可移动修复拖车的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种修复工艺，其中将淡水泵入箱中以通过加热器加热，且淡水通过KDF过滤器泵出、通过UV光且通过反应器并储存在化学混合箱中，其中在将溶液从混合箱泵出到放置在下向钻眼的热感应探头以便处理受污染土壤和水之前，添加氧化剂的助催化剂。
【专利说明】可移动修复拖车
【技术领域】
[0001]本发明涉及受污染土壤的原位环境修复和改善的机械修复工艺和化学修复工艺。【背景技术】
[0002]受污染的土壤和水一直是由工业处理和化学品泄漏造成的问题，所述化学品泄漏起因于石油勘探和其他工业泄漏或工业事故。
[0003]受污染土壤的净化可能非常昂贵且耗时。许多受污染场地要求将土壤移送到其中通过修复工艺移除污染的场地，且随后运回到最初场地。
[0004]可移动安装的修复设备也可安装在拖车上，以帮助降低成本且使得修复工艺更有效。典型的修复设备可包括水分离器、过滤系统和化学诱变系统。
[0005]关于用于修复的机械工艺的改善，一种这样的创新装置包括一种用于离子化及添加额外能量到流体中的反应器，从而以更有效方式分离碳原子。
[0006]关于工艺的化学方面，过硫酸盐氧化化学为用于氯化有机物和非氯化有机物的(原位)化学氧化的新兴技术。使过硫酸盐形成硫酸根自由基的活化剂为用于修复多种污染物的有效工具，所述污染物包括氯化溶剂(乙烯、乙烧和甲烧)、苯系物(benzene, toluene,ethylbenzene, and xylenes;BTEX)、甲基叔丁基醚(methyl tert-butyl ether ;MTBE)、二氧六环、多氯联苯(polychlorinated biphenyl;PCB)和多环芳经(polycyclic aromatichydrocarbons;PAH)。
[0007]现在存在数个新的活化技术来催化硫酸根自由基的形成，包括过硫酸盐与螯合金属配合物结合及过硫酸盐与过氧化氢和碱性过硫酸盐结合。
【发明内容】
[0008]本发明利用最新离子碰撞机反应器技术并结合使用创新化学促进剂的工艺且结合在移动修复拖车内的全部改善，其中可容易将修复工艺转移到要求场地。
[0009]工艺为拖车式且具有反应器，所述反应器使用完善的空化原理以产生水的氢化。另外，利用无箱式热水工艺并使用UV光工艺来提供显示超临界特性的流体的进一步增强，这侵蚀分解分子的烃分子。将工艺定义为设计的先进氧化法去污。
[0010]另外，热感应探头用于在低于最佳操作温度的区域内有效工作且用于更有效解决温度平衡。
[0011]改善技术通过将基于烃的污染物转变成为二氧化碳和水来破坏所述基于烃的污染物。工艺为一种氧化形式，所述工艺利用已知氧化剂试剂和通过反应器产生的水。
[0012]工艺通过超声波化学现象、机械现象和离子现象产生氢自由基。这些现象产生驱动众多化学反应的极高局部温度和压力。
[0013]起反应的水和特定污染物氧化剂的结合完成污染物破坏，从而导致实质上比其他现行方法更大的修复效果。可使用下列准则判断比较工艺效果:
[0014]1)完成的时间；[0015]2)成本效率；
[0016]3)环境影响；
[0017]4)对于对象土壤基质的影响；
[0018]5)工艺后处理需求；及
[0019]6)低于调整准线的一致、可验证及永久的污染物破坏。
[0020]技术对于有害污染物和无害污染物两者都是可适用且成本有效的，所述技术可应用到任何形式的有机污染，包括石油化学产品、人类和动物废弃物、包括肥料和农药的农业废弃物以及有害工业污染物，例如木馏油、全氯乙烯、四氯乙烯、五氯苯酚(pentachlorophenol; PCP)、PAH 等。
[0021]技术能够产生超越处理土壤、淤泥及挖泥机的特定应用的积极结果。在土壤处理应用内，水通过反应器且随后与其他特定污染物氧化剂一起被引入受污染土壤内。然而，反应器可通过借助装置传递介质来直接处理受污染介质。
