CN114054490A - 土壤修复装置和移动式土壤修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤修复装置和移动式土壤修复系统，属于土壤修复技术领域。本发明的土壤修复装置，包括加热回收单元；所述加热回收单元包括：气体注射器，用于向土壤中注入热气，所述气体注射器包括气体分布盘和设置在气体分布盘上的多个气体喷射管，所述气体喷射管用于插入土壤；废气收集罩，罩设于所述气体注射器外，用于收集气体注射器将热气注入土壤后挥发出的废气。使用本发明的土壤修复装置时，无需开设蒸汽注射井和气液两相井，大大降低了土壤修复的成本，并且可针对小面积挥发性有机物污染的地块进行快速修复，使用灵活性。本发明的土壤修复装置可以实现对各类石油污染和农药污染等土壤的有效修复，应用前景十分广阔。

Description

土壤修复装置和移动式土壤修复系统

技术领域

本发明涉及一种土壤修复装置和移动式土壤修复系统，属于土壤修复技术领域。

背景技术

长期以来，石油开采、石油化工、石油运输和液态燃料贮存(如加油站)、化学制药(如农药厂)等生产过程中，大量的土壤被残留的有机物污染，这些被污染的土壤在生产搬迁后因植物无法生存而被荒废，有些甚至不间断地向外散发有毒的恶臭气体。如不对其进行处理，不仅浪费了土地资源，而且也会产生空气污染和地下水污染。

被有机物污染的土壤的修复方法主要有生物法、化学浸提法和热处理法。但是，生物法需要的时间过长，化学浸提法易产生浸提剂的二次污染。热处理法有多种，其中土壤气相抽提技术是一种常见的热处理方法，该方法首先需要开设蒸汽注射井和气液两相井，然后对蒸汽注射井注入蒸汽加热周围的土壤，使有机污染物迅速从土壤中解吸挥发出来进入气液两相井，进而通过气液两相井将混有有机物污染物的气体抽出并进行处理。现有的土壤抽提装置种类较多，例如授权公告号为CN208513348U的中国实用新型专利公开了一种车载蒸汽抽取土壤修复系统，包括蒸汽发生装置、废液处理装置、废气处理系统和装载车；所述的装载车上设有与蒸汽发生装置、废液处理装置、废气处理系统相连接的蒸汽输出接口、废液抽取接口、废气抽取接口、检测装置接口；所述的废气处理系统包括活性炭吸附装置、气液旋流分离器、真空抽取泵。该车载蒸汽抽取土壤修复系统在土壤修复时需要配合气液两相井、蒸汽注射井使用，需要先在现场开挖注射井和气液两相井，步骤繁琐且土壤修复成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种土壤修复装置，以解决现有技术中需要开挖注射井和气液两相井导致修复成本高的技术问题。

本发明还提供了一种移动式土壤修复系统。

为了实现以上目的，本发明的土壤修复装置所采用的技术方案是：

一种土壤修复装置，包括加热回收单元；所述加热回收单元包括：气体注射器，用于向土壤中注入热气，所述气体注射器包括气体分布盘和分布在气体分布盘上的气体喷射管，所述气体喷射管用于插入土壤；废气收集罩，罩设在所述气体注射器外，用于收集气体注射器将热气注入土壤后挥发出的废气。

本发明的土壤修复装置，使用时将气体注射装置插入待修复土壤中，利用气体注射装置将热气注入待修复的土壤中，使土壤中的挥发性有机物被加热从土壤中挥发出来，而罩设在气体注射器上废气收集罩则能够实现对挥发出的气体进行收集以便于进行后续处理，实现对土壤的修复。使用本发明的土壤修复装置时，无需开设蒸汽注射井和气液两相井，大大降低了土壤修复的成本并提高了操作的灵活性，尤其可针对小面积挥发性有机物污染的地块进行土壤的快速、高效修复。

