CN114453405A - 一种有机物污染土壤的堆体热解析修复系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机物污染土壤的堆体热解析修复系统及施工方法，包括：铺设在污染土壤堆体底部的硬化防渗层和覆盖在污染土壤堆体表面的密封保温层，加热系统布设在污染土壤堆体内，且加热系统与电力控制系统相连，气相抽提系统布设在污染土壤堆体内，且气相抽提系统与尾气处理系统相连，温度和压力监测系统布设在污染土壤堆体内，用于监测污染土壤堆体的温度和压力；PCL控制系统接收土壤堆体的温度和压力信号，并控制电力控制系统、加热系统、气相抽提系统和尾气处理系统的运行状态。本发明解决了现有异位热解析系统能耗大、噪音大、土壤预处理要求高、邻避效应突出、二次污染风险高和成本高等问题，具有良好的应用前景。

Description

一种有机物污染土壤的堆体热解析修复系统及施工方法

技术领域

本发明涉及有机物污染土壤修复技术领域，具体涉及一种有机物污染土壤的堆体热解析修复系统及施工方法。

背景技术

近年来，随着城市化工厂、染料厂、制药厂、钢铁厂等排污企业的搬迁，农药类、苯系物、石油烃、多环芳烃等典型有机污染物在遗留、遗弃的工业污染地块中被高频率检出，这些有机污染物极易扩散到环境中危害居民健康和环境安全，严重地影响了土地的二次开发利用。

目前，已有多种修复技术应用于有机污染地块的修复实践中，包括水泥窑协同处置、化学氧化、微生物修复、热解析修复等；其中，水泥窑协同处置受当地水泥窑处理能力的限制；化学氧化技术适合处理中低浓度污染土壤，大量使用氧化药剂易产生二次污染且不经济；微生物修复技术处理周期较长，限制其应用。热解析修复技术适合处理高浓度污染土壤，该技术具有污染物去除率高、修复周期短、适用性强等显著优势，因而在有机污染场地土壤修复工程中得到普遍应用。

异位热解析技术根据加热方式以及尾气处置方式不同，分为间接热解析技术、直接热解析技术和堆体热解析技术；间接/直接热解析技术均需配套大型修复设备，以燃气为能源，能耗较高且具有一定的安全隐患，尾气CO₂排放量高达每吨土200kg，不利于节能减排和碳达峰的实现；且对污染土壤预处理要求高（土壤含水率＜20%，粒径＜5cm），间接/直接热解析设备产生的尾气易给周边居民带来“邻避效应”。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种有机物污染土壤的堆体热解析修复系统及施工方法，用于挥发性和半挥发性有机物污染土壤的修复治理。

本发明公开了一种有机物污染土壤的堆体热解析修复系统，包括：

硬化防渗层，所述硬化防渗层铺设在污染土壤堆体的底部；

密封保温层，所述密封保温层覆盖在污染土壤堆体的表面；

加热系统和电力控制系统，所述加热系统包括上下间隔布设在污染土壤堆体内的第一层加热系统和第二层加热系统，所述加热系统与污染土壤堆体外部的所述电力控制系统相连；

气相抽提系统和尾气处理系统，所述气相抽提系统包括上下间隔布设在污染土壤堆体内的第一层气相抽提系统和第二层气相抽提系统，所述气相抽提系统与污染土壤堆体外部的所述尾气处理系统相连；

温度和压力监测系统，所述温度和压力监测系统布设在污染土壤堆体内,且位于所述第一层加热系统与第二层加热系统之间；

PCL控制系统，所述PCL控制系统的输入端与所述温度和压力监测系统相连、输入端与所述加热系统、电力控制系统、气相抽提系统和尾气处理系统相连，用于接收所述温度和压力监测系统收集的温度和压力信号，并基于温度和压力信号控制电力控制系统、加热系统、气相抽提系统和尾气处理系统的运行状态。

