CN206599492U - 处理和回收土壤及地下水中挥发性有机物污染物的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种利用余热处理和回收土壤及地下水中挥发性有机物污染物的系统，包含进流蒸气调节单元、井场单元、废水处理单元以及蒸气尾气处理单元，进流蒸气调节单元用以接收工厂所排出之蒸气，并与空气以混和调整蒸气温度及湿度后，经由井场单元之注入井注入地下区域中，使地下区域的温度上升，再通过井场单元的抽出井抽出被混和气体加热而挥发的含污染物的气体及含污染物的地下水，经由废水处理单元处理含污染物的地下水，含污染物的气体则经由蒸气尾气处理单元处理，可有效地利用工厂产生的余热，处理土壤及地下水中挥发性有机物污染。

Description

处理和回收土壤及地下水中挥发性有机物污染物的系统

技术领域

本实用新型涉及一种处理及回收土壤及地下水中挥发性有机物污染物的系统，特别是一种利用工厂余热的设备回收并纯化泄漏至土壤及地下水中的挥发性有机物，使之回收再利用。

背景技术

过去在土壤及地下水中挥发性有机污染物的处理中，主要利用土壤气体抽除法(soil vapor extraction,简称SVE)并搭配空气注入(air sparging,简称AS)的方式进行处理。其中SVE方式主要在不饱和层土壤中设置气体回收井，并利用地面上的抽气泵将不饱和层土壤中的气体抽出至地面，这些抽出气体中含有挥发性有机污染物，因此可同时被抽出，在地面上再以其他设备，如活性碳吸附、高级氧化、触媒氧化或是焚化等方式处理。而在上述气体抽出过程中，不饱和层的土壤间隙会因气体被抽除而形成真空状态，由于化学平衡及压力平衡的因素，此时地下水中的挥发性有机污染物会自水中挥发至不饱和层土壤的空隙中因而被抽除，进一步达到处理地下水中挥发性有机物污染的目标。然而SVE方法对于地下水中挥发性有机污染物处理效率较差，因此需搭配空气注入法对饱和含水层进行曝气，以增加地下水中挥发性有机物挥发效率，有时亦会将空气注入不饱和层中，增加土壤中气体流动速率，提升SVE方式的抽除效率。然而SVE受限于挥发性有机物挥发的速率，通常需要较长的时间才能达到污染改善目标，且抽出的污染物，通常以活性碳吸附、高级氧化、触媒氧化或焚化等方式处理，这些方法通常需要耗费许多能量，并同时产生许多废弃物，因此经济效率低，且对环境有害。

因此，现有前技术发展出蒸气热处理方式，以提升SVE/AS方式处理效率，即于地面上以蒸气产生机产生约100℃之蒸气取代上述注入的空气，注入的蒸气会加热饱和层或不饱和层，增加地下环境温度，当温度上升时，挥发性有机物挥发速率将随上升，而加速土壤及地下水污染处理效率。然而，利用蒸气产生机亦需要耗费大量电力或燃料，才能连续产生足够的注入蒸气，亦为对环境不友善的污染处理方式。此外，产生的尾气因富含水蒸气，使得后端处理设备除上述的尾气处理设备外，可能再冷却过程额外产生含有挥发性有机物之废水，需另外衍生废水处理设备需求及费用。

另外，过去曾有技术利用冷凝及吸脱附方式回收SVE法抽出的污染物，然而一般地下环境温度略低于大气温度或接近大气温度，需将SVE法抽出的气体重新加热，升温至可进行冷凝回收及吸脱附设备的操作温度，使得该设备需要额外消耗能源，亦不符合经济效益。

因为蒸气可提供的比热较水高，当如有制程加热需求时，工厂通常会有蒸气锅炉提供蒸气，然而这些蒸气使用后，通常会因为温度不足而直接被排放，造成许多能量浪费，因此发展一套利用工厂余热来处理土壤及地下水挥发性有机污染即为一种实用及环保的改善措施。

发明内容

本实用新型的目的是提供了一种将余热应用于挥发性有机物土壤及地下水污染的现地处理系统，利用工厂产生的蒸气做为热蒸气源，注入不饱和层及饱和层中，并以抽出井场及真空抽除系统，同时回收含有污染物的热蒸气及地下水，回收的热蒸气则导入回收系统，可回收并纯化土壤及地下水中的挥发性有机物，使之回收再利用。

