CN111822496A - 一种基于燃气热脱附的原位土壤修复系统及修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于燃气热脱附的原位土壤修复系统及修复方法，包括燃气加热模块、电化学降解模块、气相抽提模块和氧化剂注入模块；燃气加热模块包括埋设于污染土壤内的加热井以及与其连接的燃烧装置；所述的电化学降解模块包括埋设于污染土壤内的阳极板和阴极板，所述的阳极板和阴极板分别外接电源的正极和负极；所述的气相抽提模块包括埋设于污染土壤内的抽提管网以及与其连接的真空泵；所述的氧化剂注入模块包括埋设于污染土壤内的至少一根喷淋管，所述的喷淋管外接氧化剂储罐。本发明采用了原位燃气热脱附技术，并结合了化学氧化法和物理作用的电化学法，实现了多种污染物的协同高效脱除和土壤修复的目的。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，涉及一种原位土壤修复系统及修复方法，尤其涉及一种基于燃气热脱附的原位土壤修复系统及修复方法。
背景技术
目前，土壤修复常用的技术有挖掘、填埋、稳定化固化、化学淋洗、化学氧化还原、水泥窑协同处置、热脱附、植物修复和微生物修复等，但是这些技术大多是将污染物挖掘出来进行异位处理，很容易造成二次污染。而植物和微生物修复技术又面临着修复周期短、修复效率低的问题。因此，急需发展土壤修复新技术来解决这些问题。
电动修复技术是上世纪80年代兴起的一种原位土壤修复技术，通过在土壤两端施加直流弱电场，土壤中的污染物通过电迁移、电渗流和电泳的方式迁移到电极区进行富集。电动修复技术可以修复重金属、有机以及复合污染土壤，特别适用于低渗透性土壤的修复。随着土壤修复技术从异位向原位修复技术的发展，电动修复技术在土壤修复中的优势也越来越明显。
当处理有机污染物时，通常将电动修复技术与其他技术相结合来提高修复效率，如电动修复与化学氧化相结合，电场可以促进氧化剂在土壤中的迁移，从而使其到达目标污染区域，实现有机污染物的原位氧化。
原位土壤加热方式主要包括电阻加热、热传导加热、蒸汽/热空气注射加热和微波加热。其中电阻加热技术是将电极插入土壤中，产生电势和电压差，在电极上施加100～400V的电压，因为土壤有导电性，电流会在土壤中传导，从而使土壤加热。由于在电阻加热过程中，土壤孔隙中的水分起到了传导电流的作用，因此地下温度不能高于当地大气压下水的沸点，即100℃，并且土壤不能被烘干。
CN101507969公开了一种重金属污染土壤阳极液淋洗强化电动修复方法，在重金属污染土壤两端设置阴、阳极室，阳极室内预储以天然有机酸为溶质的工作液，并通过导管及泵与工作液储槽连接，两极间以稳压直流电源施加电场；通过导管与泵对阳极工作液进行间歇式抽提，并对受修复土壤部位的淋洗液渗透层进行淋洗、渗透，促进该局部附近土壤中固化态重金属的解吸；以局部pH及重金属去除率为指示，2～30小时为间歇淋洗周期，不断将淋洗部位靠近阴极电解室，直到完成土壤修复。
CN103286120B公开了一种微波电动土壤原位修复装置及修复方法，该发明向土壤中埋入微波吸收材料，先通过电动力修复和微波加热联合修复土壤中部分有机污染物和重金属，当温度高于200℃时，停止电动力修复系统，继续采用高温微波土壤热修复技术将难挥发、难降解的有机污染物和残余重金属进行玻璃化固定。该方法运用微波加热技术对土壤温度加热过高，不可避免会蒸干土壤水分，从而抑制电动力修复过程对重金属离子的迁移作用。
CN105312314A公开了一种重金属-有机复合污染土壤的修复系统及方法。该方法将电阻加热技术、土壤气提技术和电动力修复技术相结合，先用交流电源采用电阻加热系统将土壤加热到50～100℃对有机污染物进行热脱附后真空抽提处理，然后采用直流电源进行电动修复土壤中的重金属。该修复系统虽然简化了设备，但是也将土壤加热到较高温度，修复周期长，能耗也相对较高，另外对于一些高沸点的有机污染物，低于100℃的加热温度也无法实现这些有机物的热脱附。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于燃气热脱附的原位土壤修复系统及修复方法，本发明采用了原位燃气热脱附技术，并结合了化学氧化法和物理作用的电化学法，实现了多种污染物的协同高效脱除和土壤修复的目的。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种基于燃气热脱附的原位土壤修复系统，所述的原位土壤修复系统包括燃气加热模块、电化学降解模块、气相抽提模块和氧化剂注入模块。
所述的燃气加热模块包括埋设于污染土壤内的加热井以及与其连接的燃烧装置，燃气与空气混合后进入燃烧装置燃烧，产生的热气进入加热井对污染土壤进行加热。
所述的电化学降解模块包括埋设于污染土壤内的阳极板和阴极板，所述的阳极板和阴极板分别外接电源的正极和负极。
所述的气相抽提模块包括埋设于污染土壤内的抽提管网以及与其连接的真空泵。
所述的氧化剂注入模块包括埋设于污染土壤内的至少一根喷淋管，所述的喷淋管外接氧化剂储罐。
