专利名称：挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于环境保护技术领域，特别涉及一种挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理工艺及装置。
背景技术：
随着石油工业的发展，汽油、柴油等挥发性有机物(VOCs)和半挥发性有机物(SVOCs)在土壤环境中的污染日益增多。它们主要来自溢油事故，如输油管线的破裂，储槽的渗漏，以及地下储油罐的泄漏问题等。另外，随着化工工业的发展，苯、甲苯和四氯化碳等各种VOCs对土壤造成的污染也逐渐增多，如化工废弃物和化学药剂的随意倾倒，化工厂的泄漏，化学品运输中的事故等。这些污染物可产生许多环境问题对土壤理化性质产生影响；威胁地下水源的水质安全；污染空气；由于烃气积累于建筑物地下室而造成爆炸危险；泄漏烃化合物使与其接触的公用地下管网设施加速老化等。目前对VOCs和SVOCs污染土壤的场外治理是将污染土壤挖出，再进行后续处理，所使用的方法有填埋、焚烧、水力冲洗和生物处理。但这些方法都存在各自的缺点填埋虽然处理简单，但费用昂贵，还可能面临二次处理；焚烧虽然处理效果好，但处理设备复杂，费用昂贵，还可能产生二次污染；水力冲洗浪费严重，处理效果不理想，需要处理冲洗水；生物处理周期长，处理效果不理想，还可能产生二次污染。因此，开发经济有效的VOCs和SVOCs污染土壤场外治理技术成为亟待解决的课题。经检索，未发现相关的公开专利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理工艺及装置。其特征在于所述被污染土壤场外治理装置的构成包括装填被污染土壤的土筒13；气体抽排装置由打有花孔的气体抽排井1通过穿壁管19和真空表3连接，并通过管道2和抽排气取样装置4、尾气活性炭吸附去除装置5，流量调节阀7，气体流量计6、流量调节阀7和真空泵8串联组成；控温加热装置为由插入污染土壤的温度传感器9通过温度控制仪10和继电器11连接，加热带12分层埋入土筒13内的污染土壤14中，并和继电器11连接。
所述气体抽排装置是在气体抽排井1内，其上部的膨胀水泥17将下部装有豆石16和通气的气体管道20固定在中央，其上部连接水泥表封盖18，气体管道20的上口连接穿壁管19构成。
所述挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理工艺为首先，将被挥发性和半挥发性有机物污染的土壤从污染现场挖出，然后分层(每层约2cm高)均匀装填入处理装置，要保证各处的堆积密度相同；再启动真空泵8，缓慢开启流量调节阀7，使气体流量计6的读数达到抽排气体流量的预定值，这时从真空表3读出气体抽排井1中的真空压力值。在真空泵工作时，由于外界大气压强高于抽排井1内压强，新鲜空气从大气中不断地进入污染土壤中，形成了朝抽排井方向运动的气体流场，促进土壤所吸附的有机污染物的挥发并将其蒸气带入气体抽排井1，再经过气体管道2输送到尾气活性炭吸附去除装置5过滤，最后排放出符合大气排放标准的尾气。从气体取样装置4中采集有机污染物蒸气，通过测定其浓度可衡量污染土壤的净化程度是否达到设计治理标准。最后，将经过处理的土壤回填到原污染场址或作为它用。
如污染物的挥发性较弱，可使用控温加热系统对污染土壤进行加热，提高其污染物的挥发性。启动真空泵后接通加热电源，使加热带12对污染土壤进行加热，同时通过埋设在污染土壤中的温度传感器9将信号传给温度控制仪10，控制污染土壤的加热温度当温度超过设定温度时，温度控制仪指令继电器11将加热电源断开，停止电热带对土壤的加热；当温度下降到低于设定温度时，温度控制仪指令继电器将加热电源合上，再次给土壤加热。通过这种方式，本控温加热系统可控制土壤温度保持基本恒定在所设定的温度。
本发明的有益效果是能方便快速、经济有效地对VOCs和SVOCs污染土壤进行场外治理，可控制土壤温度保持基本恒定在所设定的温度，提高其污染物的挥发性。经过处理的土壤可回填到原污染场址或作为它用。
图1为本发明装置结构示意图。
图2为土筒壁周结构示意图。
图3为气体抽排井结构示意图。
具体实施例方式
