本發(fā)明涉及環(huán)保設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及污染土壤修復(fù)技術(shù)，尤其是一種熱強化氣相抽提污染土壤修復(fù)裝置及其方法。

背景技術(shù)：

土壤作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)和環(huán)境要素的重要組成要素，是人類賴以生存的自然資源之一，吸納了環(huán)境中約90％的污染物。隨著全球工業(yè)化進程的發(fā)展，環(huán)境污染事故和人體健康損害事件也時有發(fā)生，而化工企業(yè)(尤其是石油工業(yè))排放的揮發(fā)性(vocs)和半揮發(fā)性(svocs)尤為嚴(yán)重。目前，揮發(fā)性有機污染物已經(jīng)成為工業(yè)場地土壤中最普遍和最突出的污染物之一。特別是突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生，如儲油罐的泄漏、輸油管線的破裂、揮發(fā)性有機物的溢灑事故，都會對土壤和地下水等造成不同程度的污染。如果污染物殘留在土壤中，會進一步對水體、大氣和食物及人體健康帶來更大的危害。

目前，針對土壤中揮發(fā)性有機污染物的修復(fù)方法主要有化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和物理修復(fù)等?；瘜W(xué)修復(fù)主要包括氧化還原技術(shù)和化學(xué)淋洗技術(shù)，生物修復(fù)主要利用微生物和植物對污染物進行降解，而物理修復(fù)主要包括土壤氣相抽提技術(shù)和熱脫附技術(shù)。土壤氣相抽提(soilvaporextraction,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)，其原理是利用物理方法去除不飽和土壤中揮發(fā)性有機物，通過真空設(shè)備產(chǎn)生負(fù)壓驅(qū)使空氣夾帶污染物至處理裝置集中處理。在實際運用中，氣相抽提效果容易受到土壤特性、目標(biāo)污染物特性、環(huán)境溫度等因素的影響。因此，氣相抽提技術(shù)也往往和熱強化技術(shù)、生物技術(shù)等結(jié)合，以加強氣相抽提的修復(fù)效果。其中，熱強化技術(shù)主要通過向土壤輸入熱量來提高土壤溫度，加強對重質(zhì)非水相液體(dnpls)組分的去除。根據(jù)加熱方式的不同，該技術(shù)可分為電阻加熱、蒸汽/熱空氣注射、熱傳導(dǎo)加熱和電磁波加熱等。

中國專利cn105499263a公開了一種熱強化土壤氣相抽提系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括加熱系統(tǒng)、抽提系統(tǒng)和待處理的土壤堆體，利用太陽能產(chǎn)生的熱量給土壤加熱，使有機污染物能更有效地從土壤污染介質(zhì)中得以揮發(fā)和分離；但是該系統(tǒng)對外界環(huán)境的依賴性較大，如果遇上連續(xù)陰雨天氣，加熱效果會大打折扣，不利于污染土壤的修復(fù)。中國專利cn103447291b公開了一種氯苯污染土壤強化氣相抽提修復(fù)方法。該方法包括多個以正三角形或正方形排布的加熱抽提器、冷凝單元、氣液分離器和真空泵等，短時間內(nèi)對氯苯污染的土壤修復(fù)效果明顯，污染物去除率高，但是效果容易受到土壤特性等的影響(比如說土壤粘性高，傳熱效果差)。中國專利cn102513347a公開了一種原位熱強化組合土壤氣相抽提技術(shù)治理污染土壤的方法。該方法通過在污染區(qū)域形成一定形式的加熱井，在加熱井內(nèi)部署加熱器部件，并安裝套管，在套管中填充催化劑以加速污染物高溫分解成簡單的小分子物質(zhì)。該方法對污染物有較好的處理效果，但是抽提裝置造價成本高，較難推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服常規(guī)氣相抽提技術(shù)的不足，主要包括①氣相抽提裝置土地占用面積大，利用率不高。尤其在用地緊張的城市更為突出；②處理效果易受土壤特性的影響，由于土堆體積大，雖然經(jīng)過破碎、篩分等預(yù)處理仍可能存在部分土壤修復(fù)效果不理想；③多數(shù)氣相抽提設(shè)備難以循環(huán)使用，由于各修復(fù)項目具體情況的不同，抽提設(shè)備須重新設(shè)計使用；④大多數(shù)氣相抽提系統(tǒng)難以及時高效處理相關(guān)的突發(fā)性土壤污染事件，在初期和運輸過程中會造成二次污染。本發(fā)明旨在提供一種熱強化氣相抽提污染土壤修復(fù)裝置，解決上述問題。

