CN110918629A - 一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置。该装置包括加药模块、热脱附模块、监测模块、抽提模块及智能控制模块。加药模块包括增溶剂存储罐、增溶剂注射泵、注射泵控制器、液体流量计、控制阀、液体流量控制仪及增溶剂注入井。热脱附模块包括电极和可编程的三相交流电源。监测模块包括监测井、温度传感器和压力传感器。抽提模块包括抽提井、输送管道、真空泵及废水废气处理装备。智能控制模块的核心为计算机控制系统，计算机控制系统分别与液体流量控制仪、温度传感器、压力传感器及可编程的三相交流电源连接，获取相应数据并作出反馈。本发明装置，将电极加热脱附和增溶脱附耦合，可实现对有机污染场地的高效修复。

Description

一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置
技术领域
本发明涉及一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置。
背景技术
原位热脱附技术在有机污染场地修复中应用较为广泛，该技术通过对场地进行加热，提高场地土壤温度，加速待修复场地中有机污染物的挥发，去除场地中的有机污染物。以往的热脱附技术，在场地原位修复中，普遍存在传热效率低、能耗高、修复成本高的问题。此外，如果待修复场地中含水量较高，热脱附过程中产生的热能用于加热水，会引起能耗增加。因此，在污染场地修复之前，需先进行抽提，去除场地中的水分，再对场地实施加热，这会带来另外一个问题：场地中含水量过低，与原位增溶脱附修复技术难以耦合。
本专利依据电极加热脱附与增溶脱附耦合的修复理念，提供一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置。本专利对污染场地的加热方式为电极加热，在电极间产生电流，利用电极间土壤的电阻，对污染土壤进行加热升温。通过向有机污染场地中注入增溶剂(阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂组成的混合表面活性剂)，在增溶剂扩散及旋转电场驱动的双重作用下，可实现注入增溶剂在待修复场地中均匀分布，减少药剂用量；调控电场，还可以驱动带负电的载带有机污染物污的胶束定向迁移至抽提井附近，通过抽提去除，降低场地二次污染的风险。本发明装置集成了加药模块、热脱附模块、监测模块、抽提模块及智能控制模块，具有智能化、自动化操作的特点，可实现对有机污染场地的高效修复。
发明内容
本发明的目的是，提供了一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置。该装置将电极加热脱附与增溶脱附耦合，克服了单一热脱附方式能耗高的问题。
为达上述目的，本发明可以通过以下技术方案来实现：
一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置，包括加药模块、热脱附模块、监测模块、抽提模块及智能控制模块。加药模块包括增溶剂存储罐、增溶剂注射泵、注射泵控制器、液体流量计、控制阀、液体流量控制仪及增溶剂注入井。热脱附模块包括电极和可编程的三相交流电源。监测模块包括监测井、温度传感器和压力传感器。抽提模块包括抽提井、输送管道、真空泵及废水废气处理装备。智能控制模块的核心为计算机控制系统，计算机控制系统分别与液体流量控制仪、温度传感器及可编程的三相交流电源连接，获取相应数据并作出反馈。
一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的方法，包括以下步骤：
(1)通过加药模块向有机污染场地中注入增溶剂；
(2)通过热脱附模块对有机污染场地进行加热；调变三相交流电的幅值、相位及频率，可调控旋转电场参数；
(3)在场地修复过程中，通过对土壤取样并进行分析检测，根据场地污染物浓度是否达到修复的标准值，调控增溶剂注入量和场地加热时间；如果场地中有机污染物浓度已经低于修复的标准值，则停止向有机污染场地中注入增溶剂并停止加热；如果场地中有机污染物浓度仍高于修复的标准值，则适当增加增溶剂用量并延长加热时间；
(4)在场地修复完成后，调控电场，驱动带负电的载带有机污染物的阴离子表面活性剂-非离子表面活性剂混合胶束定向迁移至抽提井附近，通过抽提去除。
所述加药模块中，所述增溶剂为带负电的阴离子表面活性剂-非离子表面活性剂混合表面活性剂，其中，阴离子表面活性剂-非离子表面活性剂的质量比为8:5～1。
