一种高温干气注入土壤驱污方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种高温干气注入土壤驱污方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 农药化工厂包括甲胺磷车间、动力车间、污水处理区、甲基包装车间、乙基车间、乳 化车间、乙基包装车间、混合区、盐酸罐区、氯碱车间、盐库、烧碱罐区、机修车间、办公区域 等，农药化工厂因多年生产农药、化工等产品，受到了农药甲胺磷、三氯硫磷、草甘膦、氯化 苯等的严重污染，土壤中存在着有机磷、苯等污染及砷、镉、铅等重金属危险物，土壤污染严 重。如果这些污染物质残留在土壤中，必将进一步进入到水体、大气及食物链中，会对生态 环境及人类健康带来极大的危害。
[0003] 目前，对土壤中污染物的去除有多种方法，如挖掘后焚烧、生物处理、化学添加剂 或钝化等，虽然这些方法成功的用于某些实例，但是由于费用昂贵且存在一定不足，因此在 大范围的土壤治理中不切实际。
[0004] 中国专利CN1586747A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，但是该专利主要使用真空抽提的方法只能处理挥发性和半挥发性的有机污 染物，对于不易挥发的有机污染物则很难去除。
[0005] 中国专利CN102513347A公开了一种原位热强化组合土壤气相抽提技术治理土壤 污染的方法，在污染区域形成一定形式的加热井，在加热井内部署加热器部件，并安装套 管，在套管中填充催化剂以加速污染物高温分解成简单的小分子物质，通过抽提井抽屉处 理。该专利需将加热装置深入地下，不易安装、操作困难。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高温干气注入土壤驱污方 法，高温干气温度高，可以去除污染土壤中易挥发及难挥发的有机物及重金属污染物。
[0007] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] -种高温干气注入土壤驱污方法，包括如下步骤：
[0009] (1)用高温混合气体注气装置制备高温混合干气；
[0010] (2)利用干气注入井将步骤（1)制备的高温混合干气注入到污染土壤中；
[0011] (3)调节温度和停留时间，使热能在土层中扩散完成混合气焖井；
[0012] (4)混合气焖井结束后，利用污染气体提炼井将催化热解的气态污染物提炼到地 面以上通过污染气体回收装置回收处理。
[0013] 高温混合干气注入土壤驱污技术，利用燃烧学、流体力学、传热学、工程热力学的 原理与工程技术研制的供土壤恢复使用的"高温混合气体注气装置"，其原理是：用空气中 的氧气作为氧化剂，用柴油作燃烧剂，在高压下进行燃烧，产生高温燃气（2000°c )，再通 入水与之掺混进行热交换，使水吸热汽化，使燃气放热降温，所产生的蒸汽燃气混合气成份 为：水蒸汽（干度大于0. 95)，氮气（N2)，二氧化碳（CO2)。再通入水与之掺混进行热交换，水 吸热汽化，燃气放热降温，使混合气体保持驱污工艺要求的温度，然后以音速从喷口喷出， 再作超音速膨胀，经热力平衡之后注入土壤中合适口径的金属管道。注入混合气体，可提高 地层压力。在地层存有大量污染气体，反排时能量加大，可以排出，见效显著。
[0014] 高温混合干气为水蒸汽、氮气、二氧化碳的混合气体，注气温度及干度高，注气温 度为150~400°C，干度大于0. 95,有利于催化热解土壤有害污染物；并且混合气体全部注 入地层，逐渐降解土壤有害污染物。高温混合气体注气装置制备高温混合干气的产生量为 500~1000 mVh ;水蒸汽、氮气、二氧化碳混合气体的比例为（6~4) : (5~3) : (2~1)。由 于是不凝气体，C02、队具有混相、降粘的作用，适合多孔性态土壤有害污染物热解挥发；混 合气体既可使土层降粘，又有大量队气在注入井周围形成气体环带，因而提供气驱动力，能 迅速提高地层能量（压力、温度），达到热解驱污。
