CN114101311A - 一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法及系统，通过向细粒污染土壤中加入药剂，调节土壤至碱性，再分层堆放土壤并在每层土壤之间填设电加热管，通过加热土壤促使污染物气化挥发，结合化学氧化和升温修复土壤，修复效果好；通过在土堆外部设置水泥层，避免热量散失及污染气体扩散，通过尾气处理装置处理污染物气体，避免二次污染；在热脱附后的土壤中注入微生物营养液，有效的巩固处理效果；通过电加热管进行加热，实现温度可控；通过电压表和电流表检测电加热管主路上的输出功率，便于调试运行时观察、监测。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体涉及一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法及系统。
背景技术
土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分；随着环境中无机污染物和有机污染物排放量的增加，土壤污染的形势也越来越严峻；土壤污染不但影响农产品产量与质量，而且涉及大气和水环境质量，可通过食物链危害动物和人类的生命和健康；土壤污染后需要进行修复，土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，因此，设计一种污染土壤修复效果较好、修复效率较高的污染土壤修复方法，成为亟待解决的问题。
申请号为CN202010600147.X公开了一种污染土壤的修复方法，具体为：污染土壤通过输送设备送入由热脱附阶段设置的热脱附处理设备进行热脱附修复处理，热脱附处理设备包括回转窑，污染土壤在回转窑内用天然气燃烧的高温烟气直接加热污染土壤进行热脱附处理，使污染土壤在550℃以上的温度下停留时间≥20min，促使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离去除；污染渣块冲洗以及尾气处理阶段产生的废水进入污水处理站进行处理后，循环利用；污水处理站产生的污泥经过脱水后作为污染土壤运至热脱附处理设备进行处理，通过回转窑进行热脱附，需要将土壤运输至回转窑内并且控制停留时间及温度，处理完毕后若监测不达标，还需要重新运输至回转窑进行二次热脱附，增加运输成本，降低工作效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法及系统，修复效果好，缩短处理时间，避免二次污染。
本发明提供了如下的技术方案：
一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法及系统，包括以下步骤：
S1、对区域地块污染土壤按序开挖，将挖出的污染土壤进行筛分处理，得到细粒污染土壤；
S2、向细粒污染土壤中加入药剂，调节土壤至碱性；
S3、将处理后的污染土壤从下至上分层堆放，相邻的两层之间填设电加热管，在堆放好的土堆外覆盖水泥层，水泥层侧壁上设有气管，在水泥层外覆盖防水布，所述防水布的内侧设有隔热层；
S4、启动电源，电源通过控制柜对电加热管进行供电，电加热管通过热传导对土壤进行升温，使得污染物气体从土壤从脱出并通过气管排出至尾气处理装置中，经处理合格后排出；
S5、运行时，现场人员定期巡检，根据温度调节发电机功率，并通过对污染物气体中的污染物浓度进行检测，当抽出的气体浓度达标后，降低电加热管的温度至设定值后向污染土壤中注入微生物营养液，再次通过电加热管进行加热反应7-10h后将污染土壤回填至原基坑，完成土壤的修复作业。
优选的，步骤S1所述的筛分方法为在运输车顶部敞口处布置筛网，挖机按照由南向北，自东向西顺序开挖，即挖即运，从筛网上方倒进运输车车厢内。
优选的，步骤S2中添加的所述药剂为过硫酸钠，其加入量为土壤质量百分比的3％-5％，将土壤pH值调节至12。
优选的，步骤S3中的土堆包括三层，底层堆土厚度为40cm-60cm，中部堆土厚度为90cm-110cm，上层堆土厚度为30cm-50cm，其布设方法为：通过挖机进行覆土，每覆土一层后，挖机倒退，通过吊机将所述电加热管放置于土堆上，直至整个单元覆土打堆完毕。
