專利名稱：熱脫附聯(lián)合氧化劑修復(fù)有機(jī)物污染土壤的裝置及修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱脫附聯(lián)合氧化劑修復(fù)有機(jī)物污染土壤的裝置及修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
改革開放以來，隨著我國工業(yè)化的迅速發(fā)展，城市規(guī)模逐漸擴(kuò)大，從而使城市化進(jìn)程取得了前所未有的發(fā)展。在城市不斷向外圍擴(kuò)展的過程中，原來大量處于外圍且存在污染的工業(yè)企業(yè)也逐漸成了城市中心區(qū)域的一部分；而城市中心區(qū)域的人口往往高度集中，這些存在污染風(fēng)險(xiǎn)的工業(yè)企業(yè)對(duì)人體健康和環(huán)境安全造成了極大的威脅。為了適應(yīng)改善城市環(huán)境質(zhì)量、優(yōu)化城市功能結(jié)構(gòu)的要求，我國對(duì)城市中心區(qū)域的改造實(shí)行了“退二進(jìn)三”的政策。由此，20世紀(jì)90年代以來，我國較發(fā)達(dá)城市首先出現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)企業(yè)搬遷的現(xiàn)象。因污染企業(yè)搬遷遺留了大量的污染場(chǎng)地，搬遷后引起的環(huán)境污染事故和對(duì)人體健康的危害事件時(shí)有發(fā)生。另外，由于石油工業(yè)的發(fā)展，引起的汽油、柴油等揮發(fā)性(VOCs)有機(jī)污染物帶來的污染事故。如輸油管道破裂，儲(chǔ)油槽滲漏，加油站搬遷等引發(fā)的土壤環(huán)境問題。根據(jù)對(duì)我國目前大多數(shù)有機(jī)污染土壤的檢測(cè)，其中主要污染物有總石油烴類，含量可達(dá)1786 40167 mg/kg ;多環(huán)芳烴,含量達(dá)26.10 mg/kg,超過國標(biāo)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》第三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。過去幾十年，受歷史時(shí)期經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件及人們認(rèn)識(shí)水平等多種因素的制約，石油企業(yè)在為國家做出重大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也帶來了一系列的環(huán)境問題:油氣開采過程中的廢水、廢氣、落地原油、廢氣鉆井液等污染物排入環(huán)境會(huì)對(duì)水體、大氣、土壤和生態(tài)環(huán)境造成影響。隨著石油資源的廣泛應(yīng)用，環(huán)境中的石油污染越來越嚴(yán)重。在石油生產(chǎn)、貯運(yùn)、煉制加工及使用過程中，也會(huì)有石油烴類的溢出和排放，造成油田和石化工廠周圍水體和土壤嚴(yán)重的石油污染。當(dāng)今世界上石油的總產(chǎn)量每年約有22億t，其中17.5億t是由陸地油田生產(chǎn)的。全世界每年有800萬t進(jìn)入環(huán)境，我國每年有近60萬t進(jìn)入環(huán)境，污染土壤、地下水、河流和海洋，每年新增污染土壤I X IO5 t。到目前為止，受石油類污染物污染的土壤和地下水分為異位修復(fù)和原位修復(fù)。異位修復(fù)是將污染的土壤和地下水轉(zhuǎn)移到地面以上進(jìn)行處理，包括現(xiàn)場(chǎng)處理、堆制處理、熱解處理、土壤淋洗、生物反應(yīng)器等。原位修復(fù)指受污染的土壤地下水在原位處理，處理期間基本不被攪動(dòng)包括土壤淋洗、原位生物修復(fù)和原位化學(xué)修復(fù)等。原位修復(fù)因其費(fèi)用相對(duì)較低，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小、二次污染小等優(yōu)勢(shì)成為土壤修復(fù)技術(shù)的研究和實(shí)踐主流。