一种原位热处理、气相抽提和可渗透反应墙联合修复有机污染土壤的装置的制作方法

本发明涉及一种有机污染土壤的修复方法和修复装置，特别是涉及一种原位热处理、气相抽提和可渗透反应墙联合修复有机污染土壤的装置。

背景技术：

土壤污染是指人类活动产生的污染物进入土壤，使得土壤环境质量已经发生或可能发生恶化，对生物、水体、空气或/和人体健康产生危害或可能有危害。土壤污染的风险主要包括：耕地污染影响农产品质量,影响农作物生长，造成减产；危害人居环境安全，住宅、商业、工业等建设用地土壤污染可能通过经口摄入、呼吸吸入和皮肤接触等方式危害人居环境安全；威胁生态环境安全。土壤污染影响植物、动物(如蚯蚓)和微生物(如根瘤菌)的生长和繁衍，危及正常的土壤生态过程和生态服务功能，不利于土壤养分转化和肥力保持，影响土壤的正常功能。我国土壤环境状况总体不容乐观，全国土壤总超标率达16.1％，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2％、2.3％、1.5％和1.1％，严重土壤污染区达320个，约548万公顷。因此，我国面临着部分地区土壤污染较重、耕地土壤环境质量堪忧、工矿业废弃地土壤环境问题突出等难题，急需一种有效土壤污染的技术方案。

污染土壤修复的技术原理可包括为：(1)改变污染物在土壤中的存在形态或同土壤的结合方式，降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性；(2)降低土壤中有害物质的浓度。cn200780014195.3公开了一种用于在原位热处理法之后在地下地层中在至少一部分处理区周围形成屏蔽层的方法，具体公开了将硫加入一个或多个位于地层中的处理区边界内的井孔中；和允许至少部分硫朝向比硫的熔点低的地层部分移动以在地层中固化硫从而形成屏蔽层。该技术方案能够有效处理石油污染的土壤修复难题，但效率低且存在二次污染的可能。cn201620094652.0公开了一种移动式污染土壤的原位修复系统，包括配药罐、高压注浆泵、空气压缩机、高压旋喷装置和行走系统；所述配药罐、高压注浆泵、空气压缩机、高压旋喷装置均固定在行走系统的上面；所述配药罐出口与高压注浆泵管道连接；所述高压注浆泵、空气压缩机分别与高压旋喷装置上的钻机注射系统相连接。该技术方案在气相抽提法和化学淋洗的原理上综合利用并加以改进，对于低渗透性土壤的污染区域也能有较好的修复效果，但难以应对高污染环境，也存在二次污染的风险。cn201610474065.9公开了一种镉、铅污染土壤的修复方法及电动微生物联合可渗透反应墙修复装置，具体包括反应槽、电极、电源和可渗透反应墙，在两个可渗透反应墙之间装填添加微生物的待处理的镉、铅污染土壤，从土壤中向电极迁移的污染物被可渗透反应墙吸附，从而把镉、铅重金属从待处理的土壤中去除。该技术方案利用了可渗透反应墙和电动法具有较好的修复效率，但装置较为复杂，具体实践存在较多困难。cn201810158531.1公开了一种多修复方式一体的土壤修复系统，包括进料模块、土壤修复模块、微生物修复模块、运输模块、土壤烘干模块、土壤光修复模块和出料模块。但微生物修复周期时间较长，且修复菌种较难培育。

综上，现有技术的土壤修复技术存在效率低，污染易扩散，造成二次污染等不足，仍需一种针对污染面积大、有机物污染严重的场地，可以高效且无二次污染的技术方案。

技术实现要素：

本发明目的是针对现有技术的不足，提供了一种在结合原位热处理法、气相抽提法和可渗透反应墙的原理和优点的基础上进行改良的土壤修复技术，能对场地有机污染进行原位修复，不会造成二次污染，修复效率高，效果好，施工难度降低，工期短，能根据不同项目现场情况灵活调整。本发明技术方案如下。

