CN206731803U - 污染场地原位复合式热解吸修复系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了种污染场地原位复合式热解吸修复系统。它包括原位电加热系统、供电控温调节系统、真空抽提系统、气体净化系统、原位生物通风系统和营养液/化学药剂注入系统;原位电加热系统包括供电设施和加热井,加热井内布置电加热管;供电控温调节系统包括温度数据收集装置、温度控制装置和可控硅整流器;真空抽提系统包括抽提井,抽提井与真空泵或抽风机相连可抽地下水或污染气体;气体净化系统包括气液分离器、碱液洗涤塔、活性炭吸附床和排风机;原位生物通风系统包括送风机,新风通过换热器与抽提的污染气体换热后获得热量再通过注入井注入污染场地。本实用新型联合运用了原位加热、生物通风和化学氧化的修复方法,具有修复效率高、结构紧凑、节省能耗等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于场地修复技术领域,尤其涉及一种污染场地原位复合式热解吸修复系统。
背景技术
土壤和地下水是构成自然生态系统的基本环境要素,也是人类赖以生存的重要自然资源。随着城市化进程的加速,大量工业污染企业外迁,遗留的污染场地通常含有大量的挥发性有机污染物(VOCs)和半挥发性有机污染物(SVOCs)。例如,化工企业排放的多环芳烃、有机卤化物、多氯联苯和有机农药等,石油工业企业由于输油管线破裂、储油罐渗漏以及加油站搬迁等形成汽油、柴油等有机物对场地土壤和地下水的污染。这些污染物多具有致癌、致畸、致突变的特点,可通过直接接触、食物链等途径危及人类生命健康安全。因此,为保障人类生存健康,亟待对有机污染场地进行修复。
热解吸技术是近年来发展迅速的一种有机污染场地修复技术,其特点是修复周期短,修复效果好。热解吸技术包括原位热解吸和异位热解吸,其中,异位热解吸技术由于修复成本高、能耗高、特别是土方运输量大、暂时储存占地面积大、容易造成二次污染等问题而未得到广泛应用。
原位热解吸技术同时运用了热传导加热技术和真空抽提技术。原位热解吸技术的加热方式包括电阻式加热、蒸汽加热和热传导加热等。其中,电阻式加热和蒸汽加热最高可以将温度升高到100℃,热传导加热则可以将温度升高到约600℃。热传导技术采用电能作为能源,将电能转换为热能直接导入地下,再通过土壤和地下水的热传导作用将热量传输至整个场地污染区域来提高场地温度,它具有加热设备简单、使用清洁能源、不涉及易燃物质存储、没有燃烧尾气排放等问题,具有较好的市场应用前景。
生物通风技术通过向土壤中注入空气或氧气,依靠微生物的好氧活动使污染物得到降解,可通过注入热空气、营养液、外源高效菌剂的方法对污染物去除效果进行强化。对热解吸处理不完全的污染物还可以通过原位化学氧化技术进行强化处理。
实用新型内容
本实用新型的目的在于:克服现有异位热解吸技术修复成本高、能耗高、容易造成二次污染且修复效果有限等缺陷,提供一种采用污染场地原位热解吸、生物通风和化学氧化联合修复技术,可工程化并适用于中小型污染场地的原位复合式热解吸修复系统。该修复系统及修复方法可适用于包气带土壤修复和饱和带土壤和地下水修复,目标污染物包括挥发性有机物、半挥发性有机物,以及一般修复技术难以有效修复的轻质和重质非水相液体;对于其他修复技术难以适用的粉质或粘性等低渗透率场地同样具有较好的处理效果。
为实现上述目的,本实用新型采用了如下技术方案:
一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,包括原位电加热系统、供电控温调节系统、地下水和污染气体真空抽提系统、气体净化系统、原位生物通风系统和营养液/化学药剂注入系统;原位电加热系统包括供电设施、导电电缆、加热井和电加热管,加热井内布置电加热管,电加热管通过场地上部的导电电缆与供电设施连接,加热井通过电加热管的热传导作用对邻近区域的污染土壤提供热量;供电控温调节系统包括依次连接的温度数据收集装置、温度控制装置和可控硅整流器,温度数据收集装置同时连接设在场地加热井内的热电偶传感器和若干个设在场地除加热井之外的其他区域内的热电偶传感器,可控硅整流器连接供电设施和加热井内的电加热管(通过导电电缆连接);地下水和污染气体真空抽提系统包括抽提井(即抽气/抽水井),抽提井通过第一管路与抽风机相连,抽风机出口通过换热器与气体净化系统的气液分离器入口连接(抽风机出口气体进入换热器进行换热后进入气体净化系统),抽提井通过第二管路与真空泵相连,真空泵出口与液体处理装置连接;在加热污染场地前先将场地地下水抽提到地面,进入液体处理装置进行处理,降低场地地下水水位,从而提高气体抽提效率,最终提高修复效率;气体净化系统包括依次连接的气液分离器、碱液洗涤塔、活性炭吸附床和排风机,污染气体依次进入净化装置最终通过排风机达标排放;原位生物通风系统:包括送风机、通风管道,通风管道与注入井连接;送风机出口通过换热器、通风管道与注入井连接(原位生物通风系统中的送风机通过在换热器中与抽提得到的污染气体换热后获得热量,通过注入井注入污染场地);营养液/化学药剂注入系统包括依次连接的营养液/化学药剂存储箱、流量计、加压泵和注入井,营养液/化学药剂通过注入井注入到污染场地中。
