CN112547783A - 一种用于复合污染土壤的原位热脱附系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于复合污染土壤的原位热脱附系统，其由多个处理单元以及监控井组成，其中各个处理单元中包含多个加热注射井、一个抽提井以及电极，多个加热注射井呈正多边形排列，抽提井则设置于加热注射井形成的正多边形中心，同时，多个处理单元中的抽提井也形成一个正多边形，监控井设置于抽提井形成的正多边形中心。

Description

一种用于复合污染土壤的原位热脱附系统及方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，特别涉及一种用于复合污染土壤的原位热脱附系统及方法。

背景技术

热脱附修复技术是目前土壤修复中最为常用的方法之一，具有修复周期短、效果显著的优势。原位热脱附技术依靠原位加热的方法使土壤与有机污染物分离，然后将污染物抽出后处理，无需挖掘污染土壤，对土壤扰动少，但是能耗较高。同时，场地中存在重金属污染物时，则该技术的使用受限。这些问题限制了原位热脱附修复技术的应用。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种用于复合污染土壤的原位热脱附系统，包括：

多个处理单元，呈正多边形排列，其中任一处理单元包括：

多个加热注射井，呈正多边形排列，所述加热注射井内部设置与正极相连的第一电极；

抽提井，布置于所述加热注射井形成的正多边形的中心处，所述抽提井一侧设置有与负极相连的第二电极；以及

监控井，其布置于所述处理单元形成的正多边形的中心处。

进一步地，相邻的处理单元可共用一个或多个加热注射井。

进一步地，所述第一电极及第二电极包括电磁加热面板，所述电磁加热面板电连接至电源。

进一步地，所述电磁加热面板形成空心柱体，且所述电磁加热面板上设置有注射孔，所述注射孔与所述空心柱体内部的药剂管道连通。

本发明另一方面提供一种用于复合污染土壤的原位热脱附方法，包括：

在第一电极上连接高压交流电源，将所述第一电极加热至指定温度，并通过所述第一电极上的注射孔向加热注射井内注射化学氧化药剂；

在第一电极及第二电极上连接弱电场直流电，其中第一电极与电源正极相连，第二电极与电源负极相连；

在抽提井内进行抽提，直至土壤污染程度降低至预设值，断开所述第一电极与电源的连接；以及

处理重金属离子。

进一步地，所述指定温度为40-80摄氏度。

进一步地，所述化学氧化药剂为过硫酸盐。

进一步地，所述土壤污染程度通过监测井测量得到。

进一步地，所述重金属离子的处理包括：通过第二电极上的注射孔向土壤内注射淋洗剂，使得重金属离子进入水相，然后在抽提井中抽出。

进一步地，所述重金属离子的处理包括：通过第二电极上的注射孔注射固化稳定化药剂，将富集在第二电极附近的重金属离子固化稳定化。

本发明提供的一种用于复合污染土壤的原位热脱附系统及方法，将原位热脱附修复技术与电动修复技术相结合，并且兼具高压注射功能，通过注入氧化剂、淋洗剂等药剂，达到多种修复技术共同作用的效果。同时所述原位热脱附系统中加热注射井的布置，有效避免了修复死角，提高了设备整体效率。所述系统可用于低渗透性土壤修复，并且能够实现多种污染物复合污染场地同时修复，具有适用范围广、修复周期短、设备简单等优点，与传统热脱附修复技术相比更具针对性，有效减少了药剂用量，降低了修复成本与二次污染，弥补了以往热脱附方法中所存在的不足，为污染场地治理提供了新的思路和方向。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种用于复合污染土壤的原位热脱附系统的布设示意图；

图2示出本发明又一个实施例的一种用于复合污染土壤的原位热脱附系统的布设示意图；

图3示出本发明一个实施例的一种用于复合污染土壤的原位热脱附系统中电极的结构示意图；以及

图4示出本发明一个实施例的一种用于复合污染土壤的原位热脱附方法的流程示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