作为本发明的进一步改进，污染土壤堆体分两层搭建而成，堆体为四棱台结构，可同时建成2个土壤堆体；第一层土壤堆体堆高约1.0~1.5m，第二层土壤堆体堆高约3.5~4.0m，堆体长度和宽度适宜；待达到第一层和第二层堆体设计顶部标高后，依次开展第一层和第二层加热系统、第一层和第二层抽提系统以及温度和压力监测系统的建设。

作为本发明的进一步改进，本发明的硬化防渗层为防水不透气的隔热层，防止堆体建设过程中渗滤液的泄漏；其包括自上而下设置的混凝土硬化层、第一无纺土工布层、HDPE土工膜和第二无纺土工布层；其中，所述第一无纺土工布层和第二无纺土工布层为200~300g/m²聚丙烯长丝无纺土工布保护层，所述HDPE土工膜（双光面）的厚度为1.0~1.5mm，所述混凝土硬化层为厚度25~30cm的C25-C30混凝土层。

作为本发明的进一步改进，在硬化防渗层四周边缘处设有排水沟，用于雨污分流、污水导排，防止二次污染；进一步，排水沟的尺寸为40cm*50cm，砖砌筑24cm厚，沟内水泥砂浆抹面2cm。

作为本发明的进一步改进，所述密封保温层为防水不透气的密封保温层，起到维护堆体结构稳定、保温、防止气体逸散、保证尾气抽提效果的作用；其包括自上而下设置的混凝土防护层和硅酸铝板保温层，硅酸铝板保温层的厚度为8-15cm，优选为10cm；混凝土防护层的厚度为4-6cm，优选为5cm。

作为本发明的进一步改进，所述第一层加热系统或第二层加热系统包括多个水平方向布置的电加热管；其中，上下层的电加热管错位布设，电加热管的长度分别依据堆体宽度确定；所述电加热管由外部加热套管和内部加热棒构成，所述加热套管为碳钢制造的热传导外套管，所述加热棒为镍合金电加热棒，相邻所述电加热管的水平间距为1.5~3.0m。

作为本发明的进一步改进，电力控制系统安装在堆体外部，提供加热管产热所需的电能；其包括箱式变压器、动力电缆和控制电缆等，电加热管与动力电缆相连，电能通过加热棒转化为热能，通过加热套管传递给污染土壤；通过热传导的方式最高可将土壤温度加热到750~800℃。

作为本发明的进一步改进，所述第一层气相抽提系统或第二层气相抽提系统包括多个水平方向布置的抽提筛管，所述抽提筛管与所述电加热管处于同一水平高度且平行交错布设，即在每层气相抽提系统和加热系统上，抽提筛管位于两个电加热管之间，第一层和第二层抽提筛管长度分别依据堆体宽度确定；抽提筛管为DN40*3.5焊接钢管，一端封闭，自封闭纵向割缝形成筛孔，缝宽2mm；抽提筛管间通过DN40*3.5焊接钢管连接，抽提筛管另一端与抽提管线相连接，抽提管线连接至后端尾气处理系统，所有管线均为耐高温碳钢材质，气相抽提系统的作用为抽提加热过程中产生的所有蒸汽和气相有机污染物。

作为本发明的进一步改进，所述尾气处理系统用于处理抽提的有机污染气体和水蒸汽，其包括汽水分离器、废气处理单元和废水处理单元；所述汽水分离器与所述第一层气相抽提系统和第二层气相抽提系统相连，所述汽水分离器的气体出口上连接有废气处理单元，所述汽水分离器的液体出口上连接有废水处理单元；其中，所述汽水分离器包括顺序连接的总汽水分离器、一级汽水分离器和二级汽水分离器；所述废气处理单元包括顺序连接的一级换热器、二级换热器、冷却水塔、空气过滤器、罗茨真空风机、除雾器、一级活性炭吸附器、二级活性炭吸附器、催化燃烧炉和烟囱；所述废水处理单元包括顺序连接的水泵、调节池、石英石过滤器、臭氧高级氧化、活性炭吸附罐和清水池。