[0015] 通过高温混合气体注气装置，用干气注入井注气到土壤中，调节温度150~400°C 和停留时间4~48h，使土层温度升高，利用土壤多孔性状，籍以土壤裂缝、振动松动技术， 使热能呈弥漫性传导矩阵扩散，把有机污染物从固相土壤中转移到气相并使其挥发出来， 气相污染物再通过燃烧或冷凝吸附的方式处理，达标后排放。热解吸技术处理的污染物范 围广，包括低沸点物质、高沸点物质如农药、多环芳径等。
[0016] 本发明利用污染物挥发性及对土壤颗粒的吸附性之特性，利用干气注入井将温度 高达150~400°C的蒸汽注入到污染土壤中，使土层温度升高，增加滞留在土壤中的污染物 的挥发性，降低污染物的吸附特性；而同时藉由周边的污染气体提炼井，将挥发成气态的污 染物随着热蒸汽提炼到地面以上进行回收处理。另外蒸汽注入土层后产生大量冷凝水，可 将较高厚度的污染物向下携带到地下水中。这些冷凝水通过两口抽水井抽到地面上处理。
[0017] 为避免交错污染情形发生，按干气注入井与污染气体提炼井的个数1 :3配置井的 类型，整个修复工程主要包括2组干气注入井（注入井也可兼作提炼井）、6组污染气体提 炼井。各式井群设置机具乃采取中空顿钻钻机及双套管螺旋钻杆钻机，设置安装不锈钢井 管井筛。此外，现场规划处理设施包含废气/废水处理系统等。以上配备比较富裕，试验时 根据官方提供的土地污染程度状况数据进行调整。井的深度3米~18米，按实际突然污 染程度决定，井的口径有利吞吐。
[0018] 此外，为能掌握试验场址处理区土层中的温度等参数变化，特安装6组地层温度 计和其他测量仪器，分布于本处理区之四周及污染区之中心位置的井筛外部位置。干气注 入井和污染气体提炼井的布局主要考虑污染物的分布范围、单个干气注入井和污染气体提 炼井的影响半径。关注主要影响因子有土壤容重、孔隙度、土壤湿度、土壤温度、土壤质地、 有机质含量、空气传导率以及地下水深度等。
[0019] 本发明高温干气注入热解催化法使用原位处理，即利用干气注入地下的方式将土 壤加热，从而使有机污染物从土壤中析出后在地上收集处理。需要使用热源对污染土加热， 温度通常高于100°C低于400°C ; 100°C适合处理低浓度、易挥发的有机污染物，大于100°c 适合处理高浓度、难挥发的有机污染物。在使用原位高温干气注入热解催化技术处理土壤 时，要从技术可行性、污染物深度、污染地块的水文地质条件、场地修复工期以及修复成本 等多方面综合考虑。
[0020] 本发明的目的之二在于提供一种实现高温干气注入土壤驱污方法的系统，系统包 括污染气体回收装置、高温混合气体注气装置、干气注入井、污染气体提炼井、抽水井；高温 混合气体注气装置采用了耐高温陶瓷与合金材料组合工艺内嵌冷却水管道；用高温混合气 体注气装置制备高温混合干气；将制备的高温混合干气注入到深入污染土壤中的干气注入 井中；调节注入干气注入井中高温混合干气的温度和在干气注入井中的停留时间，使热能 在土层中扩散进行混合气焖井；混合气焖井结束后，利用污染气体提炼井将催化热解的气 态污染物提炼到地面以上通过污染气体回收装置回收处理；高温混合干气注入后产生的冷 凝水中携带了污染物用抽水井抽至地上处理。
[0021] 高温混合气体注气装置有以下优点：
[0022] (1)能耗小，每产生一吨气体的能耗只有蒸汽锅炉的一半；
[0023] (2)混合气体全部注入地层，不污染环境；
[0024] (3)出口温度及干度高，注气温度可达150~400°C，干度可> 0.95 ;
[0025] (4)设备可随时转场使用，使用方便。
[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：一种高温干气注入土壤驱污方法，包括如 下步骤：（1)用高温混合气体注气装置制备高温混合干气；（2)将步骤（1)制备的高温