CN114345916B - 一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统，涉及污染土壤修复技术领域，包括热脱附装置、高压空气注入装置、导热油注入装置、热水注入装置和排放物收集装置；所述热脱附装置包括承载有机污染土的箱体和安装在所述箱体内部的热脱棒；所述热脱棒的上端伸出所述箱体；位于所述箱体外侧的热脱棒上设有导热油输入口、导热油输出口、热水输入口、热水输出口及高压空气输入口；位于所述箱体内部的热脱棒上设有气液喷射口；所述箱体的上部设有多个废气排放口；本发明通过蒸汽解吸带走有机污染土壤空隙中的VOCs，并通过排放物收集装置将废气吸收，进而达到修复土壤的目的。

Description

一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统

技术领域

本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体是一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统。

背景技术

有机污染物在土壤中残留，被作物和土壤生物吸收后，通过食物链积累、放大，对人体健康十分有害。有机污染物除污染环境外，还会影响人类健康和动植物的正常生长。

土壤蒸汽驱替技术利用蒸汽与有机污染土土壤接触，蒸汽解吸并带土壤空隙中的有机污染物，特别是挥发性有机污染物，是去除土壤中挥有机污染物的一种原位修复技术，土壤蒸汽驱替技术可操作性强，处理有机物范围宽，不破坏土壤结构，不产生二次污染。水蒸汽的比热容大，传热效率高，注入后在土壤中扩散以加热土壤，可有效加快修复进程。水蒸汽在多孔介质中的传输分成四个不同的区域，即过热蒸汽区、两相挥发区、变温冷凝区和环境温度区。在过热区蒸汽区和两相挥发区中，高热量蒸汽进入，迅速加热土壤，污染物挥发去除；之后热量逐渐散失，水蒸汽发生冷凝，直至达到环境温度的状态。冷凝前缘是两相挥发区和变温冷凝区的分割线，在此之后，土壤温度陡降，蒸汽发生冷凝。

土壤蒸汽驱替技术中，蒸汽的流量和流速，不同土壤的特性等都对有机污染物去除效率产生影响。土壤蒸汽驱替技术在实际运用到土壤修复过程中时，为减少修复时间，往往采用大型设备，大型设备的参数调控成本过高，不宜多次更改设备参数。深入研究土壤多组分有机污染物的传质机理，精确计算原位生成的热蒸汽的气体流量和流速，解决气提过程中的拖尾效应，降低尾气净化成本，提高污染物去除效率，是优化土壤蒸汽驱替技术的需要。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的问题，提供一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统，为实际土壤修复工程提供数据参数，减少有机污染土修复成本。

技术方案：本发明公开了一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统，包括热脱附装置、高压空气注入装置、导热油注入装置、热水注入装置和排放物收集装置；

所述热脱附装置包括承载有机污染土的箱体和安装在所述箱体内部的热脱棒；所述热脱棒的上端伸出所述箱体；位于所述箱体外侧的热脱棒上设有导热油输入口、导热油输出口、热水输入口、热水输出口及高压空气输入口；位于所述箱体内部的热脱棒上设有气液喷射口；所述热脱棒内部设有连通导热油输入口和导热油输出口的导热油管路，连通热水输入口和热水输出口的热水管路，连通高压空气输入口与气液喷射口的高压空气管路，所述高压空气管路与所述热水管路通过第一连接管连通；所述箱体的上部设有多个废气排放口，所述废气排放口与所述排放物收集装置连通；

所述导热油输入口与所述导热油注入装置的出口连通；所述导热油输出口与所述导热油注入装置的进口连通；所述热水输入口与所述热水注入装置的出口连通，所述热水输出口与所述热水注入装置的进口连通；所述高压空气输入口与所述高压空气注入装置的出口连通。

进一步的，所述箱体的下方设有排水口，所述排水口通过排水管路与废水收集装置连接，所述排水管路上设有抽水泵。

进一步的，所述导热油注入装置包括导热油槽，导热油输入管路和导热油回流管路；

所述导热油输入管路的第一端与所述导热油槽的出口连通，第二端与导热油输入口连通；所述导热油输入管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有调节阀I、导热油泵、调节阀II、止回阀I、压力传感器I、调节阀III、止回阀II、输入压力显示堵塞超压的报警器I、液动阀I和温度显示器I；