进一步，汽水分离器为碳钢材质，内含温度和压力传感器；所述换热器为铜管铝翅片材质，进气温度约100℃，出气温度约40℃，换热量581kw，换热面积492m²，设计进风量1400m³/h；所述冷却水塔为镀锌铝材质，循环水量约110m³/h；所述活性炭吸附单元为碳钢材质，内置柱状活性炭，处理风量为 4000m³/h；所述催化燃烧系统为碳钢材质，处理能力为2000m³/h，催化剂为陶瓷载体，贵金属铂、钯。

作为本发明的进一步改进，所述温度和压力监测系统包括多个水平方向布置的监测管，监测管与抽提筛管和电加热管平行设置；每个所述监测管内设有温度检测部件和压力检测部件，所述温度检测部件包括热电偶和无纸记录仪，所述压力检测部件包括±20kpa的压力传感器和信号变送器；进一步，热电偶的测温端水平插入所述污染土壤堆体内，所述监测管应避让所述电加热管的安装位置。

作为本发明的进一步改进，本发明的PCL控制系统用来调节控制整套热解析修复系统的运行状态，控制柜材质为SUS304室外防雨型。

本发明提供一种堆体热解析修复系统的施工方法，包括：

步骤1、在硬化防渗层上堆积2个污染土壤堆体，堆体纵向截面为梯形，整体为四棱台状土堆；当堆积至预设高度时，分别完成加热系统、气相抽提系统以及温度压力监测系统的铺设；

步骤2、在污染土壤堆体表面覆盖密封保温层，并连接外部的电力控制系统、尾气处理系统和PCL控制系统，完成修复系统的构建；

步骤3、启动加热系统，热能通过热传导、辐射以及热对流的形式传递到污染土壤堆体中，堆体温度不断升高至目标有机污染物沸点；

步骤4、启动气相抽提系统，堆体中的有机污染物快速从土壤中挥发分离，气相抽提系统将气态有机污染物和水蒸气从土壤中抽出，从而达到堆体土壤修复的效果；

步骤5、启动尾气处理系统，2个土壤堆体共用1套尾气处理系统，气体有机污染物通过汽水分离器、废气处理单元和废水处理单元处理达标排放；

步骤6、启动PCL控制系统，接收污染土壤堆体的温度和压力信号，监测土壤堆体的温度和压力达到设定范围，并基于温度和压力信号控制电力控制系统、加热系统、气相抽提系统和尾气处理系统的运行状态（开启工作或停止工作）；

步骤7、污染土壤堆体的加热目标温度根据主要污染物的沸点、热解析效率和去除率等核算确定，加热时间根据土壤含水率、土壤比热容、加热管内间接传热有效利用率、污染物的沸点、热解析去除率等核算确定，单个堆体加热持续约2~3个月；

步骤8、按照HJ25.5-2018中表3“堆体模式修复后土壤最少采样点数量”对土壤堆体修复效果进行采样监测，达标后完成修复；其中，

表3 堆体模式修复后土壤最少采样点数量

步骤9、拆除堆体硅酸铝板保温层、混凝土防护层等，达标土壤回填，进行下一批污染土壤堆体的建设，实现多批次污染土壤堆体热解析修复。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明将污染土壤清挖后分层建堆，对堆体进行整体加热、抽提、废气、废水处理和监测控制；其具有施工方便、工期短、成本低、能耗低、噪音低、环境友好、土壤无需预处理、安全性强、隐蔽性较好等特点，可广泛的应用于挥发性和半挥发性有机物污染土壤的修复工程领域，解决了现有异位热解析系统能耗大、噪音大、土壤预处理要求高、“邻避效应”突出、二次污染风险高和成本高等问题，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的有机物污染土壤的堆体热解析修复系统的平面布置正视图；