本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

熱強化氣相抽提污染土壤修復(fù)裝置，其包括若干個箱式的氣相抽提裝置，每個氣相抽提裝置的內(nèi)腔中安裝有用于促進空氣對流的風(fēng)扇以及若干層篩網(wǎng)，篩網(wǎng)上方用于放置待修復(fù)的土壤堆體；氣相抽提裝置的外殼由內(nèi)到外依次為發(fā)熱電阻層、耐熱層、保溫層和防水層；氣相抽提裝置的頂部設(shè)有可開合式的頂蓋，其側(cè)壁外殼上開設(shè)有一個出氣口，出氣口上覆蓋有濾網(wǎng)；每個氣相抽提裝置的出氣口均連接抽提支管，各抽提支管通過轉(zhuǎn)換接頭并聯(lián)至抽提主管，抽提主管依次將氣體送入冷凝器、氣液分離器、除塵裝置、活性炭吸附裝置后，最終將尾氣從氣體排放口排出；轉(zhuǎn)換接頭和冷凝器之間的抽提主管上安有總閥門，抽提主管由真空泵提供負(fù)壓抽吸動力，除塵裝置和真空泵之間的抽提主管上連接壓力表；氣液分離器的底部液體通過管路連接至廢液處理裝置。

作為優(yōu)選，所述的出氣口由橡膠閥門可開閉式封堵。

作為優(yōu)選，所述的除塵裝置中設(shè)有多層濾塵網(wǎng)，用于過濾流經(jīng)氣體中的粉塵。

作為優(yōu)選，所述的發(fā)熱電阻層中按照u形盤有加熱電阻，加熱電阻連接至溫控電路中，用于控制氣相抽提裝置內(nèi)部的加熱溫度。

作為優(yōu)選，所述的篩網(wǎng)由下部的篩網(wǎng)支架和上部的細格網(wǎng)復(fù)合組合，篩網(wǎng)支架用于支撐上部重量，而細格網(wǎng)用于防止土壤顆粒掉落同時為其上方的土壤提供通風(fēng)環(huán)境。

作為優(yōu)選，所述的氣相抽提裝置的底座上設(shè)有與叉車相配合的結(jié)構(gòu)，以便于叉車搬運。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述土壤修復(fù)裝置的強化氣相抽提污染土壤修復(fù)方法，其步驟如下：

步驟1：將待修復(fù)的污染土壤進行預(yù)處理后備用；

步驟2：關(guān)閉氣相抽提裝置的出氣口，打開頂蓋，將最下層篩網(wǎng)安裝于裝置內(nèi)腔中；將預(yù)處理后的污染土壤在篩網(wǎng)上打堆，然后逐級安裝其他篩網(wǎng)并在每一層篩網(wǎng)上堆好土壤堆體，堆體高度為0.3-0.4m，然后關(guān)閉頂蓋；針對其他氣相抽提裝置重復(fù)上述步驟，直至本處理批次所有的污染土壤悉數(shù)轉(zhuǎn)移至氣相抽提裝置1中；

步驟3：使用叉車將氣相抽提裝置1轉(zhuǎn)移至修復(fù)場地，并進行組織堆放；

步驟4：堆放完畢后，打開氣相抽提裝置的出氣口，將出氣口連接抽提支管，再通過轉(zhuǎn)換接頭將抽提支管并聯(lián)至抽提主管，打開總閥門，啟動風(fēng)扇和發(fā)熱電阻層中的加熱電阻，對污染土壤進行加熱；

