CN213316805U - 一种污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，包括蒸汽注入单元(1)、废水抽提单元(2)、废气抽提单元(3)、废水收集罐(4)、废气冷凝单元(5)和废气处理单元(6)，蒸汽注入单元(1)含有依次连接的蒸汽注入井(11)，废水抽提单元(2)含有废水抽提井(21)，废气抽提单元(3)含有废气抽提井(31)。该污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统采用蒸汽注入地下对污染场地进行加热，并配合废水收集罐、废气冷凝单元和废气处理单元，解决了现行污染场地原位热脱附修复过程中由于地下水量降低引起的地面塌陷等安全隐患，并减少了热量随地下水流失的问题，提高了土壤修复效率，缩短了修复周期。

Description

一种污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统

技术领域

本实用新型涉及土壤污染处理领域，具体的是一种污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统。

背景技术

热脱附(Thermal Desorption)技术可广泛适用于挥发性有机物、半挥发性有机物、石油烃类或汞污染场地的原位或者异位修复。该技术通过直接或间接加热的方式，将污染土壤加热至接近甚至超过目标污染物的沸点，通过控制加热温度和加热时间有选择地促使目标污染物解吸、气化、挥发、分解或者增加其流动性，使目标污染物与土壤介质分离、去除，从而实现污染场地修复的目的。

原位热脱附修复技术可以在污染场地原位实施，无需对污染土壤进行开挖等作业，主要由场地原位加热单元、污染物抽提单元以及废水/废气处理装置等构成构成。其中场地原位加热单元对污染土壤持续加热，使受污染的土壤逐步升温达到目标修复温度并维持一定时间，从而可将目标污染物从原本赋存的土壤介质分离去除。在高温条件下抽提系统会将目标污染物通过土壤气的形式从地下污染区域转移至地面进行回收。该技术对污染物的污染程度和场地地质和水文地质条件不敏感，可以有效修复重污染、地质和水文地质条件复杂的污染场地。

中国发明专利CN 107685073 A，公开日期2018年2月13日，公开了《一种用于污染场地的集中燃烧式原位热脱附修复装置》，其中包含燃烧传热和余热回收单元、抽提冷凝和气液分离单元、地下水流控制单元、土壤气体控制单元、废气处理单元、废水处理单元。该装置采用燃气燃烧，用热烟气对土壤进行加热，需要稳定燃气供应，保证装置稳定运行。

中国发明专利CN 109351766 A，公开日期2019年2月19日，公开了一种《污染土壤燃气原位热脱附修复系统》，其中包括燃气加热单元、尾气抽提单元以及与尾气抽提单元连接的尾气净化单元，燃气加热单元采用燃烧器和竖直加热主井，有效地提高原位热脱附修复效果及效率，但是也同样需要稳定的燃气供应，保证装置稳定运行。

中国发明专利CN 106734151 A，公开日期2017年5月31日，公开了一种《用于VOCs污染场地的电阻加热原位热脱附修复系统》，其中采用电阻加热污染土壤，其缺点是污染场地临时大功率用电难以配备。

目前，原位热脱附修复技术在国内污染场地修复中的工程应用仍然较为有限，主要以电加热或者燃烧烟气加热的方式为主，电加热方式为U型电热丝，经过长期高温加热，会导致电阻丝发生变形，与自身或外部保护钢管发生接触导致短路、接地，从而使加热器损坏，且临时性的大规模用电不易获取，能耗较高。采用燃烧烟气方式其装置造价较高，并且能耗较大，效率较低。此外，目前应用的原位热脱附系统对地下水流态控制困难，影响场地升温效果，抽提出的污染物冷凝回收效率低，高湿度废气处理难度大，携带到地面的废水性质复杂，需要配套完善的污水处理单元，增加系统复杂程度。