图2为本发明一种实施例公开的有机物污染土壤的堆体热解析修复系统的侧视图；

图3为本发明一种实施例公开的有机物污染土壤的堆体热解析修复系统的俯视图；

图4为本发明一种实施例公开的第一层电加热管和抽提筛管的布置示意图；

图5为本发明一种实施例公开的第二层电加热管和抽提筛管的布置示意图。

图中：

1、混凝土防护层；2、硅酸铝板保温层；3、抽提筛管；4、电加热管；5、污染土壤堆体；6、监测管；7、混凝土硬化层；8、第一无纺土工布层；9、HDPE土工膜；10、第二无纺土工布层；11、排水沟；12、电力控制系统；13、汽水分离器；14、废气处理单元；15、废水处理单元；16、PCL控制系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

实施例1：

以某溶剂厂原址污染地块土壤修复项目为例，该溶剂厂先后从事生产经营增塑剂、二苯醚、氢化三联苯等。因环保设施不健全，经过长期累积，造成地块土壤中有机物污染严重。土壤中关注污染物分别为：苯和氯苯，检测到土壤中苯和氯苯超标率分别达15%和27%，苯的最高超标浓度为50mg/kg、氯苯的最高浓度为4000mg/kg。

具体实施步骤如下：

本实施例所提供的一种挥发性有机物（苯和氯苯）污染土壤的堆体热解析修复系统及施工方法，其中：

该实施例的堆体热解析修复系统如图1-5所示，包括：由混凝土防护层1和硅酸铝板保温层2构成的密封保温层，其覆盖在污染土壤堆体5的表面；由抽提筛管3构成的2层气相抽提系统以及由电加热管4构成的2层加热系统，其上下间隔布设在污染土壤堆体5内且上层气相抽提系统与上层加热系统、下层气相抽提系统与下层加热系统处于同一水平高度，且抽提筛管3与电加热管4平行交错布设；由监测管6和监测管6内的温度检测部件、压力检测部件构成的温度和压力监测系统，其布设在污染土壤堆体5内且位于第一层加热系统与第二层加热系统之间；由混凝土硬化层7、第一无纺土工布层8、HDPE土工膜9、第二无纺土工布层10构成的硬化防渗层，其铺设在污染土壤堆体5的底部；排水沟11设置在污染土壤堆体5的四周，用于雨污分流、污水导排，防止二次污染；同时，上述加热系统与污染土壤堆体5外部的电力控制系统12相连，气相抽提系统与污染土壤堆体5外部的尾气处理系统（汽水分离器13、废气处理单元14和废水处理单元15）相连，PCL控制系统16的输入端与温度和压力监测系统相连、输入端与加热系统、电力控制系统、气相抽提系统和尾气处理系统相连。

具体的：

该实施例的硬化防渗层地面结构为200g/m²聚丙烯长丝无纺土工布+1.0mmHDPE高密度聚乙烯土工膜（双光面）+200g/m²聚丙烯长丝无纺土工布+25cm厚C30混凝土。排水沟11尺寸为40cm*50cm，砖砌筑24cm厚，沟内水泥砂浆抹面2cm。

该实施例在防渗硬化处置区建设2个污染土壤堆体，堆体之间间隔约3.5m，整体为四棱台状土堆，每个堆体底部长70m、宽13m，堆体顶部长63m、宽7m，土堆高度4m，每个堆体体积约1000m³。

该实施例的土壤堆高至地面1.5m时，开始布设第一层电加热管和抽提筛管。第一层电加热棒长12m，水平间距约2.0m，共布设35根，加热棒为镍合金加热丝，50cm冷态，310S外观，电加热棒外部为碳钢材质的加热套管，总长12.3m，DN80*3，一端管帽满焊封闭；在两组加热套管间布设抽提筛管，水平间距约2.0m，第一层布设34根长12.5m的抽提筛管，为DN40*3.5焊接钢管材质，一端封闭，自封闭纵向割缝形成筛孔，缝宽2mm，割缝区长9.5m。