本发明的土壤修复装置，能够在短时间内将土壤中挥发性有机物(正是对于植物和微生物最有害的成分)热析出，可以实现对各类石油污染和农药污染等土壤的有效修复，为进一步的植物和微生物修复打下重要的基础。此外，本发明的土壤修复装置，不仅可用于石油、化工等污染土壤的修复，还可用于农业生物污染土壤的修复，应用前景十分广阔。

进一步的，所述废气收集罩为橡胶集气罩。所述橡胶集气罩设置有密封口沿，用于在气体注射器向土壤注入热气时与土壤接触并形成密封结构。橡胶罩具有可变形的特性，用于平整度较差的地块的土壤修复时，仍能够与土壤有良好的接触性，从而提挥发性/半挥发性有机物的收集率。

进一步的，所述橡胶集气罩整体上呈上小下大的截头锥形，顶部设有废气排出口。橡胶集体集气罩上小下大的结构有利于气体的收集。

进一步的，所述土壤修复装置还包括废气处理单元，所述废气收集罩通过软管与所述废气处理单元连通。设置废气处理单元有利于收集到的废气的即时处理，而利用软管将废气收集罩和废气处理单元进行连接，可以减少连接管路对气体注射器运动的影响。

进一步的，所述废气处理单元包括：箱体，用于提供废气处理的场所；引风机，用于提供废气进入所述箱体内的动力；所述箱体上设有废气进口和气体出口，箱体内设有冷凝盘管和吸附材料层，冷凝盘管和吸附材料层在由废气进口到气体出口的气体流动路径上依次设置。废气依次流过冷凝盘管和吸附材料层。将冷凝盘管和吸附材料层的设置于箱体内进行整体式布局，有利于装置小型化、集约化。

进一步的，所述箱体内还设有储液室，用于存储冷凝盘管产生的冷凝液；所述储液室由集气隔板和所述箱体围成，所述冷凝盘管的一端与储液室或废气进口连通，另一端与所述吸附材料层连通。储液室的设置可对冷凝盘管产生的冷凝液体进行存储，便于对冷凝液体作进一步处理并可避免直接排放对土壤产生二次污染。

进一步的，所述废气进口连通所述储液室，所述集气隔板中心设有开口，所述冷凝管通过集气隔板中心开口连通所述储液室，所述集气隔板自中心到四周向下倾斜。将集气隔板自中心到四周向下设置可以减小废气在废气处理单元内的流动阻力。

为减少冷凝水进入吸附层中降低吸附层对有害其体的吸附效率，进一步的，所述冷凝盘管设有至少一个低点，所述冷凝盘管在低点处通过降液管与所述储液室连通；所述储液室设置有排液口；所述排液口的进液端的水平位置高于所述降液管的下端。此时无需对冷凝水的排出量进行监控，可以避免冷凝水过量排出时，冷凝盘管中废气在气体分离装置中多次循环，降低土壤修复效率。本发明的低点不包含冷凝盘管的两端中任意一端的点。

进一步的，所述土壤修复装置还包括蒸汽发生单元，用于向所述气体注射器提供热蒸汽。将蒸汽发生单元集成至土壤修复装置中，可以进一步提高土壤修复装置使用的灵活性。

本发明的移动式土壤修复装置所采用的技术方案为：

一种移动式土壤修复系统，包括：上述的土壤修复装置；装载车，用于装载所述热土壤修复装置；举升单元，设置在所述装载车上并与所述气体注射器相连，用于将所述气体注射器插入土壤以及将插入土壤的气体注射器从土壤中拔出。

本发明的移动式土壤修复系统，将上述土壤修复装置装载在装载车上，并可利用举升单元板将气体注射器插入土壤，并在修复后将气体注射器从土壤中拔出，提高了土壤修复自动化程度以及土壤修复的效率。