本实用新型联合运用了原位加热、生物通风和化学氧化的修复方法,具有修复效率高、结构紧凑、节省能耗等优点。本实用新型中,原位生物通风系统中的空气/氧气先进入换热器与污染气体换热后再注入污染场地中,一方面可充分利用加热热量,另一方面可提高污染场地中微生物的活性,从而提高污染物降解效率。
进一步,本实用新型提供一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,还可以具有这样的特征:其中,所述加热井的具体结构是:加热井的深度均穿过污染区域,并深入到最大污染深度往下至少1.5m;加热井包括钢质井套管,井套管内安装有电加热管,电加热管内安装有加热器,井套管与电加热管之间设有热电偶传感器及高温导热材料,电加热管是单头引线不锈钢电加热管,电加热管的顶部引线与导电电缆连接,且导电电缆外包绝缘材料制成的套管。
进一步,本实用新型提供一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,还可以具有这样的特征:其中,温度数据收集装置不仅连接设在场地加热井内的热电偶传感器(测加热器温度),同时连接若干个设在场地除加热井之外的其他区域内的热电偶传感器(测冷点温度),即同时对加热器温度和冷点温度进行监测,将测得的温度与设定温度进行比较,供电设施自动改变供电强度使加热器温度和冷点温度趋于设定温度。温度控制装置包括加热器温度监测和控制、冷点温度监测和控制;加热器温度监测和控制可防止加热器过热而被烧坏,冷点温度监测和控制可确保整个加热区域均达到设定温度,保证修复效果。
进一步,本实用新型提供一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,还可以具有这样的特征:其中,所述原位生物通风系统地面上的通风管道外敷设保温层;所述注入井为空气/氧气注入和化学药剂/营养液注入共用的注入井,注入井内设有共用的注入管道,且注入井内管道为多孔布料管道,管壁周围布有透过性填料,可将空气/氧气或药剂/营养液合理均匀地布设到污染土壤中。
进一步,本实用新型提供一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,还可以具有这样的特征:其中,抽提井内设有抽气和抽水共用管道(即抽气管道和抽水管道为共用管道),管道上开有花孔,管壁周围布有透过性填料;抽提井内的抽气和抽水共用管道可连接抽风机或真空泵对污染气体或地下水进行抽提。
进一步,本实用新型提供一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,还可以具有这样的特征:其中,加热井以抽提井为中心布置,且加热井数量一般为不少于每20m2一个(即每20m2至少一个);注入井则大多数布置在污染场地的边缘位置,少量注入井设置在污染场地内部中间位置,具体情况以具体的土壤条件和污染场地的面积来定。
进一步,本实用新型提供一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,还可以具有这样的特征:其中,在整个污染场地周边设平板桩墙,平板桩插入深度约为最大污染深度往下1m~2m,保证对污染场地周边区域的地下水形成有效阻隔,以防止污染场地周边区域的地下水向污染区域内渗流,这样一方面可节约加热能耗,另一方面可提高污染物抽提效率。
进一步,本实用新型提供一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,还可以具有这样的特征:其中,污染场地上方设置混凝土隔绝层,隔绝层能够避免土壤中热量的散发,防止污染气体散发到大气中,同时避免抽气井抽到外界的空气。