该实施例的土壤堆高至地面1.9m时，在堆体四周水平布设监测管，监测管内设置温度检测部件和压力检测部件。温度检测部件为热电偶和无纸记录仪；压力检测部件为±20kpa的压力传感器和信号变送器。监测管长度分别为2m、4m、6m，共布设34个点位，监测管应避让电加热管的安装位置。

该实施例的土壤堆高至地面3.1m时，开始布设第二层电加热管和抽提筛管。第二层电加热棒长6.1m，水平间距约2m，共布设34根，加热棒为镍合金加热丝，50cm冷态，310S外观，电加热棒外部为碳钢材质的加热套管，总长6.6m，DN80*3，一端管帽满焊封闭；在两组加热套管间布设抽提筛管，水平间距约2m，第二层布设33根长11.0m的抽提筛管，为DN40*3.5焊接钢管材质，一端封闭，自封闭纵向割缝形成筛孔，缝宽2mm，割缝区长7.7m。

该实施例的第一、第二层电加热管与动力电缆相连，电能通过加热棒转化为热能，通过加热套管传递给污染土壤；第一、第二层抽提筛管与抽提管线相连接，抽提管线连接至后端尾气处理系统，所有管线均为耐高温碳钢材质。

该实施例的堆体四周密封保温层为10cm厚的硅酸铝板和5cm厚的C20混凝土组成。

该实施例的电力控制系统包括2000kVA箱式变压器、动力电缆和控制电缆等。

该实施例的尾气处理系统中汽水分离器包括总汽水分离器、一级汽水分离器、二级汽水分离器；废气处理单元包括一级换热器、二级换热器、冷却水塔、空气过滤器、罗茨真空风机、除雾器、一级活性炭吸附、二级活性炭吸附、催化燃烧、烟囱排放；废水处理单元包括依次布置的水泵、调节池、石英石过滤器、臭氧高级氧化、活性炭吸附罐和清水池。

该实施例的尾气处理系统中汽水分离器为碳钢材质，内含温度和压力传感器；换热器为铜管铝翅片材质，进气温度约100℃，出气温度约40℃，换热量581kw，换热面积492㎡，设计进风量1400m³/h；冷却水塔为镀锌铝材质，循环水量约110m³/h；活性炭吸附单元为碳钢材质，内置柱状活性炭，处理风量为 4000m³/h；催化燃烧系统为碳钢材质，处理能力为2000m³/h，催化剂为陶瓷载体，贵金属铂、钯。

该实施例的PCL控制系统能够接收监测系统收集的温度和压力信号，并能够控制电力供应、加热系统、抽提系统以及尾气处理系统的运行状态；控制柜材质为SUS304室外防雨型。

该实施例中通过小试、中试确定的土壤堆体加热温度为100~150℃，单个堆体加热时间70~80天。

该实施例中堆体热解析修复后，按照HJ25.5-2018中表3“堆体模式修复后土壤最少采样点数量”布设采样点，对修复效果进行监测，达标后完成修复。

该实施例中堆体热解析修复达标后，拆除堆体硅酸铝板保温层、混凝土防护层等，达标土壤回填，进行下一批污染土壤堆体的建设，实现多批次污染土壤堆体热解析修复。

实施例2：

以某农药厂地块污染土壤与地下水修复项目为例，该农药厂于1988年建厂，2018年6月关停。历吏上曾生产有机磷农药氧乐果和杀螟丹，并进行各种农药产品的混配生产，长期从事有机农药及光敏剂等化工生产，属重污染行业，在生产及污染排放过程中对土壤和地下水环境造成污染。土壤中关注污染物分别为：苯、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯苯、1,2-二氯苯、氯仿、萘、1,2,4-三氯苯、六氯苯、二氯甲烷和五氯苯，检测到的最高超标浓度分别为319mg/kg、21.7mg/kg、56.7mg/kg、23mg/kg、1.45mg/kg、0.17mg/kg、0.37mg/kg、1.1mg/kg、0.254mg/kg和0.8mg/kg；最大超标倍数分别为319倍、216倍、566倍、229倍、13.5倍、1.89倍、6.4倍、21倍、1.54倍、15倍。