本發(fā)明采用的是新型的熱脫附處理和化學(xué)氧化劑聯(lián)合處理污染土壤的技術(shù)。熱脫附處理技術(shù)，一般是指通過直接或間接的熱交換，將污染土壤中的有機(jī)污染物自身分解、蒸發(fā)、氧化，并與受污染的 土壤分離。對(duì)熱脫附處理不完全的污染物采用化學(xué)氧化劑處理。目前已有很多使用強(qiáng)氧化劑(如臭氧、過氧化氫和高錳酸鹽)來處理有機(jī)物污染的土壤和地下水的方法(如表面處理、滲流、過濾、脫附)。其中，高錳酸鹽是一種處理有機(jī)物的強(qiáng)氧化劑，能夠處理的有機(jī)物包括:乙苯，甲苯，二甲苯，二氯甲烷，1,2- 二氯乙烷，1，1，1-三氯乙烷，四氯化碳，三氯甲烷，氯苯，二溴化乙烯，叔丁基醚，四氯乙烯，三氯乙烯，二氯乙烯，氯乙烯
坐寸ο在原位修復(fù)高濃度有機(jī)物污染的土壤過程中，為了使有機(jī)物濃度達(dá)到安全的范圍，若直接使用高錳酸鹽進(jìn)行氧化，會(huì)生成大量的二氧化錳沉淀。雖然一般來講，二氧化錳是一種天然存在的無害礦物質(zhì)。但在含有大量有機(jī)污染物的土壤中，去除有機(jī)物所需的高錳酸鹽氧化劑的量是很大的，反應(yīng)后產(chǎn)生的二氧化錳的量就會(huì)超過安全濃度，所以一般情況下不能直接使用高錳酸鹽進(jìn)行修復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種熱脫附聯(lián)合氧化劑修復(fù)有機(jī)物污染土壤的裝置及修復(fù)方法。一種熱脫附聯(lián)合氧化劑修復(fù)有機(jī)物污染土壤的裝置，在污染土壤區(qū)域地表設(shè)置保溫層，用以防止熱量散失；在保溫層下方的污染土壤區(qū)域中分別設(shè)置至少I個(gè)注射井和至少I個(gè)氣體收集井；所述注射井的深度均穿過污染區(qū)域m，達(dá)到未被污染的土壤；所述注每個(gè)射井井壁上均設(shè)置多個(gè)橫向管道，用以增大其作用半徑；所述注射井內(nèi)設(shè)置至少I個(gè)注射器，所述每個(gè)注射器均通過空氣閥門與空氣壓縮機(jī)相連，所述每個(gè)注射器均通過加藥閥門與加藥箱相連；所述空氣壓縮機(jī)與空氣加熱器相連，空氣加熱器、空氣壓縮機(jī)和真空抽吸泵分別與電動(dòng)力控制裝置相連；所述真空抽吸泵分別與輸送泵和至少I條真空抽吸管道相連，所述每條真空抽吸管道的下端管口均設(shè)置于氣體收集井內(nèi)。所述保溫層的材質(zhì)為PCB鋁基板。所述保溫層分別與每個(gè)注射井和每個(gè)氣體收集井直接焊接相連，實(shí)現(xiàn)無縫連接。
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一種熱脫附聯(lián)合氧化劑修復(fù)有機(jī)物污染土壤的裝置的修復(fù)方法，其具體步驟如下:(I)對(duì)待處理的污染場(chǎng)地進(jìn)行場(chǎng)地調(diào)查，獲取污染場(chǎng)地的面積、水文地質(zhì)條件，污染物種類、物理化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，從而確定污染情況；(2)在已經(jīng)確定的污染區(qū)域上方，架設(shè)至少一口注射井；開啟空氣加熱器和空氣壓縮機(jī)，打開空氣閥門，通過連續(xù)的注射高溫高壓空氣去除土壤中高濃度的揮發(fā)性有機(jī)物和土壤中存在的碳?xì)浠衔铮煌ㄟ^注射高溫高壓空氣，來震散密實(shí)的土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，高溫高壓空氣從注射器末端的噴嘴噴出；連續(xù)使用熱空氣進(jìn)行脫附，隨時(shí)監(jiān)測(cè)土壤中有機(jī)物的變化情況，當(dāng)土壤中的有機(jī)物濃度不再明顯降低時(shí)，關(guān)閉空氣閥門，停止熱脫附過程;(3)打開加藥閥門，通過加藥箱加入高錳酸鹽氧化劑，將氧化劑混入土壤中；處理上述熱脫附不完全的有機(jī)污染物質(zhì)，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的污染物的濃度不同，選擇加入適當(dāng)量的氧化劑；進(jìn)一步去除殘留的污染物使其濃度降低至目標(biāo)水平；(4)加入氧化劑疒3 h后，開始運(yùn)行氣體收集井，開啟真空抽吸泵，氣體污染物在負(fù)壓作用下向氣體收集井方向移動(dòng)，經(jīng)由氣體收集井被抽吸到地表，并經(jīng)輸送泵傳送給外部處理裝置；(5)為了避免熱量的損失和土壤大氣之間的氣體交換，在污染區(qū)域上方設(shè)置有保溫層；用以切斷整個(gè)污染區(qū)域與空氣的直接連接，形成一個(gè)半封閉的系統(tǒng)，減少熱量的損失。