一方面，本发明采用了原位燃气热脱附技术，通过燃烧天然气为加热井提供热量，加热井再通过热传导的方式加热周围土壤和地下水。对于不同类型的土壤，其热传导率差异非常小，所以热传导在土壤中是一个非常稳定的过程。在燃烧装置中燃烧天然气、液化石油气、沼气或柴油产生高温气体；将高温气体注入加热井中，并使其在井内往返流动；高温气体间接加热土壤，通过热传导方式加热污染土壤，使得土壤温度升高到目标温度；当土壤温度达到目标值后，土壤中的污染物能够从土壤中迅速解吸并分离出来，形成含污染物的蒸汽，同时用气相抽提模块将污染物蒸汽抽提至地表，然后进行汽水分离；并对含有污染物的水和蒸汽进一步处理，达标排放。
另一方面，本发明结合了化学氧化法和物理作用的电化学法，化学氧化法通过氧化剂注入土壤，与污染土壤中的有机类污染物质发生化学反应，达到祛除土壤中有机污染物的目的，电化学法利用电化学修复组件在污染土壤两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中的重金属类污染物质在电场作用下通过电迁移、电渗流或电泳的物理方式被带到电极两端进行统一收集，从而清洁污染土壤，最后由废水收集池收集污染液体再进行统一处理，同时动点修复组件产生的电场力还会带动氧化剂在土壤中的快速渗流，提高氧化剂的在土壤中的分布效率。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的燃气加热模块包括竖直埋设于污染土壤内的加热井，所述的加热井包括由内至外依次同轴套设的外管和内管；所述的内管外接燃烧装置，所述的燃烧装置分别外接燃气管和空气管，所述的外管顶部出口端外接助燃风机；燃气与空气混合后进入燃烧装置燃烧，产生的热气由上至下穿过内管，由内管底部出口折流进入外管，由上至下流经外管后由助燃风机排出。
优选地，所述的燃烧装置内置点火器、控制模块和浓度检测模块，所述的浓度检测模块与控制模块反馈连接，所述的控制模块与点火器电性联系，所述的浓度检测模块用于检测混合气中的燃气浓度，当燃气浓度达到点火要求后，通过控制模块触发点火器点火。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的电化学降解模块包括竖直埋设于污染土壤内的阳极电解室和阴极电解室，所述的阳极电解室内设置有阳极板，所述的阴极电解室内设置有阴极板，所述的阳极电解室外接阳极电解液储罐，所述的阴极电解室外接阴极电解液储罐。
优选地，所述的阴极电解室的高度、污染土壤深度和阳极电解室的高度的比例为1:(8～15):(1.5～3)，例如可以是1:8:1.5、1:9:2、1:10:3、1:11:1.5、1:12:2、1:13:3、1:14:1.5或1:15:2，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的气相抽提模块包括位于污染土壤上方的抽提主管网，所述的抽提主管网上接设有至少一根抽提支管，所述的抽提支管竖直插入污染土壤内部。
优选地，所述的抽提主管网沿抽提方向依次连接真空泵、水汽分离装置和活性炭吸附装置。
优选地，所述的水汽分离装置的排液口外接废液收集装置。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的氧化剂注入模块包括竖直埋设于污染土壤内的至少一个喷淋管以及与其外接的氧化剂储罐。
优选地，所述的喷淋管上沿周向设置喷嘴，氧化剂储罐内储存的氧化剂由喷淋管经喷嘴喷入污染土壤。
第二方面，本发明提供了一种基于燃气热脱附的原位土壤修复方法，采用第一方面所述的原位土壤修复系统对污染土壤进行原位修复，所述的原位土壤修复方法包括：
(Ⅰ)对污染土壤进行充分浸润，燃气与空气混合后进入燃烧装置燃烧，产生的热气进入加热井对污染土壤进行加热；
(Ⅱ)挥发性有机物受热脱出，由抽提管网抽出后经真空泵外排；
(Ⅲ)氧化剂储罐通过喷淋管向污染土壤中喷淋氧化剂，对污染土壤中的有机物进行氧化分解；
(Ⅳ)阳极板和阴极板对污染土壤施加电流，污染土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)中，分别通过燃气管和空气管向燃烧装置通入燃气和空气，燃气在燃烧装置中与空气混合后点燃产生的热气由上至下穿过内管，由内管底部折流进入外管，由上至下流经外管后由助燃风机排出，通过热气对污染土壤进行加热。
优选地，所述的燃气和空气通入的体积比为1:(4～5)，例如可以是1:4、1:4.1、1:4.2、1:4.3、1:4.4、1:4.5、1:4.6、1:4.7、1:4.8、1:4.9或、1:5.0，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，通过热气对土壤加热至80～100℃，例如可以是80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅱ)中，通过真空泵将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置进行吸附处理。
