一種微波輔助sve去除土壤中有機(jī)污染物的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于土壤污染的原位修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種微波輔助SVE去除土壤中有機(jī)污染物的系統(tǒng)及方法。在待修復(fù)土壤內(nèi)注入微波吸附材料，并在帶修復(fù)土壤區(qū)域的表面鋪設(shè)不透氣覆蓋膜；在待修復(fù)土壤區(qū)域內(nèi)設(shè)置1個(gè)或多個(gè)抽氣井，并在抽氣井的理論覆蓋范圍內(nèi)，設(shè)置若干個(gè)空氣注射井、監(jiān)測井和注水管道。該方法以微波為熱源，使土壤中的各種有機(jī)污染物通過揮發(fā)、分解機(jī)理得到初步處理，有助于土壤顆粒中吸附態(tài)有機(jī)物的解吸，加速VOCs蒸汽態(tài)形成；抽提出來的蒸汽經(jīng)地面廢氣廢水處理裝置處理，達(dá)到修復(fù)有機(jī)污染土壤的目的。該技術(shù)成本低、可操作性強(qiáng)、可采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、處理有機(jī)物的范圍寬、不破壞土壤結(jié)構(gòu)、不引起二次污染等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種微波輔助SVE去除土壤中有機(jī)污染物的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土壤污染的原位修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種揮發(fā)性有機(jī)污染物污染土壤的原位修復(fù)技術(shù)，特別涉及一種微波輔助土壤蒸汽抽提技術(shù)(SVE)去除土壤中有機(jī)污染物的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，土壤和地下水污染日益嚴(yán)重。土壤和地下水不僅是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源，也是重要的環(huán)境要素，是人類賴以生存的基礎(chǔ)。不但越來越制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)發(fā)展，也影響著人們的身體健康。其中，有機(jī)污染以其持久性、高毒性、積聚性、流動性為特征，會長期累積，很難通過自然降解過程去除，也會在自然或人為條件下遷移到其他環(huán)境中，危害性極大。目前場地土壤中的有機(jī)污染物主要來源于:(1)化工廠、農(nóng)藥廠等化學(xué)品污染企業(yè)，在生產(chǎn)車間、分裝車間、藥品儲存?zhèn)}庫和廠區(qū)內(nèi)運(yùn)輸途中造成的原料和藥品泄露，以及印刷、建材、噴涂等行業(yè)排放的原料和廢水；(2)在石油勘探與開采、儲存與運(yùn)輸過程中，由于操作不當(dāng)或事故泄露造成的石油排放或外溢；(3)石油、化工生產(chǎn)區(qū)、加油站等地形成的落地油、含油生產(chǎn)污水排放和輸油管道的滲漏。總之，如果不進(jìn)行及時(shí)治理，則會導(dǎo)致更加嚴(yán)重的污染，將來治理的費(fèi)用和難度將會成倍增加。
[0003]目前，常用的污染場地修復(fù)技術(shù)包括異位和原位兩大類。異位修復(fù)技術(shù)涉及到挖土和轉(zhuǎn)運(yùn)，過程中存在二次污染的危險(xiǎn)，且一般工程量大、治理成本高等的存在明顯不足。原位修復(fù)技術(shù)在近幾年來得到廣泛應(yīng)用。土壤蒸汽抽提技術(shù)(SVE)是一種針對揮發(fā)性和某些半揮發(fā)性污染物的土壤原位修復(fù)技術(shù)，是一種向污染區(qū)域通入新鮮空氣，將VOCs從土壤中解吸并隨空氣流引至地上處理的原位修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)適用于含水層以上的包氣帶，適用于處理揮發(fā)性的有機(jī)污染物，如有機(jī)鹵代物或非鹵代物，也可以去除土壤中的油類、重金屬、多環(huán)芳烴或二噁英等污染物。SVE技術(shù)具有成本低、可操作性強(qiáng)、處理污染物的種類多、可由標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備操作、不破壞土壤結(jié)構(gòu)等顯著特點(diǎn)，對回收利用廢物有潛在價(jià)值。這些都優(yōu)于其它如生物處理或土壤沖洗等技術(shù)。但是為了能夠更加快速高效地修復(fù)有機(jī)污染場地，提高抽吸效率，增強(qiáng)SVE技術(shù)，需要聯(lián)合其它有效可行的方法，設(shè)計(jì)一種更加優(yōu)化的修復(fù)系統(tǒng)。