一种原位热处理、气相抽提和可渗透反应墙联合修复有机污染土壤的装置，包括原位热组件、气相抽提组件和可渗透反应墙组件；

所述原位热组件包括在污染土壤区域中钻入的若干个电磁加热组件，所述电磁加热组件包括支撑套管与设置于支撑套管内部的加热管，所述支撑套管顶部位于污染土壤表面之上形成土层开口，所述加热管在土壤表面上固定连接有集气管，所述加热管设置有电气接口可接入外部电源，所述支撑套管上部为圆柱体，下部为三角锥体，所述支撑套管内部通过底板将圆柱体和三角锥体隔开，所述支撑套管的外壁上设置有若干个大孔和若干个小孔，所述大孔设置在所述圆柱体部分，所述小孔设置在所述圆柱体和所述三角锥体部分，所述大孔周围均匀设置有4个所述小孔，所述大孔与所述小孔的圆心距离为小孔直径的3倍,所述大孔的孔径与所述小孔的孔径之比为1:(4-10)；

所述气相抽提组件包括覆盖污染土壤区域的集气罩，所述集气罩内部通过风管与风机连通，所述风机与有机物处理装置连接，所述原位热组件的集气管与气体管道连接，所述气体管道与真空泵连接，所述真空泵与所述有机物处理装置连接，所述集气罩远离风机的一端设置进气口，所述进气口设置有单向阀，所述单向阀限定气体从所述集气罩外部流向所述集气罩的内部；

所述可渗透反应墙组件包括沿污染土壤污染物运动方向设置的若干个圆柱体的反应桩和隔离墙，所述反应桩包括外桩体、内桩体，所述外桩体的桩体表面设置有凸起，所述内桩体内部设置有渗透填料，所述内桩体和渗透填料之间设置有桩体隔膜，所述外桩体和所述内桩体的桩体表面设置有贯穿的孔洞，所述渗透填料至下而上设置有沸石层、磷灰石层、零价铁层、石灰层和活性土壤层，所述沸石层、所述磷灰石层、所述零价铁层、所述石灰层和所述活性土壤层的厚度之比为(1-2):(2-3):(5-8):(1-2):(1-3)；所述反应桩沿污染土壤污染物运动方向设置有第一反应桩层、第二反应桩层和第三反应桩层，所述隔离墙包括第一隔离墙、第二隔离墙、第三隔离墙、所述第一隔离墙设置于所述第一反应桩层和第二反应桩层之间，所述第二隔离墙设置于所述第二反应桩层和所述第三反应桩层之间，所述第三隔离墙与第三反应桩层同一个弧面；

所述集气罩在污染土壤区域的位置介于第二隔离墙和第三隔离墙之间，所述电磁加热组件与所述反应桩的距离不少于10m。

本发明结合了原位热处理法、气相抽提法和可渗透反应墙优点，有机物处理集中在一个区域进行处置，防止使得有机污染物在土壤中进一步迁移,有效控制污染范围。同时，在污染区以原位加热土壤中有机物的方式使有机物挥发，以大大减少土壤中有机物含量，加热方式是电磁加热，加热设备是电磁加热组件。电磁加热不需要载热流体，如蒸汽，对较深土壤加热更为有效。电磁加热不受低热传导、盖层岩石、难控制的载热流体等的限制，因此，处理土壤污染比其它加热方式更有优势。

其中，所述原位热处理法通过外部电源提供的电源加热所述加热管，再由所述加热管将其热量传递给邻近土壤，邻近土壤受热产生的有机污染物通过大孔和小孔进入所述加热管内，通过所述集气管排至所述有机气体处理组件，经处理后达标排放。由于电磁加热，相比电阻加热具有加热功率高、加热速率快等特别，需要针对行设置大孔和小孔，将热量传递给土壤。所述大孔设置在所述圆柱体部分，不能设置在三角锥体部分，因此三角锥体部分可能会有部分液体进入，如果开的孔过大，液体将会在一定时间内积累过多，不利于处理，但如果没有开小孔，将难以检测地底的处理情况。特别是三角锥体部分并没有存在电磁加热，也无需释放能量防止局部过热，设置小孔就足够使用。小孔围绕大孔布置，可以形成一个中心四个分散点的均匀热场，也可促进邻近土壤受热产生的有机污染物进去加热管内，所述大孔与所述小孔的圆心距离为小孔直径的3倍，在此情况下加热分布较为均匀。

