浓度降至低于1000mg/m3已达不到催化燃烧技术所需浓度时，通过进气管路切换采用蜂窝状活性炭吸附脱附装置进行吸附处理，吸附一定时间活性炭饱和后借用催化燃烧技术的催化燃烧室对活性炭进行脱附，脱附后的活性炭重复利用。
本系统的使用过程如下：
调整掺气阀,使系统处于30kPa真空度下，连抽8个抽气井2，四周9个通风井1敞开，便于气体补充。
气液分离罐上的排液泵设置为自动运行，当罐内液体积到一定体积后，自动排出，收集后委托处理。
土壤内的气体总量有限，在抽提一段时间后,土壤气体需要恢复，根据前期多井联抽试验,系统采用运行7h、停止5h的间歇式运行方式。
系统运行期，每两小时记录各监测仪表数据,并定期在各取样口取样分析，以知晓修复效果。
在各独立单元的功能符合要求的基础上，对整体系统进行调试，通过监测分析各仪表如流量表、压力表等的数据情况，气液分离单元中废气与水和泥的分离情况，冷却设备的工作情况等，进一步检验系统在实际工程应用中的适应性。在系统设备完全可以满足实际工程需要后正式运行。
Claims (9)
1.一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，其特征在于：包括SVE修复系统，所述SVE修复系统以气相形式提取土壤中污染物质 ，定时监测气相介质流量、压力、温度、浓度参数，废气在地面处理达标后排放；
所述SVE系统包括气体收集组件模块、动力组件模块、气液分离组件模块、连接与监测组件模块、制冷组件模块、控制组件模块和废气处理组件模块。
2.根据权利要求1所述的一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，其特征在于：所述气体收集组件模块包括抽气井及用于连接井和抽提设备的钢丝软管；在场区四周沿抽气井影响半径外沿设置和抽气井具有相同结构的通风井。
3.根据权利要求2所述的一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，其特征在于：所述动力组件模块采用真空双螺杆泵，真空双螺杆泵对抽气井进行抽气；真空双螺杆泵的各螺杆相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间,就会被分隔成一个或多个密封空间；随着螺杆的转动和啮合,这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的流体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，从而将封闭在各空间中的流体不断排出。
4.根据权利要求3所述的一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，其特征在于：所述气液分离组件模块设置在抽气井出口与真空双螺杆泵吸入口之间的管路上，受土壤含水量、大气降水因素影响，从土壤中抽出的气体含有的水汽直接进入动力系统，会对螺杆泵及仪表造成损坏，故气液分离组件模块采用横置罐体进行气液分离,罐内沿气体进入罐体方向上设横向挡板，含水气流撞击挡板后气液分离，气体从挡板下方、侧方流过，绕至挡板后部，经罐体上部的出气口进入后序管道；分离下的水积到一定量后通过排液泵排出系统，收集后委托处理。
5.根据权利要求4所述的一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，其特征在于：所述连接与监测组件模块设置有五个位置予以监测：
a在与气液分离组件模块连接处的各气体收集组件模块末端，设置采样口、压力计、流量计、温度计，测知各抽气井内气体的浓度、压力、流量、温度；
b在气液分离器上设气体采样口，测知各井内气体汇集后的平均浓度；
c 由于系统的真空度是通过系统掺气补鲜风的多少来调节和控制的，故在掺气管路上设流量计以测掺气量，以及在之后的管路上设压力计、流量计、温度计，测知土壤气体与鲜风汇流后的压力、流量、温度；
d在真空泵之后且进入废气处理系统之前管路上设取样口，以测知等处理气体浓度；
e在废气处理系统之后管路上设取样口，以测知最终排放气体的浓度。
6.根据权利要求5所述的一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，其特征在于：所述制冷组件模块采用水动力恒温冷却液循环机，以水为传热介质，将真空双螺杆泵运行过程中产生热量传递出来，通过制冷系统将热量散发到设备外部，从而保证真空双螺杆泵在正常的温度范围内工作；制冷机与真空双螺杆泵之间依靠制冷机内水泵的压力形成封闭介质循环，由温度传感器检测介质温度，实施对制冷机的控制。
7.根据权利要求6所述的一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，其特征在于：所述控制组件模块为集成电控箱，集成电控箱通过手动或自动控制螺杆泵及排污泵的运行方式、气体收集单元各电动阀及掺气阀的开关，调整系统的真空度、运行时间、运行方式和处于工作状态抽气井的数量。
8.根据权利要求7所述的一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，其特征在于：所述废气处理组件模块采用联合应用催化燃烧、活性炭吸附和脱附技术来处理抽提出的有机废气。
9.根据权利要求8所述的一种用于污染土壤修复的土壤气相抽提系统，其特征在于：所述联合应用废气处理过程如下，抽提出的有机废气浓度高于1000mg/m3时采用催化燃烧技术进行处理，当修复系统运行一定时间，土壤气体浓度降至低于1000mg/m3已达不到催化燃烧技术所需浓度时，通过进气管路切换采用蜂窝状活性炭吸附脱附装置进行吸附处理，吸附一定时间活性炭饱和后借用催化燃烧技术的催化燃烧室对活性炭进行脱附，脱附后的活性炭重复利用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191105 |