CN110614266A - 用于修复有机污染土壤的堆体热脱附处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机污染土壤堆体热脱附处理系统，包括：由地面隔污层与外部保温层包围形成的密闭空间；加热系统，包括多根垂向布置在密闭空间中的加热管；抽提系统，包括水平向和垂向布置在所述密闭空间中的抽提管；尾气处理系统，设置在密闭空间外部，包括气液分离单元及其下游不同支路上的尾气处理单元和尾水处理单元，所述抽提管与所述气液分离单元的上游相接；地面隔污层上布置的渗滤液收集管道与所述尾水处理单元相接。本发明将分散分布尤其是浅层污染的土壤开挖后进行堆集，通过加热污染土壤达到挥发及半挥发性污染物的去除目的，组成简单、易操作，能源效率高，运行成本低，无需远距离运输，处理过程安全无风险，可实现多次修复利用。
Description
技术领域
本发明涉及污染场地修复技术领域，具体涉及一种有机污染土壤的堆体热脱附处理系统。
背景技术
工业生产过程导致土壤受到不同程度污染，对生态环境和人类健康造成严重危害，限制了土地的开发利用。我国涉及化工业、矿业、冶金业等行业的多种地块中存在不同程度的有机污染，其中，对于挥发及半挥发性污染物的土壤，原位热脱附修复技术是非常有效的处理途径。
原位热脱附技术是将污染土壤直接加热至目标温度，通过控制土壤温度和保温时间，促使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离去除。该技术避免对污染土壤的大规模开挖、二次污染风险相对较低、修复效率高，但对于污染分布分散、尤其是浅层污染的土壤，原位热脱附技术在应用中建设周期长、修复批次多，导致修复成本升高、地块整体修复周期延长。
异位热脱附技术是将污染土壤挖掘出来，利用旋转窑加热污染土壤，通过控制合理的加热温度和停留时间使污染物挥发进入气体处理系统中。该技术需要对污染土壤进行大规模挖掘，对污染土壤进行预处理和加热修复，挖掘过程中二次污染风险较高；相对原位热脱附，污染土壤在旋转窑内停留时间短、加热温度更高，且其修复时间同土壤修复规模直接相关。
中国专利文献CN 108746178A中公开了一种油污污染土壤的节能原位热脱附处理装置及处理方法，该处理装置可通过加热污染土壤堆体再对挥发组分进行抽提而实现油污的回收，该处理方法中将待处理油污污染土壤在场地直接搭建土堆，堆土和修复过程中土壤堆体可能产生渗滤液对堆体下土壤造成二次污染，同时该多层堆体结构在修复完成后需对堆体和配套系统进行全部移除，不能实现堆体热脱附系统的多批次修复。
发明内容
本发明的目的在于解决现有原位热脱附不适于污染分布分散、污染深度浅的污染土壤修复的问题，提供一种用于修复有机污染土壤的堆体热脱附处理系统，通过采用现场批次处理的间接热脱附技术，可以将分散分布尤其是浅层污染的土壤开挖后汇集至搭建好的处理系统，之后加热污染土壤，达到挥发及半挥发性污染物的去除目的，其相对旋转窑的异位热脱附修复模式，污染土壤的加热温度较低、修复土方量可大可小、尾气的收集和处理更加可控；另外，待所堆置污染土壤修复达标后，可保留地面隔污层和四周外部保温层，仅对污染土壤、顶部保温层和内部加热管、抽提管、监测管等进行移除处理，实现堆体热脱附处理系统的重复利用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其特征在于，包括：
由地面隔污层与地面隔污层上方罩覆的外部保温层包围形成的用于堆积有机污染土壤的密闭空间；在地面隔污层的上方布置有渗滤液收集管道；
加热系统，包括多根垂向布置在所述密闭空间中的加热管；
抽提系统，包括水平向和垂向布置在所述密闭空间中的抽提管；
尾气处理系统，设置在密闭空间外部，包括气液分离单元以及布置在气液分离单元下游不同支路上的尾气处理单元和尾水处理单元，所述抽提系统的抽提管与所述气液分离单元的上游相接；所述渗滤液收集管道与所述尾水处理单元相接。
所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其中：所述地面隔污层由下至上包括HDPE膜、砂砾层以及混凝土层，所述渗滤液收集管道设置在所述混凝土层上。
所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其中：所述外部保温层的内层为保温砖材料，外层为混凝土外墙。