实用新型内容

为了解决现有原位热脱附装置热源容易受限的问题，本实用新型提供了一种污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，该污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统采用蒸汽注入地下对污染场地进行加热，并配合废水收集罐、废气冷凝单元和废气处理单元，解决了现行污染场地原位热脱附修复过程中由于地下水量降低引起的地面塌陷等安全隐患，并减少了热量随地下水流失的问题，提高了土壤修复效率，缩短了修复周期。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，包括蒸汽注入单元、废水抽提单元、废气抽提单元、废水收集罐、废气冷凝单元和废气处理单元，蒸汽注入单元含有依次连接的蒸汽注入井和蒸汽供应装置，废水抽提单元含有废水抽提井，废水抽提井与废水收集罐连接，废气抽提单元含有废气抽提井，废气抽提井、废气冷凝单元和废气处理单元依次连接。

蒸汽注入井内含有内外套设的内管和外管，内管与外管之间形成环形空腔，内管的下端高于外管的下端。

蒸汽供应装置通过蒸汽供应管线与内管连接，蒸汽供应装置通过蒸汽返回管线与外管连接。

蒸汽供应管线上设有蒸汽注入调节阀，蒸汽返回管线上设有蒸汽排出调节阀，外管的下端设有排气通孔。

废水抽提井通过废水抽提管线与废水收集罐连接，废水抽提管线上设有抽水泵。

废水抽提井的数量少于蒸汽注入井的数量，废水抽提井的深度大于蒸汽注入井的深度。

废气抽提井的深度等于蒸汽注入井的深度，废气抽提井、废气冷凝单元和废气处理单元通过废气抽提管线依次连接，废气抽提管线上设有风机，风机位于废气冷凝单元和废气处理单元之间。

废气冷凝单元含有间接换热冷凝器和冷水机，间接换热冷凝器含有管程入口、管程出口、壳程气体入口、壳程气体出口壳程液体出口，间接换热冷凝器的管程入口和管程出口均与冷水机连接，间接换热冷凝器的壳程气体入口和壳程气体出口均与废气抽提管线连接，间接换热冷凝器的壳程液体出口通过排液管线与废水收集罐连接。

废气处理单元含有依次连接的干燥箱和碳吸附罐，干燥箱通过废气抽提管线与间接换热冷凝器的管程出口连接。

蒸汽注入井的数量与废水抽提井的数量之比为1：1至2:1，蒸汽注入井的数量与废气抽提井的数量之比为1：1至5：1。

本实用新型的有益效果是：

1、采用蒸汽作为热源，制取蒸汽技术成熟、安全、可靠，而且可利用炼化厂现有余热蒸汽，减少了原位修复装置水、电、气等一次能源消耗，特别适用于在役炼厂污染场地的修复，解决了装置难以获得临时性大功率用电、用水、用气的问题，热能来源广泛、工艺适用性强；

2、采用蒸汽对污染场地进行原位加热，抽提脱除场地的污染物。蒸汽注入地下形成冷凝水，在抽提井抽吸作用下对污染土壤颗粒具有定向淋洗作用，利于脱出水溶性污染物；

3、利用蒸汽对石油化工污染场地进行修复可以提高污染物的挥发性的同时，冷凝水有效补充地下水，避免因地下水蒸发引起的地面塌陷等风险。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是蒸汽注入单元的示意图。

图2是废水抽提单元的示意图。

图3是废气抽提单元、废气冷凝单元和废气处理单元的简要示意图。

图4是废气抽提单元、废气冷凝单元和废气处理单元的连接示意图。

图5是蒸汽注入井、废水抽提井和废气抽提井的平面位置关系示意图。

1、蒸汽注入单元；2、废水抽提单元；3、废气抽提单元；4、废水收集罐；5、废气冷凝单元；6、废气处理单元；7、排液管线；

11、蒸汽注入井；12、蒸汽供应装置；13、内管；14、外管；15、蒸汽供应管线；16、蒸汽返回管线；17、蒸汽注入调节阀；18、蒸汽排出调节阀；19、排气通孔；

