CN114850207A - 一种原位热水强化微生物耦合土壤修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，包括热水制备单元、抽提管道、抽提井、注入管道和注入井，注入井设置在污染场地上游，抽提井设置在污染场地下游，注入管道的一端与热水制备单元的热水出口连通，其另一端深入到注入井内，抽提管道的一端与热水制备单元的地下水入口连通，其另一端深入到抽提管道内。本发明通过加热处理后的场地地下水，并将其作为热媒注入至待修复土壤中，同时在场地下游设置抽提井，通过形成地下水循环来实现土壤的均匀化升温，以增强土著微生物活性，从而促进污染物降解。本系统能实现土壤升温，配合微生物强化药剂的使用，可提高场地中土著微生物的数量和降解效率，能快速、有效去除土壤中污染物。
Description
技术领域
本发明涉及土壤环境修复技术领域，具体涉及一种原位热水强化微生物耦合土壤修复系统。
背景技术
微生物的生长和污染物降解能力高度依赖于温度。当温度从10℃增加到30℃时，微生物对四氯乙烯的脱氯速度可增加大约10倍。因此，升高温度可以加速污染场地的生物修复。热强化微生物的方法以热传导技术为主，然而，这一技术存在一些弊端，使用热传导加热污染场地，为保证冷点达到目标温度，加热井的温度通常需要达到100摄氏度以上，这种加热方式不仅能耗大，还会导致加热井附近微生物大量死亡或活性下降，最终导致修复效率低或局部修复不达标等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，通过加热处理后的场地地下水，并将其作为热媒注入至待修复土壤中，同时在场地下游设置抽提井，通过形成地下水循环来实现土壤的均匀化升温，以增强土著微生物活性，从而促进污染物降解。与燃气热传导、电热传导等其他热激活微生物的方法相比，本修复系统能耗低、安全性高，是一种绿色可持续的修复技术。
本发明采用如下技术方案：
一种原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，包括热水制备单元、抽提管道、抽提井、注入管道和注入井，所述热水制备单元为基于半容积式换热的热水制备单元，所述注入井设置在污染场地上游，用于往污染土壤中注入热水和加药，所述抽提井设置在污染场地下游，用于提取污染土壤中的地下水，所述注入管道的一端与所述热水制备单元的热水出口连通，其另一端深入到所述注入井内，用于向污染土壤中注入热源，所述抽提管道的一端与所述热水制备单元的地下水入口连通，其另一端深入到所述抽提管道内，用于将地下水抽提到所述热水制备单元内进行加热。
所述热水制备单元包括软化水装置、热水锅炉和第一换热器，外部自来水通过管路与所述软化水装置的进水端连通，所述软化水装置的出水端与所述热水锅炉的冷水进口连通，所述热水锅炉的热水出口与所述第一换热器的热水入口连通，所述第一换热器的回水出口与所述热水锅炉的回水入口；所述第一换热器的冷水入口与所述抽提管道连通，用于将抽提出的地下水通入到所述第一换热器内进行换热，所述第一换热器的换热热水出口与所述注入管道连通，用于将地下水换热后的热水注入到地下污染土壤中。
所述热水制备单元还包括第二换热器，所述第二换热器的进水口与所述第一换热器的换热热水出口连通，所述第二换热器的出水口与所述注入管道连通，所述第二换热器的热气进口与所述热水锅炉的烟气出口连通，对所述第一换热器出来的热水进行二次换热。
优选地，所述第一换热器为半容积式换热器，所述第二换热器为管壳式换热器。
所述热水锅炉的热水出口与所述第一换热器的热水入口之间的管路上还设有循环水泵，用于将所述第一换热器产生的热水泵送到所述第一换热器内；所述第一换热器的换热热水出口或所述第二换热器的出水口处还设有排水泵，用于将换热后的热水通过所述注入井注入到到污染场地饱和含水层中。
所述第一换热器内的换热腔上部设有浮球开关，当自所述第一换热器的冷水入口进入的地下水达到设定的液位后，所述冷水入口处的阀门自动关闭；所述第一换热器内设有温度检测元件，当换热后的水温达到设定温度时，可自动关闭所述循环水泵，根据运行情况减少循环水水量或热水锅炉的燃气量；所述第一换热器内设有弹簧式安全阀，当换热腔内部压力高于设定压力值时，安全阀启动排空，保障设备安全运行；所述第一换热器内设液位开关，当水位低于液位开关时，所述排水泵和所述循环水泵关闭。
优选地，所述排水泵包括并联设置的两个，一备一用，并且变频控制，可以在控制程序上调节出水量。
所述第一换热器的冷水入口与所述抽提管道之间的管路上还设有水处理装置。
外部自来水与所述软化水装置之间的管路上还并联设有自来水罐，所述自来水罐的进水端与外部自来水连通，所述自来水罐的出水端通过增压泵与所述软化水装置连通，用于将所述自来水罐储存的水泵送到所述软化水装置内。