本实用新型提供一种利用余热处理和回收土壤及地下水中挥发性有机物污染物的系统，该系统包含：一进流蒸气调节单元，用以接收一工厂所排出的蒸气，其包含一空压机，用以提供一空气以与上述蒸气进行混和形成一混和气体；一井场单元，用以接收上述混和气体，其包含至少一注入井和至少一抽出井，通过上述注入井将上述混和气体注入一地下区域中，使上述地下区域的温度上升，通过上述抽出井抽出被上述混和气体加热而挥发的一含污染物的气体及一含污染物的地下水；一废水处理单元，用以接收上述井场单元所抽出的上述含污染物的地下水，其包含一气液分离设备、一油水分离和冷却设备、一曝气设备以及一活性碳吸附设备，上述气液分离设备连接上述井场单元与上述油水分离和冷却设备，用以挥发且回收上述含污染物的地下水中所含之挥发性有机物气体，上述油水分离和冷却设备用以冷却上述含污染物的地下水，并分离上述含污染物的地下水中的一污染物和一地下水，上述曝气设备系连接上述油水分离和冷却设备，用以回收经油水分离和冷却设备处理后的地下水中具挥发性污染物的气体，经上述曝气设备处理后的地下水则送至上述活性碳吸附设备处理后排放；以及一蒸气尾气处理单元，用以接收上述井场单元所抽出的上述含污染物的气体，其包含一热交换和气体混合设备、一高浓度尾气回收设备以及一中低浓度尾气回收设备，上述热交换和气体混合设备用于调节上述含污染物的气体至冷凝回收所需的温度和浓度，上述高浓度尾气回收设备用于将上述含污染物的气体进行冷凝，以得到一第一凝结液和一冷凝后气体，上述中低浓度尾气回收设备通过一吸附材浓缩上述冷凝后气体中的污染物，以回收污染物，并得到一第二凝结液。

较佳地，上述空压机提供的上述空气，可用以调整上述混和气体的压力、流速和蒸气量。

较佳地，上述进流蒸气调节单元还包含一第一热交换设备，用以透过上述工厂所排出的蒸气，对上述空气加热。

较佳地，上述进流蒸气调节单元还包含一调节阀，用以调整上述混和气体中蒸气与空气的比例。

较佳地，上述进流蒸气调节单元还包含一注气分配设备，用以保持上述混和气体的温度，并调整进入上述注入井的上述混和气体之注入压力及流量。

较佳地，上述注入井和上述抽出井分别至少为一竖井或一水平井。

较佳地，上述注入井至少包含一地下水位面以上的注入井以及一地下水位面以下的注入井。

较佳地，上述抽出井至少包含一地下水位面以上的抽出井以及一地下水位面以下的抽出井。

较佳地，上述废水处理单元还包含一污染物回收槽，用以储存经上述油水分离和冷却设备分离出的污染物。

较佳地，上述气液分离设备以及上述曝气设备所回收的具挥发性污染物的气体，将送入上述蒸气尾气处理单元处理。

较佳地，上述热交换和气体混合设备将上述含污染物的气体调整至高浓度尾气回收设备所需的气体浓度，其浓度范围为20000至30000ppm。

较佳地，上述热交换和气体混合设备包含一第二热交换设备以及一气体混合和调节设备。

较佳地，上述高浓度尾气回收设备包含一第一调节槽和一第一冷凝回收塔。

较佳地，上述第一调节槽用以调节进入上述第一冷凝回收塔的气体流速，流速为小于1.5m/s的层流流场。

较佳地，上述第一冷凝回收塔的冷凝温度为-5～5℃。

较佳地，上述第一冷凝回收塔的出流气体中，其污染物浓度小于5000ppm。

较佳地，上述中低浓度尾气回收设备包含一第二调节槽、一除湿冷凝设备、一吸脱附浓缩槽及一第二冷凝回收塔。

较佳地，上述第二调节槽连接上述除湿冷凝设备，上述第二调节槽用以调节进入上述除湿冷凝设备的气体流速。

较佳地，上述除湿冷凝设备连接上述吸脱附浓缩槽，上述除湿冷凝设备用以调节进入上述吸脱附浓缩槽的气体温度和湿度。

较佳地，上述吸脱附浓缩槽连接上述第二冷凝回收塔，上述吸脱附浓缩槽透过吸附材浓缩气体中的污染物，上述第二冷凝回收塔用以将上述吸脱附浓缩槽的出流气体进行冷凝。

较佳地，上述第二冷凝回收塔的冷凝后气体可导回上述除湿冷凝设备。

较佳地，上述蒸气尾气处理单元还包含一液液分离设备和回收槽，用以将上述高浓度尾气回收设备所得到的第一凝结液及上述中低浓度尾气回收设备所得到的第二凝结液进一步分离，得到一凝结水及挥发性有机物，并回收挥发性有机物，上述凝结水可再导入上述废水处理单元进行处理。