优选地，所述的真空泵的气流量为400～600L/s，例如可以是400L/s、410L/s、420L/s、430L/s、440L/s、450L/s、460L/s、470L/s、480L/s、490L/s、500L/s、510L/s、520L/s、530L/s、540L/s、550L/s、560L/s、570L/s、580L/s、590L/s或600L/s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的真空泵将污染土壤内的真空度抽至20～50kPa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的真空泵采用连续运行一段时间后停止运行一段时间的间歇式运行模式。
优选地，所述的真空泵的连续运行的时间为5～8h，例如可以是5.0h、5.2h、5.4h、5.6h、5.8h、6.0h、6.2h、6.4h、6.6h、6.8h、7.0h、7.2h、7.4h、7.6h、7.8h或8.0h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的真空泵相邻两次连续运行之间间隔3～5h，例如可以是3.0h、3.1h、3.2h、3.3h、3.4h、3.5h、3.6h、3.7h、3.8h、3.9h、4.0h、4.1h、4.2h、4.3h、4.4h、4.5h、4.6h、4.7h、4.8h、4.9h或5.0h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅲ)中，所述的氧化剂的浓度为200～300g/L，例如可以是200g/L、210g/L、220g/L、230g/L、240g/L、250g/L、260g/L、270g/L、280g/L、290g/L或300g/L，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的氧化剂采用间歇式喷淋方式注入污染土壤。
优选地，所述的氧化剂在真空泵停止运行期间喷淋注入污染土壤。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅳ)中，阳极电解液储罐和阴极电解液储罐分别向阳极电解室和阴极电解室输送阳极电解液和阴极电解液。
优选地，所述的阳极电解液为酒石酸溶液、酒石酸钾钠溶液、草酸溶液、草酸钾溶液、乙酸溶液或乙酸钾溶液中的一种或至少两种的组合。
优选地，所述的阳极电解液的浓度为0.2～2mol/L，例如可以是0.2mol/L、0.4mol/L、0.6mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.2mol/L、1.4mol/L、1.6mol/L、1.8mol/L或2.0mol/L，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的阴极电解液为硝酸钾溶液。
优选地，所述的阴极电解液的浓度为0.01～0.05mol/L，例如可以是0.01mol/L、0.02mol/L、0.03mol/L、0.04mol/L或0.05mol/L，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，通过向阴极电解液中加入柠檬酸控制阴极电解液的pH。
优选地，所述的阴极电解液的pH控制在4～5，例如可以是4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的阳极板和阴极板之间的电压梯度为10～150V/m，例如可以是10V/m、20V/m、30V/m、40V/m、50V/m、60V/m、70V/m、80V/m、90V/m、100V/m、110V/m、120V/m、130V/m、140V/m或150V/m，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
在整个加热过程中，对单个燃烧器的燃烧状况、压力以及土壤中关键位置的温度、压力进行实时监测，记录数据并通过无线数据系统进行传输，通过远程访问数据实现对整个过程的实时监控。修复区域中的单个燃烧器可以单独控制，达到温度梯度和能量消耗最优化。
所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用了原位燃气热脱附技术，通过燃烧天然气为加热井提供热量，加热井再通过热传导的方式加热周围土壤和地下水。对于不同类型的土壤，其热传导率差异非常小，所以热传导在土壤中是一个非常稳定的过程。在燃烧装置中燃烧天然气、液化石油气、沼气或柴油产生高温气体；将高温气体注入加热井中，并使其在井内往返流动；高温气体间接加热土壤，通过热传导方式加热污染土壤，使得土壤温度升高到目标温度；当土壤温度达到目标值后，土壤中的污染物能够从土壤中迅速解吸并分离出来，形成含污染物的蒸汽，同时用气相抽提模块将污染物蒸汽抽提至地表，然后进行汽水分离；并对含有污染物的水和蒸汽进一步处理，达标排放。