附图说明

图1为本发明的实施例1的移动式土壤修复系统的示意图；

图2为图1中A部分的放大图；

图3为本发明的实施例1的移动式土壤修复系统的箱体及内部结构的示意图；

图中，1-装载车，2-气体注射器，3-橡胶集气罩，4-安装架，5-液压缸，6-液压站，7-液压管道，8-锅炉，9-水箱，10-引风机，11-箱体，12-吸附材料层，13-支撑板，14-集气隔板，15-冷凝盘管，16-气体出口，17-废气进口，18-进气管，19-降液管，20-排液口，21-储液室，101-牵引机构，102-车架，103-轮胎，201-蒸汽分布盘，202-蒸汽喷射管。

具体实施方式

以下结合具体实施方式本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1

本实施例的移动式土壤修复系统，如图1～3所示，包括：装载车1、举升单元和土壤修复装置，土壤修复装置包括加热回收单元、蒸汽发生单元和废气处理单元。

装载车1包括牵引机构101，车架102和安装在车架102上的轮胎103。

加热回收单元包括气体注射器2和罩设在气体注射器2上的橡胶集气罩3，气体注射器2包括蒸汽分布盘201和均匀分布在蒸汽分布盘201上的多个蒸汽喷射管202，蒸汽喷射管202上开设有蒸汽注射孔。蒸汽分布盘201为扁平的金属箱体，尺寸为200cm×150cm×(15～20)cm(即长×宽×厚)，主要是缓冲热蒸汽压力并将蒸汽平均分布到各个蒸汽喷射管202中。蒸汽喷射管202均匀焊接在蒸汽分布盘201上，各蒸汽喷射管202的间距为20cm×20cm，可以将热蒸汽均匀地注射到一定深度的土壤，蒸汽喷射管202最好为不锈钢材质以提高其耐腐蚀性。橡胶集气罩3整体上呈上小下大的截头锥形，顶部设置有废气排出口。蒸汽喷射管202插入土壤后，橡胶集气罩3的下部口沿与土壤接触形成密封结构，此时被加热的土壤挥发出的废气被橡胶集气罩3下部口沿形成的密封口沿阻挡，在橡胶集气罩内富集，并经由顶部的废气排出口排出。在本发明的移动式土壤修复系统的其他实施例中，还可以将橡胶集气罩3替换为金属集气罩，金属集气罩有较长的使用寿命，但集气效果逊于橡胶集气罩3。

举升单元包括液压系统和安装架4，安装架4固定在车架102上，液态系统包括固定在牵引机构101上的液压站6和固定在安装架4上的液压缸5，液压缸5和液压站6之间通过液压管道7连接，液压管道7上串设有液压阀。液压缸5沿竖直方向设置且其活塞杆的下端与蒸汽分布盘201的上表面固定连接，通过活塞杆的活塞运动可以使蒸汽分布盘201沿竖直方向上下运动，橡胶集气罩3的顶部还设有开口，该开口用于露出蒸汽分布盘201上与活塞杆连接的部位。

蒸汽发生单元包括固定在车架102上的锅炉8和水箱9，锅炉8为水蒸气锅炉。锅炉8可以液化天然气、生物质燃料或石油、生物柴油为的能源对水进行加热，锅炉8体积在500-1000L为宜，产生的蒸汽温度在100℃以上，压力在1-1.5个大气压之间。在本实施例中锅炉8的体积为800L，以液化天然气为能源。锅炉8通过管道与蒸汽分布盘201连接，锅炉8加热产生的高压水蒸气通过软管输送至蒸汽分布盘201，软管上串设蒸汽阀，蒸汽阀打开后高压蒸汽通过蒸汽喷射管202源源不断地注入土壤中；水箱9与锅炉8连接，可以向锅炉8内补水。在移动式土壤修复系统的其他实施例中，车架102上安装有控制蒸汽阀自动开启或关闭的感应器，该感应器感应到活塞杆向下运动到设定位置时，自动打开蒸汽阀控制高压蒸汽进入蒸汽分布盘201，当感应器感应到活塞杆向上运动到设定位置时，自动关闭蒸汽阀停止高压蒸汽进入蒸汽分布盘201。