较佳地，在上述蒸气尾气处理单元中，上述高浓度尾气回收设备与上述中低浓度尾气回收设备间设有一切换阀，当上述含污染物的气体的污染浓度无法达到高浓度尾气回收设备所需的气体浓度，可将上述含污染物的气体直接送至上述中低浓度尾气回收设备进行吸脱附回收。

有别于传统的有机污染物处理设备，本实用新型所提供的系统可有效地利用工厂产生的余热处理土壤及地下水中挥发性有机物污染，同时达到处理土壤及地下水污染问题、节能、资源循环再利用的效果，为环境友善的挥发性有机污染物污染整治系统。

附图说明

图1是本实用新型之架构示意图。

附图标记说明：余热应用于处理和回收土壤及地下水中挥发性有机物污染物系统100；进流蒸气调节单元10；空压机11；第一热交换设备12；调节阀13；注气分配设备14；井场单元20；注入井21；地下水位面以上之注入井211；地下水位面以下的注入井212；抽出井22；地下水位面以上的抽出井221；地下水位面以下的抽出井222；废水处理单元30；油水分离和冷却设备31；活性碳吸附设备32；曝气设备33；气液分离设备34；污染物回收槽35；蒸气尾气处理单元40；热交换和气体调节设备41；第二热交换设备411；气体混合和调节设备412；高浓度尾气回收设备42；第一调节槽421；第一冷凝回收塔422；中低浓度尾气回收设备43；切换阀431；第二调节槽432；除湿冷凝设备433；吸脱附浓缩槽434；第二冷凝回收塔435；液液分离设备和回收槽44；蒸气S；空气A；地下区域UG；地下水位面GW。

具体实施方式

为了便于了解本实用新型，下面结合附图就本实用新型较佳实施例进行说明。

本实用新型所提供的余热应用于处理及回收土壤及地下水中挥发性有机物污染物系统100，余热来源主要是来自一工厂所排出的蒸气S，系统100包含：一进流蒸气调节单元10、一井场单元20、一废水处理单元30以及一蒸气尾气处理单元40，参见图1。

进流蒸气调节单元10用以接收工厂所排出的蒸气，目前工厂所排放的蒸气温度大多介于120℃～170℃，由于工厂管线的热蒸气压力及流速需配合井场单元20设计调节，因此进流蒸气调节单元10包含一空压机11，以提供一空气A与蒸气S进行混和形成一混和气体，用于调整进入井场单元20的蒸气压力、蒸气量与流速。此外，为避免注入的空气A与蒸气S混和后，造成注入蒸气温度不稳定，进流蒸气调节单元10可包含一第一热交换设备12，用于通过工厂产生的蒸气S，先经过第一热交换设备12对注入空气A加热。在一较佳实施例中，进流蒸气调节单元10还可包含一调节阀13和一注气分配设备14，经由调节阀13调整热蒸气与热空气比例后，再通过具保温、调整注入压力及流量功能的注气分配设备14进入井场单元20。第一热交换设备12及注气分配设备14亦具有温度调节功能，使注入混和气体可达到蒸气热处理的设计温度，此温度可视欲处理污染物的物理化学特性来决定。

井场单元20用以接收空气与蒸气混和后的混和气体，其包含至少一注入井21和至少一抽出井22，注入井21将混和气体注入一地下区域UG中，使地下区域UG自室温或略低于室温的条件下，升温至40-95℃，并以抽出井22抽出土壤及地下水中被混和气体加热而挥发含污染物的气体或/和含有污染物的地下水，此时含有污染物的地下水也可能被加热为热水。在规划井场单元20时，可设计包含多个深浅不同的注入井21及抽出井22，注入井21注入混合气体的位置及深度，可依据污染物所在位置和分布决定。

注入井21可以依实际污染物分布及加热需求来规划，注入井21可依地下水位面GW来区分，分为地下水位面以上的注入井211和地下水位面以下的注入井212，并依污染范围设计为竖井或水平井，通常水平井具有较佳的注气分散效果。抽出井22也可依地下水位面GW来区分，分为地下水位面以上的抽出井221和地下水位面以下的抽出井222，地下水位面以的抽出井221，其主要目的为抽出分散于土壤中的气体，在抽出被加热的土壤气体、热蒸气及热空气的过程，同时移除因温度升高而挥发的挥发性有机污染物，地下水位面以上的抽出井221如为竖井时，其开筛区间需大于注入井21开筛区间，以尽可能涵盖热蒸气散布范围，如为水平井时，则其井筛长度需大于注入井21开筛区间，且位于注入井21的上方及下方，地下水位面以下的抽出井222，其功能为降低地下水位面，同时抽出热蒸气及热水，亦可设置为竖井或水平井。