(2)本发明结合了化学氧化法和物理作用的电化学法，化学氧化法通过氧化剂注入土壤，与污染土壤中的有机类污染物质发生化学反应，达到祛除土壤中有机污染物的目的，电化学法利用电化学修复组件在污染土壤两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中的重金属类污染物质在电场作用下通过电迁移、电渗流或电泳的物理方式被带到电极两端进行统一收集，从而清洁污染土壤，最后由废水收集池收集污染液体再进行统一处理，同时动点修复组件产生的电场力还会带动氧化剂在土壤中的快速渗流，提高氧化剂的在土壤中的分布效率。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的原位土壤修复系统的结构示意图。
其中，1-电源；2-阳极电解室；3-阳极板；4-阳极电解液储罐；5-阴极电解室；6-阴极板；7-阴极电解液储罐；8-燃烧装置；9-外管；10-内管；11-助燃风机；12-喷淋管；13-抽提支管；14-氧化剂储罐；15-真空泵；16-水汽分离装置；17-活性炭吸附装置；18-废液收集装置。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种基于燃气热脱附的原位土壤修复系统，所述的原位土壤修复系统如图1所示，包括燃气加热模块、电化学降解模块、气相抽提模块和氧化剂注入模块。
燃气加热模块包括竖直埋设于污染土壤内的加热井，加热井包括由内至外依次同轴套设的外管9和内管10。内管10外接燃烧装置8，燃烧装置8分别外接燃气管和空气管，外管9顶部出口端外接助燃风机11。燃气与空气混合后进入燃烧装置8燃烧，产生的热气由上至下穿过内管10，由内管10底部出口折流进入外管9，由上至下流经外管9后由助燃风机11排出。燃烧装置8内置点火器、控制模块和浓度检测模块，浓度检测模块与控制模块反馈连接，控制模块与点火器电性联系，浓度检测模块用于检测混合气中的燃气浓度，当燃气浓度达到点火要求后，通过控制模块触发点火器点火。
电化学降解模块包括竖直埋设于污染土壤内的阳极电解室2和阴极电解室5，阳极电解室2内设置有阳极板3，阴极电解室5内设置有阴极板6，阳极板3和阴极板6分别外接电源1的正极和负极，阳极电解室2外接阳极电解液储罐4，阴极电解室5外接阴极电解液储罐7，阳极电解液储罐4和阴极电解液储罐7分别向阳极电解室2和阴极电解室5注入阳极电解液和阴极电解液。阴极电解室5的高度、污染土壤深度和阳极电解室2的高度的比例为1:(8～15):(1.5～3)。
气相抽提模块包括位于污染土壤上方的抽提主管网，抽提主管网上接设有至少一根抽提支管13，抽提支管13竖直插入污染土壤内部。抽提主管网沿抽提方向依次连接真空泵15、水汽分离装置16和活性炭吸附装置17，水汽分离装置16的排液口外接废液收集装置18。
氧化剂注入模块包括埋设于污染土壤内的至少一根喷淋管12，喷淋管12外接氧化剂储罐14。氧化剂注入模块包括竖直埋设于污染土壤内的至少一个喷淋管12以及与其外接的氧化剂储罐14。进一步地，喷淋管12上沿周向设置喷嘴，氧化剂储罐14内储存的氧化剂由喷淋管12经喷嘴喷入污染土壤。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种原位土壤修复方法，所述的原位土壤修复方法具体包括如下步骤：
(Ⅰ)对污染土壤进行充分浸润，分别通过燃气管和空气管向燃烧装置8通入燃气和空气，燃气和空气通入的体积比为1:(4～5)，燃气在燃烧装置8中与空气混合后点燃产生的热气由上至下穿过内管10，由内管10底部折流进入外管9，由上至下流经外管9后由助燃风机11排出，通过热气对污染土壤加热至80～100℃；
(Ⅱ)挥发性有机物受热脱出，通过真空泵15将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤，真空泵15采用连续运行5～8h后停止运行3～5h的间歇式运行模式，真空泵15的气流量为400～600L/s，真空泵15将污染土壤内的真空度抽至20～50kPa，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置17进行吸附处理；
(Ⅲ)氧化剂储罐14通过喷淋管12向污染土壤中喷淋浓度为200～300g/L的氧化剂，对污染土壤中的有机物进行氧化分解，氧化剂采用间歇式喷淋方式注入污染土壤，在真空泵15停止运行期间喷淋注入污染土壤；
(Ⅳ)阳极电解液储罐4和阴极电解液储罐7分别向阳极电解室2和阴极电解室5输送阳极电解液和阴极电解液，阴极电解室5的高度、污染土壤深度和阳极电解室2的高度的比例为1:(8～15):(1.5～3)，阳极电解液为0.2～2mol/L的酒石酸溶液、酒石酸钾钠溶液、草酸溶液、草酸钾溶液、乙酸溶液或乙酸钾溶液中的一种或至少两种的组合，阴极电解液为0.01～0.05mol/L的硝酸钾溶液，通过向阴极电解液中加入柠檬酸控制阴极电解液的pH在4～5，阳极板3和阴极板6之间的电压梯度为10～150V/m，污染土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解。