所述步驟(3)中所使用高錳酸鹽的摩爾量與需要氧化的污染物的摩爾量相同。當(dāng)所要加熱的區(qū)域深度不小于5 m，其地表溫度與不加熱區(qū)域地表溫度差值不大于5 1:時(shí)，則不安裝保溫層，以節(jié)省成本。本發(fā)明的有益效果為:該技術(shù)適用范圍比較廣，能夠在不同地質(zhì)條件、土壤性質(zhì)、及地表?xiàng)l件下進(jìn)行原位的揮發(fā)性有機(jī)污染物的污染修復(fù)。而且，這種方法也適用于在寒冷的天氣，將高錳酸鹽引入之前對(duì)土壤進(jìn)行預(yù)熱，尤其在含水量較高的粘土中。起初的熱脫附過程不需要預(yù)熱，因?yàn)樽⑸涞臒峥諝饽軌虍a(chǎn)生局部的熱量。然后，引入高錳酸鹽，受熱的土壤對(duì)這一過程會(huì)有幫助，尤其是在土壤受冷的時(shí)候，預(yù)熱能夠融解凝固的土壤，降低土壤的水分，提高土壤的溫度，進(jìn)而加快氧化的速率。地面加熱系統(tǒng)能夠?qū)ν寥李A(yù)熱，這種設(shè)備有絕緣層和一個(gè)蒸汽罩，這樣能夠阻止熱量排放到空氣中。與先前的加熱設(shè)備相比，這種加熱設(shè)備能夠?qū)a(chǎn)生的更多熱量注入到土壤中，這樣節(jié)省了燃料和燃燒時(shí)間，這樣方法已在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。


圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào):1_空氣加熱器、2-空氣壓縮機(jī)、3-空氣閥門、4-加藥閥門、5-加藥箱、6-真空抽吸泵、7-輸送泵、8-電動(dòng)力控制裝置、9-保溫層、10-橫向管道、11-注射器、12-注射井、13-氣體收集井、14-真空抽吸管道。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種熱脫附聯(lián)合氧化劑修復(fù)有機(jī)物污染土壤的裝置及修復(fù)方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。一種熱脫附聯(lián)合氧化劑修復(fù)有機(jī)物污染土壤的裝置，在污染土壤區(qū)域地表設(shè)置保溫層9，用以防止熱量散失；在保溫層9下方的污染土壤區(qū)域中分別設(shè)置至少I個(gè)注射井12和至少I個(gè)氣體收集井13 ;所述注射井12的深度均穿過污染區(qū)域廣2 m，達(dá)到未被污染的土壤；所述注每個(gè)射井12井壁上均設(shè)置多個(gè)橫向管道10，用以增大其作用半徑；所述注射井12內(nèi)設(shè)置至少I個(gè)注射器11，所述每個(gè)注射器11均通過空氣閥門3與空氣壓縮機(jī)2相連，所述每個(gè)注射器11均通過加藥閥門4與加藥箱5相連；所述空氣壓縮機(jī)2與空氣加熱器I相連，空氣加熱器1、空氣壓縮機(jī)2和真空抽吸泵6分別與電動(dòng)力控制裝置8相連；所述真空抽吸泵6分別與輸送泵7和至少I條真空抽吸管道14相連，所述每條真空抽吸管道14的下端管口均設(shè)置于氣體收集井13內(nèi)。所述保溫層9的材質(zhì)為PCB鋁基板。所述保溫層9分別與每個(gè)注射井12和每個(gè)氣體收集井13直接焊接相連，實(shí)現(xiàn)無縫連接。一種熱脫附聯(lián)合氧化劑修復(fù)有機(jī)物污染土壤的裝置的修復(fù)方法，其具體步驟如下:( I)對(duì)待處理的污染場(chǎng)地進(jìn)行場(chǎng)地調(diào)查，獲 取污染場(chǎng)地的面積、水文地質(zhì)條件，污染物種類、物理化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，從而確定污染情況；(2)在已經(jīng)確定的污染區(qū)域上方，架設(shè)至少一口注射井11 ;開啟空氣加熱器I和空氣壓縮機(jī)2，打開空氣閥門3，通過連續(xù)的注射高溫高壓空氣去除土壤中高濃度的揮發(fā)性有機(jī)物和土壤中存在的碳?xì)浠衔?