一种堆体式热脱附工艺封闭系统及其构建方法与流程

1.本发明涉及一种属于污染土壤修复技术领域的适用于堆体式热脱附工艺的封闭系统及其构建方法，具体地，涉及一种堆体式热脱附工艺封闭系统及其构建方法。


背景技术：

2.热脱附技术可广泛适用于挥发性有机物、半挥发性有机物、石油烃类或汞污染场地的原位或者异位修复。其中，异位热脱附修复通过将污染土壤从地块中发生污染的位置挖掘出来，转移或搬运到其他场所或位置，采用直接或间接加热处理的方式，使污染土壤温度升高，促使目标污染物解吸、气化、挥发、分解或者增加流动性，随着目标污染物与土壤介质分离、去除，实现污染土壤修复的目的。
3.目前国内异位热脱附修复项目通常采用直接/间接回转窑等连续进出料式热处理设备实现，通过控制进出料速度使污染土壤在热处理设备中维持一定的停留时间并加热至目标温度，加热过程中目标污染物与土壤介质分离并负压抽出去除。连续进出料式热处理设备造价较高，通常采用租赁形式，不同设备之间的实际处理能力、运行稳定性、能效水平、资金成本和适用范围等不尽相同；同时存在单套处理能力有限、干化/筛分/破碎等预处理要求高、热能利用率难以提高、中小型项目时效与经济性受设备进出场影响大、进料土壤不均质性可能影响不同阶段处理出土修复效果等局限。
4.另一方面，在国外应用广泛的堆体式热脱附技术(iptd，in-pile thermal desorption)，国内的实际工程案例却非常稀少。堆体式热脱附的原理是通过对堆体内土壤的持续加热至目标温度，使目标污染物从土壤中脱附至气相，然后再对尾气中的有机污染物进行集中处理和净化；用于挥发、半挥发性及难挥发有机污染物(如石油烃、农药、多氯联苯等)污染的土壤修复处理，适用于处理已经开挖或浅层有机污染土壤。堆体式热脱附在国内推广应用的主要限制在于没有形成成熟配套的技术服务与设备租赁市场，以及施工单位在堆体式热脱附工艺的工程设计、施工与运行管理等技术体系构建方面投入不足。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于堆体式热脱附工艺的封闭系统及其构建方法，通过完善现有堆体式热脱附技术体系，为污染土壤异位热脱附修复工程提供成熟可行的技术选择。
6.为了达到上述目的，本发明提供了一种堆体式热脱附工艺封闭系统的构建方法，其中，该方法包含：步骤1，铺设堆底基础层：在将热脱附堆体区域的原始地坪清理平整后，采用防渗混凝土浇筑防渗层，然后在防渗层的上方采用泡沫混凝土浇筑保温层，完成堆底基础层的铺设并进行浇筑养护；步骤2，铺设砂石抽提层：在堆底基础层之上，通过设置一层砂石滤料和抽提管，完成砂石抽提层的铺设；步骤3，构建热脱附堆体：在砂石抽提层的上方完成热脱附堆体的构建；步骤4，铺设封闭覆盖层：在热脱附堆体的顶部和侧面上，通过铺设防渗混凝土和泡沫混凝土的双层结构，完成封闭覆盖层。
7.上述的堆体式热脱附工艺封闭系统的构建方法，其中，所述的堆底基础层，先采用防渗混凝土浇筑厚度为20cm的防渗层，再在防渗层上采用泡沫混凝土浇筑厚度为10-20cm的保温层。
8.上述的堆体式热脱附工艺封闭系统的构建方法，其中，所述的砂石抽提层的厚度为20cm，通过设置一层砂石滤料，并在砂石滤料层中均匀铺设若干抽提管而完成。
9.上述的堆体式热脱附工艺封闭系统的构建方法，其中，所述的砂石抽提层中，砂石滤料的粒径范围大于5mm，铺设厚度为20cm；在砂石滤料的中部位置间隔均匀地水平埋设若干平行的抽提管，相邻的抽提管的间距为2～6m。
10.上述的堆体式热脱附工艺封闭系统的构建方法，其中，所述的抽提管的长度方向与砂石抽提层的正面垂直，每根抽提管在管壁上沿长度方向开设若干间隔均匀的筛孔或筛缝，筛孔或筛缝的直径为1～2mm，每根抽提管上分别设有阀门并连接至抽提总管，抽提总管与抽真空设备连接。