所述热脱附模块中，通过调变三相交流电的幅值、相位和频率，可调控旋转电场参数。
所述热脱附模块中，可调控电场，驱动带负电的载带有机污染物的胶束在土壤中定向迁移至抽提井附近，通过抽提去除。
与传统单一热脱附技术相比，本专利技术具有以下优点：
(1)一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置，将电极加热脱附和增溶脱附耦合，促进了有机污染物从土壤颗粒脱附，提高了有机污染物的去除效率。
(2)一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置，调变三相交流电的幅值、相位及频率，可调控旋转电场参数，在增溶剂扩散及旋转电场驱动的双重作用下，可实现注入增溶剂在待修复场地中均匀分布，减少药剂用量；调控电场，可驱动带负电的载带有机污染物的胶束定向迁移至抽提井附近，通过抽提去除，降低场地二次污染的风险。
附图说明
图1为一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置的结构示意图。
图中标注：1-液位计，2-增溶剂存储罐，3-搅拌器，4-增溶剂输送管道，5-增溶剂注射泵，6-液体流量计，7-控制阀，8-增溶剂注入井，9-注射泵控制器，10-液体流量控制仪，11-电极，12-电缆线，13-可编程的三相交流电源，14-抽提井，15-输送管道，16-真空泵，17-废水废气处理装备，18-监测井，19-计算机控制系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程。本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置包括：加药模块、热脱附模块、监测模块、抽提模块及智能控制模块。加药模块包括：液位计1，增溶剂存储罐2，搅拌器3，增溶剂输送管道4，增溶剂注射泵5，液体流量计6，控制阀7，增溶剂注入井8，注射泵控制器9，液体流量控制仪10。热脱附模块包括：电极11，电缆线12，可编程的三相交流电源13。监测模块包括：监测井18，在监测井中布置温度传感器和压力传感器。抽提模块包括：抽提井14，输送管道15，真空泵16，废水废气处理装备17。智能控制模块的核心为计算机控制系统19。
在加药模块中，增溶剂存储罐2用于储存增溶剂溶液，增溶剂是由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂按一定配比组成。液位计1安装在增溶剂存储罐2内，用于监控增溶剂溶液在增溶剂存储罐2中的液面位置。搅拌器3安装在增溶剂存储罐2内，用于搅拌增溶剂存储罐2中储备的增溶剂溶液，搅拌的速率和时间可调控。增溶剂注射泵5一端通过一增溶剂输送管道4与增溶剂存储罐2连接，另一端通过另一增溶剂输送管道4与液体流量计6连接。增溶剂注射泵5用于产生动力，借助增溶剂输送管道4将增溶剂溶液输送至增溶剂注入井8，增溶剂注射泵5受注射泵控制器9的控制。液体流量计6调控从增溶剂注射泵5输出的增溶剂流量。控制阀7位于液体流量计6和增溶剂注入井8之间，用于防止增溶剂溶液倒流回增溶剂存储罐2，控制阀与液体流量控制仪电连接。增溶剂注入井8用于向有机污染场地中注入增溶剂。液体流量控制仪10连接注射泵控制器9，注射泵控制器9同时与增溶剂注射泵5连接，用于控制增溶剂注射泵的开启和关闭。液体流量控制仪10与控制阀7连接，用于控制控制阀的开启和关闭。液体流量控制仪10与液体流量计6连接，通过对流量计流速调控而实现对增溶剂注入量的控制。
在热脱附模块中，可编程的三相交流电源13通过电缆线12与电极11连接。可编程的三相交流电源用于调变电压的幅值、相位及频率，可调变旋转电场工作参数。电极11为石墨电极或铜棒。根据土壤中有机污染物分布情况和场地水文地质条件，筛选电极种类，确定电极插入土壤的具体深度。每三个电极为一组呈正三角形布设，形成一个电极加热单元，每两个电极之间间隔2-10m。在电极加热过程中，一个电极加热单元周围产生圆形的旋转电场。在旋转电场圆心与电场边界之间不同直径上，布设增溶剂注入井，在增溶剂扩散及旋转电场驱动的双重作用下，可实现注入增溶剂在待修复场地中均匀分布。若两个电极之间间距较小(2-4m)，则在圆形旋转电场1/2半径处布置一个增溶剂注入点位；若两个电极之间间距较大(5-10m)，则在圆形旋转电场的半径上等间距布置多个增溶剂注入点位，多个增溶剂注入点位可以不在同一条直径上，可以根据实际污染场地的污染程度进行布设。