实施例1
本实施例提供了一种对污染土壤进行原位修复的方法，所处理的污染土壤重金属包括总铬、总锰、总镉和总铅的最高含量分别为526mg/kg、348mg/kg和280mg/kg和460mg/kg，挥发性有机物卤代烃的最高含量为73mg/kg，对含上述污染物的污染土壤区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤进行充分浸润，分别通过燃气管和空气管向燃烧装置8通入燃气和空气，燃气和空气通入的体积比为1:4，燃气在燃烧装置8中与空气混合后点燃产生的热气由上至下穿过内管10，由内管10底部折流进入外管9，由上至下流经外管9后由助燃风机11排出，通过热气对污染土壤加热至80℃；
(2)挥发性有机物受热脱出，通过真空泵15将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤，真空泵15采用连续运行5h后停止运行3h的间歇式运行模式，真空泵15的气流量为400L/s，真空泵15将污染土壤内的真空度抽至20kPa，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置17进行吸附处理；
(3)氧化剂储罐14通过喷淋管12向污染土壤中喷淋浓度为200g/L的氧化剂，对污染土壤中的有机物进行氧化分解，氧化剂采用间歇式喷淋方式注入污染土壤，在真空泵15停止运行期间喷淋注入污染土壤；
(4)阳极电解液储罐4和阴极电解液储罐7分别向阳极电解室2和阴极电解室5输送阳极电解液和阴极电解液，阴极电解室5的高度、污染土壤深度和阳极电解室2的高度的比例为1:8:1.5，阳极电解液为0.2mol/L的酒石酸溶液，阴极电解液为0.01mol/L的硝酸钾溶液，通过向阴极电解液中加入柠檬酸控制阴极电解液的pH在4，阳极板3和阴极板6之间的电压梯度为10V/m，污染土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解。
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤中的浸出液取样检测，检测浸出液中的重金属浓度含量(包括总铬、总锰、总镉和总铅)和挥发性有机物含量(包括卤代烃)，具体检测结果见表1。
实施例2
本实施例提供了一种对污染土壤进行原位修复的方法，所处理的污染土壤重金属包括总铬、总锰、总镉和总铅的最高含量分别为493mg/kg、362mg/kg和269mg/kg和475mg/kg，挥发性有机物卤代烃的最高含量为75mg/kg，对含上述污染物的污染土壤区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤进行充分浸润，分别通过燃气管和空气管向燃烧装置8通入燃气和空气，燃气和空气通入的体积比为1:4.2，燃气在燃烧装置8中与空气混合后点燃产生的热气由上至下穿过内管10，由内管10底部折流进入外管9，由上至下流经外管9后由助燃风机11排出，通过热气对污染土壤加热至84℃；
(2)挥发性有机物受热脱出，通过真空泵15将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤，真空泵15采用连续运行5.6h后停止运行3.4h的间歇式运行模式，真空泵15的气流量为440L/s，真空泵15将污染土壤内的真空度抽至26kPa，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置17进行吸附处理；
(3)氧化剂储罐14通过喷淋管12向污染土壤中喷淋浓度为220g/L的氧化剂，对污染土壤中的有机物进行氧化分解，氧化剂采用间歇式喷淋方式注入污染土壤，在真空泵15停止运行期间喷淋注入污染土壤；
(4)阳极电解液储罐4和阴极电解液储罐7分别向阳极电解室2和阴极电解室5输送阳极电解液和阴极电解液，阴极电解室5的高度、污染土壤深度和阳极电解室2的高度的比例为1:10:2，阳极电解液为0.7mol/L的酒石酸钾钠溶液，阴极电解液为0.02mol/L的硝酸钾溶液，通过向阴极电解液中加入柠檬酸控制阴极电解液的pH在4.2，阳极板3和阴极板6之间的电压梯度为38V/m，污染土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解。
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤中的浸出液取样检测，检测浸出液中的重金属浓度含量(包括总铬、总锰、总镉和总铅)和挥发性有机物含量(包括卤代烃)，具体检测结果见表1。
实施例3