所述系统还包括温度监测井和压力监测井，所述温度监测井设置在相邻两个所述的抽提井和注入井之间的土壤中，用于实时监测土壤温度，所述压力井设置在所述温度监测井附近，用于实时监测土壤压力。
所述系统还包括PLC智能控制子系统，所述PLC智能控制子系统分别与所述的热水制备单元、温度监测井和压力监测井电性连接，用于远程控制所述系统的工作状态。
本发明技术方案，具有如下优点：
A、本发明原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，通过加热处理后的场地地下水，并将其作为热媒注入至待修复土壤中，同时在场地下游设置抽提井，通过形成地下水循环来实现土壤的均匀化升温，以增强土著微生物活性，从而促进污染物降解。与燃气热传导、电热传导等其他热激活微生物的方法相比，本修复系统能耗低、安全性高，是一种绿色可持续的修复技术。
B、本发明可配合微生物强化药剂使用，实现增强土著微生物活性，从而促进污染物降解。
C、本发明使用半容积式换热方式对注入水进行加热，避免了锅炉使用过程中频繁结垢以及软化水处理量过大等问题。
D、本发明使用热水锅炉产生的高温烟气对注入水进行二次换热，达到设备节能的目的。
E、本发明采用多传感器配合PLC控制子系统，可实现自动运行、远程监控和远程操作等功能，减少污染场地对人员构成的健康风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明原位热水强化微生物耦合土壤修复系统整体结构示意图；
图2为本发明中热水制备单元工艺流程图。
图中标识如下：
1-热水制备单元，
11-自来水罐，12-增压泵，
13-软化水装置
131-盐箱，132-树脂罐
14-热水锅炉
141-冷水进口，142-热水出口，143-回水入口，144-烟气出口
15-循环水泵，
16-第一换热器，
161-热水入口，162-回水出口，163-冷水入口，
164-换热热水出口
17-第二换热器
171-进水口，172-出水口，173-热气进口
18-水处理装置，19-排水泵；
2-抽提管道；3-抽提井；4-注入管道；5-注入井；6-温度监测井；
7-压力监测井；8-PLC智能控制子系统。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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，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，也可以是电性连接；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。
如图1所示，本发明提供了一种原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，包括热水制备单元1、抽提管道2、抽提井3、注入管道4和注入井5；注入井5设置在污染场地上游，用于往污染土壤中注入热水和加药；抽提井3设置在污染场地下游，用于提取污染土壤中的地下水；注入管道4的一端与热水制备单元1的热水出口连通，其另一端深入到注入井5内，用于向污染土壤中注入热源，抽提管道2的一端与热水制备单元1的地下水入口连通，其另一端深入到抽提管道2内，用于将地下水抽提到所述热水制备单元1内进行加热。本发明通过加热处理后的场地地下水，并将其作为热媒注入至待修复土壤中，同时在场地下游设置抽提井，通过形成地下水循环来实现土壤的均匀化升温，以增强土著微生物活性，从而促进污染物降解。与燃气热传导、电热传导等其他热激活微生物的方法相比，本修复系统能耗低、安全性高，是一种绿色可持续的修复技术。
进一步地，如图2所示，热水制备单元1包括软化水装置13、热水锅炉14和第一换热器16，外部自来水通过管路与软化水装置13的进水端连通。软化水装置13由盐箱131和树脂罐132组成，软化水装置13的用途是去除掉自来水中的钙镁离子，防止锅炉结垢，处理后出水悬浮物不超过20mg/L，总硬度低于6mmol/L，pH值7-11。软化水装置13的出水端与热水锅炉14的冷水进口141连通，处理达标的自来水进入热水锅炉中加热，加热温度为100℃。热水锅炉14的热水出口142与第一换热器16的热水入口161连通，第一换热器16的回水出口162与热水锅炉14的回水入口143；第一换热器16的冷水入口163与抽提管道2连通，用于将抽提出的地下水通入到第一换热器16内进行换热，第一换热器16的换热热水出口164与注入管道4连通，用于将地下水换热后的热水注入到地下污染土壤中。本发明中第一换热器16选用半容积式换热器。