[0022]举例来说，可使受污染的地下水或浙出物通过离子碰撞机反应器且进行更有效处理。可将处理系统用于非原位应用或原位应用以破坏污染物。技术在研究和开发设施内的主要应用将为非原位应用和原位应用两者。
[0023]尽管上述描述含有许多说明，但这些说明不应视为对本发明范围的限制，而应作为本发明的一个优选实施方式的例证。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为工艺配置的图解。
[0025]图2为探头的立面视图。
[0026]图3为热探头的典型安装的立面视图。
【具体实施方式】
[0027]在修复工艺的优选实施方式中，将500加仑(约1892.71升)的淡水通过消防软管、输水软管或刚性管引入拖车后面的板上且保持在525加仑(约1987.34升)的箱20中加热。
[0028]可通过丙烷无箱式热水加热器30或类似装置完成加热，所述丙烷无箱式热水加热器30或类似装置通过连接在收集箱底部的PVC管40使水连续循环。
[0029]可使用加热器进口侧上的市售循环泵50移动水。加热器改善对化学水掺和物的动力分散作用。
[0030]水通过加热元件且随后回到收集箱20的顶部侧。持续这种循环直到水到达基于特定需求的设置温度或预定温度。
[0031]一旦到达设置温度，就将水通过在收集箱外的循环泵60且通过PVC管70转移到KDF过滤器80。
[0032]随后水流出KDF过滤器80且流经PVC管90到装置100，其中水受到UV光影响且随后通过PVC管110到反应器120。UV光产生先进氧化自由基羟基能量。
[0033]进入反应器120的热水受到空化影响。反应器120也可被称为离子碰撞机或空化设计且添加能量到受污染的流体以增强化学分解。
[0034]在2000 年 8 月 22 日发行的标题为“Treating fluids to alter their physicalcharacteristics”、专利号第6，106，787号的专利或1996年1月9日发行的标题为“Improved method and apparatus for separation of particles from liquids，，、专利号第5，482, 629号的专利中描述优选反应器。
[0035]空化为流体中气泡形成及破裂的工艺。如果流场中之局部压力下降到低于流体的蒸汽压力，那么一些流体将蒸发。气泡破裂。
[0036]如果用于气泡破裂的时间标度很短，那么破裂在绝热条件下发生且可产生极高的温度和压力(数以千计的大气压)。
[0037]空化的极高温度和压力损害泵、推进器(propeller)及其中发生空化的其他装置。反应器促进空化化学以增强修复工艺且将给不受其他工艺影响的化学键去污。
[0038]随后溶液进入在拖车前面的两个化学混合箱130之其中一个。混合箱130应具有热交换器140及用于循环用途的泵150。混合箱130应通过PVC管连接160来连接。
[0039]混合箱130将基于适当的条件评估允许混合待添加的专门设计的流体以决定所要求及适当的氧化剂要求。评估将包括场地地质情况、水文、土壤性质和土壤氧化剂需求。
[0040]也可将助催化剂添加到混合箱130且所述助催化剂为活化选择以形成优良的氧化物、羟基、硫酸根自由基，且这可为如螯合金属活化剂的化学制品且改善可运输性。
[0041]一旦将全部500加仑(约1892.71升)的水转移到在拖车前面的两个化学箱130之其中一个，就用淡水箱重复工艺。通过使用两个无箱式热水加热器通过位于热水加热器处的热交换器(使用热交换器以免将加热器暴露于化学制品)将化学箱130中的热水保持在设置温度。
[0042]这种工艺不同于淡水箱，因为水是通过位于加热器本身上的闭环系统来加热的。
