CN110508602A - 一种双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，包括外层密闭充气膜运行系统、内层密闭充气膜运行系统、污染土壤气体处理系统、自动控制系统。除系统的组装及拆卸外，自动控制系统控制外层密闭充气膜运行系统、内层密闭充气膜运行系统、污染土壤气体处理系统的整体运行。在所述密闭充气膜中，被加热的空气通过热气体注入管及土壤气体抽提管，将有机污染物有效的从土壤中挥发和分离，最终实现该系统的低能耗、修复速率快、无二次污染等。

Description

一种双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统

技术领域

本发明涉及污染土壤修复技术领域，尤其涉及一种双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统。

背景技术

土壤是人类赖以生存的最重要的自然资源之一，也是一种生物赖以生存、生长的重要基础。由于大气干湿沉降、污水灌溉、农药及化肥施用以及固体废弃物的堆放等，导致我国许多地方土壤污染日益严重。目前我国约有1/5耕地受到不同程度的污染，主要包括重金属和有机污染物等。与重金属污染相比，土壤中的有机污染物作为一种特殊的土壤污染物，因其成分的复杂和危害性，被列为环境中潜在危害性大、应优先控制的毒害性污染物。因此必须对受有机污染物污染的土壤进行妥当处置，以保证生物及其环境的安全。

土壤气相抽提是一种治理土壤中有机物污染的原位/异位修复技术，亦被称为“土壤通风”或“真空抽提”，是利用真空设备产生负压抽出土壤中的污染物气体，经过尾气处理装置的处理排出无污染气体。土壤气相抽提的异位修复技术反应速度极快，所需反应时间短，比原位修复技术更快捷。其中，对土壤加热可以使有机污染物更有效的从污染介质上得以挥发或分离，提高脱除效率。

发明内容

为了克服上述技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，实现低能耗、修复速率快、无二次污染等优点。

本发明提出具体实施方案如下：

一种双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，包括：外层密闭充气膜运行系统、内层密闭充气膜运行系统、污染土壤气体处理系统以及自动控制系统，所述自动控制系统控制所述外层密闭充气膜运行系统、内层密闭充气膜运行系统以及污染土壤气体处理系统的运行。

可选的，所述外层密闭充气膜运行系统包括：空气鼓风机Ⅰ和/或空气鼓风机Ⅱ、外层密闭膜、活性炭处理罐Ⅰ和/或活性炭处理罐Ⅱ、气体监测点Ⅰ、密闭充气膜外门、密闭充气膜内门；

