專利名稱：用于污染土壤深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于污染土壤深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)及方法，屬于污染土壤修復(fù)系統(tǒng)及修復(fù)方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
土壤環(huán)境是人類賴以生存的基礎(chǔ)，隨著全球工業(yè)化進程，有機污染已超過重金屬污染和放射性污染而躍居首位。近年來，我國土壤污染日益嚴(yán)重，不僅破壞土壤本身生態(tài)系統(tǒng)，直接或間接危害人類健康，更為嚴(yán)重的是，揮發(fā)性有機污染物在不飽和區(qū)域會遷移至深層，尤其是對地下水資源構(gòu)成威脅，造成嚴(yán)重后果，因此急需研究開發(fā)符合我國國情的工程修復(fù)技術(shù)。由于污染場地地質(zhì)條件的復(fù)雜性、揮發(fā)性有機物的特殊性、土壤中污染物分布不均，單一的土壤修復(fù)技術(shù)往往不能達到預(yù)期的修復(fù)目標(biāo)，污染土壤聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的需求顯 得尤為迫切。土壤修復(fù)工程技術(shù)按其實施方式可分為原位修復(fù)和異位修復(fù)，按其修復(fù)方法可分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。土壤氣相抽提(Soil Vapor Extraction, SVE)，是始于20世紀(jì)80年代中后期的一種土壤原位修復(fù)技術(shù)，其原理是主要利用物理方法去除地下不飽和區(qū)域(vadose)的多孔介質(zhì)土壤中的揮發(fā)性有機物(Volatile Organic Compounds, VOCs)。SVE修復(fù)技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用受污染物特性、土壤特性以及地下微生物狀況等條件的制約。一般SVE系統(tǒng)通常包含抽氣井、真空泵、地面管路、尾氣處理裝置等基本結(jié)構(gòu)。土壤氣相抽提技術(shù)的應(yīng)用有其適用范圍SVE技術(shù)適宜于土壤不飽和區(qū)域中揮發(fā)性有機污染物的去除修復(fù)，土壤的滲透性質(zhì)、污染物的蒸氣壓對修復(fù)效果有重要影響。土壤氣相抽提技術(shù)在發(fā)達國家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實際修復(fù)，但其修復(fù)理論還需進一步完善，SVE系統(tǒng)的設(shè)計仍很大程度依賴于現(xiàn)場試驗或中試數(shù)據(jù)。土壤深層攪拌技術(shù)是一種加固軟土地基的技術(shù)，是利用深層攪拌機械(如長螺栓鉆機)，在加固深度內(nèi)就地將軟土和水泥強制拌合，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和足夠強度的水泥土的一種地基處理方法。該技術(shù)是日本在70年代中期首創(chuàng)和開始應(yīng)用，簡稱CMC工法。國內(nèi)于1977年末由交通部水運規(guī)劃設(shè)計院和冶金建筑研究院協(xié)作進行機械研制和室內(nèi)外試驗，并在巖土工程中開始正式使用。熱空氣注入技術(shù)具有熱空氣注入相對經(jīng)濟，相對于高質(zhì)量蒸汽容易提供的優(yōu)點。由于空氣具有相對低的熱容量和在管道中的高能量損失的特點，單一的熱空氣注入并不是非常有效的向地下土壤傳遞熱量的方式。美國專利No. 6，805，518 “揮發(fā)性有機物原位土壤修復(fù)方法”提到了原位化學(xué)氧化治理污染土壤前期進行汽提，它通過溝槽裝置收集土壤中揮發(fā)性的碳氫化合物，實際上是一種熱強化的化學(xué)氧化方法，該方法引入熱空氣的目的是化學(xué)氧化的前處理，其應(yīng)用具有一定的局限性，僅適合于易氧化的烴類污染物的修復(fù)。