[0004]熱強(qiáng)化技術(shù)，即土壤原位加熱，是指通過直接或間接熱交換，將污染介質(zhì)及其所含的有機(jī)污染物加熱到足夠的溫度，使有機(jī)污染物從污染介質(zhì)中揮發(fā)或分離的過程。微波加熱屬于熱強(qiáng)化技術(shù)的一種，聯(lián)合SVE技術(shù)，能明顯降低凈化時(shí)間，提高處理效率，還可以去除常規(guī)SVE技術(shù)所不能清除的低揮發(fā)性有機(jī)物或半揮發(fā)性有機(jī)物。以微波為熱源，依據(jù)污染物的性質(zhì)向土壤中加入不同的微波吸收劑，增強(qiáng)污染土壤體系對微波的吸收和傳熱能力，使土壤中的各種有機(jī)污染物通過揮發(fā)、分解機(jī)理得到初步處理，同時(shí)控制溫度防止土壤玻璃化。微波加熱強(qiáng)化環(huán)境溫度升高，在溫度限定范圍內(nèi)，環(huán)境溫度越高，有機(jī)物飽和蒸汽壓越大，越易揮發(fā)，有利于土壤蒸汽抽提。同時(shí)土壤環(huán)境溫度升高，有助于土壤顆粒中吸附態(tài)有機(jī)物的解吸，加速VOCs蒸汽態(tài)形成。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種微波輔助SVE去除土壤中有機(jī)污染物的系統(tǒng)及方法，主要針對揮發(fā)及半揮發(fā)有機(jī)污染物，可以加快速高效地修復(fù)有機(jī)污染場地。
[0006]本發(fā)明所述系統(tǒng)采用的技術(shù)方案為:
[0007]在待修復(fù)土壤內(nèi)注入微波吸附材料，并在帶修復(fù)土壤區(qū)域的表面鋪設(shè)不透氣覆蓋膜；在待修復(fù)土壤區(qū)域內(nèi)設(shè)置I個(gè)或多個(gè)抽氣井，并在抽氣井的理論覆蓋范圍內(nèi)，設(shè)置若干個(gè)空氣注射井、監(jiān)測井和注水管道；
[0008]所述抽氣井的上端封閉，內(nèi)部設(shè)置微波發(fā)生器，從抽氣井的上端出口引出管道，該管道依次與閥門、真空氣泵、氣體流量計(jì)、熱交換器、氣液分離器連接，氣液分離器底部的液態(tài)出口通過管道依次與離心水泵及廢水處理裝置連接，氣液分離器頂部的氣態(tài)出口通過管道依次與氣體流量計(jì)、真空風(fēng)機(jī)及廢氣處理裝置連接；
[0009]所述監(jiān)測井上端封閉并設(shè)置測壓表和測溫表；
[0010]所述空氣注射井上端封閉，空氣壓縮機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥、氣體流量計(jì)、壓力調(diào)節(jié)閥及壓力計(jì)通過管道依次連接并接入空氣注射井。
[0011]所述注水管道的末端位于不透氣覆蓋膜下方40cm?50cm之間。
[0012]所述微波吸附材料為活性炭或鐵棒。
[0013]所述抽氣井和空氣注射井的底端位于地下潛水面以上，井壁與井管之間填充密封材料以防止系統(tǒng)與地上外界環(huán)境發(fā)生短路，密封材料由上往下依次是水泥混凝土、膨潤土或粘土、礫石。
[0014]所述不透氣覆蓋膜為高密度聚乙烯膜、膨潤土墊、水泥混凝土、浙青中的一種。
[0015]本發(fā)明提供的利用所述系統(tǒng)去除土壤中有機(jī)污染物的方法，按如下步驟進(jìn)行:
[0016]步驟I):對污染場地進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，明確其土層特征、污染物分布狀況，具體包括土壤滲透性、土壤含水率、地下水深度、土壤結(jié)構(gòu)和分層污染物蒸汽壓的基本參數(shù)，進(jìn)而得出適合場地地層結(jié)構(gòu)的SVE最佳真空度、氣相抽提流量、抽氣井有效影響半徑；確定抽氣井、空氣注射井及監(jiān)測井的位置、深度和結(jié)構(gòu)；
[0017]步驟2):向待修復(fù)區(qū)域土壤表層下方0.8m?1.2m深度注入微波吸收材料，布置好注水管道，通過注水管道注水以保持修復(fù)區(qū)域土壤的適度濕度，并在待修復(fù)區(qū)域表面鋪設(shè)不透氣覆蓋膜，以防止注氣和抽氣過程中的空氣流短路；
[0018]步驟3):開啟修復(fù)系統(tǒng)，微波加熱促進(jìn)有機(jī)物的揮發(fā)、降解，同時(shí)溫度升高，降低土壤含水率，改變土壤特質(zhì)以利于SVE修復(fù)，通過監(jiān)測井監(jiān)測情況，調(diào)節(jié)注水管道的噴灑情況，使土壤濕度維持在可操作范圍內(nèi)；調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥、壓力調(diào)節(jié)閥，向空氣注射井內(nèi)壓入空氣，加快SVE氣體流通；調(diào)節(jié)微波發(fā)生器運(yùn)行情況，當(dāng)溫度超過設(shè)定最高溫度時(shí)停止工作，防止土壤玻璃化進(jìn)而改變土壤結(jié)構(gòu)不利于SVE正常有效運(yùn)行，當(dāng)溫度下降到設(shè)定最低溫度時(shí)，開啟微波發(fā)生器；