废水处理单元30用于接收井场单元20所抽出的含污染物的地下水，其包含一油水分离和冷却设备31以及一活性碳吸附设备32，如前所述，含有污染物的地下水也可能被加热为热水，因此需透过油水分离和冷却设备31进行冷却，而油水分离则是可依污染物的物理性质，将抽出的含污染物的地下水中污染物与地下水分离，减低后续设备操作负荷，分离的地下水再经过活性碳吸附设备32处理，而废水处理单元30还可包含一污染物回收槽35，可将经油水分离程序分离出的污染物导入其中储存，再另行进行处理，较佳地，废水处理单元30还可包含一曝气设备33，其连接油水分离和冷却设备31，用以回收经油水分离和冷却设备31处理后的地下水中具挥发性污染物的气体，并送入蒸气尾气处理单元40，经曝气设备33处理后的地下水则送至活性碳吸附设备32进行最终处理后排放。通过上述处理程序，可有效地回收残留于抽出含有污染物的地下水中的污染物，减少活性碳的用量。

因井场单元20抽出的含污染物的地下水，可能同时含有挥发性有机污染物及其挥发的气体，在一较佳的实施例中，废水处理单元30还可包含一气液分离设备34，其设于井场单元20和油水分离和冷却设备31之间，连接井场单元20和油水分离和冷却设备31，用以使井场单元20所抽出的含污染物的地下水中所含的挥发性有机物气体得以挥发，分离出含污染物的地下水中所含的气体，并可将分离气体抽出，与抽出井20抽出的含污染物的气体混合后，送入蒸气尾气处理单元40中处理回收。

蒸气尾气处理单元40则用以接收井场单元20所抽出的含污染物的气体，其包含一热交换和气体混合设备41、一高浓度尾气回收设备42以及一中低浓度尾气回收设备43。热交换和气体混合设备41包含一第二热交换设备411以及一气体混合和调节设备412，因所抽出的含污染物的气体温度大约等于或略低于注入温度，但仍高于自然环境温度，因此第二热交换设备411可将废水处理单元30的气液分离设备34及曝气设备33所回收的具挥发性污染物的气体再次加热，并通过气体混合和调节设备412与抽出井22抽出的含污染物的气体混合，以稳定其温度，降低后续的操作负荷，另外则可将气体调整至冷凝回收所需的浓度，较佳地，其浓度范围为20000至30000ppm，但本实用新型不此为限。

高浓度尾气回收设备42用于将混和气体进行冷凝，以得到一第一凝结液以及一冷凝后气体，高浓度尾气回收设备42可包含一第一调节槽421以及一第一冷凝回收塔422，第一调节槽421用以调节进入第一冷凝回收塔422的气体流速，较佳地，其中流速为小于1.5m/s的层流流场，而第一冷凝回收塔422的冷凝温度为-5℃～5℃，藉此可使离开第一冷凝回收塔422的出流气体污染物浓度降低至5000ppm以下。

中低浓度尾气回收设备43通过一吸附材(图中未示出)浓缩气体中的污染物，再以冷凝回收方式回收污染物，并得到一第二凝结液，中低浓度尾气回收设备43可包含一第二调节槽432、一除湿冷凝设备433、一吸脱附浓缩槽434以及一第二冷凝回收塔435，第二调节槽432连接除湿冷凝设备433，除湿冷凝设备433再连接吸脱附浓缩槽434，吸脱附浓缩槽434则再连接第二冷凝回收塔435，其中第二调节槽432用以调节进入除湿冷凝设备433的气体流速，除湿冷凝设备433用以调节进入吸脱附浓缩槽434的气体温度和湿度，使之符合吸脱附浓缩槽434的操作条件，经除湿冷凝设备433处理后可得到凝结液以及冷凝后气体，吸脱附浓缩槽434通过吸附材(图中未示出)浓缩冷凝后气体中的污染物，第二冷凝回收塔435则用以将吸脱附浓缩槽的出流气体进行冷凝，以得到凝结液以及冷凝后气体，较佳地，第二冷凝回收塔435的冷凝后气体可导回除湿冷凝设备433再次进行处理回收程序。