所述气相抽提组件在污染区和电磁组件加热作业区域的场地上面密封覆盖一个集气罩，以收集加热过程中挥发的有机物，通过外部电源提供的电源加热所述加热管，再由所述加热管将其热量传递给污染土壤，污染土壤受热产生的有机污染物进入所述加热管内。集气罩用风机引出含有机物的气体，然后和电磁加热组件上集气管中被真空泵抽出的气体一样进入有机物处理装置，来回收利用有机物或去除气体中有机物，以防止挥发的有机物进入并污染空气。

可渗透反应墙组件，设计了多层隔离墙体系和特殊设计的反应桩，外桩体可防止土壤腐蚀，凸起可增加与土壤的摩擦力，防止埋在土壤中出现倾倒和滑移，桩体隔膜可防止填料外渗，所述孔洞可引导有机污染物进入反应桩内部与渗透填料发生反应。沸石层作为基体，能够具有较高的承载力，可以承载上面的其他填料，同时，沸石层具有较高的物理吸附效应，以其作为基础的可渗透反应墙能够有效吸附水中的六价铬，并且不会造成环境副作用。零价铁层来源广泛，价格低廉，具有较强的还原能力，使用零价铁层填充的渗透反应墙技术已经广泛的应用于含有重金属、石油烃、硝基芳香合物等的地下水的处理。因此，零价铁层的使用量是最大的。沸石层但是在地下水长期冲刷的作用下，被沸石层吸附的六价铬会部分解吸，使得修复效果难以达到理想状态，同时，零价铁层密度较大，当其粒径小于渗透反应墙基础填充物的空隙时，随着时间的推移，水流的运动，零价铁层会向下移动流失，从而破坏渗透反应墙的合理填充结构，影响处理效果。因此，在沸石层和零价铁层之间设置一层磷灰石层，所述磷灰石层为高密度的羟基磷灰石层，羟基磷灰石层的承载力与沸石层相当，而且羟基磷灰石层的孔径比沸石层的孔径小很多，不仅可以帮助承载零价铁层，还能够防止零价铁层向下移动，而且磷灰石层本身具有吸附能力，可以协助沸石层吸附，使得沸石层上已经吸附的重金属离子能够能被保持住。石灰层具有碱液，如果有机气体进入反应桩内部，将会沿着柱体上升，被石灰层吸收，可以有效处理有机土壤污染。活性土壤层用于地面密封反应桩，简单方便，可保持填料的完整性和安全。

特别是，本申请所述集气罩在污染土壤区域的位置介于第二隔离墙和第三隔离墙之间，所述电磁加热组件与所述反应桩的距离不少于10m。集气罩在污染土壤区域的位置介于第二隔离墙和第三隔离墙之间，可以最大限度将污染物限制在集气罩内部，也可以有效发挥可渗透反应墙的功能，所述电磁加热组件与所述反应桩的距离不少于10m，这样就不会存在反应桩附件有机污染物被加热后蒸发出来，然后散发到空气中污染环境，从而能够保证原位热组件、气相抽提组件和可渗透反应墙组件能够协同发挥作用，最大限度的治理有机污染土壤。