优选的，所述水泥层的厚度为20cm，所述防水布上设有能够套设于所述气管上的穿孔，所述穿孔的孔壁设有密封垫。
优选的，步骤S4所述的尾气处理装置包括冷凝装置、活性炭吸附装置与焚烧室。
优选的，步骤S5所述的微生物营养液包含葡萄糖、碳酸氢铵、磷酸钾和硫酸钠。
一种化学氧化与升温耦合的土壤修复系统，包括电加热管与电气控制系统，所述电气控制系统包括
温控模块，其用于采集电加热管的温度，并通过PID控制，输出三相移相触发信号，控制可控硅模块的导通角，进而控制加热棒加热；
电流表，用于测量电加热管主电路上的电流，以判断三相电流是否平衡及对应加热棒的整体输出功率；
电压表，用于测量所述电加热管主电路上的电压。
优选的，所述电加热管一端设有用于连接外部电源的防爆接线盒，所述防爆接线盒内设置有三相电源接线柱和K型热电偶测温元件引出线；所述电加热管内部设置有电热丝，所述电热丝固定于氧化镁管内，所述电热丝与所述氧化镁管内壁之间填设绝缘镁粉；所述电加热管还包括内部套管与外部套管，所述防爆接线盒、所述内部套管以及所述电热丝呈一体化设置，所述防爆接线盒与所述外部套管之间通过法兰盘连接。
优选的，所述温控模块包括温度控制器，其包括热电偶采集输入模块与常开常闭开关量输出模块；所述可控硅模块包括单向反并联可控硅，其配置有散热底座与散热风扇。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过电加热管对土壤进行加热，利用热传导使污染土壤升温至目标值，温度稳定，该方法能适用于任何土壤，且因为开挖出来，不受该区域地下水的影响；
(2)较稳定的热传导过程，使得可以通过计算机模拟精确预测土壤的升温过程，从而能实现设计和操作的最优化，达到节省能源、减少建设费用、缩短处理时间和减少劳动强度的目标；
(3)通过向细粒污染土壤中加入药剂，调节土壤至碱性，再分层堆放土壤并在每层土壤之间填设电加热管，通过加热土壤促使污染物气化挥发，结合化学氧化和升温修复土壤，修复效果好；
(4)通过在土堆外部设置水泥层，避免热量散失及污染气体扩散，通过尾气处理装置处理污染物气体，避免二次污染；
(5)在热脱附后的土壤中注入微生物营养液，有效的巩固处理效果；通过电加热管进行加热，实现温度可控；
(6)通过电压表和电流表检测电加热管主路上的输出功率，便于调试运行时观察、监测。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明电加热管结构示意图；
图中标记为：1.防爆接线盒；2.引出线；3.法兰盘；4.氧化镁管；5.电热丝； 6.热电偶。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法，包括以下步骤：
S1、对区域地块污染土壤按序开挖，将挖出的污染土壤进行筛分处理，得到细粒污染土壤；
S2、向细粒污染土壤中加入药剂，调节土壤至碱性；
S3、将处理后的污染土壤从下至上分层堆放，相邻的两层之间填设电加热管，在堆放好的土堆外覆盖水泥层，水泥层侧壁上设有气管，在水泥层外覆盖防水布，防水布的内侧设有隔热层；
S4、启动电源，电源通过控制柜对电加热管进行供电，电加热管通过热传导对土壤进行升温，使得污染物气体从土壤从脱出并通过气管排出至尾气处理装置中，经处理合格后排出；
S5、运行时，现场人员定期巡检，根据温度调节发电机功率，并通过对污染物气体中的污染物浓度进行检测，当抽出的气体浓度达标后，降低电加热管的温度至设定值后向污染土壤中注入微生物营养液，再次通过电加热管进行加热反应7-10h后将污染土壤回填至原基坑，完成土壤的修复作业。
本发明通过电加热管对土壤进行加热，利用热传导使污染土壤升温至目标值，温度稳定，该方法能适用于任何土壤，且因为开挖出来，不受该区域地下水的影响；较稳定的热传导过程，使得可以通过计算机模拟精确预测土壤的升温过程，从而能实现设计和操作的最优化，达到节省能源、减少建设费用、缩短处理时间和减少劳动强度的目标；通过向细粒污染土壤中加入药剂，调节土壤至碱性，再分层堆放土壤并在每层土壤之间填设电加热管，通过加热土壤促使污染物气化挥发，结合化学氧化和升温修复土壤，修复效果好；通过在土堆外部设置水泥层，避免热量散失及污染气体扩散，通过尾气处理装置处理污染物气体，避免二次污染；在热脱附后的土壤中注入微生物营养液，有效的巩固处理效果；通过电加热管进行加热，实现温度可控。