现有原位热脱附技术仅依靠加热的方式使得土壤与污染物分离，效率较低，为了提高修复效率与技术适用范围，本发明将原位热脱附修复技术与电动修复技术相结合。其中，所述电动修复技术是一种无二次污染的环境友好型原位修复技术，通过在污染土壤中施加电场，使土壤中的重金属离子等污染物迁移富集到电极区，从而达到修复目的。相较于其他修复方法，电动修复技术可以同时修复重金属的污染场地，并且对渗透性较低的土壤也能取得修复效果。由于电动修复技术尚处于试验室阶段，单独使用较少，因此若将其与其他修复方法相耦合，可增强修复效果，提高修复效率，例如将其与化学氧化技术相结合，可以实现对重金属及有机物复合的污染场地的修复，其中，化学氧化技术是通过向污染区域注入氧化或还原药剂，发生氧化或还原反应，使土壤或地下水中的污染物转化为无毒或相对毒性较小的物质。基于此，发明人独创地提出了一种用于复合污染土壤的原位热脱附的系统及方法，下面结合实施例附图，对本发明的方案做进一步描述。

一种用于复合污染土壤的原位热脱附系统，其由多个处理单元以及监控井组成，其中各个处理单元中包含多个加热注射井、一个抽提井以及电极，所述多个加热注射井呈正多边形排列，所述抽提井则设置于所述加热注射井形成的正多边形中心，同时，多个处理单元中的抽提井也形成一个正多边形，所述监控井设置于所述抽提井形成的正多边形中心。在本发明的一个实施例中，相邻的两个处理单元可共用一个或多个加热注射井。所述电极包括第一电极以及第二电极，第一电极设置于加热注射井内，且连接至电源正极，所述第二电极则设置于所述抽提井附近，且连接至电源负极。在本发明的一个实施例中，为了增加电极的表面积，所述电极为空心的多棱柱，其长度可根据土壤的污染情况确定，其结构如图3所示，包括：

外管301，所述外管为电磁加热面板，可采用碳质材料、陶瓷类材料、金属材料等面板材料支撑，所述外管301通过连接线305电连接电源，由于在修复过程中，需要用到不同类型的电压，因此，在本发明的一个实施例中，所述电源采用可变压电源器306，此外，所述外管301的表面设置有注射孔311，所述注射孔均匀排布于外管301上，用于向土壤或加热注射井内注入药剂；

药剂管道302，设置于所述外管301的内部，其与所述注射孔311连通；以及

储药箱303，其通过药剂注射泵304与所述药剂管道302连通，用于存储药剂，并在所述药剂注射泵304的驱动下，将药剂注入所述药剂管道302，进而通过所述注射孔311注射至土壤或加热注射井内。

图1及图2示出两种不同的用于复合污染土壤的原位热脱附系统的布设方式，其中，图1采用正三角形排列，以及图2采用方阵排列。

在图1中，加热注射井101呈正三角形排列，每个加热注射井之间间距为

其中，所述R为电极的影响范围，所述抽提井102间隔设置于所述加热注射井形成的正三角形中心，所述监测井103则布置于所述抽提井组成的正三角形中心处，即电极影响范围的最远点，以监测最不利点修复效果判断修复是否达标。

在图2中，加热注射井201呈正方形排列，每个加热注射井之间间距为

其中，所述R为电极的影响范围，所述抽提井202间隔设置于所述加热注射井形成的正方形中心，所述监测井203则布置于所述抽提井组成的正方形中心处，即电极影响范围的最远点，以监测最不利点修复效果判断修复是否达标。

应当理解的是，在实际操作中，可根据土壤污染情况，确定加热注射井、抽提井及监测井的数量。

图4示出本发明一个实施例的一种用于复合污染土壤的原位热脱附方法的流程示意图。如图4所示，基于所述原位热脱附系统，一种原位热脱附方法包括：

首先，在步骤401，系统布设。根据待修复土壤的场地范围、土质及污染情况，选取合适的面板材料，以及合适的电极长度及形状，形成电极，并确定布设方式，布设加热注射井、抽提井、监控井以及第一、第二电极；