优选的，所述电磁加热组件包括高频加热组件、中频加热组件和低频加热组件。所述高频加热组件的加热管设置有高频加热线圈；所述中频加热组件的加热管设置有中频加热线圈；所述低频加热组件的加热管设置有低频加热线圈。所述高频加热组件电流频率高加热功能高，中频加热组件和低频加热组件加热能力递减。电磁加热可以按频率分为低频(10hz-10³hz)，中频(10³hz-10⁶hz)和高频(10⁶hz-10⁹hz)。不同的加热电源使用的环境不一样，加热的功率不一样，使用低频电流源时，焦耳加热(基于物质的导电性)是主要的；使用高频时，电介质加热占主导，其中分子形成的偶极以与电场变化频率成比例的速度趋向与电场对齐(即“极化”)，这种分子运动能产生大量的热，可见于微波炉的加热；使用中频，则焦耳加热和电介质加热同时存在。高频时以大孔为主，有助于传导热量，应用于污染较重的区域，能够快速处理深度污染区，低频时，小孔为主，运用于污染较少的区域，帮忙残留的有机污染物缓慢的进入加热管内，有助于深度处理，而中频介于两者之间。

优选的，所述高频加热组件的大孔数量与小孔数量之比为(2-4)：1；所述中频加热组件的大孔数量与小孔数量之比为(1-2)：1；所述低频加热组件的大孔数量与小孔数量之比为(0.5-1)：1,所述高频加热组件采用正六边形进行布置，所述中频加热组件采用正方形进行布置，所述低频加热组件采用正三角形进行布置，所述正六边形的边长、所述正方形的边长、所述正三角形的边长之比为1:2:4。正六边形的每个节点上设置有一个高频加热组件，所述中频加热组件采用正方形进行布置，正方形每个节点上设置有一个中频加热组件，所述低频加热组件采用正三角形进行布置，正三角形每个节点上设置有一个低频加热组件。所述正六边形的边长、所述正方形的边长、所述正三角形的边长之比为1:2:4，布置较为合理。高频加热组件应用于重度污染区，所述的加热量较多，大孔数量相比就较多，可以能够地加热，依次类推，所述中频加热组件和所述低频加热组件的大孔数量变少。

优选的，所述支撑套管内部的圆柱体部分填充有加热填料，所述加热填料被填料隔膜封闭在所述支撑套管内部空间，所述加热管固定在加热填料的中央,所述加热填料为导热填料，所述导热填料为氧化锌。填料不仅可以起到支撑加热管的作用，使得体系的供热均匀，而且可以传导热量，促进临近土壤的有机污染物蒸发。氧化锌是一种热效果比较好的填料。

优选的，所述支撑套管内部的三角锥体设置有机气体检测传感器。有机气体检测传感器可用来检测有机气体的含量，并通过该含量判断土壤处理效果。

优选的，所述集气罩为刚性材料制成，所述刚性材料为聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或者玻璃钢中一种。刚性材料具有较好的支撑作用，能够确保抽气时不会出现漏洞，同时，本申请所用的刚性材料都是透明的，透明的材料能够更清楚的看清集气罩内部的情况，及时处理突发状况。

优选的，所述外桩体为多孔陶瓷壳体，所述内桩体为蜂窝状活性炭层，所述多孔陶瓷壳体与所述活性炭层的厚度之比(1-2):1。多孔陶瓷和蜂窝状活性炭层都具有多孔的结构，可以促进有机污染物渗透进入反应桩内发生反应。孔陶瓷支架具有一定的刚性，具有很多的抗压能力，能够防止土壤挤压造成反应桩变形，蜂窝状活性炭层能够对有机污染物进行初步处理，同时，可以和多孔陶瓷形成较好的贴合，一个是si材料，一个是c材料，能够形成较为稳固的反应桩的构架，使得反应桩较为稳定。所述多孔陶瓷壳体与所述活性炭的厚度之比(1-2):1。多孔陶瓷壳体的量应不少于活性炭的厚度，不然难以承载，而多孔陶瓷壳体过厚的话，气体渗透效果不好。

优选的，所述外桩体和所述内桩体的桩体设置有贯穿的孔洞，所述孔洞的开孔面积占所述外桩体的圆柱体侧面表面面积10-20％。孔洞可使得气体进入所述反应桩与所述渗透填料接触，所述孔洞的开孔面积占所述外桩体的圆柱体侧面表面面积10-20％，可以保证所述外桩体和所述内桩体不透气的情况下污染物能进入反应桩的内部。

