CN207086558U - 一种修复土壤VOCs污染的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及环保技术领域，具体而言，涉及一种修复土壤VOCs污染的装置，所述装置包括蒸汽注射井和药液注射井，所述蒸汽注射井和药液注射井穿过受污染土壤区域，达到未被污染的土壤；所述蒸汽注射井通过高压气泵与蒸汽锅炉相连；所述蒸汽注射井由蒸汽输送管路和蒸汽喷射头组成，所述蒸汽喷射头上设置有蒸汽喷射气孔；所述药液注射井通过加药阀门和加药泵与加药箱相连。该工艺具有设备简单，只需打孔钻洞，原位修复，工程量小，且修复效果好的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及环保技术领域，具体而言，涉及一种修复土壤VOCs污染的装置。
背景技术
各种工业活动，包括化工生产、机械制造、金属冶炼等，造成大量的污染物被扩散到各种环境介质中。其中人类活动对土壤的污染，由于其隐蔽性和长期性，是最难解决的问题。西方国家从70年代起开始从事污染场地的修复工作，大量的资金被投入到大大小小的修复项目上。在美国，每年投入的修复资金在100亿美元到200亿美元之间；可就算如此，美国环保署2004年的一项估计指出，在美国仍然有接近30万个污染场地需要治理，需要的资金在几千亿美元以上。
随着我国经济的快速发展，汽车数量急剧上升，加油站和地下储油罐的数量与日俱增。根据目前已有的监测结果，我国污染程度远远大于西方国家的污染状况。有估计指明，要完全修复目前已经污染的各种场地，需要投入几十万亿的修复资金。由于输油管道、储油罐渗漏，含油污水排放，落地油，农药等原因，大量油类污染物，农药类污染物进入土壤，还有石油和化工工业对土壤造成的污染，尤其是其中的大量挥发性有机物，破坏了土壤本身的生态系统，对地下水也构成威胁，严重危害人类健康。挥发性有机物作为一类特殊的土壤污染物有不同于其他污染物的污染特性，并因其成分的复杂性和危害性，被列为环境中潜在危险性大、应优先控制的污染物。因此，如何合理、有效地处置、修复挥发性有机污染土壤已成为亟待解决的问题。
目前，国内挥发性有机物污染场地面积广，污染程度深浅不一，且污染物组分复杂，严重限制着城市的发展与扩容。针对工业挥发性有机物(Volatile OrganicCompounds,VOCs)污染的土壤，现有的修复技术主要有气相抽提、热解吸、水泥窖焚烧和填埋等。但气相抽提技术运行时间长，无法满足城市内工业污染场地嗜待开发的需求；热解吸成本较高，无法用来处理大批量的污染土壤；焚烧和填埋技术二次污染风险大，成本较高且处理量有限。所以，传统的土壤修复技术难以满足日益变化的市场需求。
有鉴于此，特提出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种修复土壤VOCs污染的装置及该基于该装置的修复土壤的方法，该工艺具有设备简单，只需打孔钻洞，原位修复，工程量小，且修复效果好的优点。
为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：
本实用新型涉及一种修复土壤VOCs污染的装置，包括蒸汽注射井和药液注射井，所述蒸汽注射井和药液注射井穿过受污染土壤区域，达到未被污染的土壤；
所述蒸汽注射井通过高压气泵与蒸汽锅炉相连；所述蒸汽注射井由蒸汽输送管路和蒸汽喷射头组成，所述蒸汽喷射头上设置有蒸汽喷射气孔；
所述药液注射井通过加药阀门和加药泵与加药箱相连。
针对VOCs有机物污染的土壤修复使用氧化剂通过药液直推注射井注入土壤层，然后通过原位热脱附技术工艺达到氧化净化的目的，原理为在提升土壤温度的作用下挥发性有机物从土壤中溢出和预先注入的强氧化剂混合并发生氧化反应，达到净化土壤的效果。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述加药箱内盛装有氧化药剂。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述氧化药剂为双氧水溶液。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述蒸汽注射井和药液注射井的数量为一个或多个；
当所述蒸汽注射井和药液注射井的数量为多个时，所述蒸汽注射井和药液注射井相间排列。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，相邻的蒸汽注射井和药液注射井之间的距离为500mm～15000mm。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述蒸汽注射井和药液注射井的口径均为100mm～200mm。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述蒸汽注射井和药液注射井的入土深度均为5m～10m。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述蒸汽喷射气孔排列成环状分布于所述蒸汽喷射头的外壁上；