在监测模块中，监测井18中布设温度传感器和压力传感器，与计算机控制系统连接，计算机控制系统获取温度传感器和压力传感器的温度和压力数据并显示，用于监测有机污染场地的温度和压力。
在抽提模块中，真空泵16一端通过输送管道15与抽提井14连接，另一端通过另一输送管道15与废水废气处理装备17连接。
在智能控制模块中，计算机控制系统19分别与液体流量控制仪、温度传感器、压力传感器及可编程的三相交流电源连接，获取相应数据并作出反馈。
利用本发明专利提供的装置修复有机污染场地的具体过程，包括以下步骤：
(1)通过加药模块向有机污染场地中注入增溶剂；
(2)通过热脱附模块对有机污染场地进行加热；调变三相交流电的幅值、相位及频率，可调控旋转电场参数；
(3)在场地修复过程中，通过对土壤取样并进行分析检测，根据场地污染物浓度是否达到修复的标准值，调控增溶剂注入量和场地加热时间；如果场地中有机污染物浓度已经低于修复的标准值，则停止向有机污染场地中注入增溶剂并停止加热；如果场地中有机污染物浓度仍高于修复的标准值，则适当增加增溶剂用量并延长加热时间；
(4)在场地修复完成后，调控电场，驱动带负电的载带有机污染物的阴离子表面活性剂-非离子表面活性剂混合胶束定向迁移至抽提井附近，通过抽提去除。
本发明中所述加药模块、热脱附模块、监测模块、抽提模块及智能控制模块中使用的仪器设备，均可以从市场上买到，如液位计(型号：UHZ-663)、液体流量计(型号：LDG-MIK-B)、温度传感器(型号：PT100)、真空泵(型号：PNK SP 0020)、数控显示器(型号：MC161MW771ME631)、可编程的三相交流电源(型号：AFV-PLUS-31060)、液体流量控制仪(型号：DLKZ-9000)、注射泵控制器(型号：JPC1-2L-160S)、药剂注射泵(型号：BRW15/25)。
本发明专利依据电极加热脱附与增溶脱附耦合的修复理念，提供一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置。本发明专利将加药模块、热脱附模块、监测模块、抽提模块及智能控制模块集于一体，可实现对有机污染场地的高效修复。
实施例1
以氯乙烯污染的土壤为例，修复土方量12m3，土壤中氯乙烯的浓度为15.6mg/kg。在待修复的土壤中，每三个电极为一组呈正三角形布设，形成一个电极加热单元，每两个电极之间间隔3m，给电极施加380V的三相交流电。在电极加热过程中，一个电极加热单元周围产生圆形的旋转电场。在旋转电场圆心与电场边界中间，布设增溶剂注射点位，本实施例中在旋转电场半径一半位置设置一个增溶剂注射点位，所述电极为石墨电极。增溶剂是由十二烷基苯磺酸钠和曲拉通X-100按质量比4:1组成，增溶剂浓度为0.3％，注入速率为10L/min，注入1m3，空气注入速率为0.2L/min。待增溶剂注入氯乙烯污染的土壤后，开启电极加热，场地开始升温。在土壤加热过程中，通过对水和气的补充和抽提，使土壤含水率维持在50-55％。待整个场地平均温度维持在85℃时，持续加热112天后停止加热，修复完成后，土壤中氯乙烯的浓度为0.24mg/kg。
实施例2
以氯乙烯污染的土壤为例，修复土方量12m3，土壤中氯乙烯的浓度为18.2mg/kg。在待修复的土壤中，每三个电极为一组呈正三角形布设，形成一个电极加热单元，每两个电极之间间隔3m，给电极施加380V的三相交流电。在电极加热过程中，一个电极加热单元周围产生圆形的旋转电场。在旋转电场圆心与电场边界之间，布设增溶剂注射点位。增溶剂是由十二烷基苯磺酸钠和曲拉通X-100按质量比4:1组成，增溶剂浓度为0.5％，注入速率为10L/min，注入1m3，空气注入速率为0.2L/min。待增溶剂注入氯乙烯污染的土壤后，开启电极加热，场地开始升温。在土壤加热过程中，通过对水和气的补充和抽提，使土壤含水率维持在55-60％。待整个场地平均温度维持在95℃时，持续加热126天后停止加热。修复完成后，土壤中氯乙烯的浓度为0.13mg/kg。
实施例3
以石油烃污染的土壤为例，修复土方量10m3，土壤中总石油烃的浓度为950mg/kg。在待修复的土壤中，每三个电极为一组呈正三角形布设，形成一个电极加热单元，每两个电极之间间隔3m，给电极施加380V的三相交流电。在电极加热过程中，一个电极加热单元周围产生圆形的旋转电场。在旋转电场圆心与电场边界之间，布设增溶剂注射点位。增溶剂是由十二烷基苯磺酸钠和曲拉通X-100按质量比4:1组成，增溶剂浓度为0.3％，注入速率为10L/min，注入1.2m3，空气注入速率为0.2L/min。待增溶剂注入石油烃污染的土壤后，开启电极加热，场地开始升温。在土壤加热过程中，通过对水和气的补充和抽提，使土壤含水率维持在52-55％。待整个场地平均温度维持在80℃时，持续加热112天后停止加热。修复完成后，土壤中总石油烃的浓度为350mg/kg。