11.上述的堆体式热脱附工艺封闭系统的构建方法，其中，所述的砂石抽提层，在热脱附堆体构建的施工期开始投入运行，土壤水分在重力影响下不断向堆体底部汇集进入砂石抽提层，通过负压抽提导排加速土壤疏干，同时控制施工过程中堆体土壤气体向环境逸散，并辅助形成热脱附堆体的负压环境。
12.上述的堆体式热脱附工艺封闭系统的构建方法，其中，所述的热脱附堆体，在砂石抽提层的上方进行逐层搭建，依次完成各层土壤与加热/抽提管和监测井管的铺设。
13.上述的堆体式热脱附工艺封闭系统的构建方法，其中，所述的封闭覆盖层，其内层为泡沫混凝土，与热脱附堆体的顶部和四周侧面直接接触，在堆体完成构建后进行浇筑施工，厚度为10-20cm；防渗混凝土位于封闭覆盖层的外层，在泡沫混凝土完成后再进行浇筑施工，厚度也为10-20cm。
14.本发明还提供了上述的方法构建的堆体式热脱附工艺封闭系统，其中，所述的系统包括堆底基础层、砂石抽提层、热脱附堆体，以及封闭覆盖层。
15.上述的堆体式热脱附工艺封闭系统，其中，所述的系统中，堆底基础层位于热脱附堆体下的最底部，由防渗层和铺设在防渗层上方的保温层构成；砂石抽提层位于热脱附堆体与堆底基础层的中间，由砂石滤料以及均匀布设在砂石滤料中的若干抽提管构成；热脱附堆体位于砂石抽提层的上方；封闭覆盖层由泡沫混凝土内层和防渗混凝土外层构成，将热脱附堆体表面完全覆盖。
16.本发明提供的堆体式热脱附工艺封闭系统及其构建方法具有以下优点：
17.(1)明确封闭系统的各层结构与功能目标，在确保热脱附堆体建设达到基本工艺要求的同时，也能够根据具体的功能目标，结合施工工艺的改进不断优化封闭系统的构建方法。
18.(2)采用常规建设工艺实施各层结构，施工便利，便于在不同地区不同条件的场地按需应用。
19.(3)采用双层堆底基础层结构，将加热堆体底部垫高的同时实现防渗与保温效果，通过泡沫混凝土基础层的隔热保温作用防止防渗混凝土基础层开裂，最大程度避免地面、地下水、雨水汇集等各种因素对加热过程的影响。
20.(4)砂石抽提层在堆体式热脱附的施工期通过利用负压抽提导排加速土壤疏干，
降低土壤水分，减轻后续加热负荷，同时负压抽提还对堆体建设过程中的土壤气体形成控制，避免二次污染；
21.(5)砂石抽提层在堆体式热脱附的运行期通过负压抽提维持堆体微负压环境，同时形成热气、水分向砂石抽提层对流运移，提高土壤水分去除效率，确保堆体底部土壤热脱附效果。
22.(6)采用双层封闭覆盖层的设计，利用不同品类的混凝土性质，兼顾并强化封闭覆盖层防渗与隔热需求，通过泡沫混凝土覆盖层的隔热保温作用防止防渗混凝土覆盖层开裂，避免运行期间雨水侵入造成热量损失，也强化了日常运行对堆体热量的保持。
附图说明
23.图1为本发明的堆体式热脱附工艺封闭系统的结构示意图。
24.图2为本发明的堆体式热脱附工艺封闭系统的局部放大图。
25.其中：1、堆底基础层；2、砂石抽提层；3、砂石滤料；4、抽提管；5、热脱附堆体；6、加热/抽提管和监测井管；7、防渗层；8、保温层；9、封闭覆盖层；10、泡沫混凝土内层；11、防渗混凝土外层。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
27.本发明提供的堆体式热脱附工艺封闭系统的构建方法，其包含：步骤1，铺设堆底基础层1：在将热脱附堆体5区域的原始地坪清理平整后，采用防渗混凝土浇筑防渗层7，然后在防渗层7的上方采用泡沫混凝土浇筑保温层8，完成堆底基础层1的铺设并进行浇筑养护；步骤2，铺设砂石抽提层2：在堆底基础层1之上，通过设置一层砂石滤料3和抽提管4，完成砂石抽提层2的铺设；步骤3，构建热脱附堆体5：在砂石抽提层2的上方完成热脱附堆体5的构建；步骤4，铺设封闭覆盖层9：在热脱附堆体5的顶部和侧面上，通过铺设防渗混凝土和泡沫混凝土的双层结构，完成封闭覆盖层9。