所述空气鼓风机Ⅰ和/或空气鼓风机Ⅱ用于鼓入常温空气；

所述外层密闭膜包围于内层密闭充气膜外层，用于防止污染气体外泄；

所述活性炭处理罐Ⅰ和/或活性炭处理罐Ⅱ用于对过滤所述外层密闭膜内的气体；

密闭充气膜外门和密闭充气膜内门依次安装于所述外层密闭膜外侧，用于保证内部的密封性。

可选的，所述外层密闭膜采用耐腐蚀的乙烯-四氟乙烯共聚物材质，底部设置防渗透层并通过圈梁固定。

可选的，所述内层密闭充气膜运行系统包括：气体加热系统、土壤堆砌系统以及污染气体处理系统。

可选的，所述气体加热系统包括：气体鼓风机Ⅲ和/或气体鼓风机Ⅳ、气体加热器、温度监测点Ⅰ、内层密闭膜、热气体注入管、污染气体抽提管、温度监测点Ⅱ、气体检测点Ⅱ；

所述气体加热器用于加热所述气体鼓风机Ⅲ和/或气体鼓风机Ⅳ鼓入的气体；

所述温度监测点Ⅰ用于实时监测鼓入气体的温度；

所述内层密闭膜用于形成内部密封空间；

所述热气体注入管插入污染土壤，通过导入加热空气对所述污染土壤加热；

所述污染气体抽提管插入污染土壤，导出污染气体；

所述温度监测点Ⅱ用于实时监测导出气体的温度；

所述气体检测点Ⅱ用于实时监测导出气体的浓度。

可选的，所述污染气体处理系统包括：

传送带发动机、传送带、可伸缩支撑杆、土壤堆体形体控制板、控制板节点、传送小球凹槽、传送小球、土壤摊平杆、土壤摊平板。

可选的，所述土壤堆砌系统包括：

旋风分离器、液固收集装置、大颗粒物机械分离器、固体收集装置、温度监测点Ⅲ、制冷机、温度监测点Ⅳ、加热器、温度监测点Ⅴ、细微颗粒过滤床、气体检测点Ⅲ。

可选的，所述内层密闭膜采用耐高温、耐腐蚀、防水保温的双层聚四氟乙烯材质。

可选的，所述热气体注入管、污染气体抽提管交叉分布于土壤堆体中，均选用管身布满小孔的不锈钢管件，并用过滤层包裹，防止管路堵塞。

可选的，所述土壤堆体形体控制板包括五块可伸缩板，

所述可伸缩板位于所述土壤堆体四周及中间。

可选的，所述土壤堆体形体控制板(215)中，两侧的可伸缩板布设若干孔，便于支撑所述热气体注入管以及所述污染气体抽提管。

可选的，所述土壤堆体形体控制板(215)包括顶部钢材，所述顶部钢材具有凹槽，通过所述自动控制系统控制所述土壤摊平杆进行土壤的摊平及土壤堆体的覆盖。

可选的，所述可伸缩支撑杆可根据土壤堆体调节自身高度。

本发明相对于现有技术，至少具有如下技术效果：

本发明提供的所述的一种双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，通过双层的密封设计，双重保证了污染物泄漏的风险，污染土壤气体处理系统先经过气液分离、除尘后冷却，保证污染物更多的进入后续阶段，减少液体处理时可能造成的二次污染。所述的自动控制系统除组装、拆卸外所有的操作均在总体控制装置控制面板上进行；各机械、仪表参数、监测点数据均通过自动控制系统的控制面板显示，操作简便，提高了作业效率。在所述密闭充气膜中，被加热的空气通过热气体注入管及土壤气体抽提管，将有机污染物有效的从土壤中挥发和分离，最终实现该系统的低能耗、修复速率快、无二次污染等。

附图说明

图1是本发明实施例所述双层膜热强化与土壤气相抽提耦合系统整体流程图；

图2是本发明实施例所述双层膜热强化与土壤气相抽提耦合系统中双层密闭膜内部构造图；

图3是本发明实施例所述双层膜热强化与土壤气相抽提耦合系统中土壤堆体堆积及拆除示意图；

图4是本发明实施例所述双层膜热强化与土壤气相抽提耦合系统土壤堆体形状确定示意图；

图5是本发明实施例所述双层膜热强化与土壤气相抽提耦合系统土壤堆体土壤摊平示意图。

101空气鼓风机Ⅰ、102空气鼓风机Ⅱ、103外层密闭膜、104活性炭处理罐Ⅰ、105活性炭处理罐Ⅱ、106气体监测点Ⅰ、107密闭充气膜外门、108密闭充气膜内门。

201气体鼓风机Ⅰ、202气体鼓风机Ⅱ、203气体加热器、204温度监测点Ⅰ、205内层密闭膜、206土壤堆体、207热气体注入管、208污染气体抽提管、209温度监测点Ⅱ、210气体检测点Ⅱ、211真空泵、212传送带发动机、213传送带、214可伸缩支撑杆、215土壤堆体形体控制板、216控制板节点、217传送小球凹槽、218传送小球、219土壤摊平杆、220土壤摊平板。

301旋风分离器、302液固收集装置、303大颗粒物机械分离器、304固体收集装置、305温度监测点Ⅲ、306制冷机、307温度监测点Ⅳ、308加热器、309温度监测点Ⅴ、310细微颗粒过滤床、311气体检测点Ⅲ。

