一种挥发性有机污染土壤的原位修复装置及方法
技术领域
本发明涉及污染地块修复技术领域，尤其是涉及一种挥发性有机污染土壤的原位修复装置及方法。
背景技术
我国近代工业的迅猛发展使得环境污染问题凸显，尤其是危险废物的不合理处置造成土壤和地下水的污染。土壤污染具有隐蔽性和难以逆转性等特点，会直接或间接的危害人体健康，还将导致其他环境问题。目前，常见的污染物按其性质可分为四类:有机污染物、重金属、放射性元素和病原微生物。一般而言，对于不同的污染物，修复技术也不同。其中对于挥发性有机物造成的土壤污染，常用的修复技术可以分成两大类：一是原位土壤修复技术，二是异位土壤修复技术。原位修复较土壤挖出后再进行修复(即异位土壤修复)更为经济有效，对周边环境影响小，对污染物就地处置，使之得以降解和减毒，不需要建设昂贵的地面环境工程基础设施和远程运输，操作维护起来比较简单，还有一个优点就是可以对深层次污染的土壤进行修复。在原位土壤修复技术中，土壤气相抽提技术适用于不饱和土壤中挥发性有机污染物的去除，其操作简单，成本低且不破坏土壤结构，
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：
其一是国内绝大多数原位土壤气提设备停留在中试实验阶段，工程应用案例较少，不具备实际操作的检验；其二是对于抽提上来的气体绝大多数采用单一的活性炭吸附技术，存在活性炭饱和后需多次更换或是一次性填充体量较大的问题；其三是对于土壤中挥发性有机污染物浓度时刻波动且波动较大的情况下，存在尾气吸附不彻底或是活性炭瞬间饱和的风险；其四是不同地质条件下抽提效率偏差较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种挥发性有机污染土壤的原位修复装置及方法，以解决现有技术中存在的抽提上来的气体大多采用单一的活性炭吸附技术，存在活性炭饱和后需多次更换或是一次性填充量较大的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种挥发性有机污染土壤的原位修复装置，包括：
井群布置单元，其用于对污染区域系统抽提；
负压抽提单元，其作为污染区域有机气体的抽提驱动；
气液分离单元，其通过管道与所述负压抽提单元相连通，能够对抽提出的有机气体进行气液分离；
尾气处理单元，其通过管道与所述气液分离单元相连通，用于对分离出的有机气体进行净化处理；
气相释放单元，其通过管道与所述尾气处理单元相连通，将处理后的气体进行排放；
监测单元，其设置于所述尾气处理单元的前端，用于监测所述尾气处理单元入口的有机气体的浓度和流量；
其中，所述尾气处理单元包括切换装置以及相并联的吸脱附装置和催化净化装置；根据所述监测单元的监测结果，所述切换装置能控制所述气液分离单元出口的有机气体可选地进入所述吸脱附装置或所述催化净化装置进行净化处理。
可选地，所述吸脱附装置包括活性炭吸附箱和脱附风机，所述活性炭吸附箱内填充有活性炭吸附体，所述脱附风机设置于所述活性炭吸附箱与所述催化净化装置之间的连接管路中。
可选地，所述切换装置包括吸附阀门、催化阀门和脱附阀门，所述吸附阀门安装于所述活性炭吸附箱的进气口的前端，所述催化阀门安装于所述催化净化装置的进气口的前端，所述脱附阀门安装于所述催化净化装置与所述脱附风机之间的管路中。
可选地，所述井群布置单元包括分层抽提井群，所述分层抽提井群由多个气相抽提井构成，多个所述气相抽提井设置于不同地层。
可选地，所述井群布置单元包括总输气管路和多个并联的支管，每个所述支管连通于一个所述气相抽提井，多个所述支管的出口均与所述总输气管路连通；每个所述支管上均设置有分层电磁阀。
可选地，所述气液分离单元包括气液分离器和用于收集分离出的液体的废液收集槽。
可选地，所述负压抽提单元包括负压风机，所述负压风机设置于所述气液分离单元与所述尾气处理单元之间的管路中。
可选地，所述气相释放单元包括烟囱和设置于所述烟囱上游的主排风机。
可选地，所述尾气处理单元还包括缓冲箱，所述缓冲箱设置于所述尾气处理单元的废气进口附近的管路中。