步驟5：當(dāng)污染土壤被加熱至預(yù)定溫度使，啟動真空泵，將加熱過程中產(chǎn)生的氣體輸送至冷凝器進行降溫，然后再輸送至氣液分離器進行氣液分離，液體從底部流出進入廢液處理裝置，而氣體從頂部逸出進入除塵裝置；氣體經(jīng)過除塵后，進入活性炭吸附裝置使氣體中含有的污染物被活性炭去除，最終通過氣體排放口排出尾氣。

作為優(yōu)選，在污染土壤處理的運行周期內(nèi)，定期對土壤堆體和尾氣進行抽樣檢測。

進一步的，尾氣通過采集出氣口的氣體進行檢測，分析其vocs含量，確定活性炭的吸附效果。

進一步的，土壤堆體的檢測方法如下：隨機抽取若干個氣相抽提裝置，移除其抽提支管，關(guān)閉橡膠閥門后，待其冷卻，采集土壤樣本并檢測，分析其vocs含量確定修復(fù)效果以及是否到達修復(fù)目標(biāo)。

本發(fā)明提供了一種對揮發(fā)性有機污染土壤的修復(fù)效果良好，空間利用率高，操作簡易上手，且可循環(huán)使用的熱強化氣相抽提裝置和方法，解決了傳統(tǒng)修復(fù)方法中存在的不足，尤其可以高效應(yīng)對突發(fā)性土壤污染事件，如油罐車的泄漏、輸油管道的破裂，具有很好的機動性。

附圖說明

下面結(jié)合參考附圖對本發(fā)明進一步說明。

圖1為本發(fā)明中氣相抽提裝置的示意圖；

圖2為本發(fā)明中氣相抽提裝置的左視剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中熱強化氣相抽提修復(fù)污染土壤的方法示意圖；

圖4為本發(fā)明中加熱電阻排列的示意圖；

圖5為本發(fā)明中氣相抽提裝置篩網(wǎng)的示意圖；

圖中：氣相抽提裝置1、出氣口2、總閥門3、冷凝器4、氣液分離器5、除塵裝置6、壓力表7、真空泵8、活性炭吸附裝置9、氣體排放口10、抽提主管11、廢液處理裝置12、加熱電阻13、插銷14、搭扣15、底座16、發(fā)熱電阻層17、耐熱層18、保溫層19、防水層20、風(fēng)機21、土壤堆體22、支架23、篩網(wǎng)24、篩網(wǎng)支架25、細格網(wǎng)26、濾網(wǎng)27、橡膠閥門28、抽提支管29、轉(zhuǎn)換接頭30。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作詳細描述。

在本發(fā)明中，待處理的污染土壤堆體特指主要含揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機污染物的污染土壤，污染物包括烷類、芳烴類、酯類、醛類等，常見的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷等。

根據(jù)污染土壤的具體情況，需要對其進行預(yù)處理，但具體預(yù)處理工序可按照實際需要進行設(shè)定。由突發(fā)性事件(如油罐車的泄漏、輸油管道的破裂等)引起的土壤污染，則直接使用氣相抽提裝置進行處理，避免污染物進入大氣和水體；其余污染土壤可以預(yù)先對土壤堆體進行破碎和干化后再行處理。

在本實施例中，對氣相抽提裝置的箱體方位表述為“上”、“下”、“左”、“右”、“前”和“后”。具體地，可以參照圖1的圖面方向。其中，風(fēng)扇位于左面(未示出)，出氣口、橡膠閥門28和溫控電路位于右面，加熱電阻位于上面、下面、前面和后面(位于殼體內(nèi)部)。