美國專利No. 5，836，718 “污染土壤異位清潔方法和裝置”采用封閉土堆系統(tǒng)，通過燃料供給產(chǎn)生熱空氣，形成熱空氣循環(huán)回路以處理烴污染土壤。該方法采用密閉管路傳熱和直接加熱的方式，由于土堆內(nèi)部污染物分布不均、土壤孔隙度差異較大等因素制約，會導(dǎo)致氣流受阻、能耗相對較大且處理效果不佳。美國專利No. 5，639，182 “土壤原位修復(fù)方法”涉及一種原位土壤攪拌方法，它通過移動式履帶行進的鉆機，配備有可垂直鉆進的葉輪鉆頭，可實現(xiàn)污染土壤的原位攪拌。所采用攪拌鉆頭為一體式葉輪鉆頭，因而攪拌深度受到了限制且阻力較大，其應(yīng)用具有一定的局限性，僅適合于較松散地層的處理。以上幾種專利技術(shù)用于污染土壤原位修復(fù)或異位修復(fù)，其熱空氣的引入方式及裝置、土壤攪拌的方法及裝置，應(yīng)用很大程度受到現(xiàn)場場地條件、污染物種類等諸多因素的制約，使得此類技術(shù)的適用范圍、應(yīng)用成本、控制及修復(fù)效率等仍有許多待改進和強化之處，尤其是熱空氣注入技術(shù)、土壤攪拌技術(shù)及其組合問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有原位體系的修復(fù)效率及污染物的去除效果較差、SVE技術(shù)在修復(fù)后期普遍存在的“拖尾效應(yīng)”的問題，進而提供一種用于污染土壤深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種用于污染土壤深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)，包括長螺旋鉆機、動力頭、熱空氣噴射管、鉆桿、鉆頭體芯管、鉆頭、覆蓋罩、混合氣液管路、氣液分離器、熱空氣壓縮機、漩渦抽風(fēng)機、氣相處理器、液相輸送管路、廢液處理器和動力源，所述動力頭設(shè)置在長螺旋鉆機上，鉆桿的上端與動力頭相連接，鉆桿的下端與鉆頭相連接，熱空氣噴射管設(shè)置在鉆桿內(nèi)，熱空氣噴射管的下端與鉆頭內(nèi)的鉆頭體芯管相連通，鉆頭體芯管上開有熱空氣噴射口，熱空氣噴射管的上端與熱空氣壓縮機的出氣口相連通，動力源分別與熱空氣壓縮機和氣相處理器相連接，覆蓋罩設(shè)置在鉆頭的上部，覆蓋罩與氣液分離器之間連接有混合氣液管路，氣液分離器的液相出口與廢液處理器之間連接有液相輸送管路，廢液處理器上設(shè)有達標(biāo)廢液排出口，漩渦抽風(fēng)機的進風(fēng)口與氣液分離器的氣相出口相連通，漩渦抽風(fēng)機的出風(fēng)口與氣相處理器的廢氣進口相連通。一種用于污染土壤深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)方法，首先，按照設(shè)計標(biāo)高，鉆頭在目標(biāo)土壤層中上下往復(fù)鉆進，將不同質(zhì)地、不同疏密程度的污染土壤打散混合，增加土壤的空隙率和疏松性，由熱空氣壓縮機提供的高壓熱空氣輸送至攪拌鉆孔內(nèi)，從鉆頭底部的熱空氣噴射口噴出，吹脫土壤中的污染物的同時也加熱土壤，加速吸附在土壤中的污染物的解吸、揮發(fā)和擴散；最后，自攪拌鉆孔收集的有機污染氣體經(jīng)由氣液分離器、氣相處理器和廢液處理器進行處理，所述攪拌鉆孔的直徑為I. 5 2. 5米，攪拌鉆孔的深度為9 12米，熱空氣注入壓力為I 2MPa，熱空氣溫度為90 110°C。本發(fā)明的有益效果是一、修復(fù)系統(tǒng)設(shè)計相對簡單，優(yōu)越于其它如生物處理或土壤沖洗等技術(shù)需要復(fù)雜的設(shè)計或特殊的設(shè)備。可最佳地達到原位體系的修復(fù)效率及污染物的去除效果。二、對于污染場地土壤現(xiàn)場流體力學(xué)試驗及揮發(fā)性有機物原位修復(fù)具有可行性，其豎井豎直攪拌鉆孔系統(tǒng)適應(yīng)于如砂土、粉土、粉質(zhì)粘土、粘土層等不同地質(zhì)條件的現(xiàn)場地層及土壤條件。本發(fā)明采用了注入熱空氣的方式，與注入蒸汽工藝比較，能耗大大降低。三、本發(fā)明相對于土壤氣相抽提(SVE)技術(shù)，其應(yīng)用范圍極大地得到了擴展。傳統(tǒng)SVE技術(shù)僅適用于中 高滲透性地層且土壤中污染物為易揮發(fā)性有機物，而本發(fā)明的技術(shù)應(yīng)用地層范圍可擴展到低 中滲透性地層，適用污染物的類型范圍也有所增加，如對于苯胺等某些半揮發(fā)性有機物仍有效?？山鉀QSVE技術(shù)在修復(fù)后期普遍存在的“拖尾效應(yīng)”問題，使修復(fù)效率大大提高，極大縮短了修復(fù)周期。四、本發(fā)明深層攪拌采用了復(fù)攪工藝，分為初鉆和復(fù)鉆兩個過程，可保證攪拌混合后土壤中揮發(fā)性污染物的充分吹脫。初鉆目的在于疏松、混勻修復(fù)區(qū)域的土壤，并配合PID讀數(shù)初步判斷修復(fù)區(qū)域污染程度，為復(fù)鉆操作和尾氣處理提供依據(jù)。復(fù)鉆目的在于高效、最大程度去除土壤中的揮發(fā)性污染物。