[0019]步驟4):從抽氣井抽提出的蒸汽經(jīng)熱交換器冷卻，進(jìn)入氣液分離器，進(jìn)而由地面廢氣廢水處理系統(tǒng)做進(jìn)一步處理。
[0020]所述步驟3)中的監(jiān)測井用來監(jiān)測污染場地的土壤加熱溫度、地下真空度及地下水位等情況。[0021]所述微波發(fā)生器間歇運(yùn)行，土壤的最高溫度設(shè)定為500°C。
[0022]本發(fā)明的有益效果為:
[0023]本發(fā)明利用微波加熱，可大大提高SVE的處理效率，尤其是對揮發(fā)性有機(jī)物的去除率達(dá)到了 99.50%。同時(shí)本方法不向土壤及地下水系統(tǒng)投放任何多余化學(xué)藥劑，不破壞土壤結(jié)構(gòu)、不引起二次污染。本技術(shù)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、操作性強(qiáng)、可靠性高、成本低、處理有機(jī)物的范圍寬。在國內(nèi)外具有良好的推廣潛力，而且還是易于維護(hù)的有機(jī)污染場地原位修復(fù)方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作示意圖。
[0025]圖中標(biāo)號:
[0026]1-空氣壓縮機(jī)、2-地下水位線、3-真空氣泵、4-氣體流量計(jì)、5-熱交換器、6-氣液分離器、7-離心水泵、8-廢水處理裝置、9-真空風(fēng)機(jī)、10-廢氣處理裝置、11-閥門、12-真空表、13-微波發(fā)生器、14-抽氣井、15-微波吸附材料、16-監(jiān)測井、17-空氣注射井、18-測壓表、19-測溫表、20-注水管道、21-管道系統(tǒng)、22-氣體流量計(jì)、23-流量調(diào)節(jié)閥、24-壓力計(jì)、25-壓力調(diào)節(jié)閥、26-不透氣覆蓋膜。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明提供了一種微波輔助SVE去除土壤中有機(jī)污染物的系統(tǒng)及方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0028]實(shí)施例1
[0029]北京市某化工廠停產(chǎn)搬遷，后閑置出約150萬m2的土地。選取20mX20m場地進(jìn)行土壤修復(fù)治理。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，該區(qū)域地表下20m范圍內(nèi)的地層分為人工堆積層及第四紀(jì)沉積層兩大類。地表下約20m深度范圍內(nèi)主要分布I層地下水，賦存于埋深12.40?13.55的砂土層中，地下水類型為潛水。經(jīng)現(xiàn)場勘察取樣分析，得知土壤和地下水中的污染物包括大量揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)(主要是苯系物)，半揮發(fā)性有機(jī)化合物(SVOCs)，多環(huán)芳烴(PAHs)和非水相液體(NAPLs )。抽氣井深超4m，共設(shè)置6個(gè)抽氣井，8個(gè)空氣注射井和4個(gè)監(jiān)測井。微波加熱器基本上為每20min運(yùn)行一次，每次時(shí)長30min，微波功率為30Kw，頻率為915MHz。溫度設(shè)定范圍為200°C?500°C。經(jīng)10小時(shí)處理，VOCs、SVOCs、PAHs去除率分別達(dá)到 97.4%、91.2%,89.7%。
[0030]實(shí)施例2
[0031]某污染廠區(qū)，經(jīng)測定土壤中主要有機(jī)污染物為甲苯、乙苯及正丙苯。土壤類型為黃棕壤，地下水類型為潛水層。選定污染區(qū)域15mX25m，設(shè)置5個(gè)抽氣井、4個(gè)監(jiān)測井和7個(gè)空氣注射井，以活性炭、鐵屑為吸波材料。抽氣流量維持在0.15L/S，土壤含水率維持在17.89%左右。微波加熱器基本上為每IOmin運(yùn)行一次，每次時(shí)長20min，微波功率為30Kw，頻率為915MHz。溫度設(shè)定范圍為100°C?300°C。經(jīng)8小時(shí)處理，甲苯、乙苯、正丙苯的去除率分別為 99.84%、99.45%、98.25%。
【權(quán)利要求】