；通過注射高溫高壓空氣，來震散密實(shí)的土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，高溫高壓空氣從注射器末端的噴嘴噴出；連續(xù)使用熱空氣進(jìn)行脫附，隨時(shí)監(jiān)測(cè)土壤中有機(jī)物的變化情況，當(dāng)土壤中的有機(jī)物濃度不再明顯降低時(shí)，關(guān)閉空氣閥門3，停止熱脫附過程；(3)打開加藥閥門4，通過加藥箱5加入高錳酸鹽氧化劑，將氧化劑混入土壤中；處理上述熱脫附不完全的有機(jī)污染物質(zhì)，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的污染物的濃度不同，選擇加入適當(dāng)量的氧化劑；進(jìn)一步去 除殘留的污染物使其濃度降低至目標(biāo)水平；(4)加入氧化劑疒3 h后，開始運(yùn)行氣體收集井13，開啟真空抽吸泵6，氣體污染物在負(fù)壓作用下向氣體收集井13方向移動(dòng)，經(jīng)由氣體收集井13被抽吸到地表，并經(jīng)輸送泵7傳送給外部處理裝置；(5)為了避免熱量的損失和土壤大氣之間的氣體交換，在污染區(qū)域上方設(shè)置有保溫層9 ;用以切斷整個(gè)污染區(qū)域與空氣的直接連接，形成一個(gè)半封閉的系統(tǒng)，減少熱量的損失。所述步驟(3)中所使用高錳酸鹽的摩爾量與需要氧化的污染物的摩爾量相同。當(dāng)所要加熱的區(qū)域深度不小于5 m，其地表溫度與不加熱區(qū)域地表溫度差值不大于5 1:時(shí)，則不安裝保溫層9，以節(jié)省成本。實(shí)施例1
利用該方法進(jìn)行四氯乙烯的原位修復(fù)試驗(yàn)研究:試驗(yàn)研究的地塊的土壤為粘土土壤，用這種方法進(jìn)行原位污染修復(fù)研究，熱脫附的目標(biāo)是使土壤中的四氯乙烯的濃度降低到20 ppm以下。起初，通過注射井將高溫高壓空氣注射到土壤中。在使用熱脫附方法之前，土壤中的四氯乙烯濃度為25000 ppm，經(jīng)過一段時(shí)間的連續(xù)注入熱空氣使土壤中的四氯乙烯的濃度降低到120 ppm時(shí)，繼續(xù)熱脫附其濃度不再降低，則停止熱脫附。雖然這一階段可以去除大量的四氯乙烯，但是殘留的四氯乙烯的濃度仍然超過了擬定的濃度。第一階段是在寒冷的條件下進(jìn)行的，平均溫度接近或低于零攝氏度。加入熱空氣的過程中，土壤溫度升高，基本維持在90°C左右，隨后在試驗(yàn)區(qū)域加入高錳酸鉀。并用土壤振動(dòng)棒攪拌。通過樣品測(cè)定，四氯乙烯的濃度在24 h后降低到68 ppm,48 h后的濃度降低至38 ppm，最后結(jié)果表明達(dá)到了預(yù)期的效果。
權(quán)利要求
1.一種熱脫附聯(lián)合氧化劑修復(fù)有機(jī)物污染土壤的裝置，其特征在于:在污染土壤區(qū)域地表設(shè)置保溫層(9)，用以防止熱量散失；在保溫層(9)下方的污染土壤區(qū)域中分別設(shè)置至少I個(gè)注射井(12)和至少I個(gè)氣體收集井(13);所述注射井(12)的深度均穿過污染區(qū)域Γ2 m，達(dá)到未被污染的土壤；所述注每個(gè)射井(12)井壁上均設(shè)置多個(gè)橫向管道(10)，用以增大其作用半徑；所述注射井(12 )內(nèi)設(shè)置至少I個(gè)注射器(11)，所述每個(gè)注射器(11)均通過空氣閥門(3)與空氣壓縮機(jī)(2)相連，所述每個(gè)注射器(11)均通過加藥閥門(4)與加藥箱(5)相連；所述空氣壓縮機(jī)(2)與空氣加熱器(I)相連，空氣加熱器(I)、空氣壓縮機(jī)(2)和真空抽吸泵(6)分別與電動(dòng)力控制裝置(8)相連；所述真空抽吸泵(6)分別與輸送泵(7)和至少I條真空抽吸管道(14)相連，所述每條真空抽吸管道(14)的下端管口均設(shè)置于氣體收集井(13)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述保溫層(9)的材質(zhì)為PCB鋁基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述保溫層(9)分別與每個(gè)注射井(12)和每個(gè)氣體收集井(13)直接焊接相連，實(shí)現(xiàn)無縫連接。