所述导热油回流管路的第一端与导热油输出口连通，第二端与所述导热油槽的进口连通，所述导热油回流管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有温度显示器II、液动阀II、回流压力显示泄漏失压的警报器II和流量显示器I及止回阀III；

所述导热油槽上设有温度显示控制装置I及液位保护控制装置I。

进一步的，所述导热油输入管路上压力传感器I和调节阀III之间的管体上设有与所述导热油槽进口连通的第一支管和第二支管，所述第一支管上设有调节阀IV，所述第二支管上设有安全阀I；

所述导热油输入管路与所述导热油回流管路之间还设有第二连接管，所述第二连接管上设有液动阀III；所述第二连接管的第一端与所述导热油输入管路连通且设置在超压的报警器I、液动阀I之间；所述第二连接管的第二端与所述导热油回流管路连通且设置在回流压力显示泄漏失压的警报器II与液动阀II之间。

进一步的，所述热水注入装置包括热水槽、热水输入管路和热水回流管路；

所述热水输入管路的第一端与热水槽的出口连接，第二端与热水输入口连接；所述热水输入管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有调节阀Ⅴ、导热油泵、调节阀Ⅵ、止回阀Ⅳ、压力传感器Ⅱ、调节阀Ⅶ、止回阀Ⅴ、流量显示器Ⅱ、输入压力显示堵塞超压的报警器Ⅲ、液动阀Ⅲ、温度显示器Ⅱ；

所述热水回流管路的第一端与热水输出口连通，第二端与所述热水槽的进口连通，所述热水回流管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有温度显示器Ⅲ、液动阀Ⅳ、流量显示器Ⅲ及止回阀Ⅵ；

所述热水槽上设有温度显示控制装置Ⅱ、液位保护控制装置Ⅱ及供水管路，所述供水管路上设有液动阀Ⅶ，所述液位保护控制装置Ⅱ与液动阀Ⅶ联合形成自动液位补水控制装置。

进一步的，所述热水输入管路上压力传感器Ⅱ和调节阀Ⅶ之间的管体上设有与所述导热油槽进口连通的第三支管和第四支管，所述第三支管上设有调节阀Ⅷ，所述第四支管上设有安全阀Ⅱ；

所述热水输入管路与所述热水回流管路之间还设有第三连接管，所述第三连接管上设有液动阀Ⅵ；所述第三连接管的第一端与所述热水输入管路连通且设置在输入压力显示堵塞超压的报警器Ⅲ和液动阀Ⅲ之间；所述第三连接管的第二端与所述热水回流管路连通且设置在液动阀Ⅳ和流量显示器Ⅲ之间。

进一步的，所述高压空气注入装置包括空气压缩机和高压空气输出管路；所述高压空气输出管路的第一端与所述空气压缩机的出口连接，第二端与所述高压空气输入口连接；

所述高压空气输出管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有减压流量调节阀、流量显示器II、压力指示器及液动阀Ⅷ。

进一步的，所述排放物收集装置包括活性炭吸附箱，所述活性炭吸附箱与所述废气排放口通过排放管路连通，所述排放管路上设有真空泵，所述废气排放口与所述真空泵之间的管路上依次设有止回阀Ⅶ、调节阀Ⅸ、压力传感器Ⅲ。

进一步的，所述活性炭吸附箱内设有紫外线降解装置。

有益效果：

1)本发明通过设置热脱附装置、高压空气注入装置、导热油注入装置、热水注入装置，通过导热油注入装置将热水及空气进一步升温形成蒸汽，在高压空气及热脱棒的气液喷射口增压的带动下原位喷射蒸汽到热脱附装置中有机污染土中，使蒸汽与有机污染土土壤接触，蒸汽解吸带走有机污染土壤空隙中的有机物污染物，并通过排放物收集装置将废气吸收，进而达到修复土壤的目的。

2)通过使用本发明的装置进行小规模有机污染土修复，为实际土壤修复工程提供数据参数，减少有机污染土修复成本。

3)第二连接管及第二连接管上液动阀的设计，第一支管和第二支管的设计，可以控制一部分导热油回流管路中的导热油进入的导热油输入管路中，进而减少导热油槽的热消耗，降低热脱附成本。

4)第三连接管、第三连接管上液动阀的设计，第三支管和第四支管的设计，可以控制一部分热水回流管路中的热水进入的热水输入管路中，进而减少热水槽加热所需的热量消耗，降低热脱附成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为导热油注入装置的结构示意图；