废气处理单元包括引风机10和箱体11；引风机10的进气口通过软管与橡胶集气罩3的废气排出连接。箱体11为金属箱体，包括圆筒状侧壁、平板状底壁和顶壁，顶壁的两个侧面均为球面。顶壁设有气体出口16，底壁上设有废气进口17。引风机10的排气口通过管道与箱体11的废气进口17连接。引风机10可以将土壤中散出的蒸汽和因热而挥发的有机物(石油成分、农药、异味有机物)吸入箱体11。在其他实施例中引风机10进气口设置一段金属管后再将金属管通过软管与橡胶集气罩3连通。

箱体11内设置有吸附材料层12和平行于底壁的支撑板13，吸附材料层12由设置在支撑板13上的吸附材料形成，吸附材料为大颗粒活性碳或凹凸棒石颗粒。

箱体11内还设置有位于支撑板13下方的集气隔板14，集气隔板14自中心到四周向下倾斜延伸至箱体侧壁，并与箱体侧壁和底壁围成储液室21，储液室21设置有排液口20，供冷凝后储集在储液室21内的冷凝液排出的储液室21。

箱体11内还设置有冷凝盘管15，冷凝盘管15位于储液室21上方、支撑板13下方，集气隔板14中心开口，储液室21通过该开口与冷凝盘管15的一端连通，冷凝盘管15的另一端连通吸附材料层12。在移动式土壤修复系统的其他实施例中，还可以将集气隔板14设置为中心开口的平板。

冷凝盘管15设置有低点，且在低点处设置降液管19与储液室21连通。冷凝盘管15上还设有翅片，可以加快低沸点气体的冷凝。废气进口17连接有向上延伸至储液室21的进气管18，由废气进口17进入箱体11的废气经由进气管18释放至储液室21内，进气管18的上端、排液口20的进液端的水平位置均高于降液管19的下端，这样设置的好处是，排液过程不影响废气进入箱体11中进行处理。在引风机10的作用下，由橡胶集气罩3收集的废气进入箱体11中，首先在冷凝盘管15中进行冷凝并由降液管19进入储液室21中进行贮存，废气中少量未冷凝和挥发性有机物成分进入吸附材料层12中被多孔吸附材料吸附去除，残余气体由箱体11顶部的气体出口16排出。在移动式土壤修复系统的其他实施例中，还可以将冷凝盘管15设置为由下到上的螺旋管，废气进口17与集气隔板14开口在竖直方向错开布置，螺旋管不设置低点。

本实施例的移动式土壤修复系统在使用时，利用举升单元将气体注射器2的蒸汽喷射管202扎入需要修复的土壤15-20cm深处(如设施农业与经济作物土传病害严重发生区域土壤、石油污染土壤、农药污染土壤等)，打开蒸汽阀让热蒸汽在适当压力下慢慢进入土壤。当热蒸汽与土壤接触时，蒸汽冷凝并释放出热量使土壤温度上升。经过一定时间的热蒸汽处理后(具体时间依不同污染类型各异)，土壤有机污染物中易挥发的成分(石油、农药等)就可被热析出并随热蒸汽被送入处理汽回收与净化装置进行处理。如果修复的是有害生物污染的土壤时，大约热蒸汽通入5-10分钟后，气体注射器2所覆盖的土壤温度即可升至45℃以上；如果蒸汽通入时间30分钟左右，土壤温度可上升至70℃以上。在该条件下土壤中绝大部分(90％)有害生物如真菌、细菌、昆虫、线虫以及杂草种子等大部分被杀灭，从而实现高效、清洁、无毒和无残留等土壤修复的目的。