自动控制系统包括401总体控制装置以及整体系统开关阀门等。

具体实施方式

结合附图和具体实施案例对本发明提供的一种双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统的实施方式做进一步详细说明。

如图1所示，本实施方式提供的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，包括：外层密闭充气膜运行系统、内层密闭充气膜运行系统、污染土壤气体处理系统以及自动控制系统，所述自动控制系统控制所述外层密闭充气膜运行系统、内层密闭充气膜运行系统以及污染土壤气体处理系统的运行。

其中，所述外层密闭充气膜运行系统包括：空气鼓风机Ⅰ和/或空气鼓风机Ⅱ、外层密闭膜、活性炭处理罐Ⅰ和/或活性炭处理罐Ⅱ、气体监测点Ⅰ、密闭充气膜外门、密闭充气膜内门；所述空气鼓风机Ⅰ和/或空气鼓风机Ⅱ用于鼓入常温空气；所述外层密闭膜包围于内层密闭充气膜外层，用于防止污染气体外泄；所述活性炭处理罐Ⅰ和/或活性炭处理罐Ⅱ用于对过滤所述外层密闭膜内的气体；密闭充气膜外门和密闭充气膜内门依次安装于所述外层密闭膜外侧，用于保证内部的密封性。

所述外层密闭膜采用耐腐蚀的乙烯-四氟乙烯共聚物材质，底部设置防渗透层并通过圈梁固定。

所述内层密闭充气膜运行系统包括：气体加热系统、土壤堆砌系统以及污染气体处理系统。

可选的，所述气体加热系统包括：气体鼓风机Ⅲ和/或气体鼓风机Ⅳ、气体加热器、温度监测点Ⅰ、内层密闭膜、热气体注入管、污染气体抽提管、温度监测点Ⅱ、气体检测点Ⅱ；所述气体加热器用于加热所述气体鼓风机Ⅲ和/或气体鼓风机Ⅳ鼓入的气体；所述温度监测点Ⅰ用于实时监测鼓入气体的温度；所述内层密闭膜用于形成内部密封空间；所述热气体注入管插入污染土壤，通过导入加热空气对所述污染土壤加热；所述污染气体抽提管插入污染土壤，导出污染气体；所述温度监测点Ⅱ用于实时监测导出气体的温度；所述气体检测点Ⅱ用于实时监测导出气体的浓度。

可选的，所述污染气体处理系统包括：传送带发动机、传送带、可伸缩支撑杆、土壤堆体形体控制板、控制板节点、传送小球凹槽、传送小球、土壤摊平杆、土壤摊平板。

可选的，所述土壤堆砌系统包括：旋风分离器、液固收集装置、大颗粒物机械分离器、固体收集装置、温度监测点Ⅲ、制冷机、温度监测点Ⅳ、加热器、温度监测点Ⅴ、细微颗粒过滤床、气体检测点Ⅲ。

可选的，所述内层密闭膜采用耐高温、耐腐蚀、防水保温的双层聚四氟乙烯材质。

可选的，所述热气体注入管、污染气体抽提管交叉分布于土壤堆体中，均选用管身布满小孔的不锈钢管件，并用过滤层包裹，防止管路堵塞。

可选的，所述土壤堆体形体控制板包括五块可伸缩板，所述可伸缩板位于所述土壤堆体四周及中间。

可选的，所述土壤堆体形体控制板215中，两侧的可伸缩板布设若干孔，便于支撑所述热气体注入管以及所述污染气体抽提管。

可选的，所述土壤堆体形体控制板215包括顶部钢材，所述顶部钢材具有凹槽，通过所述自动控制系统控制所述土壤摊平杆进行土壤的摊平及土壤堆体的覆盖。如图5所示，图5给出所述双层膜热强化与土壤气相抽提耦合系统土壤堆体土壤摊平示意图。

可选的，所述可伸缩支撑杆可根据土壤堆体调节自身高度。

如图2所示，外层密闭充气膜运行系统为防止土壤堆体206堆砌、内层密闭膜205意外破损等引起污染气体扩散的二次污染问题，且增加内外两层门107、108方便施工机械的进出，经空气鼓风机101/102进入的空气排出时通过两次活性炭处理罐104、105进行吸附，经检测合格后排放。