本发明提供的一种采用以上任一所述的装置进行挥发性有机污染土壤的原位修复的方法，包括以下步骤：
A、井群布置单元在负压抽提单元的驱动下，对污染区域进行系统抽提；
B、气液分离单元对抽提出的有机气体进行气液分离；
C、根据监测单元的监测结果，通过切换装置控制分离出的有机气体进入吸脱附装置或催化净化装置，其中有机气体浓度低于设定值时进入吸脱附装置进行净化，浓度高于设定值时进入催化净化装置进行净化处理；
D、处理后的气体通过气相释放单元排放。
本发明提供的一种挥发性有机污染土壤的原位修复装置及方法，挥发性有机污染土壤的原位修复装置的尾气处理单元包括相并联的吸脱附装置和催化净化装置，根据监测单元的监测结果，通过切换装置能控制分离出的有机气体可选地进入吸脱附装置或催化净化装置，其中有机气体浓度低于设定值时进入吸脱附装置进行净化，浓度高于设定值时进入催化净化装置进行净化处理；与现有单一活性炭吸附方式相比，便于根据不同浓度的气体采取更适宜的处理方式，处理容易能满足需要，不会出现活性炭饱和后多次更换或是一次性填充量较大的问题，灵活性和可靠性更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式提供的一种挥发性有机污染土壤的原位修复装置的连接关系示意图；
图2是尾气处理单元与气相释放单元的连接关系正视结构示意图；
图3是图2的俯视结构示意图；
图4是气液分离单元和负压抽提单元的俯视结构示意图；
图5是气液分离单元和负压抽提单元的俯视结构的正视结构示意图；
图6是井群布置结构示意图；
图7是图6的俯视结构示意图；
图8是气相抽提井的结构示意图；
图9是分层控制阀门的连接关系示意图。
图中1、井群布置单元；11、127mm钻孔；12、DN50化工级PVC割缝管；13、80目尼龙网；14、承插丝堵；15、螺纹顶盖；16、真空表；17、DN50球阀；18、抽气管道；19、支架；20、钢丝软管；2、气液分离单元；21、气液分离器；211、泄空阀；；22、废液收集槽；23、主管路；24、过滤器；25、采样阀；26、电动机；27、负压风机；28、排气消音器；29、检测仪表；3、负压抽提单元；4、尾气处理单元；411、活性炭吸附箱；412、吸附阀门；413、脱附管道；414、脱附阀门；415、吸附管道；416、脱附风机；42、催化净化装置；43、缓冲箱；44、废气进口；45、空气冷却器；46、补冷风机；47、补风口；5、气相释放单元；51、主排风机；52、烟囱；521、检测口；522、检测平台；6、设备平台；7、膨润土；8、2-4mm石英砂砾料；9、分层电磁阀。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种挥发性有机污染土壤的原位修复装置，包括：
井群布置单元1，其用于对污染区域系统抽提；
负压抽提单元3，其作为污染区域有机气体的抽提驱动；
气液分离单元2，其通过管道与负压抽提单元3相连通，能够对抽提出的有机气体进行气液分离；负压抽提单元3与气液分离单元2的连接关系参见图4和图5。
尾气处理单元4，其通过管道与气液分离单元2相连通，用于对分离出的有机气体进行净化处理；
气相释放单元5，其通过管道与尾气处理单元4相连通，将处理后的气体进行排放；尾气处理单元4与气相释放单元5的连接关系参见图2和图3。
监测单元，其设置于尾气处理单元4的前端，用于监测尾气处理单元4入口的有机气体的浓度和流量；
其中，尾气处理单元4包括切换装置以及相并联的吸脱附装置和催化净化装置42；根据监测单元的监测结果，切换装置能控制气液分离单元2出口的有机气体可选地进入吸脱附装置或催化净化装置42进行净化处理。气体进入尾气处理单元4前先通过管壁上设置的浓度在线监测仪(自测探头)，气体经过缓冲箱43及空气冷却器45后，系统自动控制阀门，使气体通过不同的处理设备。若浓度较低，则进入活性炭吸附箱411处理，若浓度较高，则进入催化净化装置42处理。