当使用本实施例的移动式土壤修复系统修复有害生物污染的土壤时，冷凝水可以无需净化而直接外排到土壤中。当使用本实施例的移动式土壤修复系统修复石油、农药或其他易挥发有机物污染的土壤时，冷凝水必须经过净化处理后达标外排。净化方法可以采用添加多孔性无机吸附材材料(膨润土、硅藻土、凹凸、沸石粉等)或有机吸附材料(如活性炭、秸秆粉等)进行处理，使用过的吸附材料可以通过焚烧法处理或送入专门的危险固废处理中心处理。

实施例2

本实施例的移动式土壤修复系统，与实施例1的移动式土壤修复系统的区别仅在于：实施例1中，冷凝管直接与集气隔板的中心开口连通，实现通气，基于连通供气的考虑，本实施例中，不再使用集气隔板向冷凝盘管供气，而是将冷凝盘管的相应端直接与废气进口连通，当然，此时集气隔板不需要设计成自中心到四周向下倾斜延伸至箱体侧壁的锥形结构。

在移动式土壤修复系统的其他实施例中，还可以将实施例2的引风机省去，将箱体11的废气进口通过软管直接与集气罩连通，同时箱体11的气体出口连接引风机。

实施例3

本实施例的移动式土壤修复系统，与实施例1的移动式土壤修复系统的区别仅在于：实施例1中的装载车包括牵引机构、车架和安装在车架上的轮胎，牵引机构的作用是提供车架移动的动力；本实施例中，装载车仅包括车架和安装在车架上的轮胎，液压系统的液压站安装在车架上。由于本实施例的移动式土壤修复系统未设置牵引机构，因此在使用时需要另外配备牵引机构。

实施例4

本实施例的移动式土壤修复系统，与实施例1的移动式土壤修复系统的区别仅在于：实施例1中，在车架上设置了蒸汽发生单元，可以简化连接管路，但装载车的载重较大，增大了移动式土壤修复系统行进阻力；本实施例中，省去蒸汽发生单元，在需要注入蒸汽时，外接高压蒸汽源。当然，也可以外接高压热空气源替代高压蒸汽源对土壤进行加热。

本发明还提供了土壤修复装置的实施例：

该实施例中的土壤修复装置的结构与上述移动式土壤修复系统实施例1至4中其中一项中的土壤修复装置的结构相同，在此不再赘述。

应用例1

本应用例是将实施例1的移动式土壤修复系统用于加油站土壤的修复。

某加油站因城市发展的需要进行了搬迁，但留下了散发浓重汽油味的土地。利用本发明实施例1的移动式土壤修复系统对15-20cm土壤进行每点块(面积为1.5m×2.0m)45分钟的处理后，手握土壤已闻不到汽油味，采取样品进行室内测定结果表明非甲烷总烃含量均达到二类用地质控标准，即C原子数＜16成分低于4500mg/kg，C原子数＞16的成分低于10000mg/kg(《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(试行)(GB36600-2018)。

经处理后的土壤经过耕翻、施肥后已种植园林绿化草皮，草皮长势良好。

应用例2

本应用例是将实施例1的移动式土壤修复装置用于煤焦油加工企业场地修复。

河南省某煤焦油加工因存放奈和苯酚产品时发生跑冒滴漏现象，企业搬迁后留下了一定面积(约300m²)的轻度污染超标仓库用地。利用实施例1的的移动式土壤修复系统对15-20cm土壤进行每点块(面积为1.5m×2.0m)约50分钟的处理后，手握土壤已闻不到奈酚气味。之后再通过施入1000kg/667m²的有机肥后，种植黑麦草进行植物净化，黑麦草长势良好，6个月后再采集土壤测定奈酚含量已低于60mg/kg，苯酚含量低于80mg/kg，均达到二类用地质控标准《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)(GB36600-2018)。