本实施例提供了一种对污染土壤进行原位修复的方法，所处理的污染土壤重金属包括总铬、总锰、总镉和总铅的最高含量分别为517mg/kg、336mg/kg和257mg/kg和469mg/kg，挥发性有机物卤代烃的最高含量为68mg/kg，对含上述污染物的污染土壤区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤进行充分浸润，分别通过燃气管和空气管向燃烧装置8通入燃气和空气，燃气和空气通入的体积比为1:4.4，燃气在燃烧装置8中与空气混合后点燃产生的热气由上至下穿过内管10，由内管10底部折流进入外管9，由上至下流经外管9后由助燃风机11排出，通过热气对污染土壤加热至88℃；
(2)挥发性有机物受热脱出，通过真空泵15将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤，真空泵15采用连续运行6.2h后停止运行3.8h的间歇式运行模式，真空泵15的气流量为480L/s，真空泵15将污染土壤内的真空度抽至32kPa，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置17进行吸附处理；
(3)氧化剂储罐14通过喷淋管12向污染土壤中喷淋浓度为240g/L的氧化剂，对污染土壤中的有机物进行氧化分解，氧化剂采用间歇式喷淋方式注入污染土壤，在真空泵15停止运行期间喷淋注入污染土壤；
(4)阳极电解液储罐4和阴极电解液储罐7分别向阳极电解室2和阴极电解室5输送阳极电解液和阴极电解液，阴极电解室5的高度、污染土壤深度和阳极电解室2的高度的比例为1:12:2，阳极电解液为1.2mol/L的草酸溶液，阴极电解液为0.03mol/L的硝酸钾溶液，通过向阴极电解液中加入柠檬酸控制阴极电解液的pH在4.4，阳极板3和阴极板6之间的电压梯度为66V/m，污染土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解。
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤中的浸出液取样检测，检测浸出液中的重金属浓度含量(包括总铬、总锰、总镉和总铅)和挥发性有机物含量(包括卤代烃)，具体检测结果见表1。
实施例4
本实施例提供了一种对污染土壤进行原位修复的方法，所处理的污染土壤重金属包括总铬、总锰、总镉和总铅的最高含量分别为525mg/kg、342mg/kg和263mg/kg和462mg/kg，挥发性有机物卤代烃的最高含量为64mg/kg，对含上述污染物的污染土壤区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤进行充分浸润，分别通过燃气管和空气管向燃烧装置8通入燃气和空气，燃气和空气通入的体积比为1:4.6，燃气在燃烧装置8中与空气混合后点燃产生的热气由上至下穿过内管10，由内管10底部折流进入外管9，由上至下流经外管9后由助燃风机11排出，通过热气对污染土壤加热至92℃；
(2)挥发性有机物受热脱出，通过真空泵15将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤，真空泵15采用连续运行6.8h后停止运行4.2h的间歇式运行模式，真空泵15的气流量为520L/s，真空泵15将污染土壤内的真空度抽至38kPa，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置17进行吸附处理；
(3)氧化剂储罐14通过喷淋管12向污染土壤中喷淋浓度为260g/L的氧化剂，对污染土壤中的有机物进行氧化分解，氧化剂采用间歇式喷淋方式注入污染土壤，在真空泵15停止运行期间喷淋注入污染土壤；
(4)阳极电解液储罐4和阴极电解液储罐7分别向阳极电解室2和阴极电解室5输送阳极电解液和阴极电解液，阴极电解室5的高度、污染土壤深度和阳极电解室2的高度的比例为1:13:2，阳极电解液为1.5mol/L的草酸钾溶液，阴极电解液为0.03mol/L的硝酸钾溶液，通过向阴极电解液中加入柠檬酸控制阴极电解液的pH在4.6，阳极板3和阴极板6之间的电压梯度为94V/m，污染土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解。
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤中的浸出液取样检测，检测浸出液中的重金属浓度含量(包括总铬、总锰、总镉和总铅)和挥发性有机物含量(包括卤代烃)，具体检测结果见表1。
实施例5
本实施例提供了一种对污染土壤进行原位修复的方法，所处理的污染土壤重金属包括总铬、总锰、总镉和总铅的最高含量分别为530mg/kg、357mg/kg和278mg/kg和457mg/kg，挥发性有机物卤代烃的最高含量为82mg/kg，对含上述污染物的污染土壤区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤进行充分浸润，分别通过燃气管和空气管向燃烧装置8通入燃气和空气，燃气和空气通入的体积比为1:4.8，燃气在燃烧装置8中与空气混合后点燃产生的热气由上至下穿过内管10，由内管10底部折流进入外管9，由上至下流经外管9后由助燃风机11排出，通过热气对污染土壤加热至96℃；