具体实施步骤如下：

本实施例所提供的一种挥发性（苯、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯苯、1,2-二氯苯、氯仿、1,2,4-三氯苯和二氯甲烷）和半挥发性（萘、六氯苯和五氯苯）有机物污染土壤的堆体热解析修复系统及施工方法，其中：

该实施例的堆体热解析修复系统如图1-5所示，包括：由混凝土防护层1和硅酸铝板保温层2构成的密封保温层，其覆盖在污染土壤堆体5的表面；由抽提筛管3构成的2层气相抽提系统以及由电加热管4构成的2层加热系统，其上下间隔布设在污染土壤堆体5内且上层气相抽提系统与上层加热系统、下层气相抽提系统与下层加热系统处于同一水平高度，且抽提筛管3与电加热管4平行交错布设；由监测管6和监测管6内的温度检测部件、压力检测部件构成的温度和压力监测系统，其布设在污染土壤堆体5内且位于第一层加热系统与第二层加热系统之间；由混凝土硬化层7、第一无纺土工布层8、HDPE土工膜9、第二无纺土工布层10构成的硬化防渗层，其铺设在污染土壤堆体5的底部；排水沟11设置在污染土壤堆体5的四周，用于雨污分流、污水导排，防止二次污染；同时，上述加热系统与污染土壤堆体5外部的电力控制系统12相连，气相抽提系统与污染土壤堆体5外部的尾气处理系统（汽水分离器13、废气处理单元14和废水处理单元15）相连，PCL控制系统16的输入端与温度和压力监测系统相连、输入端与加热系统、电力控制系统、气相抽提系统和尾气处理系统相连。

具体的：

该实施例的硬化防渗层地面结构为230g/m²聚丙烯长丝无纺土工布+1.5mmHDPE高密度聚乙烯土工膜（双光面）+230g/m²聚丙烯长丝无纺土工布+25cm厚C25混凝土。排水沟尺寸为40cm*50cm，砖砌筑24cm厚，沟内水泥砂浆抹面2cm。

该实施例在防渗硬化处置区建设2个污染土壤堆体，堆体之间间隔约3m，整体为四棱台状土堆，每个堆体底部长66m、宽12m，堆体顶部长60.7m、宽6.3m，土堆高度3.5m，每个堆体体积约800m³。

该实施例的土壤堆高至地面1.0m时，开始布设第一层电加热管和抽提筛管。第一层电加热棒长11m，水平间距约2m，共布设33根，加热棒为镍合金加热丝，50cm冷态，310S外观，电加热棒外部为碳钢材质的加热套管，总长11.3m，DN80*3，一端管帽满焊封闭；在两组加热套管间布设抽提筛管，水平间距约2m，第一层布设32根长11.7m的抽提筛管，为DN40*3.5焊接钢管材质，一端封闭，自封闭纵向割缝形成筛孔，缝宽2mm，割缝区长8.9m。

该实施例的土壤堆高至地面1.6m时，在堆体四周水平布设监测管，监测管内设置温度检测部件和压力检测部件。温度检测部件为热电偶和无纸记录仪；压力检测部件为±20kpa的压力传感器和信号变送器。监测管长度分别为2m、4m、6m，共布设31个点位，监测管应避让电加热管的安装位置。

该实施例的土壤堆高至地面2.7m时，开始布设第二层电加热管和抽提筛管。第二层电加热棒长5.5m，水平间距约2m，共布设32根，加热棒为镍合金加热丝，50cm冷态，310S外观，电加热棒外部为碳钢材质的加热套管，总长6.0m，DN80*3，一端管帽满焊封闭；在两组加热套管间布设抽提筛管，水平间距约2m，第二层布设31根长10.2m的抽提筛管，为DN40*3.5焊接钢管材质，一端封闭，自封闭纵向割缝形成筛孔，缝宽2mm，割缝区长6.4m。

