一种污染土壤原位热脱附修复系统的制作方法

本实用新型涉及土壤修复技术领域，尤其是涉及一种污染土壤原位热脱附修复系统。

背景技术：

原位热脱附技术是污染土壤原位修复技术中的一项重要技术，其主要原理是在原位将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，促使污染物气化挥发，从而使目标污染物与土壤颗粒分离、去除。热脱附过程可以使土壤中的有机化合物挥发和裂解等物理化学变化。当污染物转化为气态之后，其流动性将大大提高，挥发出来的气态产物通过收集和捕获后进行净化处理。

原位热脱附技术特别适合重污染的土壤区域，包括高浓度、非水相的、游离的以及源头的有机污染物。目前，原位热脱附技术可用于处理的污染物主要为含氯有机物(CVOCs)，半挥发性有机物(SVOCs)，石油烃类(TPH)，多环芳烃(PAHs)，多氯联苯(PCBs)以及农药等。

原位热脱附技术的加热方式主要有：电阻式加热、蒸汽热空气直接加热和热传导加热。目前在有机污染工业场地的修复中，原位热脱附技术的应用逐渐增多，但是市场上可用技术都存在能耗高、修复成本高的缺点。

电阻热脱附技术(ERH)是以一个核心电极为中心，周围建立一组电极阵，这样所有电极与核心电极形成电流。由于土壤是天然的导体，靠土壤电阻产生热量，进行热脱附处理。一般电阻热脱附技术可以使土壤温度高于100℃，然后通过地面的抽提设备将产生的气态污染物导出。

热传导热脱附技术(TCH)在土壤中用不锈钢加热井或者电加热布覆盖在土壤表面，这样使得土壤中的污染物发生挥发和裂解反应。一般不锈钢加热井用于土壤深层污染修复，而电加热布用于表层污染治理。一般情况下，会配有载气或者进行气相抽提，对挥发的水分和污染物进行收集和处理。

蒸汽热脱附技术(SEE)不仅可以使土壤和地下水中有机物黏度降低，加速挥发，释放有机污染物，而且热蒸汽可以使一些污染物结构发生断裂等化学反应。一般情况下，热蒸汽从注射井中喷出，呈放射状扩展。在土壤饱和区中，蒸汽使污染物向地下水中转移，从而通过对地下水的抽提进而达到污染物回收；而在通气区域，则是通过对气态挥发物的气相抽提进行污染物回收处理。

热空气热脱附技术是将热空气通入土壤水中，通过加热土壤使污染物挥发。在深层土壤修复阶段，往往采用的热空气压力较高，存在一定的技术风险。

热水热脱附技术采用注射井将热水注入到土壤和地下水中，加强其中有机污染的汽化，降低非水相和高浓度的有机污染物黏度，使其流动性更好，从而更好进行污染物回收。

高频热脱附技术是采用电磁能对土壤进行加热，该方法可以通过嵌入不同的垂直电极对分散的土壤区域进行分别加热处理。一般被加热的土壤由两排电极包围，能量由中间第三排电极来提供，整个三排电极类似一个三相电容体。一旦供能，整个电极由上向下开始对土壤介质进行加热，一般情况下土壤温度可达到300℃以上。

传统的电阻式加热方式加热效果分布不均匀，且由于温度的限制，对沸点较高的半挥发性有机物去除效果不佳，从而导致局部效果较差、能耗消耗较高以及修复时间较长。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种污染土壤原位热脱附修复系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种污染土壤原位热脱附修复系统，包括布设在土壤中的若干原位加热电极、若干注入井、若干抽提井、若干地下水监测井和设在地上的电极电力控制调节设施、原位温度压力监测设施、污水处理设施和废气处理设施；所述抽提井设有抽提装置，所述抽提装置连接污水处理设施和废气处理设施；所述注入井内设有注射装置，所述注射装置连接装有淋溶试剂的储料箱；所述原位加热电极连接电极电力控制调节设施，采用正三角形或者正六边形方式排布。

优选的，所述原位加热电极的布设间距为3～8m。

优选的，所述原位加热电极的布置深度延伸到处理目标下方的0.4～1.5m，且延伸到处理目标外围的0.4～2m。

优选的，所述原位温度压力监测设施包括若干温度监测节点和若干压力监测节点，所述温度监测节点用于监测原位加热电极周围环境和原位加热电极加热范围的冷点位置的温度，所述压力监测节点设置在电极埋深的最深深度。