4.一種如權(quán)利要求1所述的熱脫附聯(lián)合氧化劑修復(fù)有機(jī)物污染土壤的裝置的修復(fù)方法，其特征在于，具體步驟如下: (1)對(duì)待處理的污染場(chǎng)地進(jìn)行場(chǎng)地調(diào)查，獲取污染場(chǎng)地的面積、水文地質(zhì)條件，污染物種類、物理化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，從而確定污染情況； (2)在已經(jīng)確定的污染區(qū)域上方，架設(shè)至少一口注射井；開啟空氣加熱器和空氣壓縮機(jī)，打開空氣閥門，通過連續(xù)的注射高溫高壓空氣去除土壤中高濃度的揮發(fā)性有機(jī)物和土壤中存在的碳?xì)浠衔?；通過注射高溫高壓空氣，來震散密實(shí)的土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，高溫高壓空氣從注射器末端的噴嘴噴出；連續(xù)使用熱空氣進(jìn)行脫附，隨時(shí)監(jiān)測(cè)土壤中有機(jī)物的變化情況，當(dāng)土壤中的有機(jī)物濃度不再明顯降低時(shí)，關(guān)閉空氣閥門，停止熱脫附過程; (3)打開加藥閥門，通過加藥箱加`入高錳酸鹽氧化劑，將氧化劑混入土壤中；處理上述熱脫附不完全的有機(jī)污染物質(zhì)，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的污染物的濃度不同，選擇加入適當(dāng)量的氧化劑；進(jìn)一步去除殘留的污染物使其濃度降低至目標(biāo)水平； (4)加入氧化劑疒3h后，開始運(yùn)行氣體收集井，開啟真空抽吸泵，氣體污染物在負(fù)壓作用下向收集井方向移動(dòng)，經(jīng)由氣體收集井被抽吸到地表，并經(jīng)輸送泵傳送給外部處理裝置； (5)為了避免熱量的損失和土壤大氣之間的氣體交換，在污染區(qū)域上方設(shè)置有保溫層；用以切斷整個(gè)污染區(qū)域與空氣的直接連接，形成一個(gè)半封閉的系統(tǒng)，減少熱量的損失。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中所使用高錳酸鹽的摩爾量與需要氧化的污染物的摩爾量相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:當(dāng)所要加熱的區(qū)域深度不小于5m，其地表溫度與不加熱區(qū)域地表溫度差值不大于5 1:時(shí)，則不安裝保溫層，以節(jié)省成本。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱脫附聯(lián)合氧化劑修復(fù)有機(jī)物污染土壤的裝置及修復(fù)方法。本發(fā)明裝置由空氣加熱器、空氣壓縮機(jī)、空氣閥門、加藥閥門、加藥箱、真空抽吸泵、輸送泵、電動(dòng)力控制裝置、保溫層、橫向管道、注射器、注射井、氣體收集井和真空抽吸管道組成。本發(fā)明通過原位熱脫附及添加氧化劑處理的方法，有效處理了揮發(fā)性有機(jī)物污染的土壤。該技術(shù)適用范圍比較廣，能夠在不同的氣候條件、地質(zhì)條件、土壤性質(zhì)、及地表?xiàng)l件下進(jìn)行原位的揮發(fā)性有機(jī)污染物的污染修復(fù)。本發(fā)明加熱設(shè)備能夠?qū)a(chǎn)生的更多熱量注入到土壤中，這樣節(jié)省了燃料和燃燒時(shí)間。
文檔編號(hào)B09C1/06GK103230933SQ201310124490
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者盧宏瑋, 史斌, 任麗霞, 杜鵬, 何理 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)