下面詳細介紹本實施例中熱強化氣相抽提污染土壤修復(fù)裝置的實現(xiàn)方式。

熱強化氣相抽提污染土壤修復(fù)裝置包括若干個如圖1所示的氣相抽提裝置1。氣相抽提裝置1設(shè)成箱式結(jié)構(gòu)，其底部的底座16上設(shè)有與叉車相配合的條狀結(jié)構(gòu)，以便于叉車搬運。氣相抽提裝置1的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，氣相抽提裝置1的外殼由內(nèi)到外依次為發(fā)熱電阻層17、耐熱層18、保溫層19和防水層20。如圖4所示，發(fā)熱電阻層17中按照u形盤有加熱電阻13，加熱電阻13均勻地鋪設(shè)在上、下、前、后四個面的發(fā)熱電阻層17中，對土壤進行全方位的加熱。耐熱層18和保溫層19的設(shè)置能夠防止熱量散失到外部環(huán)境，有利于節(jié)約成本。加熱電阻13連接至溫控電路中，用于控制氣相抽提裝置1內(nèi)部的加熱溫度，使整個氣相抽提裝置1維持一定的溫度，如溫度過高，加熱電阻13不工作；如溫度過低，加熱電阻13恢復(fù)工作。防水層20對氣相抽提裝置1起到防雨的作用。

每個氣相抽提裝置1的內(nèi)腔中安裝有用于促進空氣對流的風(fēng)扇21，風(fēng)扇21持續(xù)鼓風(fēng)，使整個氣相抽提裝置1能夠均勻受熱。內(nèi)腔中還安裝有3層篩網(wǎng)24，篩網(wǎng)24底部通過條狀的滑槽型支架23進行支撐，篩網(wǎng)24可取下進行清洗。篩網(wǎng)24由下部的篩網(wǎng)支架25和上部的細格網(wǎng)26復(fù)合組合，篩網(wǎng)支架25如圖5的左圖所示，具有較粗的骨架，用于支撐上部土壤的重量，而細格網(wǎng)26如圖5的右圖所示，密布有較細的網(wǎng)格，用于防止土壤顆粒掉落同時為其上方的土壤提供良好的通風(fēng)環(huán)境。待修復(fù)的土壤堆體22堆放于篩網(wǎng)24上。氣相抽提裝置1的頂蓋是可開啟的，頂蓋一端通過插銷14與本體進行固定，而另一端則通過搭扣15進行活動式開閉。氣相抽提裝置1的外殼側(cè)壁上開設(shè)有一個出氣口2，出氣口2上覆蓋有濾網(wǎng)27，內(nèi)部的氣體排出出氣口2之前均需要經(jīng)過濾網(wǎng)27過濾，防止帶出大塊土壤顆粒。出氣口2在需要時可以由橡膠閥門28進行封堵，橡膠閥門28通過掛索吊在出氣口2附近。

每個氣相抽提裝置1都是一個單獨的處理單元，可以根據(jù)待處理的土壤量選擇氣相抽提裝置1的數(shù)量，然后進行有組織的堆放，同時進行處理。每個氣相抽提裝置1的出氣口均密閉連接一條抽提支管29，各抽提支管29通過轉(zhuǎn)換接頭30并聯(lián)至抽提主管11，抽提主管11依次將氣體送入冷凝器4、氣液分離器5、除塵裝置6、活性炭吸附裝置9后，最終將尾氣從氣體排放口10排出。轉(zhuǎn)換接頭30和冷凝器4之間的抽提主管11上安有總閥門3，抽提主管11由真空泵8提供負(fù)壓抽吸動力，除塵裝置6和真空泵8之間的抽提主管11上連接壓力表7。氣液分離器5的底部液體通過管路連接至廢液處理裝置12。