21、废水抽提井；22、废水抽提管线；23、抽水泵；

31、废气抽提井；32、废气抽提管线；33、风机；

51、间接换热冷凝器；52、冷水机；

511、管程入口；512、管程出口；513、壳程气体入口；514、壳程气体出口；515、壳程液体出口；

61、干燥箱；62、碳吸附罐。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，包括蒸汽注入单元1、废水抽提单元2、废气抽提单元3、废水收集罐4、废气冷凝单元5和废气处理单元6，蒸汽注入单元1含有依次连接的蒸汽注入井11和蒸汽供应装置12，废水抽提单元2含有废水抽提井21，废水抽提井21与废水收集罐4连接，废气抽提单元3含有废气抽提井31，废气抽提井31、废气冷凝单元5和废气处理单元6依次连接，如图1至图5所示。

在本实施例中，蒸汽注入井11内含有内外套设的内管13和外管14，内管13的轴线与外管14的轴线重合，内管13与外管14之间形成环形空腔，内管13的下端高于外管14的下端。蒸汽供应装置12通过蒸汽供应管线15与内管13连接，蒸汽供应装置12通过蒸汽返回管线16与外管14连接，如图1所示。

蒸汽供应装置12通过蒸汽供应管线15向内管13中注入高温蒸汽，该高温蒸汽依次流过内管13和所述环形空腔并放热，该高温蒸汽对蒸汽注入井11周围的土壤加热，该高温蒸汽放热后通过蒸汽返回管线16返回至蒸汽供应装置12重新加热。蒸汽供应装置12可以为石油化工厂的蒸汽锅炉或余热锅炉。蒸汽供应管线15和蒸汽返回管线16可以为石油化工厂的蒸汽管线。

在本实施例中，蒸汽供应管线15上设有蒸汽注入调节阀17，蒸汽返回管线16上设有蒸汽排出调节阀18，蒸汽注入调节阀17和蒸汽排出调节阀18用于调节调节蒸汽流量。外管14的下端设有排气通孔19。该高温蒸汽可以通过排气通孔19进入到被污染的土壤中，对污染土壤进行加热，使土壤中的污染物气化从土壤中分离出来。

在本实施例中，废水抽提井21通过废水抽提管线22与废水收集罐4连接，废水抽提管线22上设有抽水泵23，如图2所示。废水抽提井21可以降低污染土壤地下水位，抽水泵23可以将废水抽提井21中的水(包括蒸汽冷凝水)通过废水抽提管线22抽提上来，并输送至废水收集罐4内储存，以待进一步处理。

在本实施例中，废水抽提井21的数量可以少于蒸汽注入井11的数量，废水抽提井21的深度大于蒸汽注入井11的深度。废水抽提井21应该深入至污染土壤以下，以降低污染土壤地下水位。

在本实施例中，废气抽提井31的深度可以等于蒸汽注入井11的深度，废气抽提井31、废气冷凝单元5和废气处理单元6通过废气抽提管线32依次连接，废气抽提管线32上设有风机33，风机33位于废气冷凝单元5和废气处理单元6之间。风机33可以将废气抽提井31中的气体(包括蒸汽和废气)通过抽提上来，并依次输送至废气冷凝单元5和废气处理单元6。

在本实施例中，废气冷凝单元5含有间接换热冷凝器51和冷水机52，间接换热冷凝器51含有管程入口511、管程出口512、壳程气体入口513、壳程气体出口514壳程液体出口515，间接换热冷凝器51的管程入口511和管程出口512均与冷水机52连接，间接换热冷凝器51的壳程气体入口513和壳程气体出口514均与废气抽提管线32连接，间接换热冷凝器51的壳程液体出口515通过排液管线7与废水收集罐4连接，如图3和图4所示。