该实施例的第一、第二层电加热管与动力电缆相连，电能通过加热棒转化为热能，通过加热套管传递给污染土壤；第一、第二层抽提筛管与抽提管线相连接，抽提管线连接至后端尾气处理系统，所有管线均为耐高温碳钢材质。

该实施例的堆体四周密封保温层为10cm厚的硅酸铝板和5cm厚的C20混凝土组成。

该实施例的电力控制系统包括1600kVA箱式变压器、动力电缆和控制电缆等。

该实施例的尾气处理系统中汽水分离器包括总汽水分离器、一级汽水分离器、二级汽水分离器；废气处理单元包括一级换热器、二级换热器、冷却水塔、空气过滤器、罗茨真空风机、除雾器、一级活性炭吸附、二级活性炭吸附、催化燃烧、烟囱排放；废水处理单元包括依次布置的水泵、调节池、石英石过滤器、臭氧高级氧化、活性炭吸附罐和清水池。

该实施例的尾气处理系统中汽水分离器为碳钢材质，内含温度和压力传感器；换热器为铜管铝翅片材质，进气温度约100℃，出气温度约40℃，换热量581kw，换热面积492㎡，设计进风量1400m³/h；冷却水塔为镀锌铝材质，循环水量约110m³/h；活性炭吸附单元为碳钢材质，内置柱状活性炭，处理风量为 4000m³/h；催化燃烧系统为碳钢材质，处理能力为2000m³/h，催化剂为陶瓷载体，贵金属铂、钯。

该实施例的PCL控制系统能够接收监测系统收集的温度和压力信号，并能够控制电力供应、加热系统、抽提系统以及尾气处理系统的运行状态；控制柜材质为SUS304室外防雨型。

该实施例中通过小试、中试确定的土壤堆体加热温度为350~400℃，单个堆体加热时间60~70天。

该实施例中堆体热解析修复后，按照HJ25.5-2018中表3“堆体模式修复后土壤最少采样点数量”布设采样点，对修复效果进行监测，达标后完成修复。

该实施例中堆体热解析修复达标后，拆除堆体硅酸铝板保温层、混凝土防护层等，达标土壤回填，进行下一批污染土壤堆体的建设，实现多批次污染土壤堆体热解析修复。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种有机物污染土壤的堆体热解析修复系统，其特征在于，包括：

硬化防渗层，所述硬化防渗层铺设在污染土壤堆体的底部；

密封保温层，所述密封保温层覆盖在污染土壤堆体的表面；

加热系统和电力控制系统，所述加热系统包括上下间隔布设在污染土壤堆体内的第一层加热系统和第二层加热系统，所述加热系统与污染土壤堆体外部的所述电力控制系统相连；

气相抽提系统和尾气处理系统，所述气相抽提系统包括上下间隔布设在污染土壤堆体内的第一层气相抽提系统和第二层气相抽提系统，所述气相抽提系统与污染土壤堆体外部的所述尾气处理系统相连；

温度和压力监测系统，所述温度和压力监测系统布设在污染土壤堆体内，且位于所述第一层加热系统与第二层加热系统之间；

PCL控制系统，所述PCL控制系统的输入端与所述温度和压力监测系统相连、输入端与所述加热系统、电力控制系统、气相抽提系统和尾气处理系统相连，用于接收所述温度和压力监测系统收集的温度和压力信号，并基于温度和压力信号控制电力控制系统、加热系统、气相抽提系统和尾气处理系统的运行状态。

2.如权利要求1所述的堆体热解析修复系统，其特征在于，所述硬化防渗层包括自上而下设置的混凝土硬化层、第一无纺土工布层、HDPE土工膜和第二无纺土工布层；

所述第一无纺土工布层和第二无纺土工布层为200~300g/m²聚丙烯长丝无纺土工布保护层，所述HDPE土工膜的厚度为1.0~1.5mm，所述混凝土硬化层为厚度25~30cm的C25-C30混凝土层，所述硬化防渗层四周边缘处设有排水沟。