优选的，所述第一隔离墙和所述第二隔离墙为半透墙，所述第三隔离墙为不透墙。多个隔离墙体系，能够有效阻挡污染物的进一步扩散，且分阶段处理有机污染物，能够使得有机物被充分隔离在污染区，第一隔离墙和所述第二隔离墙可以让土壤中的污染物透过，而所述第三隔离墙为不透墙，可以将污染物限制在污染区域。

优选的，所述凸起为棱柱型或三角锥型。本发明复合了多套设置，对土壤进行处理的时候，会加速土壤有机污染物的流动，而且被有机气体污染的土壤比较疏松，非常容易流动，因此，插入土壤中的设备非常容易出现偏移或者松动，棱柱型或三角锥形可以刺入土壤中，更好地防止反应桩偏移。

本发明的有益效果有：

(1)本发明在有机污染土壤区域集中原位热组件、气相抽提组件和可渗透反应墙进行综合处置，防止使得有机污染物在土壤中进一步迁移,有效控制污染范围，在污染区以原位加热土壤中有机物的方式使有机物挥发，以大大减少土壤中有机物含量，原位热组件、气相抽提组件和可渗透反应墙组件能够协同发挥作用，最大限度的治理有机污染土壤；

(2)本发明使用电磁加热，不需要载热流体，对较深土壤加热更为有效，不仅能够充分应对各种污染土壤处理，加热效率高，设置了三种不同的加热组件，并对应设置有三种孔，能够针对不同的污染情况进行加热处理，处理效果好，土壤修复能力强；

(3)多层隔离墙体系和特殊设计的反应桩，能够有效阻挡污染物的进一步扩散，且分阶段处理有机污染物，反应桩复合多层填料，各层渗透填料可以相互配合，不仅可以能够将污染区充分控制，还能够高效处理重金属离子处理土壤中挥发的有机污染气体；

(4)本发明设计合理，结构简单，维护方便，还避免二次污染，应用前景广，能够长时间在污染土壤正常服役。

附图说明

图1装置结构示意图；

图2原位热处理组件结构示意图；

图3电磁加热组件剖面图；

图4反应桩结构示意图；

图5反应桩剖视图；

图6电磁加热组件、反应桩和反应墙布置图；

附图标记：原位热组件1、支撑套管101、加热管102、底板103、集气管104、电气接口105、大孔106、小孔107、加热填料108、填料隔膜109、有机气体检测传感器110、高频加热组件111、中频加热组件112、低频加热组件113、气相抽提组件2、可渗透反应墙组件3、外桩体301、内桩体302、桩体隔膜303、凸起304、孔洞305、沸石层306、磷灰石层307、零价铁层308、石灰层309、活性土壤层310、第一反应桩层311、第二反应桩层312、第三反应桩层313、第一隔离墙314、第二隔离墙315、第三隔离墙316、污染土壤区域4、污染土壤表面5、集气罩6、风管7、风机8、有机物处理装置9、气体管道10、真空泵11、进气口12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

一种原位热处理、气相抽提和可渗透反应墙联合修复有机污染土壤的装置，如图1所示，包括原位热组件1、气相抽提组件2和可渗透反应墙组件3；

如图2和图3所示，所述原位热组件1包括在污染土壤区域中钻入的若干个电磁加热组件，所述电磁加热组件包括支撑套管101与设置于支撑套管内部的加热管102，所述支撑套管101顶部位于污染土壤表面5之上形成土层开口，所述加热管102在污染土壤表面5上固定连接有集气管104，所述加热管102设置有电气接口105可接入外部电源，所述支撑套管101上部为圆柱体，下部为三角锥体，所述支撑套管101内部通过底板103将圆柱体和三角锥体隔开，所述支撑套管101的外壁上设置有若干个大孔106和若干个小孔107，所述大孔106设置在所述圆柱体部分，所述小孔107设置在所述圆柱体和所述三角锥体部分，所述大孔106周围均匀设置有4个所述小孔107，所述大孔106与所述小孔107的圆心距离为小孔直径的3倍,所述大孔106的孔径与所述小孔107的孔径之比为1:(4-10)；