[0043]这点通过使用系统加热器侧上的食品级乙二醇而完成。使用闭环系统加热器侧上的分离泵移动乙二醇。
[0044]来自化学箱130的水通过PVC管170从化学箱底部泵出通过泵150，随后通过热交换器140且返回到化学箱130的顶部。存在两个化学箱130，因此这种工艺在两个化学箱上是相同的。
[0045]一旦化学箱130为满的且加热器系统正在工作，就起动泵使水循环。这样的循环水也充当我们用于化学制品的混合器。热交换器150维持温度且泵150使箱中的水和化学制品循环。
[0046]一旦将设置化学制品添加到化学箱130且已发生混合，阀门180就可用来允许以控制体积释放待泵出的化学混合物。
[0047]本文中加热过的水和化学制品在调用泥浆之后通过PVC管190而泵出移动修复拖车。随后将管190连接到适当的挠性软管，所述挠性软管可连接到散热器注入探头200。
[0048]散热器注入探头200为用于在原位工艺的冰冻线下方注入热泥浆的下向钻眼注入探头。探头具有改变流速的能力，这可能需要利用在特定场地基底上。
[0049]通过待注入到每一注入点中的泥浆量来决定流速。散热器注入探头200从注入点底部向顶部运作。
[0050]通过使用这种工艺，散热器注入探头利用地面作为绝热体以将热保持更长时间段，同时将执行注入工艺，在图2中图示。
[0051]图3中图示的膨润土密封210放置在注入点滤网220外部周围的水平面以下约6英寸到8英寸处。这种密封允许将热截留在注入点内且消除与寒冷气候的管外对流。
[0052]另外，可利用盖子230，所述盖子230经特别设计为仅允许注入软管240通过，因此确保在注入工艺期间将全部热保持在下向钻眼。散热器注入探头200应具有多个开口 240，所述开口 240图示在图2中用于泥浆进入图3所图示的井250中。
[0053]下向钻眼含有的动能或热取决于下向钻眼的化学成分以及修复区域的质量和温度。泥浆或已处理的水内含有的热通过对流或作为辐射热而转换到较低的温度。
[0054]温度影响化学制品的活性。在我们于伊利诺斯州、衣阿华州、纽约和马萨诸塞州的经验中，温度下降到40度以下，致使化学制品无效。这点通过输送热到钻眼的底部来修正。
[0055]这种通过地面环境隔离的热使处理能够在适当位置停留好几天，接着允许在寒冷的冬季有更长的处理时间和更短的修复时间。
[0056]在核心试验中未发现的一些未检测到的污染将要出现，可深入改进散热器注入探头原位修复处理以在任何海拔处处理。
[0057]可在氧化热点化学工艺、螯合作用混合物、UV光站程、离子交换化学中改进工艺，且上述处理工艺的个别工艺或组合可在现场进行适应。
[0058]改善的修复工艺包括以下工艺的组合:
[0059]反应器和催化水工艺
[0060]使水通过空化反应器120，所述空化反应器120使水受到超声波化学/机械现象、300nm以下的UV光及金属催化剂的影响以产生在此/之后将称为“催化水”的物质。充当装置或存在有装置，两种情况都影响分子结构且影响气体及/或液体的分子电荷。
[0061]在工艺的最简形式中，通过金属管完成工艺，液体通过所述金属管进入管且工程水动力学的影响并与特定污染物金属催化剂接触。在管内，流体动力学使介质(液体或气体)影响管的内表面。介质与金属催化剂碰撞，且同时到达指定压力点，从而引起介质的蒸发。
[0062]当介质通过压力梯度移动，到感应到局部高温为止。通过与金属催化剂耦合的压力梯度的这种快速移动使介质经历在反应器和所含介质内产生能量的热反应、电反应及超声波反应/化学反应。同时反应的这一组合以取决于流体或气体的本性产生有利效果的方式影响分子结构和介质的电荷，包括:
[0063].不同组分的分离；
[0064].在介质内夹带或乳化的非均质材料的减少或消除；
[0065].更大的氧化效率；及
[0066].增强的分子均质性。
[0067]并入反应器内的关键设计准则中有:
[0068]用于代替外部热源的机械压力；引导感应磁场返回介质内从而直接给予电荷的最大化水动力学；装置的材料组合物，包括已知为产生催化性质、特性的特定金属合金；及内部装置配置，所述内部装置配置经设计以产生促进介质接受电荷的能力的特定流态。催化水具有除氧化品质外的许多品质，最显著为表面活性剂的品质且因此充当优良氧化剂载体以更有效渗透土壤基质。
[0069]在反应器内存在仅涉及H20分子的至少三十个(30)单独反应，通过这些反应中水的初始分解传播，通过工艺产生过氧化氢和羟基自由基，在所述工艺中，D1状态的氧原子通过机制迅速插入水中，所述机制包括如下:
[0070]H20 —.0H+.Η (1)
[0071].0H+.0H —.0+H20 (2)
[0072].0+H20 —.0H+.0H (3)
[0073]M
[0074].0Η+.0Η —H202 (4)
[0075]hv
[0076]03—.0+02 (5)
[0077].0+H20 —.0H+.0H (6)
[0078]M
[0079].0Η+.0Η —H202 (7)
[0080]因此形成的过氧化物可引发臭氧到羟基自由基和其他自由基的链分解或可进行光分解以产生羟基。许多h20反应产生臭氧(03)、双氧(02)、超氧离子(02_)及自由基(.ο2-和.ο2-的共轭酸(ho2-))。当羟基自由基在存在双氧的情况下氧化有机化合物时，超氧离子(02-)或超氧离子的共轭酸(H02-)通常形成作为中间物。超氧化物与臭氧非常快速地反应以通过机制产生更多羟基自由基，所述机制包括如下:`[0081 ] 03+.02 —.03 +02 ( 1)
[0082](V+H20 —.0H+02+0『 (2)
[0083]03 +.0H — H02.+.02 (3 )
[0084]所有上述反应都有益于整体氧化处理工艺。在引入至泥浆后，沉积物中的悬浮污染物粒子变成带电荷、凝聚、沉淀下来或流通的。当液体通过装置时，产生局部高能密度的区域。发生数个现象，包括下列概述。
[0085]热点化学工艺
[0086]反应器120引起介质蒸发的区域中的极高局部温度和压力。这些高温和压力驱动众多化学反应。这些作用使水分离成为氢原子和羟基自由基。自由基取决于介质内污染物的浓度和化学成分而以各种方式反应。
[0087]广泛反应是由两个羟基自由基的结合形成过氧化氢。过氧化物以及热和压力用以使较高分子重量种类破裂成较小碎片。这一工艺在整个处理中持续以产生矿化最终产物co2和水。
[0088]表面活性剂化学工艺
[0089]除形成过氧化物外，一些羟基自由基与烃反应形成烃自由基。烃自由基与其他烃反应形成聚合材料，从而形成以羟基终止的链。烃自由基也可与溶解氧反应形成烷基/过氧自由基。这些分子充当表面活性剂，接着这些分子可起作用以使烃材料从固体基质或半固体基质脱离，以及促进额外化学反应和固体从液体基质的分离。
[0090]催化化学工艺
[0091]反应器内的局部高温和压力也从反应器的金属表面感应放电。金属充当催化表面以促进表面活性剂反应、高温与高压反应和羟基化作用反应的烃破裂影响。
[0092]声波传播工艺
[0093]热点化学和放电都被限于相对小分数的流体体积。然而，通过反应器诱导的压力波可通过流体传播。这些压力波的一个结果将影响流体中粒子的成长和沉淀。压力波引起粒子速度的正弦变化且由这些随时间变化的速度驱动，粒子碰撞速率和凝聚速率增加且所得较大粒子可更有效地从流体分离。
[0094]氧化工艺
[0095]用于烃污染物的移除破坏的标准及/或市场可获得氧化技术已商业利用了数十年。支持有效使用用于烃破坏的氧化的现有文献为广泛的且许多研究者用文件充分地证明化学氧化的机制和副产物。
[0096]标的技术为化学氧化的变体，通过引入由专属反应器产生的催化水逐渐更有效进行。下列论述将解释
【发明者】可认知的标的技术内的最显著方面和考虑，同时对具有与标准氧化工艺相关联的相同方面及考虑的技术进行比较。更具体地说，下文将解决并进行比较:
[0097].土壤基质、氧化剂消耗和工艺最佳化因素的影响
[0098].反应机制和毒性子产物
[0099].氧化剂变体、副产物和工艺条件
[0100].微生物敏感性
[0101]?标的技术效果的比较增量式增加
[0102]对化学氧化工艺的大部分文献和支持研究主要聚焦于原位应用和非原位应用两者。如所提及，将在非原位应用内原位利用标的技术。然而，化学氧化的原位应用的论述用以告知所提议非原位应用和所述非原位应用的功效的更广泛的比较论述。
[0103]土壤基质、氧化剂消耗和工艺最佳化因素相对于土壤基质考虑的影响，通过现有文献解决的最突出因素包括:
[0104]氧化剂需求和随之而来的工艺效果减少；及，
[0105]平流和分散传输。
[0106]原位化学氧化(In-situ chemical oxidation; ISC0)已被证实有效，且因此所述原位化学氧化的功效通常极适合于氯化溶剂和烃污染物的氧化，如用实验室专栏研究(Schroth等人，2001年；Huang等人，2002年)、实验室2D盒研究(Conrad等人，2002年；Mackinnon 和 Thomson, 2002 年)以及在本领域(Nelson 等人，2001 年；McGuire 等人，2006年)中的沙质沉积物所证明。
[0107]然而，在低渗透介质(例如粘土)的应用知识更受限制，其中扩散为重要传输机制。调查低渗透环境中的ISC0应用的难度用以突出标的技术内获得的增量式效率。
[0108]ISC0的成功应用要求在污染物与氧化剂之间的良好接触。然而，由于在低渗透介质中减小的平流/分散传输，ISC0性能可能通过与如有机物及/或有机物种类中的各种非目标沉积还原剂反应的氧化剂的消耗而被削弱，从而减少可用来与污染物反应的氧化剂的量。
[0109]通过沉积还原剂的氧化剂消耗称为自然氧化剂需求(natural oxidantdemand;NOD)且用每干燥固体质量所消耗的氧化剂质量来表示。表面下沉积物中的有机种类和无机种类两者都有助于N0D，其中发现有机碳为关于与沉积物的反应中的总氧化剂消耗的主要反应种类(Hood等人，2002年；MacKinnon和Thomson，2002年)。
[0110]然而，低渗透介质中的沉积物通常不充当用于一或多个氧化剂的瞬时水箱。通过与沉积还原剂的反应的氧化剂消耗为数个平行反应的结果，污染物与氧化剂之间的反应发生在所述平行反应期间。通过单个速率常数无法描述氧化剂的长期消耗和目标污染物的氧化。然而，对于许多有利氧化反应，在接触的最初数个小时内观察到一级反应。已发现应用低氧化剂浓度氧化烃污染物，即使氧化剂通过与沉积物的反应而快速消耗。
[0111]研究显示，相对低的氧化剂浓度可氧化多达50%+的目标污染物，即使这些研究内的氧化剂在引入的最初两小时内消耗，进一步显示，包括竞争还原沉积物的还原剂不充当瞬时氧化剂水箱且氧化剂与目标污染物和竞争还原剂同时反应(Honning等人，2007年；Mumford等人，2005年)。这类现象已被显示为因用于目标污染物的氧化的较快反应速率而发生，与还原剂的反应与之相反，且因为在氧化污染物之前不需要完全符合N0D。
[0112]虽然可能有违直觉，但是对于所有沉积物类型，总氧化剂消耗(在高锰酸盐研究中)随更高的初始氧化剂浓度而增加，这意味着无法将固定N0D值分配给任何沉积物(Greenburg 等人，2004 年；Crimi 和 Siegrist, 2005 年；Xu 和 Thomson, 2006 年)。此外，研究已显示，速率常数随增加的温度而增加，且当温度从10度增加到20°C时，速率常数高达两倍(Daiand Reitsma, 2002b ;Huang 等人，2002c)。