本發(fā)明的污染土壤深層攪拌-熱空氣注入系統(tǒng)，其地面氣相收集和處理系統(tǒng)，熱空氣注射裝置及其管路部分與地下土壤攪拌鉆孔部分有機結(jié)合構(gòu)成了揮發(fā)性有機污染土 壤理想、高效的現(xiàn)場中試或工業(yè)應(yīng)用規(guī)模的有機污染土壤原位修復(fù)體系。相比較需要復(fù)雜設(shè)備的其它修復(fù)技術(shù)如土壤淋洗、生物修復(fù)、化學(xué)氧化修復(fù)而言，以投入相對較小的設(shè)備投資能夠達到預(yù)期測試或修復(fù)的目標(biāo)?，F(xiàn)場中試研究證明，本發(fā)明是具有設(shè)計合理、設(shè)備相對簡單、操作方便可行、易于維護、運行過程參數(shù)容易控制的有機污染土壤原位修復(fù)體系，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I是本發(fā)明一種用于污染土壤深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I的A處放大圖。圖中的附圖標(biāo)記5是熱空氣流經(jīng)路徑，10是污染土壤，19是熱空氣壓縮機進氣口，20是電源輸入口，21是空氣補給，26是氣相處理器廢氣出口，27是處理后氣體排放，30是供倉泛。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。如圖I和圖2所示，本實施例所涉及的一種用于污染土壤深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)，包括長螺旋鉆機I、動力頭2、熱空氣噴射管3、鉆桿4、鉆頭體芯管7、鉆頭8、覆蓋罩13、混合氣液管路15、氣液分離器16、熱空氣壓縮機18、鏇潤抽風(fēng)機23、氣相處理器25、液相輸送管路28、廢液處理器29和動力源31，所述動力頭2設(shè)置在長螺旋鉆機I上，鉆桿4的上端與動力頭2相連接，鉆桿4的下端與鉆頭8相連接，熱空氣噴射管3設(shè)置在鉆桿4內(nèi)，熱空氣噴射管3的下端與鉆頭8內(nèi)的鉆頭體芯管7相連通，鉆頭體芯管7上開有熱空氣噴射口 6，熱空氣噴射管3的上端與熱空氣壓縮機18的出氣口相連通，動力源31分別與熱空氣壓縮機18和氣相處理器25相連接，覆蓋罩13設(shè)置在鉆頭8的上部，覆蓋罩13與氣液分離器16之間連接有混合氣液管路15，氣液分離器16的液相出口與廢液處理器29之間連接有液相輸送管路28，廢液處理器29上設(shè)有達標(biāo)廢液排出口 32，漩渦抽風(fēng)機23的進風(fēng)口與氣液分離器16的氣相出口相連通，漩渦抽風(fēng)機23的出風(fēng)口與氣相處理器25的廢氣進口 24相連通。在所述氣液分離器16入口處的混合氣液管路15上設(shè)有氣液分離器進口溫度壓力測點14。在所述熱空氣壓縮機18的出口處設(shè)有熱空氣壓縮機出口溫度壓力測點17。在所述漩渦抽風(fēng)機23的出口處設(shè)有漩渦抽風(fēng)機出口壓力測點22。所述鉆桿4的長度為9 12m,直徑為250 350mm。一種用于污染土壤深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)方法，首先，按照設(shè)計標(biāo)高， 鉆頭8在目標(biāo)土壤層9中上下往復(fù)鉆進，將不同質(zhì)地、不同疏密程度的污染土壤打散混合，增加土壤的空隙率和疏松性，由熱空氣壓縮機18提供的高壓熱空氣輸送至攪拌鉆孔11內(nèi)，從鉆頭8底部的熱空氣噴射口 6噴出，吹脫土壤中的污染物的同時也加熱土壤，加速吸附在土壤中的污染物的解吸、揮發(fā)和擴散；最后，自攪拌鉆孔11收集的有機污染氣體12經(jīng)由氣液分離器16、氣相處理器25和廢液處理器29進行處理，所述攪拌鉆孔11的直徑為I. 5 2. 5米，攪拌鉆孔11的深度為9 12米，熱空氣注入壓力為I 2MPa，熱空氣溫度為90 110。。。本發(fā)明的土壤攪拌與熱空氣注入工藝，可采用間歇操作或連續(xù)操作。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，這些具體實施方式