在一较佳的实施例中，蒸气尾气处理单元40还包含一液液分离设备和回收槽44，用以将高浓度尾气回收设备42(第一冷凝回收塔422)所得到的第一凝结液，以及中低浓度尾气回收设备43(除湿冷凝设备433和第二冷凝回收塔435)所得到的第二凝结液进一步分离，得到一凝结水及挥发性有机物，并回收挥发性有机物，凝结水可再导入废水处理单元30进行处理。此外，由于土壤及地下水中的污染物将随着系统操作，逐渐降低浓度而达到去除污染的改善效果，因此在蒸气尾气处理单元40中，高浓度尾气回收设备42的第一冷凝回收塔422与中低浓度尾气回收设备43的第二调节槽432间，可设有一切换阀431，当含污染物的气体的气体浓度无法达到高浓度尾气回收设备42的第一冷凝回收塔422冷凝回收所需的气体浓度，可将含污染物的气体直接送至中低浓度尾气回收设备43进行回收处理。

上述各实施例用于说明本实用新型特点，其目的在使本领域技术人员了解本实用新型内容并据以实施，而非限定本实用新型范围，因此其他未脱离本实用新型所揭示之精神而完成的等效修饰或修改，仍应落入本实用新型的保护范围。

Claims (13)

1.一种利用余热处理和回收土壤及地下水中挥发性有机物污染物的系统，其特征在于包括：

一进流蒸气调节单元，用于接收工厂所排出的蒸气，其包含一空压机，用于提供一空气以与所述蒸气进行混和形成一混和气体；

一井场单元，用于接收所述混和气体，其包含至少一注入井及至少一抽出井，通过所述注入井将所述混和气体注入一地下区域中，使所述地下区域温度上升，通过所述抽出井抽出被所述混和气体加热而挥发的一含污染物的气体及一含污染物的地下水；

一废水处理单元，用于接收所述井场单元所抽出的所述含污染物的地下水，其包含一气液分离设备、一油水分离和冷却设备、一曝气设备及一活性碳吸附设备，所述气液分离设备连接所述井场单元与所述油水分离和冷却设备，用于挥发且回收所述含污染物的地下水中所含的挥发性有机物气体，所述油水分离和冷却设备用于冷却所述含污染物的地下水，并分离出所述含污染物的地下水中的一污染物及一地下水，所述曝气设备连接所述油水分离和冷却设备，用于回收经油水分离和冷却设备处理后的地下水中具挥发性污染物的气体，经所述曝气设备处理后的地下水则送至所述活性碳吸附设备处理后排放；以及

一蒸气尾气处理单元，用于接收所述井场单元所抽出的所述含污染物的气体，其包含一热交换和气体混合设备、一高浓度尾气回收设备及一中低浓度尾气回收设备，所述热交换和气体混合设备用于调节所述含污染物的气体至冷凝回收所需温度和浓度，所述高浓度尾气回收设备用于将所述含污染物的气体进行冷凝，以得到一第一凝结液和一冷凝后气体，所述中低浓度尾气回收设备可通过一吸附材浓缩所述冷凝后气体中的污染物，以回收污染物，并得到一第二凝结液。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进流蒸气调节单元还包含一第一热交换设备，用于透过所述工厂所排出的蒸气，对所述空气加热。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进流蒸气调节单元还包含一调节阀，用于调整所述混和气体中蒸气与空气之比例。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进流蒸气调节单元还包含一注气分配设备，用于保持所述混和气体的温度，并调整进入所述注入井的所述混和气体的注入压力及流量。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述废水处理单元还包含一污染物回收槽，用于储存经所述油水分离和冷却设备分离出的污染物。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热交换和气体混合设备将所述含污染物的气体调整至冷凝回收所需的气体浓度，其浓度范围为20000至30000ppm。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热交换和气体混合设备包含一第二热交换设备以及一气体混合和调节设备。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高浓度尾气回收设备包含一第一调节槽和一第一冷凝回收塔。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一调节槽调节进入所述第一冷凝回收塔的气体流速，流速为小于1.5m/s的层流流场。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一冷凝回收塔的冷凝温度为-5～5℃。

11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中低浓度回收附设备包含一第二调节槽、一除湿冷凝设备、一吸脱附浓缩槽及一第二冷凝回收塔。

12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸气尾气处理单元还包含一液液分离设备和回收槽，用于将所述第一凝结液及所述第二凝结液进一步分离得到一凝结水及挥发性有机物，并回收挥发性有机物，所述凝结水导入所述废水处理单元处理。

13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高浓度尾气回收设备和所述中低浓度尾气回收设备间设有一切换阀。