本发明提供一种挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理工艺及装置。该被污染土壤场外治理装置的构成包括装填被污染土壤的土筒13；气体抽排装置由打有花孔的气体抽排井1通过穿壁管19和真空表3连接，并通过管道2和抽排气取样装置4、尾气活性炭吸附去除装置5，流量调节阀7，气体流量计6、流量调节阀7和真空泵8串联组成；控温加热装置为由插入污染土壤的温度传感器9通过温度控制仪10和继电器11连接，加热带12分层埋入土筒13内的污染土壤14中，并和继电器11连接。
其气体抽排装置是在气体抽排井1内，其上部的膨胀水泥17将下部装有豆石16和通气的气体管道20固定在中央，其上部连接水泥表封盖18，气体管道20的上口连接穿壁管19构成。
所述挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理工艺为首先，将被挥发性和半挥发性有机物污染的土壤从污染现场挖出，然后分层(每层约2cm高)均匀装填入处理装置，要保证各处的堆积密度相同；再启动真空泵8，缓慢开启流量调节阀7，使气体流量计6的读数达到抽排气体流量的预定值，这时从真空表3读出气体抽排井1中的真空压力值。在真空泵工作时，由于外界大气压强高于抽排井1内压强，新鲜空气从大气中不断地进入污染土壤中，形成了朝抽排井方向运动的气体流场，促进土壤所吸附的有机污染物的挥发并将其蒸气带入气体抽排井1，再经过气体管道2输送到尾气活性炭吸附去除装置5过滤，最后排放出符合大气排放标准的尾气。从气体取样装置4中采集有机污染物蒸气，通过测定其浓度可衡量污染土壤的净化程度是否达到设计治理标准。最后，将经过处理的土壤回填到原污染场址或作为它用。
如污染物的挥发性较弱，可使用控温加热系统对污染土壤进行加热，提高其污染物的挥发性。启动真空泵后接通加热电源，使加热带12对污染土壤进行加热，同时通过埋设在污染土壤中的温度传感器9将信号传给温度控制仪10，控制污染土壤的加热温度当温度超过设定温度时，温度控制仪指令继电器11将加热电源断开，停止电热带对土壤的加热；当温度下降到低于设定温度时，温度控制仪指令继电器将加热电源合上，再次给土壤加热。通过这种方式，本控温加热系统可控制土壤温度保持基本恒定在所设定的温度。
格为半径50cm×高75cm，土筒13上有一块PVC的盖板，可用铜螺丝和橡皮垫将盖板与筒体密封结合。在距筒底70cm处的筒壁上焊接一段内外均突出5cm的外径Φ20mm的穿壁钢管19，便于连接气体管道2。在土筒13壁周上，从距筒底5cm到50cm处，每上下间隔5cm，左右间隔10cm，菱形排列，开10排Φ7mm的气孔15，如图2所示，以便空气同时从污染土壤顶部和侧面均匀进入，并在孔眼处焊120目(孔径0.125mm)钢纱网，防止污染土壤从孔眼漏出。土筒13内填入的污染土壤的总高度为0.6m，即处理的污染土壤总体积为0.471m3，总重量为740kg。
气体抽排装置在土筒13中心位置制作一口直径6mm的气体抽排井1(如图1、图3所示)；气体管道2使用外径Φ20mm的ABS塑料硬管和内径Φ20mm的塑料软管，连接装置各部分；真空表量程为-0.1MPa～0Pa；抽排气取样装置定做一套ABS塑料的螺丝和配套螺母，螺丝为Φ12mm×45mm，螺母的外径为Φ20mm，且带平底。在螺丝和螺母的纵向开Φ5mm的贯穿孔，将Φ10mm的气相色谱专用进样密封橡皮垫平放入螺母底部，再将螺丝旋进螺母至夹紧橡皮垫，然后将螺母涂上ABS塑料专用胶，插入粘牢在Φ20mm的ABS塑料三通的垂直端接口内，密封连接到气体管道；尾气活性炭吸附去除装置定制加工一个内径Φ60mm×高30cm的有机玻璃柱，柱内装填有颗粒活性炭；气体流量计型号为LZB-15，量程为0.4～4m3/h；真空泵2XZ-4型旋片真空泵，抽气速率为41/s，极限真空为6×10-2Pa。
控温加热装置在不锈钢土筒13外壁，从底部到高度为60cm处均匀间隔缠绕上5条加热带，共7圈，对土筒13内的土壤进行加热。为了防止加热带产生的热量被周围的空气带走而耗散，同时也为了土筒1 3内的土壤保温，在加热带的外层包裹两圈耐高温且隔热的石棉毡。在土筒13的土壤中埋设两个温度传感器9，温度传感器和温度控制仪型号PT100，XMTD-3002，工作范围0-99.9℃；继电器型号NC3(CJ46)-09交流接触器，额定绝缘电压690V，约定发热电流16A；加热带其中4条加热带的电压为220V，功率为640W的，规格为50mm×4000mm，另一条加热带的功率为960W，规格为50mm×6000mm。
污染土壤的治理效果利用本发明，处理含有正戊烷(C5H12)的污染土壤，污染物在土壤中的初始含量为1692mg/kg。由于C5H12挥发性较强，因此未使用控温加热系统加热污染土壤，即污染土壤为常温(25℃)，治理效果很好，见表1。