实施例二
一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法，包括以下步骤：
S1、对区域地块污染土壤按序开挖，将挖出的污染土壤进行筛分处理，得到细粒污染土壤，其中，筛分方法为在运输车顶部敞口处布置筛网，挖机按照由南向北，自东向西顺序开挖，即挖即运，从筛网上方倒进运输车车厢内，提高出土效率，将筛分与转运集成，效率高。
S2、向细粒污染土壤中加入过硫酸钠，其加入量为土壤质量百分比的 3％-5％，将土壤pH值调节至12。
S3、将处理后的污染土壤从下至上三层堆放，底层堆土厚度为40cm-60cm，中部堆土厚度为90cm-110cm，上层堆土厚度为30cm-50cm，其布设方法为：通过挖机进行覆土，每覆土一层后，挖机倒退，通过吊机将电加热管放置于土堆上，直至整个单元覆土打堆完毕；在堆放好的土堆外覆盖水泥层，避免热量散失及污染气体扩散；水泥层侧壁上设有气管，在水泥层外覆盖防水布，防水布的内侧设有隔热层，大大减少热量散失，节省能源，其中，水泥层的厚度为20cm，防水布上设有能够套设于气管上的穿孔，穿孔的孔壁设有密封垫，防水密封。
S4、启动电源，电源通过控制柜对电加热管进行供电，电加热管通过热传导对土壤进行升温，使得污染物气体从土壤从脱出并通过气管排出至尾气处理装置中，经处理合格后排出，其中，尾气处理装置包括冷凝装置、活性炭吸附装置与焚烧室。
S5、运行时，现场人员定期巡检，根据温度调节发电机功率，并通过对污染物气体中的污染物浓度进行检测，当抽出的气体浓度达标后，降低电加热管的温度至设定值后向污染土壤中注入微生物营养液，微生物营养液包含葡萄糖、碳酸氢铵、磷酸钾和硫酸钠，能够提供碳源、氮源与电子供体；
然后再次通过电加热管进行加热反应7-10h后将污染土壤回填至原基坑，完成土壤的修复作业，其中，污染土壤经过热脱附处理后等均被杀灭,只剩下包含污染土壤中自然筛选出的有机污染物降解菌在内的细菌芽孢,只要注入微生物营养液,在温热的土壤中有机污染物降解菌的芽孢会很快萌发,种群数量会迅速上升,成为污染土壤中的优势种,从而压制因拖尾效应而导致的有机污染物浓度反弹，有效巩固处理效果。
一种化学氧化与升温耦合的土壤修复系统，包括电加热管与电气控制系统。
如图1所示，电加热管一端设有用于连接外部电源的防爆接线盒1，防爆接线盒1内设置有三相电源接线柱和K型热电偶6测温元件引出线2，防爆接线盒1下部长度1000mm为不发热区，5000mm为发热区；电加热管内部设置有电热丝5，电热丝5固定于氧化镁管4内，电热丝5与氧化镁管4内壁之间填设绝缘镁粉；电加热管还包括内部套管与外部套管，内部套管为不锈钢材质，外层套管为20号钢材质，防爆接线盒1、内部套管以及电热丝5呈一体化设置，防爆接线盒1与外部套管之间通过法兰盘3连接。
电气控制系统包括温控模块、可控硅模块、电流表与电压表，本实施例中，采用3个可控硅模块控制9路电加热管，即可控硅模块和电加热管采用一控三模式，温控模块通过采集电加热管自带K型热电偶6的温度，经过PID精确控制，输出三相移相触发信号，控制可控硅导通角，进而控制电加热管加热；
通过温控模块设定上限温度，上下限温度区间，来保护电加热管；控制柜配有电流表与电压表，方便调试运行时观察、监测。
其中，电源分配电柜配置一个总漏电断路器和三个分断路器，根据电加热管采用一控三的控制方式，三个加热井共用一个电柜。
电源分配电柜根据加热区的加热井布置以及现场操作需要，电柜布置在相应加热井附近，使用膨胀螺栓固定。
具体的：
温控模块，其用于采集电加热管的温度，并通过PID控制，输出三相移相触发信号，控制可控硅模块的导通角，进而控制加热棒加热；温控模块包括 AI-733型系列高性能温度控制器，具有智能PID调节方式，具备自整定功能，其包括热电偶6采集输入模块与常开常闭开关量输出模块，直接使用三相三线可控硅移相触发输出模块，触发电流达0.5～5A，触发能力强。
可控硅模块包括MTX型单向反并联可控硅，其配置有散热底座与散热风扇，能够有效帮助可控硅散热，减小损坏概率。
电流表，用于测量电加热管主电路上的电流，电流表选用6L2 150A/5A型，以判断三相电流是否平衡及对应加热棒的整体输出功率；