本實施例的上述裝置中，各單元的材質(zhì)和選型如下：

氣相抽提裝置1主體結(jié)構(gòu)為不銹鋼材質(zhì)，規(guī)格為1.5m×1.5m×1.5m。篩網(wǎng)支架25為不銹鋼材質(zhì)。細格網(wǎng)26為機械性能好、耐高溫、尺寸穩(wěn)定性較好的工程塑料，如聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯等。濾網(wǎng)27為不銹鋼材質(zhì)，孔徑100目，可防止小土塊進入管道。篩網(wǎng)支架25為不銹鋼材質(zhì)。插銷14、搭扣15均可以采用鐵鍍鎳、201鋼、304鋼材質(zhì)。耐熱層18為稀有金屬的氮化物和碳化物，如氮化硼、氮化硅、碳化硼和碳化硅等。保溫層19為低導(dǎo)熱系數(shù)材料，如玻璃棉、巖棉保溫氈等。防水層20為足夠厚度、高強度的pvc油布?？傞y門3為ppr材質(zhì)、雙頭活接銅球熱熔管閥門。冷凝器4為傳熱系數(shù)高、占地面積小的立式殼管式冷凝器。氣液分離器5為吸附式氣液分離器。除塵裝置6為多層濾塵網(wǎng)聯(lián)用，濾塵網(wǎng)材質(zhì)為機械加工玻璃鋼、高分子復(fù)合材料等。壓力表7為真空壓力表。真空泵8為穩(wěn)定性高、占地面積小的水環(huán)式真空泵?；钚蕴课窖b置9為碳鋼材質(zhì)，形式為兩層抽屜式方便更換，且有一層除霧，內(nèi)部有加強的優(yōu)質(zhì)活性炭顆粒的臥式活性炭吸附箱。

上述裝置的使用方法如下：

如圖1所示，閉合橡膠閥門28，打開搭扣15，將細格網(wǎng)26和篩網(wǎng)支架25組合好的篩網(wǎng)24放置在支架23上，人工將預(yù)處理后的土壤在篩網(wǎng)上打堆，堆體高度為0.3-0.4m。從下而上依次安裝篩網(wǎng)24，并堆好土壤堆體22，共三層。將頂蓋閉合，并鎖上搭扣。重復(fù)上述步驟，直至所有的污染土壤悉數(shù)轉(zhuǎn)移至不同的氣相抽提裝置1中。使用叉車將氣相抽提裝置1轉(zhuǎn)移至修復(fù)場地，并根據(jù)實際需要進行有組織的堆放，本實施例中呈如圖3的“3×4”組合堆放。

堆放完畢后，打開氣相抽提裝置1的橡膠閥門28，出氣口2連接抽提支管29，通過轉(zhuǎn)換接頭30，將抽提支管并聯(lián)至抽提主管11，轉(zhuǎn)換接頭30和冷凝器4之間的抽提主管11上安有總閥門3，暫時關(guān)閉總閥門3。抽提主管11連接冷凝器4，冷凝器4出氣口的一端連接除塵裝置6，冷凝器4出水口的一端連接廢液處理裝置12，除塵裝置6連接真空泵8，除塵裝置6和真空泵8之間的抽提主管11上連接壓力表7，真空泵8連接活性炭吸附裝置9，活性炭吸附裝置9連接氣體排放口10。

打開總閥門3，啟動電源，冷凝器4、氣液分離器5除塵裝置6、真空泵8、活性炭吸附裝置9、廢液處理裝置12順序啟動。同時，氣相抽提裝置1的風(fēng)扇21、溫控電路(包含加熱電阻13開始工作。