[0113]设置用于ISC0和标的技术的比较论述的背景，发明人可概述上述因素作为在有效污染物接触且与以赋能竞争氧化剂消耗的分散率相关联的时间流逝之间的竞争。就上述ISC0应用来说，低渗透介质(例如，紧实的粘土)呈现对夹带烃污染物的有效非原位氧化破坏的最大挑战。然而，在所提议的标的技术的非原位应用中，对象受污染土壤(特别是紧实粘土基质)的预处理有效消除分散率考虑。
[0114]在处理之前，将整个土壤预处理以移除异物(也就是，大的岩石、板、罐等)，且随后进一步处理以产生小于3/8英寸的均匀粒子大小，遍及分阶段进行处理的全部材料。虽然粘土可抵抗这样的预处理，但是技术已在由高水含量、高塑性的粘土原料产生均匀粒状基质上屡次获得成功。引入催化水(和催化水的表面活性剂品质，上文已论述)作为载体用于特定氧化剂态显著增加遍及经处理/小粒状基质的分散且赋能大量百分比的直接接触；否则为100%的污染物分子！另外，引入外部热源显著增加反应速率和处理效果，所述外部热源维持对象土壤在20°C以上。
[0115]最终，如在ISC0应用的上述论述中所显示，有机物(包括有机碳及或沉积有机物(也就是，原始植物组织、腐殖质等))争夺氧化剂消耗。然而，溶解夹带烃的氧化速率独立于系统中沉积物或有机物的存在。用于污染物与氧化剂反应的一级速率常数远高于用于竞争氧化剂消耗的速率常数，从而表明在目标污染物附近无氧化剂存在时，溶解夹带烃的氧化为快速且有效的(Henning等人，2007a ；Gates Anderson等人，2001年；Allen等人，2002年；Balba等人，2002年；Chambers等人，2000年；Smith等人，2006年)。这一建议在标的技术的众多现场应用中得到一致证实。由于有效的土壤管理技术，主要表现在相对均匀粒子大小材料的预处理及分阶段进行和随后有效的氧化剂接触中，增加及/或可变的有机物含量不会消极及影响标的处理技术的功效。[关于变化土壤基质的不必要演示的广泛声明]。
[0116]反应机制和毒性子工艺
[0117]用于烃氧化的反应机制很好理解且在文献中用文件证明。当氧化反应进行到结束时，氧化的有机化合物矿化以产生co2和h2o。作为有代表性的截面，下列反应和所述反应的化学计算方程式遵循(EPA，2004年):[0118]
[0119]
【权利要求】
1.一种修复工艺，其中将500加仑的淡水泵入525加仑箱中加热；通过丙烷无箱式热水加热器完成加热；将加热过的水泵送到KDF过滤器；所述加热过的水随后通过UV光；所述加热过的水随后通过产生空化的反应器；将处理过的热水溶液泵送到化学混合箱；将适当氧化剂的助催化剂与处理过的热水混合；将混合溶液从混合箱泵出到放置在下向钻眼井(down-hole well)中的热感应探头以便修复和处理受污染土壤和蓄水层。
2.一种修复工艺，其中将500加仑的淡水泵入525加仑箱中加热；通过丙烷无箱式热水加热器完成加热；将加热过的水泵送到KDF过滤器；随后泵出所述加热过的水通过UV光；随后泵出所述热水通过产生空化的反应器；将处理过的热水溶液泵送到化学混合箱；将适当氧化剂的助催化剂与处理过的热水混合；以5英尺到7英尺的预设计间隔开口将混合溶液泵入下向钻眼中，以遍布污染区的羽流区(plume area)。
3.一种修复工艺，其中将500加仑的淡水泵入525加仑箱中加热；通过丙烷无箱式热水加热器完成加热；将加热过的水泵送到KDF过滤器；随后泵出所述加热过的水通过UV光；随后泵出所述热水通过产生空化的反应器；将处理过的热水溶液泵送到化学混合箱；将适当氧化剂的助催化剂与处理过的热水混合；将混合溶液喷射到受污染土壤上以向下流动到蓄水层。
【文档编号】B09C1/00GK103658159SQ201310007202
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年1月8日 优先权日:2012年9月13日
【发明者】比尔·莱普贝托 申请人:比尔·莱普贝托