图3为热水注入装置的结构示意图；

图4为液动阀的结构示意图；

图5为止回阀的结构示意图；

图6为调节阀的结构示意图；

图7为安全阀的结构示意图；

图中标号：箱体-1；热脱棒-2；导热油注入装置-3；导热油槽-301；导热油输入管路-302；导热油回流管路-303；第二连接管-304；第一支管-305；第二支管-306；热水注入装置-4；热水槽-401；热水输入管路-402；热水回流管路-403；第三连接管-404；第三支管-405；第四支管406；废水收集装置-5；空气压缩机-6；减压流量调节阀-601；活性炭吸附箱-7。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于实施例。

如图1所示，一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，包括热脱附装置、高压空气注入装置、导热油注入装置3、热水注入装置4和排放物收集装置。

所述热脱附装置包括承载有机污染土的箱体1和安装在所述箱体内部的热脱棒2；所述热脱棒2的上端伸出所述箱体1；位于所述箱体1外侧的热脱棒2上设有导热油输入口、导热油输出口、热水输入口、热水输出口及高压空气输入口；位于所述箱体1内部的热脱棒2上设有气液喷射口201；所述热脱棒2内部设有连通导热油输入口和导热油输出口的导热油管路，连通热水输入口和热水输出口的热水管路，连通高压空气输入口与气液喷射口201的高压空气管路，所述高压空气管路与所述热水管路通过第一连接管连通。

如图2所示，所述导热油注入装置3包括导热油槽301，导热油输入管路302和导热油回流管路303；

所述导热油输入管路302的第一端与所述导热油槽的出口连通，第二端与导热油输入口连通；

所述导热油输入管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有调节阀I、导热油泵、调节阀II、止回阀I、压力传感器I、调节阀III、止回阀II、输入压力显示堵塞超压的报警器I、液动阀I、温度显示器I；

所述导热油输入管路上压力传感器I和调节阀III之间的管体上设有与所述导热油槽进口连通的第一支管305和第二支管306，所述第一支管305上设有调节阀IV，所述第二支管306上设有安全阀I；

所述导热油回流管路303的第一端与导热油输出口连通，第二端与所述导热油槽的进口连通，所述导热油回流管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有温度显示器II、液动阀II、回流压力显示泄漏失压的警报器II和流量显示器I及止回阀III；

所述导热油输入管路302与所述导热油回流管路303之间还设有第二连接管304，所述第二连接管304上设有液动阀III；所述第二连接管304的第一端与所述导热油输入管路连通且设置在超压的报警器I、液动阀I之间；所述第二连接管304的第二端与所述导热油回流管路连通且设置在回流压力显示泄漏失压的警报器II与液动阀II之间；

所述导热油槽上设有温度显示控制装置I及液位保护控制装置I。

如图3所示，所述热水注入装置4包括热水槽401、热水输入管路402和热水回流管路403；

所述热水输入管路402的第一端与热水槽401的出口连接，第二端与热水输入口连接；所述热水输入管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有调节阀Ⅴ、导热油泵、调节阀Ⅵ、止回阀Ⅳ、压力传感器Ⅱ、调节阀Ⅶ、止回阀Ⅴ、流量显示器Ⅱ、输入压力显示堵塞超压的报警器Ⅲ、液动阀Ⅲ、温度显示器Ⅱ；

所述热水输入管路402上压力传感器Ⅱ和调节阀Ⅶ之间的管体上设有与所述导热油槽进口连通的第三支管405和第四支管406，所述第三支管405上设有调节阀Ⅷ，所述第四支管406上设有安全阀Ⅱ；

所述热水回流管路403的第一端与热水输出口连通，第二端与所述热水槽的进口连通，所述热水回流管路403沿其第一端至第二端的管体上依次设有温度显示器Ⅲ、液动阀Ⅳ、流量显示器Ⅲ及止回阀Ⅵ；

所述热水输入管路402与所述热水回流管路403之间还设有第三连接管404，所述第三连接管404上设有液动阀Ⅵ；所述第三连接管404的第一端与所述热水输入管路连通且设置在输入压力显示堵塞超压的报警器Ⅲ和液动阀Ⅲ之间；所述第三连接管404的第二端与所述热水回流管路连通且设置在液动阀Ⅳ和流量显示器Ⅲ之间；