优选的，所述注入井和抽提井的个数相同，所述注入井和原位加热电极的个数比为1：3至1：6。

优选的，还包括覆盖阻隔层，设在污染区域上方。

优选的，所述覆盖阻隔层为泡沫轻质水泥盖层。

优选的，所述原位加热电极所在的钻孔内填充颗粒性石墨并且予以压实，确保紧密贴紧原位加热电极表面；原位加热电极两端设有连通的注水口并与水循环系统连接，用于补充原位加热电极顶端部位加热造成土壤修复区域的局部缺水。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、加入淋溶试剂使污染物溶解后，增大污染物溶解度，增大污染物从土壤吸附相进入液相的速度，实现污染物去除率和去除效率的提高。

2、在污染场地中存在非水相液体(NAPL)的情况下，利用污染物与水之间的共沸机理，一定程度上降低污染物沸点，增大污染物溶解度，提高相对较低温度下污染物挥发的比例，增大污染物从土壤吸附相、NAPL相中进入液相和气相的速度，实现污染物去除率和去除效率的提高。

3、采用正三角形或者正六边形方式排布电极能够均匀加热污染区域土壤和地下水，克服传统电阻加热方法中加热不均匀的缺点，加热效率更高，更为节能，不会有死角，利用地下水作为主要导电媒介，促进电流从待修复区域均匀穿过。

4、扩大原位热脱附技术适用地域范围，从地下无水区域扩展到地下水丰沛区域，与其他类型原位热脱附技术相比，降低地下水原位阻隔工程费用，降低需要加热去除修复范围内残存地下水的额外能耗和费用。

5、以100℃左右低温加热，降低原位热修复技术能耗，降低修复成本。

6、通过注入不同的介质，如蒸汽、表面活性剂等，不仅可以实现挥发性较强的有机污染物、燃料油的土壤污染修复，还可以用于处理部分半挥发性有机污染物。

附图说明

图1为本实用新型原位热脱附修复系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中注入井、原位加热电极和抽提井的排布示意图；

图3为本实用新型中抽提装置结构示意图；

图4为本实用新型中原位加热电极结构示意图。

图中标注：1、原位加热电极，2、注入井，3、抽提井，4、气相抽提装置，5、覆盖阻隔层，6、阀门，31、真空度表，32、潜水泵电线，33、液体抽提管，34、水泥浆，35、PVC套管，36、膨润土，37、电缆线，38、石英砂，39、潜水泵，41、上部注水口，42、上部挡板，43、中部插槽，44、注水软管，45、底部挡板，46、底部注水口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种污染土壤原位热脱附修复系统，包括布设在土壤中的若干原位加热电极、若干注入井、若干抽提井、若干地下水监测井和设在地上的电极电力控制调节设施、原位温度压力监测设施、污水处理设施和废气处理设施；抽提井设有抽提装置，抽提装置连接污水处理设施和废气处理设施；注入井内设有注射装置，注射装置连接装有淋溶试剂的储料箱；原位加热电极连接电极电力控制调节设施，采用正三角形或者正六边形方式排布。

修复系统还包括覆盖阻隔层，设在污染区域上方，本实施例中，覆盖阻隔层为泡沫轻质水泥盖层。

原位加热电极通常是钢管或铜板，通过电极电力控制调节设施控制。电极所在的钻孔内填充颗粒性石墨并且予以压实，确保紧密贴紧原位加热电极表面；原位加热电极两端设有连通的注水口并与水循环系统连接，用于补充原位加热电极顶端部位加热造成土壤修复区域的局部缺水，如图4所示，注水速率范围为0.2～2L/min。

原位加热电极采用正三角形或者正六边形方式排布，通过不同排布组合的电极发射交流电流，以不同电极之间待修复土壤和地下水作为导电介质，靠土壤粒子电阻产生热量，对污染物进行热脱附。原位加热电极的布设间距为3～8m，在项目实施中根据土质条件和污染物情况进行调整决定，本实施例中，布设间距为6m，采用正三角形方式排布，如图2所示。原位加热电极的布置深度延伸到处理目标下方的0.4～1.5m，且延伸到处理目标外围的0.4～2m，以确保整个待修复区域能够均匀达到所需温度。电极具体的布设距离和布设范围取决于污染物特性、所需的加热速率、预期的热损失、电极的施工安装方式以及所需的最终温度。