热水锅炉14的热水出口142与第一换热器16的热水入口161之间的管路上还设有循环水泵15，用于将第一换热器16产生的热水泵送到第一换热器16内。锅炉水在进入循环泵15前，先经过温度变送器，当温度低于设定值时，循环泵15无法运行。循环泵一备一用，在循环泵两侧安装了回水阀，可根据回水阀控制出水量。同时在管道上也预留了排水口，当使用少量的高温水时，可直接使用。
热水锅炉14产生的热水在循环泵15的作用下，输送到第一换热器16内，用于对注入水进行换热，经换热后的循环水可直接回至热水锅炉进行再次加热。
高温循环水通过第一换热器16换热前，在管路上安装了压力变送器，当压力高于设定值时，说明管路出现堵塞，循环水泵15自动关闭。循环水经过换热后，在重新回到锅炉前设定了温度检测单元，当温度过高时，说明外排水的水温已经满足使用，可适当调整循环水水量或水温。
本系统的一级换热器为半容积式换热器，其优点包括：热水供水出口与加热区分离，出水温度稳定；可实现加热、蓄水一体化；换热组合部分可拆卸，便于除垢清洗。
第一换热器16内的换热腔上部设有浮球开关，当自第一换热器16的冷水入口163进入的地下水达到设定的液位后，冷水入口163处的阀门自动关闭。第一换热器16内设有温度检测元件，当换热后的水温达到设定温度时，可自动关闭循环水泵15，根据运行情况减少循环水水量或热水锅炉的燃气量。第一换热器16内设有弹簧式安全阀，当换热腔内部压力高于设定压力值时，安全阀启动排空，保障设备安全运行。第一换热器16内设液位开关，当水位低于液位开关时，排水泵19和循环水泵15必须处于关闭状态。
为充分利用设备产生的热量，在产生的高温烟气后加装了第二换热器17对注入水进行二次换热，该换热器为管壳式换热器，管程烟气、壳程注入水，该设计也能为设备减少部分能源，达到节能的目的。第二换热器17的进水口171与第一换热器16的换热热水出口164连通，第二换热器17的出水口172与注入管道4连通，第二换热器17的热气进口173与热水锅炉14的烟气出口144连通，对第一换热器16出来的热水进行二次换热。
第一换热器16的换热热水出口164或第二换热器17的出水口172处还设有排水泵19，用于将换热后的热水通过注入井注5注入到到污染场地饱和含水层中。排水泵19包括并联设置的两个，一备一用设计，并且变频控制，可以在控制程序上调节出水量。同时在管道上安装了流量变送器及温度变送器，可在程序上随时监控。
第一换热器16的冷水入口163与抽提管道2之间的管路上还设有水处理装置18。
外部自来水与软化水装置13之间的管路上还并联设有自来水罐11，自来水罐11的进水端与外部自来水连通，自来水罐11的出水端通过增压泵12与软化水装置13连通，用于将自来水罐11储存的水泵送到软化水装置13内。
如图1所示，系统还包括温度监测井6、压力监测井7和PLC智能控制子系统8，温度监测井6设置在相邻两个的抽提井3和注入井5之间的土壤中，用于实时监测土壤温度，压力井7设置在温度监测井6附近，用于实时监测土壤压力。PLC智能控制子系统8分别与热水制备单元1、温度监测井6和压力监测井7电性连接，用于远程控制所述系统的工作状态。
本系统注入井设置于污染场地上游处，抽提井设置于下游处，通过二者的注入-抽出形成地下水循环，实现修复场地升温，本系统可配合微生物强化药剂使用，实现增强土著微生物活性，从而促进污染物降解。场地下游抽提上来的地下水进入水处理设备处理，达到污染场地修复目标值，同时，经过地下水处理设备处理达标后的地下可重新进入半容积式换热器用于热水制备。系统运行过程中通过监测井实时监测土壤温度、压力，以及调节注水和抽水流量。
本发明未述之处适用于现有技术。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (11)
1.一种原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，其特征在于，所述系统包括热水制备单元(1)、抽提管道(2)、抽提井(3)、注入管道(4)和注入井(5)，所述注入井(5)设置在污染场地上游，用于往污染土壤中注入热水和加药，所述抽提井(3)设置在污染场地下游，用于提取污染土壤中的地下水，所述注入管道(4)的一端与所述热水制备单元(1)的热水出口连通，其另一端深入到所述注入井(5)内，用于向污染土壤中注入热源，所述抽提管道(2)的一端与所述热水制备单元(1)的地下水入口连通，其另一端深入到所述抽提管道(2)内，用于将地下水抽提到所述热水制备单元(1)内进行加热。