表1本发明治理污染土壤的效果土壤温度处理时间初始含量处理后含量土壤治理标准去污率污染物挥发性(℃)(min) (ppm)(ppm) (ppm) (％)C5H12较强 25 6601692 3.1 50 99.8C8H18较弱 50 660247.48.7 50 96.5注ppm为mg污染物/kg土壤；土壤治理标准按美国环保局制定的相关标准。
权利要求
1.一种挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理装置，其特征在于所述被污染土壤场外治理装置的构成包括装填被污染土壤的土筒(13)、气体抽排装置由打有花孔的气体抽排井(1)通过穿壁管(19)和真空表(3)连接，并通过管道(2)和抽排气取样装置(4)、尾气活性炭吸附去除装置(5)，流量调节阀(7)，气体流量计(6)、流量调节阀(7)和真空泵(8)串联组成；控温加热装置为由插入污染土壤的温度传感器(9)通过温度控制仪(10)和继电器(11)连接，加热带(12)分层埋入土筒(13)内的污染土壤(14)中，并和继电器(11)连接。
2.根据权利要求1所述挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理装置，其特征在于所述气体抽排装置是在气体抽排井(1)内，其上部的膨胀水泥(17)将下部装有豆石(16)和通气的气体管道(20)固定在中央，其上部连接水泥表封盖(18)，气体管道(20)的上口连接穿壁管(19)构成。
3.根据权利要求1所述挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理装置，其特征在于所述污染土壤分层均匀装填入处理装置的每层高1.5-3cm，要求保证各处的堆积密度相同。
4.一种挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理方法，其特征在于所述挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理工艺为首先，将被挥发性和半挥发性有机物污染的土壤从污染现场挖出，然后分层均匀装填入处理装置，要保证各处的堆积密度相同；再启动真空泵(8)，缓慢开启流量调节阀(7)，使气体流量计(6)的读数达到抽排气体流量的预定值，这时从真空表(3)读出气体抽排井(1)中的真空压力值，在真空泵工作时，由于外界大气压强高于抽排井(1)内压强，新鲜空气从大气中不断地进入污染土壤中，形成了朝抽排井方向运动的气体流场，促进土壤所吸附的有机污染物的挥发并将其蒸气带入气体抽排井(1)，再经过气体管道(2)输送到尾气活性炭吸附去除装置(5)过滤，最后排放出符合大气排放标准的尾气，从气体取样装置(4)中采集有机污染物蒸气，通过测定其浓度可衡量污染土壤的净化程度是否达到设计治理标准；最后，将经过处理的土壤回填到原污染场址或作为它用。
5.根据权利要求1或5所述挥发性和半挥发性有机物污染土壤场外治理方法，其特征在于所述被挥发性和半挥发性有机物污染土壤的污染物的挥发性较弱时，使用控温加热装置对污染土壤进行加热，提高其污染物的挥发性，启动真空泵后接通加热电源，使加热带(12)对污染土壤进行加热，同时通过埋设在污染土壤中的温度传感器(9)将信号传给温度控制仪(10)，控制污染土壤的加热温度保持在25-75℃的基本恒定温度。
全文摘要
本发明公开了一种挥发性和半挥发性有机物污染土壤的场外治理工艺及其装置。其工艺为将污染土壤挖出，装填入本发明装置，然后通过真空泵在抽排井中形成一定的真空度，将新鲜空气不断地引入污染土壤，促进土壤所吸附的污染物的挥发并将其蒸气带走。如污染物的挥发性较弱，可对污染土壤进行加热，提高污染物的挥发性。其装置由抽排气路装置的抽排井和控温传感器及加热装置埋入土筒内组成。本发明能快速经济地对挥发性有机物(VOCs)污染土壤和常规方法难以处理的半挥发性有机物(SVOCs)污染土壤进行场外治理，减少了危险废物填埋量，节约了处理成本，经过处理的土壤可回填到原污染场址或作为它用。
文档编号B09C1/00GK1586747SQ200410056888
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月30日 优先权日2004年8月30日
发明者李金惠, 刘文波, 聂永丰 申请人:清华大学