内层密闭充气膜运行系统包括土壤堆体206的堆砌及管件的铺设、内层密闭膜205的密闭、加热气体的输入、污染气体的输出。该系统主要将污染土壤进行梯形堆积，热气体注入管207、污染气体抽提管208铺设完成后，将内层密闭膜205密闭，通过气体鼓风机201/202将空气通入气体加热器203升温至所需温度后，通过管道进入污染土壤堆体206内，待内层密闭膜205被气体充满后开启真空泵211抽提污染气体。

土壤污染气体处理系统主要进行土壤中污染气体的气液、气固分离，得到初步处理的污染气体，后续工序根据具体污染物的类型而定。

自动控制系统主要将整个气体加热气相抽提的修复系统中所有的开关、阀门均统一至该系统，除组装、拆卸外所有的操作均在控制面板上进行；各机械、仪表参数、监测点数据均通过自动控制系统的控制面板显示。

上述适用于有机污染土壤的气体加热气相抽提的修复系统的使用方法如下：

将空气鼓风机Ⅰ101/空气鼓风机Ⅱ102、外层密闭膜103、活性炭处理罐Ⅰ104、活性炭处理罐Ⅱ105、密闭充气膜外门107、密闭充气膜内门108组装完成并开始运行，定时检测气体检测口Ⅰ106，确保排放气体符合排放标准。通过外层密闭膜内外门107、108，铺设内层密闭膜205底部，组装传送装置(传送带发动机212、传送带213、可伸缩支撑杆214)以及土壤堆体形状控制装置(土壤堆体形体控制板215、传送小球218、土壤摊平杆219、土壤摊平板220)。土壤堆体形体控制板215收缩时，中间及两侧伸缩板固定不收缩，如图3-5所示。

打开总体控制装置401，以下操作除后续的拆卸外均在控制面板上完成。首先打开土壤堆体形状控制装置，将该装置上升至第一个节点216，打开传送带装置，将污染土壤传送至土壤堆体206处的同时，控制土壤摊平杆219进行土壤的摊平工作，第一节点土壤填充完成后铺设第一层热气体注入管207；将系统上升至第二个节点，重复上述土壤填充工作，完成后铺设第一层污染气体抽提管208；随后重复上述模式，将热气体注入管207与污染气体抽提管208交替铺设，待土壤堆体全部堆砌完成后将土壤堆体形状控制系统降低至底部，将内层密闭膜205通过该系统的上升、摊平装置的摊平、系统的下降覆盖土壤堆体206，然后连接热气体注入、土壤气体抽提管路，将内层密闭膜205完全密封。

打开气体鼓风机Ⅰ201/气体鼓风机Ⅱ202、气体加热器203，将气体加热至设计要求时通过热气体注入管207注入至污染土壤堆体206中，待内层密闭膜205被完全充满后打开真空泵211，依次打开旋风分离器301、大颗粒物机械分离器303、制冷机306、加热器308、细微颗粒过滤床310，将污染土壤中的污染气体通过污染气体抽提管208抽提出来并进行初步处理，检测气体检测口Ⅲ311气体，满足燃烧条件且不会产生二次污染时，通过鼓风机Ⅰ201/鼓风机Ⅱ202进入气体加热器203进行循环使用，若不满足则根据污染物的种类进行后续的处理。

定期检测气体检测口Ⅱ210，当污染气体的浓度低于目标值则停止通入热空气，用常温空气降温后进行后续的土壤堆体的移除。

本发明提供的所述的一种双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，通过双层的密封设计，双重保证了污染物泄漏的风险，污染土壤气体处理系统先经过气液分离、除尘后冷却，保证污染物更多的进入后续阶段，减少液体处理时可能造成的二次污染。所述的自动控制系统除组装、拆卸外所有的操作均在总体控制装置控制面板上进行；各机械、仪表参数、监测点数据均通过自动控制系统的控制面板显示，操作简便，提高了作业效率。