实施例4
以石油烃污染的土壤为例，修复土方量10m3，土壤中总石油烃的浓度为960mg/kg。在待修复的土壤中，每三个电极为一组呈正三角形布设，形成一个电极加热单元，每两个电极之间间隔3m，给电极施加380V的三相交流电。在电极加热过程中，一个电极加热单元周围产生圆形的旋转电场。在旋转电场圆心与电场边界中间，布设增溶剂注射点位。增溶剂是由十二烷基苯磺酸钠和曲拉通X-100按质量比4:1组成，增溶剂浓度为0.5％，注入速率为10L/min，注入1.3m3，空气注入速率为0.2L/min。待增溶剂注入石油烃污染的土壤后，开启电极加热，场地开始升温。在土壤加热过程中，通过对水和气的补充和抽提，使土壤含水率维持在55-65％。待整个场地平均温度维持在90℃时，持续加热126天后停止加热。修复完成后，土壤中总石油烃的浓度为290mg/kg。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种增溶强化热脱附原位修复有机污染场地的装置，包括加药模块、热脱附模块、监测模块、抽提模块及智能控制模块；
(1)加药模块包括增溶剂存储罐、增溶剂注射泵、注射泵控制器、液体流量计、控制阀、液体流量控制仪及增溶剂注入井；
(2)热脱附模块包括电极和可编程的三相交流电源；
(3)监测模块包括监测井、温度传感器和压力传感器；
(4)抽提模块包括抽提井、输送管道、真空泵及废水废气处理装备；
(5)智能控制模块的核心为计算机控制系统，计算机控制系统分别与液体流量控制仪、温度传感器、压力传感器及可编程的三相交流电源连接，获取相应数据并作出反馈。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热脱附模块中给电极施加380V的三相交流电，每三个电极为一组呈正三角形布设，形成一个电极加热单元，每两个电极之间间隔2-10m；在电极加热过程中，电极加热单元周围产生圆形的旋转电场。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，一个圆形的旋转电场，在旋转电场圆心与电场边界之间不同直径上，布设增溶剂注射点位，在增溶剂扩散及旋转电场驱动的双重作用下，实现注入增溶剂在待修复场地中均匀分布。
4.利用权利要求3所述的装置修复有机污染场地的方法，包括以下步骤：
(1)通过加药模块向有机污染场地中注入增溶剂；
(2)通过热脱附模块对有机污染场地进行加热；调变三相交流电的幅值、相位及频率，调控旋转电场参数；
(3)在场地修复过程中，通过对土壤取样并进行分析检测，根据场地污染物浓度是否达到修复的标准值，调控增溶剂注入量和场地加热时间；如果场地中有机污染物浓度已经低于修复的标准值，则停止向有机污染场地中注入增溶剂并停止加热；如果场地中有机污染物浓度仍高于修复的标准值，则适当增加增溶剂用量并延长加热时间；
(4)在场地修复完成后，调控电场，驱动带负电的载带有机污染物的阴离子表面活性剂-非离子表面活性剂混合胶束定向迁移至抽提井附近，通过抽提去除。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加药模块中使用的增溶剂为带负电的阴离子表面活性剂-非离子表面活性剂混合表面活性剂。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的增溶剂中阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的质量比为8:5～1，增溶剂溶液浓度为0.1～1％。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，阴离子表面活性剂-非离子表面活性剂混合表面活性剂为硫酸盐类阴离子表面活性剂-非离子表面活性剂、羧酸盐类阴离子表面活性剂-非离子表面活性剂及磺酸盐类阴离子表面活性剂-非离子表面活性剂中的一种。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机污染场地土壤含水率为35～85％，增溶剂溶液注入速率为1～20L/min，空气注入速率为0.1～1L/min。
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