2.根据权利要求1所述的原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，其特征在于，所述热水制备单元(1)包括软化水装置(13)、热水锅炉(14)和第一换热器(16)，外部自来水通过管路与所述软化水装置(13)的进水端连通，所述软化水装置(13)的出水端与所述热水锅炉(14)的冷水进口(141)连通，所述热水锅炉(14)的热水出口(142)与所述第一换热器(16)的热水入口(161)连通，所述第一换热器(16)的回水出口(162)与所述热水锅炉(14)的回水入口(143)；所述第一换热器(16)的冷水入口(163)与所述抽提管道(2)连通，用于将抽提出的地下水通入到所述第一换热器(16)内进行换热，所述第一换热器(16)的换热热水出口(164)与所述注入管道(4)连通，用于将地下水换热后的热水注入到地下污染土壤中。
3.根据权利要求2所述的原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，其特征在于，所述热水制备单元(1)还包括第二换热器(17)，所述第二换热器(17)的进水口(171)与所述第一换热器(16)的换热热水出口(164)连通，所述第二换热器(17)的出水口(172)与所述注入管道(4)连通，所述第二换热器(17)的热气进口(173)与所述热水锅炉(14)的烟气出口(144)连通，对所述第一换热器(16)出来的热水进行二次换热。
4.根据权利要求3所述的原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，其特征在于，所述第一换热器(16)为半容积式换热器，所述第二换热器(17)为管壳式换热器。
5.根据权利要求4所述的原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，其特征在于，所述热水锅炉(14)的热水出口(142)与所述第一换热器(16)的热水入口(161)之间的管路上还设有循环水泵(15)，用于将所述第一换热器(16)产生的热水泵送到所述第一换热器(16)内；所述第一换热器(16)的换热热水出口(164)或所述第二换热器(17)的出水口(172)处还设有排水泵(19)，用于将换热后的热水通过所述注入井(5)注入到到污染场地饱和含水层中。
6.根据权利要求5所述的半容积式换热的原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，其特征在于，所述第一换热器(16)内的换热腔上部设有浮球开关，当自所述第一换热器(16)的冷水入口(163)进入的地下水达到设定的液位后，所述冷水入口(163)处的阀门自动关闭；所述第一换热器(16)内设有温度检测元件，当换热后的水温达到设定温度时，可自动关闭所述循环水泵(15)；所述第一换热器(16)内设有弹簧式安全阀，当换热腔内部压力高于设定压力值时，安全阀启动排空，保障设备安全运行；所述第一换热器(16)内设液位开关，当水位低于液位开关时，所述排水泵(19)和所述循环水泵(15)关闭。
7.根据权利要求5所述的半容积式换热的原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，其特征在于，所述排水泵(19)包括并联设置的两个，一备一用，并且变频控制，可以在控制程序上调节出水量。
8.根据权利要求2所述的半容积式换热的原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，其特征在于，所述第一换热器(16)的冷水入口(163)与所述抽提管道(2)之间的管路上还设有水处理装置(18)。
9.根据权利要求2所述的半容积式换热的原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，其特征在于，外部自来水与所述软化水装置(13)之间的管路上还并联设有自来水罐(11)，所述自来水罐(11)的进水端与外部自来水连通，所述自来水罐(11)的出水端通过增压泵(12)与所述软化水装置(13)连通，用于将所述自来水罐(11)储存的水泵送到所述软化水装置(13)内。
10.根据权利要求1-9任一项所述的半容积式换热的原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，其特征在于，所述系统还包括温度监测井(6)和压力监测井(7)，所述温度监测井(6)设置在相邻两个所述的抽提井(3)和注入井(5)之间的土壤中，用于实时监测土壤温度，所述压力井(7)设置在所述温度监测井(6)附近，用于实时监测土壤压力。
11.根据权利要求10所述的半容积式换热的原位热水强化微生物耦合土壤修复系统，其特征在于，所述系统还包括PLC智能控制子系统(8)，所述PLC智能控制子系统(8)分别与所述的热水制备单元(1)、温度监测井(6)和压力监测井(7)电性连接，用于远程控制所述系统的工作状态。
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