应用例3

本应用例是将实施例1的移动式土壤修复系统用于土传病害严重的土壤(烟叶黑胫病和根结线虫)。

河南省洛阳烟区烟草黑胫病与根结线虫等发生较为严重，通常情况下二者常并发，给烟叶种植造成了较大的经济损失。选择该地区某烟田，该田块烟叶黑胫病和线虫病已有两年连续严重发生。于烟苗移栽前20天左右起垄和常规施肥时前利用本发明的移动式土壤修复系统对病害发生的土壤(垄)进行消毒处理30min，并以有病害发生但不进行热蒸汽消毒的标记地点作为对照。采用实施例1的移动式土壤修复系统进行土壤热蒸汽消毒修复后及时覆盖塑料薄膜和烟苗移栽，移栽时每亩穴施用优质有机肥(羊肥堆肥)150kg。最后烟叶黑胫病发生时期(8月中下旬)进行发病率调查，调查结果如表1所示。

表1土壤热蒸汽消毒对烟叶黑胫病和线虫发病率的影响

处理	发病率％
		土壤消毒	2.3±1.4
对照(未消毒)	34.5±3.4

表1结果表明，采用实施例1的移动式土壤修复系统进行土壤热蒸汽消毒处理防治烟叶黑胫病和线虫发生的效果明显，防控效果达到了极显著水平。按此防病效果计算，该试验田块的烟叶增产效果达到46％以上，产值增加650元/亩以上。

Claims (10)

1.一种土壤修复装置，其特征在于：包括加热回收单元；所述加热回收单元包括：

气体注射器，用于向土壤中注入热气，所述气体注射器包括气体分布盘和设置在气体分布盘上的多个气体喷射管，所述气体喷射管用于插入土壤；

废气收集罩，罩设于所述气体注射器外，用于收集气体注射器将热气注入土壤后挥发出的废气。

2.根据权利要求1所述的土壤修复装置，其特征在于：所述废气收集罩为橡胶集气罩；所述橡胶集气罩设置有密封口沿，用于在气体注射器向土壤注入热气时与土壤接触并形成密封结构。

3.根据权利要求2所述的土壤修复装置，其特征在于：所述橡胶集气罩整体上呈上小下大的截头锥形，顶部设有废气排出口。

4.根据权利要求1所述的土壤修复装置，其特征在于：所述土壤修复装置还包括废气处理单元，所述废气收集罩通过软管与所述废气处理单元连通。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的土壤修复装置，其特征在于：所述废气处理单元包括：箱体，用于提供废气处理的场所；

引风机，用于提供废气进入所述箱体内的动力；

所述箱体上设有废气进口和气体出口，箱体内设有冷凝盘管和吸附材料层，冷凝盘管和吸附材料层在由废气进口到气体出口的气体流动路径上依次设置。

6.根据权利要求5所述的土壤修复装置，其特征在于：所述箱体内还设有储液室，用于存储冷凝盘管产生的冷凝液；所述储液室由集气隔板和所述箱体围成，所述冷凝盘管的一端与储液室或废气进口连通，另一端与所述吸附材料层连通。

7.根据权利要求6所述的土壤修复装置，其特征在于：所述废气进口连通所述储液室，所述集气隔板中心设有开口，所述冷凝盘管通过集气隔板中心开口连通储液室，所述集气隔板自中心到四周向下倾斜。

8.根据权利要求6所述的土壤修复装置，其特征在于：所述冷凝盘管设有至少一个低点，所述冷凝盘管在低点处通过降液管与所述储液室连通；所述储液室设置有排液口；所述排液口的进液端的水平位置高于所述降液管的下端。

9.根据权利要求1～4中任一项所述的土壤修复装置，其特征在于：土壤修复装置还包括蒸汽发生单元，用于向所述气体注射器提供热蒸汽。

10.一种移动式土壤修复系统，其特征在于：包括：

如权利要求1～9中任一项所述的土壤修复装置；

装载车，用于装载所述土壤修复装置；

举升单元，设置在所述装载车上并与所述气体注射器相连，用于将所述气体注射器插入土壤以及将插入土壤的气体注射器从土壤中拔出。

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