(2)挥发性有机物受热脱出，通过真空泵15将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤，真空泵15采用连续运行7.2h后停止运行4.6h的间歇式运行模式，真空泵15的气流量为560L/s，真空泵15将污染土壤内的真空度抽至42kPa，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置17进行吸附处理；
(3)氧化剂储罐14通过喷淋管12向污染土壤中喷淋浓度为280g/L的氧化剂，对污染土壤中的有机物进行氧化分解，氧化剂采用间歇式喷淋方式注入污染土壤，在真空泵15停止运行期间喷淋注入污染土壤；
(4)阳极电解液储罐4和阴极电解液储罐7分别向阳极电解室2和阴极电解室5输送阳极电解液和阴极电解液，阴极电解室5的高度、污染土壤深度和阳极电解室2的高度的比例为1:14:3，阳极电解液为1.8mol/L的乙酸溶液，阴极电解液为0.04mol/L的硝酸钾溶液，通过向阴极电解液中加入柠檬酸控制阴极电解液的pH在4.8，阳极板3和阴极板6之间的电压梯度为122V/m，污染土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解。
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤中的浸出液取样检测，检测浸出液中的重金属浓度含量(包括总铬、总锰、总镉和总铅)和挥发性有机物含量(包括卤代烃)，具体检测结果见表1。
实施例6
本实施例提供了一种对污染土壤进行原位修复的方法，所处理的污染土壤重金属包括总铬、总锰、总镉和总铅的最高含量分别为513mg/kg、350mg/kg和262mg/kg和463mg/kg，挥发性有机物卤代烃的最高含量为80mg/kg，对含上述污染物的污染土壤区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤进行充分浸润，分别通过燃气管和空气管向燃烧装置8通入燃气和空气，燃气和空气通入的体积比为1:5，燃气在燃烧装置8中与空气混合后点燃产生的热气由上至下穿过内管10，由内管10底部折流进入外管9，由上至下流经外管9后由助燃风机11排出，通过热气对污染土壤加热至100℃；
(2)挥发性有机物受热脱出，通过真空泵15将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤，真空泵15采用连续运行8h后停止运行5h的间歇式运行模式，真空泵15的气流量为600L/s，真空泵15将污染土壤内的真空度抽至50kPa，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置17进行吸附处理；
(3)氧化剂储罐14通过喷淋管12向污染土壤中喷淋浓度为300g/L的氧化剂，对污染土壤中的有机物进行氧化分解，氧化剂采用间歇式喷淋方式注入污染土壤，在真空泵15停止运行期间喷淋注入污染土壤；
(4)阳极电解液储罐4和阴极电解液储罐7分别向阳极电解室2和阴极电解室5输送阳极电解液和阴极电解液，阴极电解室5的高度、污染土壤深度和阳极电解室2的高度的比例为1:15:3，阳极电解液为2mol/L的乙酸钾溶液，阴极电解液为0.05mol/L的硝酸钾溶液，通过向阴极电解液中加入柠檬酸控制阴极电解液的pH在5，阳极板3和阴极板6之间的电压梯度为150V/m，污染土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解。
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤中的浸出液取样检测，检测浸出液中的重金属浓度含量(包括总铬、总锰、总镉和总铅)和挥发性有机物含量(包括卤代烃)，具体检测结果见表1。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种基于燃气热脱附的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的原位土壤修复系统包括燃气加热模块、电化学降解模块、气相抽提模块和氧化剂注入模块；
所述的燃气加热模块包括埋设于污染土壤内的加热井以及与其连接的燃烧装置，燃气与空气混合后进入燃烧装置燃烧，产生的热气进入加热井对污染土壤进行加热；
所述的电化学降解模块包括埋设于污染土壤内的阳极板和阴极板，所述的阳极板和阴极板分别外接电源的正极和负极；
所述的气相抽提模块包括埋设于污染土壤内的抽提管网以及与其连接的真空泵；
所述的氧化剂注入模块包括埋设于污染土壤内的至少一根喷淋管，所述的喷淋管外接氧化剂储罐。