如圖3所示，隨著加熱電阻13的工作，氣相抽提裝置1逐漸升溫至所需溫度，風(fēng)扇21的啟動使整個裝置的受熱更加均勻。土壤堆體22中所含的污染物開始揮發(fā)，以氣體的形態(tài)經(jīng)過濾網(wǎng)27，大部分土塊被攔截。各個氣相抽提裝置1的氣體通過各自的抽提支管29，到達轉(zhuǎn)換接頭30，經(jīng)過總閥門3匯至抽提總管11，到達冷凝器4。冷凝器4的主要作用為降低氣體溫度，有利于下一步的氣液分離。經(jīng)過冷凝器4的冷卻，氣體到達氣液分離器5，氣液分流。液體從底部流出，到達廢液處理裝置12；氣體從頂部逸出，到達除塵裝置6。除塵裝置5由多層濾塵網(wǎng)組成，可有效阻滯細小塵埃，有效保護真空泵8和管道。經(jīng)過除塵裝置5，氣體到達真空泵8，真空泵8的運行為整個系統(tǒng)提供氣相抽提所需的負(fù)壓環(huán)境，而壓力表7的示數(shù)可反映實時狀態(tài)。氣相抽提裝置1運行后，檢查壓力表7的工作狀態(tài)，通過示數(shù)確定整個系統(tǒng)的負(fù)壓狀態(tài)，保證抽提效果。經(jīng)過真空泵7后，氣體到達活性炭吸附裝置9，氣體中含有的污染物被活性炭高效去除，最終通過氣體排放口10排出。

運行周期結(jié)束后，經(jīng)過簡單的清洗和處理，氣相抽提裝置1可循環(huán)使用，有利于修復(fù)成本的節(jié)約。氣相抽提裝置1的整體設(shè)計有利于叉車的使用，方便裝卸，符合長距離運輸?shù)男枰?。除塵裝置6的濾塵網(wǎng)也需要定期清理，保證除塵效果。活性炭吸附裝置9中，活性炭顆粒能夠高效吸附污染物，根據(jù)其飽和吸附量，定期更換活性炭顆粒。使用完畢的活性炭顆粒作為危廢處置。

氣相抽提裝置1上的出氣口2可通過橡膠閥門28是否堵上控制開關(guān)，可對氣相抽提裝置1進行實時操作，尤其是以下2種情況：①某個氣相抽提裝置1發(fā)生突發(fā)情況，可移開抽提支管29，關(guān)閉橡膠閥門28，對氣相抽提裝置1進行及時高效的處理。②處理后期，需要對土壤堆體22的處理效果進行檢測，可直接對氣相抽提裝置1抽樣檢查，方便快捷。

基于上述裝置，本發(fā)明提供了一種強化氣相抽提污染土壤修復(fù)方法，其步驟如下：

步驟1：將待修復(fù)的污染土壤進行預(yù)處理后備用；

步驟2：關(guān)閉氣相抽提裝置1的出氣口，打開頂蓋，將最下層篩網(wǎng)24安裝于裝置內(nèi)腔中；將預(yù)處理后的污染土壤在篩網(wǎng)24上打堆，然后逐級安裝其他篩網(wǎng)24并在每一層篩網(wǎng)24上堆好土壤堆體22，堆體高度為0.3-0.4m，然后關(guān)閉頂蓋；針對其他氣相抽提裝置1重復(fù)上述步驟，直至本處理批次所有的污染土壤悉數(shù)轉(zhuǎn)移至氣相抽提裝置1中；

步驟3：使用叉車將氣相抽提裝置1轉(zhuǎn)移至修復(fù)場地，并進行組織堆放；

步驟4：堆放完畢后，打開氣相抽提裝置1的出氣口2，將出氣口2連接抽提支管29，再通過轉(zhuǎn)換接頭30將抽提支管并聯(lián)至抽提主管11，打開總閥門3，啟動風(fēng)扇21和發(fā)熱電阻層17中的加熱電阻13，對污染土壤進行加熱；

步驟5：當(dāng)污染土壤被加熱至預(yù)定溫度時，啟動真空泵8，將加熱過程中產(chǎn)生的氣體輸送至冷凝器4進行降溫，然后再輸送至氣液分離器5進行氣液分離，液體從底部流出進入廢液處理裝置12，而氣體從頂部逸出進入除塵裝置6；氣體經(jīng)過除塵后，進入活性炭吸附裝置9使氣體中含有的污染物被活性炭去除，最終通過氣體排放口10排出尾氣。

以上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。