更优选的，所述蒸汽喷射气孔的直径为0.5mm～1.5mm；
更优选的，所述蒸汽喷射气孔排列成环状时，每个喷射头气孔间距为2.5mm～3.5mm；
更优选的，所述蒸汽喷射气孔排列成的环状时，每环仅有一行蒸汽喷射气孔；所述环为1～8个；更优选的，沿所述蒸汽喷射头径向每相邻的两环均平行，且距离为45～55mm。
本实用新型还涉及一种基于如上所述的装置的修复土壤VOCs污染的方法，包括：
在待处理的污染土壤区域设置蒸汽注射井和药液注射井，氧化剂由药液注射井注入后，通过蒸汽注射井对污染土壤注射蒸汽进行加热，将污染物转化为气态并与氧化剂混合并发生氧化反应，氧化产物以蒸汽的形式挥发至空气或结合于土壤当中。
优选的，如上所述的方法，蒸汽渗透速率为4cm/s～10cm/s。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
1)、本工艺的药剂应用为瞬时氧化药剂，可在极短的时间内氧化去除挥发性有机物，不会出现有机物在地表的挥发散溢，而造成二次污染；
2)、本工艺可适用于高浓度的挥发性有机物污染的土壤修复，土壤类型以高渗透型为主，具有设备简单，不需要全部把土移位，只需打孔钻洞，原位修复，工程量小，效果好等优点；
3)、本工艺对比于其他工艺，具有造价成本低，易于操作，氧化彻底的优点，能够一次性解决污染源，而不会出现处理后再次挥发性有机物反弹的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型所提供的修复土壤VOCs污染的装置的俯视示意图；
图2为本实用新型所提供的蒸汽注射井的蒸汽输送管路及蒸汽喷射头的示意图。
附图标记：
蒸汽注射井-1；
蒸汽输送管路-101；蒸汽喷射头-102；
药液注射井-2。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。
在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。
如图1和图2所示，本实用新型涉及一种修复土壤VOCs污染的装置，包括蒸汽注射井-1和药液注射井-2，所述蒸汽注射井-1和药液注射井-2穿过受污染土壤区域，达到未被污染的土壤；
所述蒸汽注射井-1通过高压气泵与蒸汽锅炉相连；所述蒸汽注射井-1由蒸汽输送管路-101和蒸汽喷射头-102组成，所述蒸汽喷射头上设置有蒸汽喷射气孔；
所述药液注射井-2通过加药阀门和加药泵与加药箱相连。
针对VOCs有机物污染的土壤修复使用氧化剂通过药液直推注射井注入土壤层，然后通过原位热脱附技术工艺达到氧化净化的目的，原理为在提升土壤温度的作用下挥发性有机物从土壤中溢出和预先注入的强氧化剂混合并发生氧化反应，达到净化土壤的效果。
优选的，所述修复土壤VOCs污染的装置还包括保温层，所述保温层设置于受污染土壤区域表面。
保温层可以防止热量散失，从而节约蒸汽注射井-1产生的热能。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述加药箱内盛装有氧化药剂。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述氧化药剂为双氧水溶液。
双氧水氧化药剂母液的一个配方如下表所示：
| 体积密度 | 0.8～1.05g/cm3 |
| 活性氧化剂 | 17％ |
| 含水量 | 20％(最大) |
| pH值(3％溶液) | 约10.2 |
| 含有 | 稳定剂 |
氧化药剂按照注射井分布情况注入土壤，药剂在使用前首先配置成体积百分浓度5％的溶液，以溶液的形式直推注入污染土壤。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述蒸汽注射井-1和药液注射井-2的数量为一个或多个；
当所述蒸汽注射井-1和药液注射井-2的数量为多个时，所述蒸汽注射井-1和药液注射井-2相间排列。
相间排列可最大程度地提高土壤净化的效率。如图1所示，蒸汽注射井-1和药液注射井-2可排列成矩阵的形状，每个蒸汽注射井-1都与药液注射井-2相邻。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，相邻的蒸汽注射井-1和药液注射井-2之间的距离为500mm～15000mm；
更优选的，相邻的蒸汽注射井-1和药液注射井-2之间的距离为2000mm～13000mm，或4000mm～11000mm，或6000mm～9000mm，7000mm～8000mm。
蒸汽注射井-1和药液注射井-2之间的具体距离需要根据不同的土壤的特性(如渗透性等)，不同的VOCs含量来确定。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述蒸汽注射井-1和药液注射井-2的口径均为100mm～200mm；