所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其中：所述加热管为电加热管或燃气加热管。
所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其中：所述加热管采用电或燃气作为能源，采用燃气作为能源时所述加热系统还包括燃烧器、助燃风机以及排烟风机，燃气与助燃空气在燃烧器中燃烧产生的高温烟气能够导入加热管，而释放热量后的烟气再由燃烧器经排烟风机进入排烟系统并排出。
所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其中：所述抽提管为水平向和垂向布置在所述密闭空间中的管壁分布有筛孔的不锈钢管。
所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其中：还具有监测系统，其包括垂向布置在所述密闭空间中的监测管和布置在监测管内的温度检测部件与压力检测部件。
所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其中：所述尾气处理系统包括气液分离单元、尾气处理单元和尾水处理单元，所述尾气处理单元连接于气液分离单元的气体出口，所述尾水处理单元连接于气液分离单元的液体出口。
所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其中：所述尾气处理单元包括依次布置的罗茨风机、换热器、二次燃烧室、急冷脱酸塔、引风机以及喷淋吸收塔；
所述尾水处理单元包括依次布置的水泵、集水池、活性炭吸附罐和地面储水池。
所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其中：还具有控制系统，其能够接收监测系统收集的温度信号与压力信号，并能够控制加热系统、抽提系统以及尾气处理系统的运行状态。
发明的效果在于：本发明提供了一种堆体热脱附处理系统，本发明采用现场间接热脱附技术，可以将分散分布尤其是浅层污染的土壤开挖后进行堆集，搭建一套热脱附处理系统，通过加热污染土壤达到挥发及半挥发性污染物的去除目的，本发明组成简单、易操作，能源效率高，运行成本低，无需远距离运输，处理过程安全无风险，可实现多次修复利用。
附图说明
图1为本发明所提供的有机污染土壤堆体热脱附处理系统组成示意图。
图2为本发明的热脱附堆体结构截面示意图。
图3为本发明采用燃气时热脱附能源系统组成示意图。
图4为本发明的热脱附尾气处理系统组成示意图。
图5为本发明的垂向井管设置相对位置俯视示意图。
附图标记说明：地面隔污层1；HDPE膜11；砂砾层12；混凝土层13；渗滤液收集管道14；外部保温层2；保温砖21；混凝土外墙22；加热管31；能源系统32；燃烧器33；助燃风机34；排烟风机35；抽提管41；监测管51；尾气处理系统6；气液分离器61；罗茨风机62；换热器63；二次燃烧室64；急冷脱酸塔65；引风机66；喷淋吸收塔67；烟囱68；水泵691；集水池692；活性炭吸附罐693；地面储水池694；控制系统7；有机污染土壤8。
具体实施方式
以下将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按真实比例绘制的。
如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明提供一种有机污染土壤堆体热脱附处理系统，包括：
地面隔污层1，由下至上包括HDPE膜11、砂砾层12、混凝土层13以及渗滤液收集管道14，底部首先铺设HDPE膜11，上面依次铺设砂砾、混凝土作为隔离层，在隔离层上部水平设置渗滤液收集管道14，渗滤液收集管的端部接入尾气处理系统中的尾水处理单元，用于将收集的渗滤液作达标处理；
外部保温层2，建设于地面隔污层1的边缘位置并向上延伸一定高度后再将顶部密封，所述外部保温层2的内层为保温砖21材料，外层为混凝土外墙22，外部保温层2与地面隔污层1包围形成堆积有机污染土壤8的密闭空间；
加热系统，包括多根垂向布置在所述密闭空间中的加热管31，加热管31设置在有机污染土壤8内部，用于向有机污染土壤8加热；作为可选实施方式，加热管31可采用燃气或电为能源向污染土壤中供热，在有机污染土壤外部同配套的能源系统32连接，采用燃气能源时，能源系统32包括燃烧器33和助燃风机34、排烟风机35、电缆等配套系统，燃气与助燃空气在燃烧器33中燃烧，产生的高温烟气导入加热管31，可间接加热有机污染土壤8，从而达到修复目的，而释放热量后的烟气再由燃烧器33经排烟风机35进入排烟系统并排出；