抽提井可根据场地情况采用多相抽提井或气相抽提井。

注入井和抽提井的个数相同，注入井和原位加热电极的个数比为1：3至1：6，根据场地具体情况设计。本实施例中，优选的，注入井、原位加热电极、抽提井以1：3：1的比例布置。

原位温度压力监测设施包括若干温度监测节点和压力监测节点，温度监测节点用于监测原位加热电极周围环境和原位加热电极加热范围的冷点位置的温度，根据需要设在原位加热电极附近和原位加热电极加热范围的冷点位置，并可沿电极竖向布置在不同深度；压力监测节点设置在电极埋深的最深深度，可设在原位加热电极附近或原位加热电极加热范围的冷点位置。每个温度监测节点包括数个温度传感器，每个压力监测节点包括数个压力传感器，通常是每1～2m一个温度传感器，并在修复处理最深位置附近设置压力传感器。整个系统监测的参数还包括：输入至原位加热电极的功率、加热过程的确认、污染物控制的确认、即时的和累积的污染物去除率。

在待修复区域的含水层或滞水层区域设置地下水监测井，用来监测修复区域的地下水位、水质、水温等参数，帮助了解对地下水修复情况。

系统中的注入井和抽提井采用常用的普通工艺，抽提装置如图3所示。

地面处理设备取决于待修复区域的范围、体积、污染物特性、地方法规对排水排气的要求等，因此具体场地的实际处理设备都有所不同。

一种采用上述修复系统的污染土壤原位热脱附修复方法，包括以下步骤：

S1、在待修复区域通过注入井注入淋溶试剂；

S2、通过排布在待修复区域的原位加热电极阵列对污染物进行热脱附，电极加热温度最高为120℃，具体加热温度根据污染物特点及修复要求设定；

S3、通过多相或气相抽提方法，将溶解于待修复区域地下水中或存在于土壤气体中的污染物抽提出原污染场地，并在地面进行污水和废气的处理；

S4、当检测到污水处理设施中的液体或废气处理设施中的气体的污染浓度降低到最大可能污染浓度的设定比例并持续设定时长时，对污染土壤取样，若达到修复目标值，则停止修复，否则通过注入井注入高温蒸汽、表面活性剂或空气提高污染物在污染区域的移动性，并继续修复过程。

步骤S1具体包括：在待修复区域，淋溶试剂通过注射井采用间歇或连续方式注入，再通过注入井内井筛的缝隙进入到污染土壤和地下水中，注入井设于抽提井影响半径范围内，或设于抽提井所在地下水流向上游的位置。淋溶试剂通过抽水泵向注射井注入，具体添加剂量需要根据污染物浓度和范围确定。

淋溶试剂可选择的类型有：无机淋洗剂(酸、碱、盐等无机化合物)；螯合剂(EDTA、NTA、DTPA、柠檬酸、苹果酸等)；表面活性剂(阳离子、阴离子型表面活性剂)；生物表面活性剂(鼠李糖脂、槐糖脂、莎凡婷、皂角苷等)；复合淋洗剂(表面活性剂与螯合剂联合应用)。土壤修复时具体使用的试剂根据前期土壤污染调查情况选择。

经过热脱附进入到液相和气相的污染物，通过应用多相抽提技术，将溶解于地下水中以及存在于土壤气中的污染物抽提出原污染场地，并在地面进行污水和废气的处理，从而实现对污染土壤和地下水的同时修复。

包气带以及含水层中的污染物，经过原位加热电极加热的作用，从土壤颗粒上脱附溶解于水中，或挥发至土壤气中，分别以抽水或抽气的方式去除。

对于污染位地下水位以上，位于包气带的情况，应用气相抽提方法，将存在于气相的污染物抽提出原污染场地，并在地面进行废气处理。

本实用新型适用于多种场地条件：1、以粘土、粉质粘土、淤泥质粘土等黏土类土壤为主的污染场地；2、地下水位浅，水资源丰沛的污染区域；3、以砂土、粉土等为主的污染场地；4、地下水位深，包气带跨度大的场地。