3.如权利要求1所述的堆体热解析修复系统，其特征在于，所述密封保温层包括自上而下设置的混凝土防护层和硅酸铝板保温层。

4.如权利要求1所述的堆体热解析修复系统，其特征在于，所述第一层加热系统或第二层加热系统包括多个水平方向布置在污染土壤堆体内的电加热管，所有所述电加热管均与所述电力控制系统电连接；

所述电加热管由外部加热套管和内部加热棒构成，所述加热套管为碳钢制造的热传导外套管，所述加热棒为镍合金电加热棒，相邻所述电加热管的水平间距为1.5~3.0m。

5.如权利要求4所述的堆体热解析修复系统，其特征在于，所述第一层气相抽提系统或第二层气相抽提系统包括多个水平方向布置在污染土壤堆体内的抽提筛管，所述抽提筛管与所述电加热管处于同一水平高度且交错布设；

所述抽提筛管一端封闭、另一端与污染土壤堆体外的抽提管线相连，所述抽提管线连接至所述尾气处理系统，污染土壤堆体内的抽提筛管自封闭端纵向割缝形成筛孔。

6.如权利要求1所述的堆体热解析修复系统，其特征在于，所述尾气处理系统包括汽水分离器、废气处理单元和废水处理单元；

所述汽水分离器与所述第一层气相抽提系统和第二层气相抽提系统相连，所述汽水分离器的气体出口上连接有废气处理单元，所述汽水分离器的液体出口上连接有废水处理单元。

7.如权利要求6所述的堆体热解析修复系统，其特征在于，

所述汽水分离器包括顺序连接的总汽水分离器、一级汽水分离器和二级汽水分离器；

所述废气处理单元包括顺序连接的一级换热器、二级换热器、冷却水塔、空气过滤器、罗茨真空风机、除雾器、一级活性炭吸附器、二级活性炭吸附器、催化燃烧炉和烟囱；

所述废水处理单元包括顺序连接的水泵、调节池、石英石过滤器、臭氧高级氧化、活性炭吸附罐和清水池。

8.如权利要求1所述的堆体热解析修复系统，其特征在于，所述温度和压力监测系统包括多个水平方向布置的监测管，每个所述监测管内设有温度检测部件和压力检测部件，所述温度检测部件包括热电偶和无纸记录仪，所述压力检测部件包括压力传感器和信号变送器。

9.一种如权利要求1~8中任一项所述的堆体热解析修复系统的施工方法，其特征在于，包括：

步骤1、在硬化防渗层上堆积污染土壤堆体，当堆积至预设高度时，分别完成加热系统、气相抽提系统以及温度压力监测系统的铺设；

步骤2、在污染土壤堆体表面覆盖密封保温层，并连接外部的电力控制系统、尾气处理系统和PCL控制系统，完成修复系统的构建；

步骤3、启动加热系统，热能通过热传导、辐射以及热对流的形式传递到污染土壤堆体中，堆体温度不断升高至目标有机污染物沸点；

步骤4、启动气相抽提系统，抽提污染土壤中挥发分离的气体有机污染物；

步骤5、启动尾气处理系统，气体有机污染物通过汽水分离器、废气处理单元和废水处理单元处理达标排放；

步骤6、启动PCL控制系统，接收污染土壤堆体的温度和压力信号，并基于温度和压力信号控制电力控制系统、加热系统、气相抽提系统和尾气处理系统的运行状态；

步骤7、修复完成后，达标土壤回填，并进行下一批污染土壤堆体的建设，实现多批次污染土壤堆体热解析修复。

10.一种如权利要求9所述的施工方法，其特征在于，在步骤3中，

污染土壤堆体的加热目标温度根据主要污染物的沸点、热解析效率和去除率核算确定，加热时间根据土壤含水率、土壤比热容、加热管内间接传热有效利用率、污染物的沸点、热解析去除率核算确定，单个堆体加热持续约2~3个月。

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