都是基于本發(fā)明整體構(gòu)思下的不同實現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.ー種用于污染土壌深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)，包括長螺旋鉆機、動カ頭、熱空氣噴射管、鉆桿、鉆頭體芯管、鉆頭、覆蓋罩、混合氣液管路、氣液分離器、熱空氣壓縮機、漩渦抽風(fēng)機、氣相處理器、液相輸送管路、廢液處理器和動カ源，其特征在于，所述動カ頭設(shè)置在長螺旋鉆機上，鉆桿的上端與動カ頭相連接，鉆桿的下端與鉆頭相連接，熱空氣噴射管設(shè)置在鉆桿內(nèi)，熱空氣噴射管的下端與鉆頭內(nèi)的鉆頭體芯管相連通，鉆頭體芯管上開有熱空氣噴射ロ，熱空氣噴射管的上端與熱空氣壓縮機的出氣ロ相連通，動カ源分別與熱空氣壓縮機和氣相處理器相連接，覆蓋罩設(shè)置在鉆頭的上部，覆蓋罩與氣液分離器之間連接有混合氣液管路，氣液分離器的液相出口與廢液處理器之間連接有液相輸送管路，廢液處理器上設(shè)有達標(biāo)廢液排出ロ，漩渦抽風(fēng)機的進風(fēng)ロ與氣液分離器的氣相出口相連通，漩渦抽風(fēng)機的出風(fēng)ロ與氣相處理器的廢氣進ロ相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于污染土壌深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，在所述氣液分離器入口處的混合氣液管路上設(shè)有氣液分離器進ロ溫度壓カ測點。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于污染土壌深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，在所述熱空氣壓縮機的出ロ處設(shè)有熱空氣壓縮機出ロ溫度壓カ測點。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于污染土壌深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，在所述漩渦抽風(fēng)機的出ロ處設(shè)有漩渦抽風(fēng)機出ロ壓カ測點。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于污染土壌深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述鉆桿的長度為9 12m,直徑為250 350mm。
6.ー種用于污染土壌深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)方法，其特征在干，首先，按照設(shè)計標(biāo)高，鉆頭在目標(biāo)土壤層中上下往復(fù)鉆進，將不同質(zhì)地、不同疏密程度的污染土壌打散混合，増加土壌的空隙率和疏松性，由熱空氣壓縮機提供的高壓熱空氣輸送至攪拌鉆孔內(nèi)，從鉆頭底部的熱空氣噴射ロ噴出，吹脫土壤中的污染物的同時也加熱土壌，加速吸附在土壌中的污染物的解吸、揮發(fā)和擴散；最后，自攪拌鉆孔收集的有機污染氣體經(jīng)由氣液分離器、氣相處理器和廢液處理器進行處理，所述攪拌鉆孔的直徑為I. 5 2. 5米，攪拌鉆孔的深度為9 12米，熱空氣注入壓カ為I 2MPa，熱空氣溫度為90 110°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于污染土壌深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)方法，其特征在于，土壤攪拌與熱空氣注入，采用間歇操作或連續(xù)操作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于污染土壤深層攪拌-熱空氣注入的原位修復(fù)系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)的熱空氣噴射管的下端與鉆頭內(nèi)的鉆頭體芯管相連通，熱空氣噴射管的上端與熱空氣壓縮機的出氣口相連通，覆蓋罩與氣液分離器之間連接有混合氣液管路。方法中按照設(shè)計標(biāo)高，鉆頭在目標(biāo)土壤層中上下往復(fù)鉆進，所述攪拌鉆孔的直徑為1.5～2.5米，攪拌鉆孔的深度為9～12米，熱空氣注入壓力為1～2MPa，熱空氣溫度為90～110℃。本發(fā)明的技術(shù)應(yīng)用地層范圍可擴展到低～中滲透性地層，適用污染物的類型范圍也有所增加，如對于苯胺等某些半揮發(fā)性有機物仍有效?？山鉀QSVE技術(shù)在修復(fù)后期普遍存在的“拖尾效應(yīng)”問題，使修復(fù)效率大大提高，極大縮短了修復(fù)周期。
文檔編號B09C1/06GK102671932SQ20121003613
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者克里斯·瑞恩, 劉鵬, 李書鵬, 楊樂巍, 蔣宇紅, 馬駿 申請人:北京建工環(huán)境修復(fù)有限責(zé)任公司