所述热水槽上设有温度显示控制装置Ⅱ、液位保护控制装置Ⅱ及供水管路，所述供水管路上设有液动阀Ⅶ，所述液位保护控制装置Ⅱ与液动阀Ⅶ联合形成自动液位补水控制装置。

所述高压空气注入装置包括空气压缩机6和高压空气输出管路；所述高压空气输出管路的第一端与所述空气压缩机的出口连接，第二端与所述高压空气输入口连接；所述高压空气输出管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有减压流量调节阀601、流量显示器II、压力指示器及液动阀Ⅷ。

所述箱体的上部设有多个废气排放口，所述废气排放口与所述排放物收集装置连通，所述排放物收集装置包括活性炭吸附箱7，所述活性炭吸附箱7与所述废气排放口通过排放管路连通，所述排放管路上设有真空泵，所述废气排放口与所述真空泵之间的管路上依次设有止回阀Ⅶ、调节阀Ⅸ、压力传感器Ⅲ。所述活性炭吸附箱7内设有紫外线降解装置。

所述箱体的下方设有排水口，所述排水口通过排水管路与废水收集装置5连接，所述排水管路上设有抽水泵。

图1-至图3中各字母代表的含义，P压力传感器、PI压力指示器、PIC警报器；TI温度显示器；FI流量显示器；TIC温度显示控制器；LC液位控制器；

本发明通过设置热脱附装置、高压空气注入装置、导热油注入装置、热水注入装置，导热油输入管路与所述导热油回流管路产生高温热量对同时注入的热水及空气进行急速加热，并使其从热脱棒上的气液喷射口中挤压射流而出，快速、原位、绿色的生成热蒸汽，均匀的作用于有机污染土上；蒸汽解吸带走有机污染土壤空隙中的VOCs，并通过排放物收集装置将废气吸收，进而达到修复土壤的目的。

导热油注入装置中导热油输入管路、导热油回流管路及管路上调节阀、导热油泵、止回阀、压力传感器、流量显示器、输入压力显示堵塞超压的报警器、液动阀、温度显示器等的控制，精准控制倒入油进入热脱附装置的温度、压力及流量。

第二连接管及第二连接管上液动阀的设计，第一支管和第二支管的设计，可以控制一部分导热油回流管路中的导热油进入的导热油输入管路中，进而减少导热油槽的热消耗，降低热脱附成本。

热水导热油注入装置中热水输入管路、热水回流管路及管路上调节阀、热水泵、止回阀、压力传感器、流量显示器、输入压力显示堵塞超压的报警器、液动阀、温度显示器等的控制，精准控制蒸汽进入热脱附装置的温度、压力及流量。

第三连接管、第三连接管上液动阀的设计，第三支管和第四支管的设计，可以控制一部分热水回流管路中的热水进入的热水输入管路中，进而减少热水槽加热所需的热量消耗，降低热脱附成本。

通过使用本发明的装置进行小规模有机污染土修复，为实际土壤修复工程提供数据参数，减少有机污染土修复成本。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (7)

1.一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，包括热脱附装置、高压空气注入装置、导热油注入装置（3）、热水注入装置（4）和排放物收集装置；

所述热脱附装置包括承载有机污染土的箱体（1）和安装在所述箱体内部的热脱棒（2）；所述热脱棒（2）的上端伸出所述箱体（1）；位于所述箱体（1）外侧的热脱棒（2）上设有导热油输入口、导热油输出口、热水输入口、热水输出口及高压空气输入口；位于所述箱体（1）内部的热脱棒（2）上设有气液喷射口（201）；所述热脱棒（2）内部设有连通导热油输入口和导热油输出口的导热油管路，连通热水输入口和热水输出口的热水管路，连通高压空气输入口与气液喷射口（201）的高压空气管路，所述高压空气管路与所述热水管路通过第一连接管连通；所述箱体的上部设有多个废气排放口，所述废气排放口与所述排放物收集装置连通；

所述导热油输入口与所述导热油注入装置的出口连通；所述导热油输出口与所述导热油注入装置的进口连通；所述热水输入口与所述热水注入装置的出口连通，所述热水输出口与所述热水注入装置的进口连通；所述高压空气输入口与所述高压空气注入装置的出口连通；