在本实施例中，废气处理单元6含有依次连接的干燥箱61和碳吸附罐62，干燥箱61通过废气抽提管线32与间接换热冷凝器51的管程出口512连接。废气抽提井31中抽提上来的废气将依次通过间接换热冷凝器51、风机33、干燥箱61和碳吸附罐62。抽水泵23、间接换热冷凝器51、冷水机52、风机33、干燥箱61和碳吸附罐62均可以采用现有市售产品。

废气抽提井31深入污染土壤区布置在蒸汽注入井11周围，废气抽提井31的井壁上开有小口可以使蒸汽和土壤加热后产生的废气进入至废气抽提井31内，废气抽提井31的内表面设有过滤网以过滤尘土，废气冷凝单元5对蒸汽和废气进行冷凝，冷凝下来的液体进入废水收集罐4内，未冷凝的剩余气体经风机33排至废气处理单元6，废气处理单元6的干燥箱61对剩余气体进行干燥，然后经碳吸附罐62吸附后达标排放。

间接换热冷凝器51的管层与冷水机52相连，冷水机52能够对水进行降温冷却，冷水机52将冷却水不停的输送至间接换热冷凝器51，冷却水在间接换热冷凝器51中换热后再返回冷水机52。间接换热冷凝器51的壳层与废气抽提管线32连接，蒸汽和废气在间接换热冷凝器51中并通过排液管线7输送至废水收集罐4内收集储存。

蒸汽注入井11、废水抽提井21和废气抽提井31均位于同一块被污染的土壤区域内，蒸汽注入井11、废水抽提井21和废气抽提井31均可以设置有多口，蒸汽注入井11、废水抽提井21和废气抽提井31均可以呈规则的行列排布，如图5所示。在图5中，实线表示蒸汽注入井11，虚线表示废水抽提井21，点划线表示废气抽提井31。蒸汽注入井11的数量与废水抽提井21的数量之比可以为1：1至2:1，废水抽提井21的数量与废气抽提井31的数量之比可以为1：1至5：1。

本实用新型所述污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统可以用于石油化工厂区内污染场地修复装置，主要适用于各种挥发性有机物、半挥发性有机物、石油烃类的土壤原位修复，能够利用石油化工厂内的蒸汽对污染土壤加热，并将污染物从土壤中分离出来。

下面介绍该污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统的工作过程。

某地石油化工厂区内污染场地需要修复，在污染场地内建设蒸汽注入井11、废水抽提井21和废气抽提井31，蒸汽注入井11深入至污染土壤区域，每隔2米-3米设置一个，覆盖整个污染土壤区域。废水抽提井21深入至污染土壤区域下层，每隔4米-5米设置一个，覆盖整个污染土壤区域。废气抽提井31布置在蒸汽注入井11的周围，废气抽提井31深入土壤的深度与蒸汽注入井11深入土壤的深度相同。

蒸汽注入井11的内管13设有蒸汽注入口，蒸汽注入井11的外管14设有蒸汽排出口，内管13和外管14在地面部分通过蒸汽供应管线15和蒸汽返回管线16连接起来并与石油化工厂蒸汽管线连接，蒸汽供应管线15上设置蒸汽注入调节阀17，蒸汽返回管线16上设置蒸汽排出调节阀18，配合调节蒸汽流量，把多余蒸汽输送回石油化工厂蒸汽管线内。废水抽提井21通过废水抽提管线22与废水收集罐4连接，废气抽提井31、废气冷凝单元5和废气处理单元6通过废气抽提管线32依次连接，如图1至图4所示。

通过控制蒸汽注入调节阀17和蒸汽排出调节阀18的开度控制蒸汽流通量及污染土壤加热温度，蒸汽注入井11加热污染土壤，使污染物能够气化，与土壤分离。开启抽水泵23可以将土壤污染区的废水抽提井21内的水抽至废水收集罐4内。