更优选的，所述蒸汽注射井-1和药液注射井-2的口径均为120mm～180mm，或140mm～160mm，150mm。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述蒸汽注射井-1和药液注射井-2的入土深度均为5m～10m；更优选的，入土深度均为6m～9m，或7m～8m。
入土深度需要根据具体的土壤污染深度来确定，5m～10m的深度在一般情况下均可行。由于本实用新型是采用原位热脱附技术对VOCs进行加热，蒸汽会向上运动，因此所述蒸汽注射井-1和药液注射井-2的出口在理想情况下应该正好位于污染区域的下方一点。
优选的，如上所述的修复土壤VOCs污染的装置，所述蒸汽喷射气孔排列成环状分布于所述蒸汽喷射头-102的外壁上；
更优选的，所述蒸汽喷射气孔的直径为0.5mm～1.5mm，更优选为1mm；
更优选的，所述蒸汽喷射气孔排列成环状时，每个喷射头气孔间距为2.5mm～3.5mm，更优选为2mm；
此间距指的是每个喷射头气孔沿着所述蒸汽喷射头-102的弧形表面的弧线距离；
更优选的，所述蒸汽喷射气孔排列成的环状时，每环仅有一行蒸汽喷射气孔；所述环为1～8个，更优选为2～6个，或3～4个；更优选的，沿所述蒸汽喷射头径向每相邻的两环均平行，且距离为45～55mm，更优选为47～53mm，或50mm。
本实用新型还涉及一种基于如上所述的装置的修复土壤VOCs污染的方法，包括：
在待处理的污染土壤区域设置蒸汽注射井和药液注射井，氧化剂由药液注射井注入后，通过蒸汽注射井对污染土壤注射蒸汽进行加热，将污染物转化为气态并与氧化剂混合并发生氧化反应，氧化产物以蒸汽的形式挥发至空气或结合于土壤当中。
氧化剂注入后，通过原位热脱附技术对污染土壤加热，促使有机物挥发溢出，此目的实现为以高温蒸汽注入方式对土壤实现加热，适用于高度渗透性土壤，此技术是将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，通过控制系统温度和物料停留时间促使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离。它可以使土壤中的有机化合物挥发和裂解，当污染物转化为气态之后，其流动性将大大提高，挥发出来的气态产物和注射井内的氧化剂混合并发生氧化反应，最终以二氧化碳和水的形式挥发至空气或结合于土壤当中。此工艺的优点在于只需打孔钻洞，工程量小，超过95％的污染物在原位降解，消除污染物迁移风险，最小化地面处置系统的负荷。原位热脱附技术可用于处理的污染物主要为含氯有机物，半挥发性有机物，石油烃类，多环芳烃，多氯联苯以及农药等。目前，热脱附技术在石化工厂、地下油库、木料加工厂和农药库房等区域以及在一些污染物源头修复治理工作中广泛应用。
优选的，如上所述的方法，蒸汽渗透速率为4cm/s～10cm/s；更优选为6cm/s～8cm/s，或7cm/s。
蒸汽渗透速率影响着VOCs污染物的扩散效率和氧化效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种修复土壤VOCs污染的装置，其特征在于，包括蒸汽注射井和药液注射井，所述蒸汽注射井和药液注射井穿过受污染土壤区域，达到未被污染的土壤；
所述蒸汽注射井通过高压气泵与蒸汽锅炉相连；所述蒸汽注射井由蒸汽输送管路和蒸汽喷射头组成，所述蒸汽喷射头上设置有蒸汽喷射气孔；
所述药液注射井通过加药阀门和加药泵与加药箱相连。
2.根据权利要求1所述的修复土壤VOCs污染的装置，其特征在于，所述加药箱内盛装有氧化药剂。
3.根据权利要求2所述的修复土壤VOCs污染的装置，其特征在于，所述氧化药剂为双氧水溶液。
4.根据权利要求1所述的修复土壤VOCs污染的装置，其特征在于，所述蒸汽注射井和药液注射井的数量为一个或多个；
当所述蒸汽注射井和药液注射井的数量为多个时，所述蒸汽注射井和药液注射井相间排列。
5.根据权利要求1所述的修复土壤VOCs污染的装置，其特征在于，相邻的蒸汽注射井和药液注射井之间的距离为500mm～15000mm。
6.根据权利要求1所述的修复土壤VOCs污染的装置，其特征在于，所述蒸汽注射井和药液注射井的口径均为100mm～200mm。
7.根据权利要求1所述的修复土壤VOCs污染的装置，其特征在于，所述蒸汽注射井和药液注射井的入土深度均为5m～10m。
8.根据权利要求1所述的修复土壤VOCs污染的装置，其特征在于，所述蒸汽喷射气孔的直径为0.5mm～1.5mm。
9.根据权利要求1所述的修复土壤VOCs污染的装置，其特征在于，所述蒸汽喷射气孔排列成环状分布于所述蒸汽喷射头的外壁上。
10.根据权利要求9所述的修复土壤VOCs污染的装置，其特征在于，所述蒸汽喷射气孔排列成环状时，每个喷射头气孔间距为2.5mm～3.5mm；
所述蒸汽喷射气孔排列成的环状时，每环仅有一行蒸汽喷射气孔；所述环为1～8个；沿所述蒸汽喷射头径向每相邻的两环均平行，且距离为45mm～55mm。
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