所述导热油注入装置（3）包括导热油槽（301），导热油输入管路（302）和导热油回流管路（303）；所述导热油输入管路（302）的第一端与所述导热油槽的出口连通，第二端与导热油输入口连通；所述导热油输入管路（302）沿其第一端至第二端的管体上依次设有调节阀I、导热油泵、调节阀II、止回阀I、压力传感器I、调节阀III、止回阀II、输入压力显示堵塞超压的报警器I、液动阀I和温度显示器I；所述导热油回流管路（303）的第一端与导热油输出口连通，第二端与所述导热油槽的进口连通，所述导热油回流管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有温度显示器II、液动阀II、回流压力显示泄漏失压的警报器II和流量显示器I及止回阀III；所述导热油槽（301）上设有温度显示控制装置I及液位保护控制装置I；

所述热水注入装置（4）包括热水槽（401）、热水输入管路（402）和热水回流管路（403）；所述热水输入管路（402）的第一端与热水槽（401）的出口连接，第二端与热水输入口连接；所述热水输入管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有调节阀Ⅴ、导热油泵、调节阀Ⅵ、止回阀Ⅳ、压力传感器Ⅱ、调节阀Ⅶ、止回阀Ⅴ、流量显示器Ⅱ、输入压力显示堵塞超压的报警器Ⅲ、液动阀Ⅲ、温度显示器Ⅱ；所述热水回流管路（403）的第一端与热水输出口连通，第二端与所述热水槽的进口连通，所述热水回流管路（403）沿其第一端至第二端的管体上依次设有温度显示器Ⅲ、液动阀Ⅳ、流量显示器Ⅲ及止回阀Ⅵ；所述热水槽（401）上设有温度显示控制装置Ⅱ、液位保护控制装置Ⅱ及供水管路，所述供水管路上设有液动阀Ⅶ，所述液位保护控制装置Ⅱ与液动阀Ⅶ联合形成自动液位补水控制装置。

2.根据权利要求1所述的一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述箱体的下方设有排水口，所述排水口通过排水管路与废水收集装置（5）连接，所述排水管路上设有抽水泵。

3.根据权利要求2所述的一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统，其特征在于；所述导热油输入管路上压力传感器I和调节阀III之间的管体上设有与所述导热油槽进口连通的第一支管（305）和第二支管（306），所述第一支管（305）上设有调节阀IV，所述第二支管（306）上设有安全阀I；

所述导热油输入管路（302）与所述导热油回流管路（303）之间还设有第二连接管（304），所述第二连接管（304）上设有液动阀III；所述第二连接管（304）的第一端与所述导热油输入管路连通且设置在超压的报警器I、液动阀I之间；所述第二连接管（304）的第二端与所述导热油回流管路连通且设置在回流压力显示泄漏失压的警报器II与液动阀II之间。

4.根据权利要求3所述的一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统，其特征在于， 所述热水输入管路（402）上压力传感器Ⅱ和调节阀Ⅶ之间的管体上设有与所述导热油槽进口连通的第三支管（405）和第四支管（406），所述第三支管（405）上设有调节阀Ⅷ，所述第四支管（406）上设有安全阀Ⅱ；

所述热水输入管路（402）与所述热水回流管路（403）之间还设有第三连接管（404），所述第三连接管（404）上设有液动阀Ⅵ；所述第三连接管（404）的第一端与所述热水输入管路（402）连通且设置在输入压力显示堵塞超压的报警器Ⅲ和液动阀Ⅲ之间；所述第三连接管（404）的第二端与所述热水回流管路（403）连通且设置在液动阀Ⅳ和流量显示器Ⅲ之间。

5.根据权利要求1所述的一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述高压空气注入装置包括空气压缩机（6）和高压空气输出管路；所述高压空气输出管路的第一端与所述空气压缩机的出口连接，第二端与所述高压空气输入口连接；

所述高压空气输出管路沿其第一端至第二端的管体上依次设有减压流量调节阀（601）、流量显示器II、压力指示器及液动阀Ⅷ。

6.根据权利要求1所述的一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述排放物收集装置包括活性炭吸附箱（7），所述活性炭吸附箱（7）与所述废气排放口通过排放管路连通，所述排放管路上设有真空泵，所述废气排放口与所述真空泵之间的管路上依次设有止回阀Ⅶ、调节阀Ⅸ、压力传感器Ⅲ。

7.根据权利要求6所述的一种有机污染土新型原位热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述活性炭吸附箱（7）内设有紫外线降解装置。

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