以上所述仅为本发明的优选实施案例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同修改、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于，包括：外层密闭充气膜运行系统、内层密闭充气膜运行系统、污染土壤气体处理系统以及自动控制系统，所述自动控制系统控制所述外层密闭充气膜运行系统、内层密闭充气膜运行系统以及污染土壤气体处理系统的运行。

2.根据权利要求1所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述外层密闭充气膜运行系统包括：空气鼓风机Ⅰ和/或空气鼓风机Ⅱ、外层密闭膜、活性炭处理罐Ⅰ和/或活性炭处理罐Ⅱ、气体监测点Ⅰ、密闭充气膜外门、密闭充气膜内门；

所述空气鼓风机Ⅰ和/或空气鼓风机Ⅱ用于鼓入常温空气；

所述外层密闭膜包围于内层密闭充气膜外层，用于防止污染气体外泄；

所述活性炭处理罐Ⅰ和/或活性炭处理罐Ⅱ用于对过滤所述外层密闭膜内的气体；

密闭充气膜外门和密闭充气膜内门依次安装于所述外层密闭膜外侧，用于保证内部的密封性。

3.根据权利要求2所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述外层密闭膜采用耐腐蚀的乙烯-四氟乙烯共聚物材质，底部设置防渗透层并通过圈梁固定。

4.根据权利要求1所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述内层密闭充气膜运行系统包括：气体加热系统、土壤堆砌系统以及污染气体处理系统。

5.根据权利要求4所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述气体加热系统包括：气体鼓风机Ⅲ和/或气体鼓风机Ⅳ、气体加热器、温度监测点Ⅰ、内层密闭膜、热气体注入管、污染气体抽提管、温度监测点Ⅱ、气体检测点Ⅱ；

所述气体加热器用于加热所述气体鼓风机Ⅲ和/或气体鼓风机Ⅳ鼓入的气体；

所述温度监测点Ⅰ用于实时监测鼓入气体的温度；

所述内层密闭膜用于形成内部密封空间；

所述热气体注入管插入污染土壤，通过导入加热空气对所述污染土壤加热；

所述污染气体抽提管插入污染土壤，导出污染气体；

所述温度监测点Ⅱ用于实时监测导出气体的温度；

所述气体检测点Ⅱ用于实时监测导出气体的浓度。

6.根据权利要求5所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述污染气体处理系统包括：

传送带发动机、传送带、可伸缩支撑杆、土壤堆体形体控制板、控制板节点、传送小球凹槽、传送小球、土壤摊平杆、土壤摊平板。

7.根据权利要求6所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述土壤堆砌系统包括：

旋风分离器、液固收集装置、大颗粒物机械分离器、固体收集装置、温度监测点Ⅲ、制冷机、温度监测点Ⅳ、加热器、温度监测点Ⅴ、细微颗粒过滤床、气体检测点Ⅲ。

8.根据权利要求5所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述内层密闭膜采用耐高温、耐腐蚀、防水保温的双层聚四氟乙烯材质。

9.根据权利要求5所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述热气体注入管、污染气体抽提管交叉分布于土壤堆体中，均选用管身布满小孔的不锈钢管件，并用过滤层包裹，防止管路堵塞。

10.根据权利要求6所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述土壤堆体形体控制板包括五块可伸缩板，所述可伸缩板位于所述土壤堆体四周及中间。

11.根据权利要求10所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述土壤堆体形体控制板(215)中，两侧的可伸缩板布设若干孔，便于支撑所述热气体注入管以及所述污染气体抽提管。

12.根据权利要求11所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述土壤堆体形体控制板(215)包括顶部钢材，所述顶部钢材具有凹槽，通过所述自动控制系统控制所述土壤摊平杆进行土壤的摊平及土壤堆体的覆盖。

13.根据权利要求6所述的双层膜结构热强化与土壤气相抽提耦合系统，其特征在于：所述可伸缩支撑杆可根据土壤堆体调节自身高度。