所述气相抽提组件2包括覆盖污染土壤区域4的集气罩6，所述集气罩6内部通过风管7与风机8连通，所述风机8与有机物处理装置9连接，所述原位热组件1的集气管104与气体管道10连接，所述气体管道10与真空泵11连接，所述真空泵11与所述有机物处理装置9连接，所述集气罩6远离风机的一端设置进气口12，所述进气口12设置有单向阀，所述单向阀限定气体从所述集气罩外部流向所述集气罩的内部；

如图4和图5所示，所述可渗透反应墙组件3包括沿污染土壤污染物运动方向设置的若干个圆柱体的反应桩和隔离墙，所述反应桩包括外桩体301、内桩体302，所述外桩体的桩体表面设置有凸起304，所述内桩体内部设置有渗透填料，所述内桩体和渗透填料之间设置有桩体隔膜303，所述外桩体301和所述内桩体302的桩体表面设置有贯穿的孔洞305，所述渗透填料至下而上设置有沸石层306、磷灰石层307、零价铁层308、石灰层309和活性土壤层310，所述沸石层、所述磷灰石层、所述零价铁层、所述石灰层和所述活性土壤层的厚度之比为(1-2):(2-3):(5-8):(1-2):(1-3)；所述反应桩沿污染土壤污染物运动方向设置有第一反应桩层311、第二反应桩层312和第三反应桩层313，所述隔离墙包括第一隔离墙314、第二隔离墙315、第三隔离墙316、所述第一隔离墙314设置于所述第一反应桩层311和第二反应桩层312之间，所述第二隔离墙315设置于所述第二反应桩层312和所述第三反应桩层313之间，所述第三隔离墙316与第三反应桩层313同一个弧面；

如图5所示，所述电磁加热组件包括高频加热组件111、中频加热组件112和低频加热组件113，所述高频加热组件111的加热管102设置有高频加热线圈，所述中频加热组件112的加热管102设置有中频加热线圈,所述低频加热组件113的加热管102设置有低频加热线圈，所述高频加热组件111采用正六边形进行布置，所述中频加热组件112采用正方形进行布置，所述低频加热组件113采用正三角形进行布置，所述正六边形的边长、所述正方形的边长、所述正三角形的边长之比为1:2:4。所述集气罩6在污染土壤区域4的位置介于第二隔离墙315和第三隔离墙316之间，所述电磁加热组件与所述反应桩的距离不少于10m。

作为优选的实施例，所述高频加热组件111的大孔106数量与小孔107数量之比为(2-4)：1；所述中频加热组件112的大孔106数量与小孔107数量之比为(1-2)：1；所述低频加热组件113的大孔106数量与小孔107数量之比为(0.5-1)：1。

作为优选的实施例，所述支撑套管101内部的圆柱体部分填充有加热填料108，所述加热填料108被填料隔膜109封闭在所述支撑套管101内部空间，所述加热管102固定在加热填料108的中央,所述加热填料108为导热填料，所述导热填料为氧化锌，所述支撑套管101内部的三角锥体设置有机气体检测传感器110。

作为优选的实施例，所述集气罩6为刚性材料制成，所述刚性材料为聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或者玻璃钢中一种。

作为优选的实施例，所述外桩体301为多孔陶瓷壳体，所述内桩体302为蜂窝状活性炭层，所述多孔陶瓷壳体与所述活性炭层的厚度之比(1-2):1，所述凸起314为棱柱型或三角锥形，所述外桩体301和所述内桩体302的桩体设置有贯穿的孔洞305，所述孔洞305的开孔面积占所述外桩体301的圆柱体侧面表面面积10-20％。作为优选的实施例，所述第一隔离墙314和所述第二隔离墙315为半透墙，所述第三隔离墙为不透墙316。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。