接下来，在步骤402，注射氧化药剂。在第一电极上连接高压交流电源，通过电阻加热的方式，将所述第一电极加热至指定温度，并通过所述第一电极上的注射孔向加热注射井内注射例如过硫酸盐等化学氧化药剂，以氧化降解土壤中的有机污染物，在本发明的一个实施例中，所述指定温度为40-80摄氏度；在注射氧化药剂得同时进行加热，一方面可以使土壤中的有机物活跃析出，便于处理；另一方面还可活化所述化学氧化药剂，提供更有利的氧化反应环境，使所述化学氧化药剂产生具有强氧化性的自由基，反应更加迅速；同时还可提高药剂的扩散，使其与土壤接触更加充分；

接下来，在步骤403，分离重金属污染物。所述化学氧化药剂注射完成后，在第一电极及第二电极上连接弱电场直流电，其中第一电极与电源正极相连，第二电极与电源负极相连，利用电场持续活化化学氧化剂，并进一步促进所述化学氧化剂在低渗性区域的渗透，以增强修复效果，同时，在抽提井抽提土壤中的有机物；此外，电场还可使得土壤中的重金属污染物迁移，并在第二电极附近发生富集；以及

最后，在步骤404，处理重金属离子。通过监测井对土壤的污染程度进行监测，当土壤中的有机物污染程度降至预设标准以下后，断开所述第一电极与电源的连接，以停止电动修复，针对富集在所述第二电极附近的重金属离子进行处理，在本发明的一个实施例中，可通过第二电极上的注射孔向土壤内注射淋洗剂，使得重金属离子进入水相，然后在抽提井中抽出。在本发明的又一个实施例中，也可通过第二电极上的注射孔注射固化稳定化药剂，将富集在第二电极附近的重金属离子固化稳定化。

至此，完成热脱附操作，可以看出，本发明实施例中的方案可适用于低渗透性土壤修复，并且能够实现例如有机物、重金属等多种污染物复合污染场地的同时修复，具有适用范围广、修复周期短、设备简单等优点，弥补了以往热脱附方法中所存在的不足，为污染场地治理提供了新的思路和方向。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种用于复合污染土壤的原位热脱附系统，其特征在于，包括：

多个处理单元，呈正多边形排列，其中所述多个处理单元中的每个包括：

多个加热注射井，呈正多边形排列，所述加热注射井内部设置有与电源正极相连的第一电极；以及

抽提井，布置于所述加热注射井形成的正多边形的中心处，所述抽提井一侧设置有与电源负极相连的第二电极；以及

监控井，其布置于所述处理单元形成的正多边形的中心处。

2.如权利要求1所述的原位热脱附系统，其特征在于，相邻的处理单元可共用一个或多个加热注射井。

3.如权利要求1所述的原位热脱附系统，其特征在于，所述第一电极及第二电极包括电磁加热面板，所述电磁加热面板电连接至电源。

4.如权利要求3所述的原位热脱附系统，其特征在于，所述电磁加热面板形成空心柱体，且所述电磁加热面板上设置有注射孔，所述注射孔与所述空心柱体内部的药剂管道连通。

5.一种用于复合污染土壤的原位热脱附方法，其特征在于，包括步骤：

在第一电极上连接高压交流电源，将所述第一电极加热至指定温度，并通过所述第一电极上的注射孔向加热注射井内注射化学氧化药剂；

在第一电极及第二电极上连接弱电场直流电，其中第一电极与电源正极相连，第二电极与电源负极相连；

在抽提井内进行抽提，直至土壤污染程度降低至预设值，断开所述第一电极与电源的连接；以及

处理重金属离子。

6.如权利要求5所述的原位热脱附方法，其特征在于，所述指定温度为40-80摄氏度。

7.如权利要求5所述的原位热脱附方法，其特征在于，所述化学氧化药剂为过硫酸盐。

8.如权利要求5所述的原位热脱附方法，其特征在于，所述土壤污染程度通过监测井测量得到。

9.如权利要求5所述的原位热脱附方法，其特征在于，所述重金属离子的处理包括：通过第二电极上的注射孔向土壤内注射淋洗剂，使得重金属离子进入水相，然后在抽提井中抽出。

10.如权利要求5所述的原位热脱附方法，其特征在于，所述重金属离子的处理包括：通过第二电极上的注射孔注射固化稳定化药剂，将富集在第二电极附近的重金属离子固化稳定化。

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