抽提系统，主要包括布置在所述密闭空间中的抽提管41，抽提管41由管壁分布有筛孔的不锈钢管组成(常规部件，未予图示)，绝大部分抽提管41以垂向方式设置在有机污染土壤8内，少部分水平向设置在有机污染土壤8表层内，能够将有机污染土壤8内由于热脱附作用而产生的水蒸气和污染气体予以抽提，抽提出的气体接入尾气处理系统处理；
监测系统，包括水平向布置在所述密闭空间中的监测管51和布置在监测管51内的温度检测部件与压力检测部件(常规部件，未予图示)；例如，每个监测管51内设一个温度传感器和一个压力传感器，用于实时监测土壤温度与压力变化情况；还可在加热管31不同位置各设一个温度传感器，以实时监测加热管31沿长度方向上的温度变化，对整个密闭空间的区域温度和压力状况进行全面掌控；
尾气处理系统6，包括气液分离单元、尾气处理单元和尾水处理单元，由抽提系统抽提出的热脱附气体经气液分离单元转化为液体和气体进行分别治理，转化出的液体进入尾水处理单元，转化出的气体进入尾气处理单元；而渗滤液收集管收集的渗滤液进入尾水处理单元进行处理；作为可选实施方式，气液分离单元是气液分离器61，而尾气处理采用的是氧化燃烧-冷却降温-脱酸淋洗的尾气净化工艺，其中，尾气处理单元包括依次布置的罗茨风机62、换热器63、二次燃烧室64、急冷脱酸塔65、引风机66以及喷淋吸收塔67等设备，经试验测试，污染物去除率可达到99.98％以上，确保烟气达到无毒、无烟、无害、无臭完全燃烧效果，再经烟囱68排入大气中；尾水采用活性炭吸附处理，尾水处理单元包括依次布置的水泵691、集水池692、活性炭吸附罐693和地面储水池694等设备设施，确保冷凝水达到污染物排放限值后排放；
控制系统7，优选采用在现场设立的PLC控制系统，设置操作台一套，包括计算机、监控系统、UPS电源和其它元件(常规部件，未予图示)，监测系统收集的温度信号与压力信号，加热系统与抽提系统以及尾气处理系统6中所有电机和电动阀的运行、故障号和电动阀的开、关状态在计算机界面都有显示和记录，在计算机上能够操作电机及电动阀的启停或开关，以调节控制原位热脱附系统的运行状态。
本发明提供的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其建造与使用过程具体可包括如下步骤：
在污染土壤处置场地建设地面隔污层1，依次铺设HDPE膜11、砂砾层12和混凝土层13，并在混凝土层13表面水平铺设渗滤液收集管道14，渗滤液收集管道14接入尾气处理系统6的尾水处理单元；
在地面隔污层1上建设堆体四周的外部保温墙，其中一侧墙体预留污染土壤运输车进出口，墙体内层为保温砖21、外层为混凝土外墙22，构筑成一个比较稳定的结构；
在墙体内开始堆置开挖后的有机污染土壤8堆体，待污染土壤堆体接近预留进出口位置时，对进出口位置墙体开展建设，同时污染土壤改由旁侧墙体外所设马道运输并继续在四周墙内堆置，待达到堆体设计顶部后，开展加热系统、抽提系统和监测系统的建设；
按照加热系统、抽提系统和监测系统的设计间距和位置，在土壤上表面进行打井施工并垂直安放加热管31、抽提管41和监测管51，每三个加热管31组成一个等边三角形，从而构成一个加热单元，加热管31间距一般设置为1.5-3m，抽提管41与加热管31间隔设置，同加热管数量比例一般为1:1-2:1，监测管51设置在加热单元的中心位置；
垂向井施工同时在土壤上表面安放水平抽提管，抽提管间距同垂向抽提管设置一致，管道铺设完成再铺设一层污染土壤；
污染土壤堆体和各系统建设完成后在堆体设计顶部建设顶部保温墙，使土壤堆体外部形成完整的密闭空间；
安装加热系统的配套能源系统32，以及抽提系统堆体外部的管道，将抽提系统管道接入尾气处理系统6；
安装尾气处理系统6，包括气液分离单元、尾气处理单元和尾水处理单元各设备设施；
安装控制系统7的自动化控制装置和相关元件，并对其控制效果进行调试；
接入电或燃气对有机污染土壤8堆体进行加热，加热管31的热量传导辐射至污染土壤，使土壤温度升高，促进水分和污染物的挥发，通过抽提管41抽提的尾气进入尾气处理系统6，经气液分离和尾气、尾水处理单元处理达标后排放；渗滤液收集管道14收集的渗滤液进入尾水处理单元；