进一步,本实用新型提供一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,还可以具有这样的特征:其中,针对地下水位低的区域,在污染场地上方增设高渗透性的适当深度的砂质填充层,可形成更大深度的不饱和区域,提高污染气体的抽除效率。针对地下水位低的区域,在加热污染场地土壤前,先将场地地下水进行抽提处理,从而提高污染气体抽除效率和场地修复效率。
进一步,本实用新型提供一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,还可以具有这样的特征:其中,所述的注入井管道、抽提井管道和加热井管道与地面接触的部分均进行密封设计。
本实用新型的工作原理如下:原位电加热系统对污染场地进行加热,并由供电控温调节系统控制,调节供电强度,保证修复温度;地下水和污染气体真空抽提系统对污染地下水和污染气体进行抽提,抽提得到的地下水直接进入液体处理装置进行处理;抽提得到的污染气体,首先在换热器中换热,之后进入气液分离器进行分离,分离得到的液相进入液体处理装置进行处理,分离得到的气相进入碱液洗涤塔,利用碱液洗涤塔对气相污染物中的SO2、HCl等有害废气进行洗涤处理,然后进入活性炭吸附器处理后达标排放;原位生物通风系统通过注入空气/氧气提高场地内土壤微生物的活性,强化原位热解吸修复效率;营养液/化学药剂注入系统通过注入营养液,加强微生物降解效率,强化原位热解吸修复作用,提高修复效率,通过注入化学药剂,降解热解吸处理不完全的有机污染物,从而进一步提高修复效率。其中,营养液/化学药剂注入系统中的营养液能提供土壤中微生物降解有机物过程中所缺乏的营养物质、微量元素等,同时能激发微生物的活性,促进微生物的降解效率;化学药剂为过氧化氢、高锰酸盐等氧化剂,通过注入化学药剂可降解热解吸处理不完全的有机污染物,从而进一步提高修复效率。
本实用新型的有益效果如下:
本实用新型提供了一种污染场地原位热解吸、生物通风和化学氧化联合修复的技术,它克服了现有异位热解吸技术修复成本高、能耗高、容易造成二次污染且修复效果有限等缺陷,提出了一种可工程化并适用于中小型污染场地的原位复合式热解吸修复系统。该修复系统及修复方法可适用于包气带土壤修复和饱和带土壤和地下水修复,目标污染物包括挥发性有机物、半挥发性有机物,以及一般修复技术难以有效修复的轻质和重质非水相液体;对于其他修复技术难以适用的粉质或粘性等低渗透率场地同样具有较好的处理效果。
本实用新型的污染场地原位复合式热解吸修复系统,具有如下特点:
(1)本实用新型直接将电能转化为热能,不需要设置燃烧系统和燃料储存系统,没有燃烧尾气排放,整个加热管长度上发热均匀。
(2)本实用新型采用控温调节系统,其中,温度数据收集装置同时连接设在场地加热井内的热电偶传感器和若干个设在场地其他区域内的热电偶传感器,即同时对加热器温度和冷点温度进行监测,将测得的温度与设定温度进行比较,自动改变供电强度使加热器温度和冷点温度趋于设定温度。加热器温度监测和控制可防止加热器过热而被烧坏,冷点温度监测和控制可确保整个加热区域均达到设定温度,保证修复效果。
(3)本实用新型采用在整个污染场地周边设平板桩墙,保证对污染场地周边区域的地下水形成有效阻隔,以防止污染场地周边区域的地下水向污染区域内渗流,在节约加热能耗的同时也提高了污染物抽提效率。
(4)本实用新型针对地下水位低的区域,提出两种可行的解决措施,一种是在污染场地上方增设高渗透性的适当深度的砂质填充层,可形成更大深度的不饱和区域,提高污染气体的抽除效率;另一种是在加热污染场地土壤前,先将场地地下水进行抽提处理,提高了污染气体抽除效率和场地修复效率。
(5)本实用新型中污染气体经抽提井抽出至地面后,仍处于高温状态。本实用新型对污染气体带出的热量进行二次利用,污染气体首先在换热器中与通风管道中的空气/氧气进行换热,然后经气体净化系统处理后排放。该设计热能利用率高,增强生物通风修复效果的同时降低了污染气体的温度,有利于后续的气液分离和尾气处理。
(6)本实用新型联合运用了原位热解吸、生物通风和化学氧化修复的技术,提高修复效率的同时保证了污染物达到修复目标值。
附图说明
图1是本实用新型的原位复合式热解吸修复系统的结构示意图。
图2是本实用新型中的供电控温调节系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图来说明本实用新型的具体实施方式。
如图1、图2所示,本实用新型提供一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,包括以下几个部分:(1)原位电加热系统、(2)供电控温调节系统、(3)地下水和污染气体真空抽提系统、(4)气体净化系统、(5)原位生物通风系统、(6)营养液/化学药剂注入系统。