2.根据权利要求1所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的燃气加热模块包括竖直埋设于污染土壤内的加热井，所述的加热井包括由内至外依次同轴套设的外管和内管；所述的内管外接燃烧装置，所述的燃烧装置分别外接燃气管和空气管，所述的外管顶部出口端外接助燃风机；燃气与空气混合后进入燃烧装置燃烧，产生的热气由上至下穿过内管，由内管底部出口折流进入外管，由上至下流经外管后由助燃风机排出；
优选地，所述的燃烧装置内置点火器、控制模块和浓度检测模块，所述的浓度检测模块与控制模块反馈连接，所述的控制模块与点火器电性联系，所述的浓度检测模块用于检测混合气中的燃气浓度，当燃气浓度达到点火要求后，通过控制模块触发点火器点火。
3.根据权利要求1或2所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的电化学降解模块包括竖直埋设于污染土壤内的阳极电解室和阴极电解室，所述的阳极电解室内设置有阳极板，所述的阴极电解室内设置有阴极板，所述的阳极电解室外接阳极电解液储罐，所述的阴极电解室外接阴极电解液储罐；
优选地，所述的阴极电解室的高度、污染土壤深度和阳极电解室的高度的比例为1:(8～15):(1.5～3)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的气相抽提模块包括位于污染土壤上方的抽提主管网，所述的抽提主管网上接设有至少一根抽提支管，所述的抽提支管竖直插入污染土壤内部；
优选地，所述的抽提主管网沿抽提方向依次连接真空泵、水汽分离装置和活性炭吸附装置；
优选地，所述的水汽分离装置的排液口外接废液收集装置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的氧化剂注入模块包括竖直埋设于污染土壤内的至少一个喷淋管以及与其外接的氧化剂储罐；
优选地，所述的喷淋管上沿周向设置喷嘴，氧化剂储罐内储存的氧化剂由喷淋管经喷嘴喷入污染土壤。
6.一种基于燃气热脱附的原位土壤修复方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的原位土壤修复系统对污染土壤进行原位修复，所述的原位土壤修复方法包括：
(Ⅰ)对污染土壤进行充分浸润，燃气与空气混合后进入燃烧装置燃烧，产生的热气进入加热井对污染土壤进行加热；
(Ⅱ)挥发性有机物受热脱出，由抽提管网抽出后经真空泵外排；
(Ⅲ)氧化剂储罐通过喷淋管向污染土壤中喷淋氧化剂，对污染土壤中的有机物进行氧化分解；
(Ⅳ)阳极板和阴极板对污染土壤施加电流，污染土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解。
7.根据权利要求6所述的原位土壤修复方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，分别通过燃气管和空气管向燃烧装置通入燃气和空气，燃气在燃烧装置中与空气混合后点燃产生的热气由上至下穿过内管，由内管底部折流进入外管，由上至下流经外管后由助燃风机排出，通过热气对污染土壤进行加热；
优选地，所述的燃气和空气通入的体积比为1:(4～5)；
优选地，通过热气对土壤加热至80～100℃。
8.根据权利要求6或7所述的原位土壤修复方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)中，通过真空泵将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置进行吸附处理；
优选地，所述的真空泵的气流量为400～600L/S；
优选地，所述的真空泵将污染土壤内的真空度抽至20～50kPa；
优选地，所述的真空泵采用连续运行一段时间后停止运行一段时间的间歇式运行模式；
优选地，所述的真空泵的连续运行的时间为5～8h；
优选地，所述的真空泵相邻两次连续运行之间间隔3～5h。
9.根据权利要求6-8任一项所述的原位土壤修复方法，其特征在于，步骤(Ⅲ)中，所述的氧化剂的浓度为200～300g/L；
优选地，所述的氧化剂采用间歇式喷淋方式注入污染土壤；
优选地，所述的氧化剂在真空泵停止运行期间喷淋注入污染土壤。
10.根据权利要求6-9任一项所述的原位土壤修复方法，其特征在于，步骤(Ⅳ)中，阳极电解液储罐和阴极电解液储罐分别向阳极电解室和阴极电解室输送阳极电解液和阴极电解液；
优选地，所述的阳极电解液为酒石酸溶液、酒石酸钾钠溶液、草酸溶液、草酸钾溶液、乙酸溶液或乙酸钾溶液中的一种或至少两种的组合；
优选地，所述的阳极电解液的浓度为0.2～2mol/L；
优选地，所述的阴极电解液为硝酸钾溶液；
优选地，所述的阴极电解液的浓度为0.01～0.05mol/L；
优选地，通过向阴极电解液中加入柠檬酸控制阴极电解液的pH；
优选地，所述的阴极电解液的pH控制在4～5；
优选地，所述的阳极板和阴极板之间的电压梯度为10～150V/m。
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