经有机污染土壤堆体热脱附处理修复完成后，经检测污染土壤修复达到标准，可对有机污染土壤堆体热脱附处理系统进行拆除；
如还需开展其他污染土壤的修复，应对处理系统进行部分拆除处理，首先，利用墙体外所设马道投入拆除机械设备拆除污染土壤顶部保温层，再对表层污染土壤中所布置的水平抽提管和垂向布置的加热管31、抽提管41和监测管51进行移除，同时拆除原外部保温墙建设过程中的污染土壤运输车进出口位置的体，加快系统内部污染土壤的外运速度；
由于加热管31和监测管51为垂向布设，抽提管41则以垂向抽提管为主且水平抽提管仅布设于土壤表层，采用上述处理系统的部分拆除处理方式可完好保留地面隔污层1和堆体四周的外部保温墙，可重新快速投入下一批次污染土壤的修复处理中。
本发明采用现场间接热脱附技术，可以将分散分布尤其是浅层污染的土壤开挖后进行堆集，搭建一套热脱附处理系统，通过加热污染土壤达到挥发及半挥发性污染物的去除目的，本发明组成简单、易操作，能源效率高，运行成本低，无需远距离运输，处理过程安全无风险，可实现多次修复利用。
Claims (10)
1.一种有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其特征在于，包括：
由地面隔污层与地面隔污层上方罩覆的外部保温层包围形成的用于堆积有机污染土壤的密闭空间；在地面隔污层的上方布置有渗滤液收集管道；
加热系统，包括多根垂向布置在所述密闭空间中的加热管；
抽提系统，包括水平向和垂向布置在所述密闭空间中的抽提管；
尾气处理系统，设置在密闭空间外部，包括气液分离单元以及布置在气液分离单元下游不同支路上的尾气处理单元和尾水处理单元，所述抽提系统的抽提管与所述气液分离单元的上游相接；所述渗滤液收集管道与所述尾水处理单元相接。
2.根据权利要求1所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其特征在于：所述地面隔污层由下至上包括HDPE膜、砂砾层以及混凝土层，所述渗滤液收集管道设置在所述混凝土层上。
3.根据权利要求1所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其特征在于：所述外部保温层的内层为保温砖材料，外层为混凝土外墙。
4.根据权利要求1所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其特征在于：所述加热管为电加热管或燃气加热管。
5.根据权利要求1所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其特征在于：所述加热管采用电或燃气作为能源，采用燃气作为能源时所述加热系统还包括燃烧器、助燃风机以及排烟风机，燃气与助燃空气在燃烧器中燃烧产生的高温烟气能够导入加热管，而释放热量后的烟气再由燃烧器经排烟风机进入排烟系统并排出。
6.根据权利要求1所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其特征在于：所述抽提管为水平向和垂向布置在所述密闭空间中的管壁分布有筛孔的不锈钢管。
7.根据权利要求1所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其特征在于：还具有监测系统，其包括垂向布置在所述密闭空间中的监测管和布置在监测管内的温度检测部件与压力检测部件。
8.根据权利要求1所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其特征在于：所述尾气处理系统包括气液分离单元、尾气处理单元和尾水处理单元，所述尾气处理单元连接于气液分离单元的气体出口，所述尾水处理单元连接于气液分离单元的液体出口。
9.根据权利要求8所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其特征在于：所述尾气处理单元包括依次布置的罗茨风机、换热器、二次燃烧室、急冷脱酸塔、引风机以及喷淋吸收塔；
所述尾水处理单元包括依次布置的水泵、集水池、活性炭吸附罐和地面储水池。
10.根据权利要求7所述的有机污染土壤堆体热脱附处理系统，其特征在于：还具有控制系统，其能够接收监测系统收集的温度信号与压力信号，并能够控制加热系统、抽提系统以及尾气处理系统的运行状态。
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