1.一種微波輔助SVE去除土壤中有機(jī)污染物的系統(tǒng)，其特征在于，在待修復(fù)土壤內(nèi)注入微波吸附材料，并在帶修復(fù)土壤區(qū)域的表面鋪設(shè)不透氣覆蓋膜(26);在待修復(fù)土壤區(qū)域內(nèi)設(shè)置I個(gè)或多個(gè)抽氣井(14)，并在抽氣井(14)的理論覆蓋范圍內(nèi)，設(shè)置若干個(gè)空氣注射井(17)、監(jiān)測井(16)和注水管道(20)； 所述抽氣井(14)的上端封閉，內(nèi)部設(shè)置微波發(fā)生器(13)，從抽氣井(14)的上端出口引出管道，該管道依次與閥門(11)、真空氣泵(3)、氣體流量計(jì)(4)、熱交換器(5)、氣液分離器(6)連接，氣液分離器(6)底部的液態(tài)出口通過管道依次與離心水泵(7)及廢水處理裝置(8)連接，氣液分離器(6)頂部的氣態(tài)出口通過管道依次與氣體流量計(jì)、真空風(fēng)機(jī)(9)及廢氣處理裝置(10)連接； 所述監(jiān)測井(16)上端封閉并設(shè)置測壓表(18)和測溫表(19); 所述空氣注射井(17)上端封閉，空氣壓縮機(jī)(I)、流量調(diào)節(jié)閥(23)、氣體流量計(jì)(22)、壓力調(diào)節(jié)閥(25)及壓力計(jì)(24)通過管道依次連接并接入空氣注射井(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輔助SVE去除土壤中有機(jī)污染物的系統(tǒng)，其特征在于，所述注水管道(20)的末端位于不透氣覆蓋膜(26)下方40cm~50cm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輔助SVE去除土壤中有機(jī)污染物的系統(tǒng)，其特征在于，所述微波吸附材料(15 )為活性炭或鐵棒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輔助SVE去除土壤中有機(jī)污染物的系統(tǒng)，其特征在于，所述抽氣井(14)和空氣注射井(17)的底端位于地下潛水面以上，井壁與井管之間填充密封材料以防止系統(tǒng)與地上外界環(huán)境發(fā)生短路，密封材料由上往下依次是水泥混凝土、膨潤土或粘土、礫石。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輔助SVE去除土壤中有機(jī)污染物的系統(tǒng)，其特征在于，所述不透氣覆蓋膜(26)為高密度聚乙烯膜、膨潤土墊、水泥混凝土、浙青中的一種。
6.一種利用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)去除土壤中有機(jī)污染物的方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行: 步驟1):對污染場地進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，明確其土層特征、污染物分布狀況，具體包括土壤滲透性、土壤含水率、地下水深度、土壤結(jié)構(gòu)和分層污染物蒸汽壓的基本參數(shù)，進(jìn)而得出適合場地地層結(jié)構(gòu)的SVE最佳真空度、氣相抽提流量、抽氣井有效影響半徑；確定抽氣井(14)、空氣注射井(17)及監(jiān)測井(16)的位置、深度和結(jié)構(gòu)； 步驟2):向待修復(fù)區(qū)域土壤表層下方0.Sm~1.2m深度注入微波吸收材料(15)，布置注水管道(20 )，并在待修復(fù)區(qū)域表面鋪設(shè)不透氣覆蓋膜(26 ); 步驟3):開啟修復(fù)系統(tǒng)，微波加熱促進(jìn)有機(jī)物的揮發(fā)、降解，同時(shí)溫度升高，降低土壤含水率，改變土壤特質(zhì)以利于SVE修復(fù)，通過監(jiān)測井(16)監(jiān)測情況，調(diào)節(jié)注水管道(20)的噴灑情況，使土壤濕度維持在可操作范圍內(nèi)；調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(23)、壓力調(diào)節(jié)閥(25)，向空氣注射井(17)內(nèi)壓入空氣，加快SVE氣體流通；調(diào)節(jié)微波發(fā)生器(13)運(yùn)行情況，當(dāng)溫度超過設(shè)定最高溫度時(shí)停止工作，防止土壤玻璃化進(jìn)而改變土壤結(jié)構(gòu)不利于SVE正常有效運(yùn)行，當(dāng)溫度下降到設(shè)定最低溫度時(shí)，開啟微波發(fā)生器； 步驟4):從抽氣井(14)抽提出的蒸汽經(jīng)熱交換器(5)冷卻，進(jìn)入氣液分離器(6)，進(jìn)而由地面廢氣廢水處理系統(tǒng)做進(jìn)一步處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的去除土壤中有機(jī)污染物的方法，其特征在于，所述步驟3)中的監(jiān)測井(16)用來監(jiān)測污染場地的土壤加熱溫度、地下真空度及地下水位等情況。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的去除土壤中有機(jī)污染物的方法，其特征在于，所述微波發(fā)生器(13)間歇運(yùn)行,土壤的最高`溫度設(shè)定為500°C。
【文檔編號】B09C1/06GK103551373SQ201310593736
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】何理, 潘海洋, 盧宏瑋, 張一梅 申請人:華北電力大學(xué)