电压表，用于测量电加热管主电路上的电压，其选用6L2 0-450V型，通过电压表显示可以知道对应该组加热棒的大致输出功率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对区域地块污染土壤按序开挖，将挖出的污染土壤进行筛分处理，得到细粒污染土壤；
S2、向细粒污染土壤中加入药剂，调节土壤至碱性；
S3、将处理后的污染土壤从下至上分层堆放，相邻的两层之间填设电加热管，在堆放好的土堆外覆盖水泥层，水泥层侧壁上设有气管，在水泥层外覆盖防水布，所述防水布的内侧设有隔热层；
S4、启动电源，电源通过控制柜对电加热管进行供电，电加热管通过热传导对土壤进行升温，使得污染物气体从土壤从脱出并通过气管排出至尾气处理装置中，经处理合格后排出；
S5、运行时，现场人员定期巡检，根据温度调节发电机功率，并通过对污染物气体中的污染物浓度进行检测，当抽出的气体浓度达标后，降低电加热管的温度至设定值后向污染土壤中注入微生物营养液，再次通过电加热管进行加热反应7-10h后将污染土壤回填至原基坑，完成土壤的修复作业。
2.根据权利要求1所述的一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法，其特征在于，步骤S1所述的筛分方法为在运输车顶部敞口处布置筛网，挖机按照由南向北，自东向西顺序开挖，即挖即运，从筛网上方倒进运输车车厢内。
3.根据权利要求1所述的一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法，其特征在于，步骤S2中添加的所述药剂为过硫酸钠，其加入量为土壤质量百分比的3％-5％，将土壤pH值调节至12。
4.根据权利要求1所述的一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法，其特征在于，步骤S3中的土堆包括三层，底层堆土厚度为40cm-60cm，中部堆土厚度为90cm-110cm，上层堆土厚度为30cm-50cm，其布设方法为：通过挖机进行覆土，每覆土一层后，挖机倒退，通过吊机将所述电加热管放置于土堆上，直至整个单元覆土打堆完毕。
5.根据权利要求4所述的一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法，其特征在于，所述水泥层的厚度为20cm，所述防水布上设有能够套设于所述气管上的穿孔，所述穿孔的孔壁设有密封垫。
6.根据权利要求1所述的一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法，其特征在于，步骤S4所述的尾气处理装置包括冷凝装置、活性炭吸附装置与焚烧室。
7.根据权利要求1所述的一种化学氧化与升温耦合的土壤修复方法，其特征在于，步骤S5所述的微生物营养液包含葡萄糖、碳酸氢铵、磷酸钾和硫酸钠。
8.一种化学氧化与升温耦合的土壤修复系统，其特征在于，包括电加热管与电气控制系统，所述电气控制系统包括
温控模块，其用于采集电加热管的温度，并通过PID控制，输出三相移相触发信号，控制可控硅模块的导通角，进而控制加热棒加热；
电流表，用于测量电加热管主电路上的电流，以判断三相电流是否平衡及对应加热棒的整体输出功率；
电压表，用于测量所述电加热管主电路上的电压。
9.根据权利要求8所述的一种化学氧化与升温耦合的土壤修复系统，其特征在于，所述电加热管一端设有用于连接外部电源的防爆接线盒，所述防爆接线盒内设置有三相电源接线柱和K型热电偶测温元件引出线；所述电加热管内部设置有电热丝，所述电热丝固定于氧化镁管内，所述电热丝与所述氧化镁管内壁之间填设绝缘镁粉；所述电加热管还包括内部套管与外部套管，所述防爆接线盒、所述内部套管以及所述电热丝呈一体化设置，所述防爆接线盒与所述外部套管之间通过法兰盘连接。
10.根据权利要求8所述的一种化学氧化与升温耦合的土壤修复系统，其特征在于，所述温控模块包括温度控制器，其包括热电偶采集输入模块与常开常闭开关量输出模块；所述可控硅模块包括单向反并联可控硅，其配置有散热底座与散热风扇。
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