各部分的作用如下:(1)原位电加热系统:对污染场地进行加热;(2)供电控温调节系统:控制加热温度,调节供电强度,保证修复温度;(3)地下水和污染气体真空抽提系统:对污染地下水和污染气体进行抽提,抽提得到的地下水直接进入液体处理装置进行处理;(4)气体净化系统:抽提得到的污染气体进入气体净化系统处理达标后排放;(5)原位生物通风系统:通过注入空气/氧气加强场地内土壤微生物作用,强化原位热解吸修复;(6)营养液/化学药剂注入系统:通过注入营养液,加强微生物降解效率,强化原位热解吸修复作用,提高修复效率;通过注入化学药剂,降解热解吸处理不完全的有机污染物,从而进一步提高修复效率。
各部分的具体结构如下:
(1)原位电加热系统:包括供电设施110、导电电缆120、加热井130和电加热管140,加热井130内布置电加热管140,电加热管140通过场地上部的导电电缆120与供电设施110连接,加热井130通过电加热管140的热传导作用对邻近区域的污染土壤提供热量。
其中,所述加热井130的具体结构是:加热井130的深度均穿过污染区域,并深入到最大污染深度往下至少1.5m;加热井包括钢质井套管150,井套管150内安装有电加热管140,电加热管140内安装有加热器,井套管150与电加热管140之间设有热电偶传感器10及高温导热材料,电加热管140是单引线不锈钢加热管,电加热管140的顶部引线与导电电缆120连接,且导电电缆120外包绝缘材料制成的套管。
(2)供电控温调节系统:包括依次连接的温度数据收集装置210、温度控制装置220和可控硅整流器230,温度数据收集装置210连接设在场地加热井130内和若干个设在场地除加热井之外的其他区域内的热电偶传感器10,可控硅整流器230连接供电设施110和加热井内的电加热管140;温度收集装置210同时对加热器温度和冷点温度进行监测,将测得的温度与设定温度进行比较,供电设置自动改变供电强度使加热器温度和冷点温度趋于设定温度;加热器温度监测和控制可防止加热器过热而被烧坏,冷点温度监测和控制可确保整个加热区域均达到设定温度,保证修复效果。
(3)地下水和污染气体真空抽提系统:包括抽提井310(即抽气/抽水井),抽提井310通过第一管路320与抽风机330相连,抽风机330出口气体进入换热器20进行换热后进入气体净化系统;抽提井310通过第二管路340与真空泵350相连,在加热污染场地前先将场地地下水抽提到地面,进入液体处理装置360进行处理,降低场地地下水水位,从而提高气体抽提效率,最终提高修复效率。第一管路和第二管路上均设有阀门370。
(4)气体净化系统:包括气液分离器410、碱液洗涤塔420、活性炭吸附床430和排风机440,污染气体依次进入净化装置最终通过排风机440达标排放。
(5)原位生物通风系统:包括送风机510、通风管道520;送风机510出口通过换热器20、通风管道520与注入井650连接;注入井650为空气/氧气注入和化学药剂/营养液注入共用的注入井,注入井650内设有共用的注入管道;送风机510送入的空气/氧气通过在换热器20中与抽提得到的污染气体换热后获得热量,经通风管道520并通过注入井650内的注入管道注入污染场地,通风管道上设有阀门540。原位生物通风系统中的空气/氧气先进入换热器20与污染气体换热后再注入污染场地中,一方面可充分利用加热热量,另一方面可提高污染场地中微生物的活性,从而提高污染物降解效率。
(6)营养液/化学药剂注入系统:包括依次连接的营养液/化学药剂存储箱610、流量计620、加压泵630、注入管道640和注入井650(注入井650为空气/氧气注入和药剂/营养液注入共用的注入井,注入管道640的末段插入注入井650内,注入井内为共用的注入管道),其中,注入管道640上设有阀门660。营养液/化学药剂经流量计620计量,通过加压泵630加压,并通过注入井650、注入管道640注入到污染场地中。
本实施例中,通风管道520外敷设保温层;空气/氧气注入与药剂/营养液注入共用同一个注入井650,且注入井650内管道为多孔布料管道,管壁周围布有透过性填料,将空气/氧气或药剂/营养液合理均匀地布设到污染土壤中。
本实施例中,抽提井310内设有抽气和抽水共用管道(即抽气管道和抽水管道为共用管道),管道上开有花孔,管壁周围布有透过性填料;抽提井310内的抽气和抽水共用管道可连接抽风机330或真空泵350对污染气体或地下水进行抽提。