28.堆底基础层1是先采用防渗混凝土浇筑厚度为20cm的防渗层7，再在防渗层7上采用泡沫混凝土浇筑厚度为10-20cm的保温层8。
29.砂石抽提层2的厚度为20cm，通过设置一层砂石滤料3，并在砂石滤料3层中均匀铺设若干抽提管4而完成。
30.砂石抽提层2中砂石滤料3的粒径范围大于5mm，铺设厚度为20cm；在砂石滤料3的中部位置间隔均匀地水平埋设若干平行的抽提管4，相邻的抽提管4的间距为2～6m。
31.抽提管4的长度方向与砂石抽提层2的正面垂直，每根抽提管4在管壁上沿长度方向开设若干间隔均匀的筛孔或筛缝，筛孔或筛缝的直径为1～2mm，每根抽提管4上分别设有阀门并连接至抽提总管，抽提总管与抽真空设备连接。
32.砂石抽提层2在热脱附堆体5构建的施工期开始投入运行，土壤水分在重力影响下不断向堆体底部汇集进入砂石抽提层2，通过负压抽提导排加速土壤疏干，同时控制施工过程中堆体土壤气体向环境逸散，并辅助形成热脱附堆体5的负压环境。
33.热脱附堆体5是在砂石抽提层2的上方进行逐层搭建，依次完成各层土壤与加热/抽提管和监测井管6的铺设。
34.封闭覆盖层9的内层为泡沫混凝土，与热脱附堆体5的顶部和四周侧面直接接触，在堆体完成构建后进行浇筑施工，厚度为10-20cm；防渗混凝土位于封闭覆盖层9的外层，在泡沫混凝土完成后再进行浇筑施工，厚度也为10-20cm。
35.本发明还提供了该方法构建的堆体式热脱附工艺封闭系统，包括堆底基础层1、砂石抽提层2、热脱附堆体5，以及封闭覆盖层9。
36.该系统中，堆底基础层1位于热脱附堆体5下的最底部，由防渗层7和铺设在防渗层7上方的保温层8构成；砂石抽提层2位于热脱附堆体5与堆底基础层1的中间，由砂石滤料3以及均匀布设在砂石滤料3中的若干抽提管4构成；热脱附堆体5位于砂石抽提层2的上方；封闭覆盖层9由泡沫混凝土内层10和防渗混凝土外层11构成，将热脱附堆体5表面完全覆盖。参见图1和图2所示。
37.下面结合实施例对本发明提供的堆体式热脱附工艺封闭系统及其构建方法做更进一步描述。
38.实施例1
39.一种堆体式热脱附工艺封闭系统的构建方法，其包含：
40.步骤1，铺设堆底基础层1：在将热脱附堆体5区域的原始地坪清理平整后，采用防渗混凝土浇筑防渗层7，然后在防渗层7的上方采用泡沫混凝土浇筑保温层8，完成堆底基础层1的铺设并进行浇筑养护。
41.堆底基础层1是在堆体区域原始地坪完成清理平整后，首先采用防渗混凝土浇筑厚度为20cm的防渗层7(防渗混凝土-基础层)，将加热堆体底部垫高的同时起到防渗效果。再在防渗层7上采用泡沫混凝土浇筑厚度为10-20cm的保温层8(泡沫混凝土-基础层)，起到隔热保温并防止底部防渗混凝土开裂的效果；泡沫混凝土(foamed cement)是通过发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。
42.步骤2，铺设砂石抽提层2：在堆底基础层1之上，通过设置一层砂石滤料3和抽提管4，完成砂石抽提层2的铺设。
43.砂石抽提层2位于热脱附堆体5(加热堆体)与堆底基础层1中间，在堆底基础层1完成浇筑养护后再进行铺设施工。砂石抽提层2的厚度为20cm，通过设置一层砂石滤料3(砂石填料)，并在砂石滤料3层中均匀铺设若干抽提管4而完成。砂石抽提层2通过设置砂石滤料3与抽提管4，将加热堆体产生的渗滤液进行收集导排。
44.砂石抽提层2中砂石滤料3的级别为粒径范围大于5mm，铺设厚度为20cm；在砂石滤料3(砂石层)的中部位置间隔均匀地水平埋设若干平行的抽提管4，相邻的抽提管4的间距为2～6m。
45.抽提管4的长度方向与砂石抽提层2的正面垂直，每根抽提管4在管壁上沿长度方向开设若干间隔均匀的筛孔或筛缝，筛孔或筛缝的直径为1～2mm，每根抽提管4上分别设有阀门并连接至抽提总管，抽提总管与抽真空设备(真空系统)连接。