开启风机33，废气抽提井31内的气体通过废气抽提管线32依次进入废气冷凝单元5和废气处理单元6。废气冷凝单元5对废气和蒸汽进行冷凝，冷凝出的液体经管排液管线7进入废水收集罐4。未冷凝的废气通过风机33输送至废气处理单元6。未冷凝废气首先通过废气处理单元6的干燥箱61再经过碳吸附罐62将废气吸附处理后，达标排放。

间接换热冷凝器51的管程入口511和管程出口512均与冷水机52连接，使冷却水在间接换热冷凝器51和冷水机52中间不断循环流动。

该污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统采用较容易获取的蒸汽作为土壤加热介质，并配有地下水位控制措施，大大减少装置水、电、气消耗，克服了原位热脱附装置应用受土壤含水率、地下水深度、配套水、电、气等公用工程资源较难获取等缺点。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，其特征在于，所述污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统包括蒸汽注入单元(1)、废水抽提单元(2)、废气抽提单元(3)、废水收集罐(4)、废气冷凝单元(5)和废气处理单元(6)，蒸汽注入单元(1)含有依次连接的蒸汽注入井(11)和蒸汽供应装置(12)，废水抽提单元(2)含有废水抽提井(21)，废水抽提井(21)与废水收集罐(4)连接，废气抽提单元(3)含有废气抽提井(31)，废气抽提井(31)、废气冷凝单元(5)和废气处理单元(6)依次连接。

2.根据权利要求1所述的污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，其特征在于，蒸汽注入井(11)内含有内外套设的内管(13)和外管(14)，内管(13)与外管(14)之间形成环形空腔，内管(13)的下端高于外管(14)的下端。

3.根据权利要求2所述的污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，其特征在于，蒸汽供应装置(12)通过蒸汽供应管线(15)与内管(13)连接，蒸汽供应装置(12)通过蒸汽返回管线(16)与外管(14)连接。

4.根据权利要求3所述的污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，其特征在于，蒸汽供应管线(15)上设有蒸汽注入调节阀(17)，蒸汽返回管线(16)上设有蒸汽排出调节阀(18)，外管(14)的下端设有排气通孔(19)。

5.根据权利要求1所述的污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，其特征在于，废水抽提井(21)通过废水抽提管线(22)与废水收集罐(4)连接，废水抽提管线(22)上设有抽水泵(23)。

6.根据权利要求1所述的污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，其特征在于，废水抽提井(21)的数量少于蒸汽注入井(11)的数量，废水抽提井(21)的深度大于蒸汽注入井(11)的深度。

7.根据权利要求1所述的污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，其特征在于，废气抽提井(31)的深度等于蒸汽注入井(11)的深度，废气抽提井(31)、废气冷凝单元(5)和废气处理单元(6)通过废气抽提管线(32)依次连接，废气抽提管线(32)上设有风机(33)，风机(33)位于废气冷凝单元(5)和废气处理单元(6)之间。

8.根据权利要求7所述的污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，其特征在于，废气冷凝单元(5)含有间接换热冷凝器(51)和冷水机(52)，间接换热冷凝器(51)含有管程入口(511)、管程出口(512)、壳程气体入口(513)、壳程气体出口(514)壳程液体出口(515)，间接换热冷凝器(51)的管程入口(511)和管程出口(512)均与冷水机(52)连接，间接换热冷凝器(51)的壳程气体入口(513)和壳程气体出口(514)均与废气抽提管线(32)连接，间接换热冷凝器(51)的壳程液体出口(515)通过排液管线(7)与废水收集罐(4)连接。

9.根据权利要求8所述的污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，其特征在于，废气处理单元(6)含有依次连接的干燥箱(61)和碳吸附罐(62)，干燥箱(61)通过废气抽提管线(32)与间接换热冷凝器(51)的管程出口(512)连接。

10.根据权利要求1所述的污染场地蒸汽加热原位热脱附修复系统，其特征在于，蒸汽注入井(11)的数量与废水抽提井(21)的数量之比为1：1至2:1，蒸汽注入井(11)的数量与废气抽提井(31)的数量之比为1：1至5：1。

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