本实施例中,在整个污染场地周边设平板桩墙30,平板桩插入深度约为最大污染深度往下1m~2m,保证对污染场地周边区域的地下水形成有效阻隔,以防止污染场地周边区域的地下水向污染区域内渗流,这样一方面可节约加热能耗,另一方面可提高污染物抽提效率。
本实施例中,加热井130的深度均穿过污染区域,并深入到最大污染深度往下1.5m。加热井130以抽提井310为中心布置,且加热井数量为每20m2一个,注入井则大多数布置在污染场地的边缘位置,少量注入井设置在污染场地内部中间位置。
本实施例中,在污染场地上方设置混凝土隔绝层50,隔绝层50能够避免土壤中热量的散发,防止污染气体散发到大气中,同时避免抽气井抽到外界的空气。注入井650管道、抽提井310管道和加热井130管道与地面接触的部分均为密封设计。
本实施例中,针对地下水位低的区域,在污染场地上方,混凝土隔绝层下方增设深度约为1m的高渗透性清洁砂质填充层40,可形成更大深度的不饱和区域,提高污染气体的抽除效率。
本实施例中,针对地下水位低的区域,在加热污染场地土壤前,先将场地地下水进行抽提处理,从而提高污染气体抽除效率和场地修复效率。
Claims (10)
1.一种污染场地原位复合式热解吸修复系统,其特征在于,包括:原位电加热系统、供电控温调节系统、地下水和污染气体真空抽提系统、气体净化系统;
所述原位电加热系统,包括供电设施、导电电缆、加热井和电加热管;加热井内布置电加热管,电加热管通过场地上部的导电电缆与供电设施连接;
所述供电控温调节系统,包括依次连接的温度数据收集装置、温度控制装置和可控硅整流器;温度数据收集装置同时连接设在场地加热井内的热电偶传感器和若干个设在场地除加热井外的其他区域内的热电偶传感器;可控硅整流器连接供电设施和加热井内的电加热管;
所述地下水和污染气体真空抽提系统,包括抽提井,抽提井通过第一管路与抽风机相连,抽风机出口通过换热器与气体净化系统的气液分离器入口连接;抽提井通过第二管路与真空泵入口相连,真空泵出口与液体处理装置连接;
所述气体净化系统包括依次连接的气液分离器、碱液洗涤塔、活性炭吸附床和排风机。
2.根据权利要求1所述的污染场地原位复合式热解吸修复系统,其特征在于:所述的污染场地原位复合式热解吸修复系统,还包括:原位生物通风系统、营养液/化学药剂注入系统;
所述营养液/化学药剂注入系统包括依次连接的营养液/化学药剂存储箱、流量计、加压泵、注入管道和注入井;
所述原位生物通风系统包括送风机、通风管道;送风机出口通过换热器、通风管道与注入井连接。
3.根据权利要求1或2所述的污染场地原位复合式热解吸修复系统,其特征在于:加热井的深度均穿过污染区域,并深入到最大污染深度往下至少1.5m;加热井包括钢质井套管,井套管内安装电加热管,电加热管内安装有加热器,井套管与电加热管之间设有热电偶传感器及高温导热材料,电加热管的顶部引线与导电电缆连接,且导电电缆外包绝缘材料制成的套管。
4.根据权利要求3所述的污染场地原位复合式热解吸修复系统,其特征在于:电加热管是单头引线不锈钢电加热管。
5.根据权利要求2所述的污染场地原位复合式热解吸修复系统,其特征在于:所述原位生物通风系统地面上的通风管道外敷设保温层;所述注入井为空气/氧气注入和药剂/营养液注入共用的注入井,注入井内设有共用的注入管道,且注入井内管道为多孔布料管道,管壁周围布有透过性填料,可将空气/氧气或化学药剂/营养液合理均匀地布设到污染土壤中。
6.根据权利要求1或2所述的污染场地原位复合式热解吸修复系统,其特征在于:抽提井内设有抽气和抽水共用管道,管道上开有花孔,管壁周围布有透过性填料;抽提井内的抽气和抽水共用管道可连接抽风机或真空泵对污染气体或地下水进行抽提。
7.根据权利要求2所述的污染场地原位复合式热解吸修复系统,其特征在于:加热井以抽提井为中心布置,且加热井数量为每20m2至少一个;注入井大多数布置在污染场地的边缘位置,少量注入井设置在污染场地内部中间位置。
8.根据权利要求1或2所述的污染场地原位复合式热解吸修复系统,其特征在于:在整个污染场地周边设置有平板桩墙,平板桩插入深度为最大污染深度往下1m~2m。
9.根据权利要求1或2所述的污染场地原位复合式热解吸修复系统,其特征在于:在污染场地上方设置有混凝土隔绝层;针对地下水位低的区域,在污染场地上方增设高渗透性的适当深度的砂质填充层。
10.根据权利要求2所述的污染场地原位复合式热解吸修复系统,其特征在于:所述的注入井管道、抽提井管道和加热井管道与地面接触的部分均为密封设计。
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