46.抽提总管与真空系统可以与堆体式热脱附的真空抽提系统共用，也可以另外设置单独针对底部渗滤液的一套真空抽提系统，并可通过不同真空抽提系统间管道阀门的调节或切换，实现渗滤液抽提、脱附废气抽提之间真空动力源的调节或切换。
47.砂石抽提层2在热脱附堆体5构建的施工期就可以开始投入运行，土壤水分在重力
影响下不断向堆体底部汇集进入砂石抽提层2，通过负压抽提导排加速土壤疏干，能够显著减轻后续加热负荷。同时，施工期砂石抽提层2的负压抽提运行，还可以控制施工过程中堆体土壤气体向环境逸散，避免二次污染；而在堆体式热脱附系统的运行期，底部砂石抽提层2的负压抽提，辅助形成热脱附堆体5的负压环境，强化排水排气，同时促进热脱附堆体5中热气、水分向砂石抽提层2对流运移，提高土壤水分去除效率，防止堆体底部冷凝积水甚至向外渗出，确保堆体底部土壤热脱附效果的同时避免二次污染。
48.步骤3，构建热脱附堆体5：在砂石抽提层2的上方完成热脱附堆体5的构建。
49.热脱附堆体5(加热堆体)，是在砂石抽提层2的上方进行逐层搭建，依次完成各层土壤与加热/抽提管和监测井管6的铺设。
50.步骤4，铺设封闭覆盖层9：在热脱附堆体5的顶部和侧面上，通过铺设防渗混凝土和泡沫混凝土的双层结构，完成封闭覆盖层9。
51.封闭覆盖层9位于热脱附堆体5包括四周边坡的顶部，通过防渗混凝土和泡沫混凝土双层结构实现防渗隔热功能。封闭覆盖层9的内层为泡沫混凝土，即泡沫混凝土-覆盖层，与热脱附堆体5的顶部和四周侧面直接接触，在堆体完成构建后，即加热堆体完成建堆后，进行浇筑施工，厚度为10-20cm；防渗混凝土位于封闭覆盖层9的外层，即防渗混凝土-覆盖层，在泡沫混凝土完成浇筑后再进行浇筑施工，厚度也为10-20cm。
52.实施例2
53.一种堆体式热脱附工艺封闭系统，包括堆底基础层1、砂石抽提层2、热脱附堆体5，以及封闭覆盖层9。
54.该系统中，堆底基础层1位于热脱附堆体5下的最底部，由防渗层7和铺设在防渗层7上方的保温层8构成；砂石抽提层2位于热脱附堆体5与堆底基础层1的中间，由砂石滤料3以及均匀布设在砂石滤料3中的若干抽提管4构成；热脱附堆体5位于砂石抽提层2的上方；封闭覆盖层9由泡沫混凝土内层10和防渗混凝土外层11构成，将热脱附堆体5表面完全覆盖。
55.实施例3
56.在热脱附堆体5区域完成清理平整后，首先采用防渗混凝土铺设基础垫层20cm，完成防渗层7。随后铺设15cm的泡沫混凝土作为保温基础层，即保温层8。
57.完成堆底基础层1的铺设并养护完成后，铺设砂石填料，即砂石滤料3的厚度为20cm，填料中均匀布设抽提管4(开设筛孔或筛缝)，完成砂石抽提层2。
58.然后再在砂石填料层上方逐层搭设热脱附堆体5，包括各层土壤与加热/抽提以及监测井管。在土壤堆体搭设完毕后，首先在土壤堆体顶面与四周坡面浇筑泡沫混凝土保温覆盖层15cm，最后再用防渗混凝土15cm浇筑完成土壤堆体的最终封闭覆盖层9。即，封闭覆盖层9由泡沫混凝土内层10和防渗混凝土外层11构成。
59.本发明提供的堆体式热脱附工艺封闭系统及其构建方法，是一种应用于堆体式热脱附工艺的封闭系统和构建方法，该系统包括堆底基础层、砂石抽提层和封闭覆盖层等主要结构。堆底基础层位于热脱附堆体最底部，采用防渗混凝土和泡沫混凝土双层结构浇筑，起到垫高、防渗、保温等作用；砂石抽提层位于加热堆体与堆底基础层中间，通过设置砂石滤料与抽提管将加热堆体产生的渗滤液进行收集导排；封闭覆盖层位于热脱附堆体包括四周边坡的顶部，通过防渗混凝土和泡沫混凝土双层结构实现防渗隔热功能。
60.本发明提供的适用于堆体式热脱附工艺的封闭系统及其构建方法，具有结构简明、施工便利、收集导排效率高、防渗隔热效果好等显著优点，能够降低热脱附工艺能耗、提高热脱附修复效率，并实现更好的二次污染防范效果。
61.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。