尾气处理单元4包括相并联的吸脱附装置和催化净化装置42，根据监测单元的监测结果，通过切换装置能控制分离出的有机气体可选地进入吸脱附装置或催化净化装置42，其中有机气体浓度低于设定值时进入吸脱附装置进行净化，浓度高于设定值时进入催化净化装置42进行净化处理；与现有单一活性炭吸附方式相比，便于根据不同浓度的气体采取更适宜的处理方式，灵活性和可靠性更高，同时也避免了活性炭饱和后多次更换或是一次性填充量较大的问题。
作为可选地实施方式，吸脱附装置包括活性炭吸附箱411和脱附风机416，活性炭吸附箱411内填充有活性炭吸附体，脱附风机416设置于活性炭吸附箱411与催化净化装置42之间的连接管路中。
活性炭吸附箱411内填充有活性炭吸附体为可再生活性炭吸附体，用于吸附低浓度有机气体。
作为可选地实施方式，切换装置包括吸附阀门412、催化阀门和脱附阀门414，吸附阀门412安装于活性炭吸附箱411的进气口的前端，催化阀门安装于催化净化装置42的进气口的前端，脱附阀门414安装于催化净化装置42与脱附风机416之间的管路中。
有机气体浓度较低时开启吸附阀门412，采用可再生活性炭进行吸附；当需要脱附时打开脱附阀门414，催化净化装置42内的热气体在脱附风机416的作用下进入活性炭吸附箱411，实现脱附作业；当有机气体浓度较高时开启催化阀门，采用催化燃烧的方式对有机气体进行净化处理，处理后的气体直接进入气相释放单元5经检测合格后排放。
需要说明的是，如图2所示，系统包括两套活性炭吸附箱411，可一备一用，每套活性炭吸附箱411的进气口的前端均设置有吸附阀门412。当第一套活性炭吸附箱411需要脱附时，关闭第一套活性炭吸附箱411的吸附阀门412，第一套活性炭吸附箱不进行吸附作业；可选的，打开第二套活性炭吸附箱411(备用活性炭吸附箱)的吸附阀门412，并关闭催化阀门，打开脱附阀门414，有机气体进入第二套活性炭吸附箱进行吸附处理；催化净化装置42内的热气体在脱附风机416的作用下进入第一套活性炭吸附箱，实现脱附作业。可选的，关闭负压抽提装置，第一套活性炭吸附箱进行脱附作业。
作为可选地实施方式，井群布置单元1包括分层抽提井群，分层抽提井群由多个气相抽提井构成，多个气相抽提井设置于不同地层。参见图1和图6-图8。
针对地层受污染的情况，依据地质条件和污染物浓度划分不同处理地层，进而布置不同深度的气相抽提井群，分层抽提，提高抽提效率，解决了不同地质条件下抽提效率偏差很大的问题。而且每层气相抽提井均可实现单独抽提或与其它井群并联抽提。井群中的单独气相抽提井亦可独立控制，便于维护，且实现了个别区域污染物的针对性去除。
作为可选地实施方式，井群布置单元包括总输气管路和多个并联的支管，每个支管连通于一个气相抽提井，多个支管的出口均与总输气管路连通；每个支管上均设置有分层电磁阀9，参见图9。
输气管道由各支管和总输气管路组成，总输气管路上设置电动阀门，可以实现分层切换抽提和并行抽提。总管路电动阀门控制分层电磁阀9，比如抽7m的气体井，那其他深度的气井是关闭的。分层气相抽提井是手动控制阀门，如每口7m的井的阀门均是单独的。
作为可选地实施方式，气液分离单元2包括气液分离器21和用于收集分离出的液体的废液收集槽22。
分离出的液体通过电动阀门排入废液收集槽22统一处理。
作为可选地实施方式，负压抽提单元3包括负压风机27，负压风机27设置于气液分离单元2与尾气处理单元4之间的管路中。
分离的气体通过负压风机27及缓冲箱43进入尾气处理单元4。可根据实施方案不同控制场区电动阀门开关，实现特定区域气相抽提。
作为可选地实施方式，气相释放单元5包括烟囱52和设置于烟囱52上游的主排风机51。
作为可选地实施方式，尾气处理单元4还包括缓冲箱43，缓冲箱43设置于尾气处理单元4的废气进口44附近的管路中。
尾气处理前端加装缓冲箱43体，解决了有机气体浓度波动较大的问题，均衡进气浓度，尾气吸附彻底，且杜绝了活性炭瞬间饱和的风险；而且在缓冲箱43内使污染气体均匀混合，保证催化净化装置42不会因为瞬间温度过高而导致功率加高而跳闸。
如图1-图9所示，本发明提供了一种挥发性有机污染土壤的原位修复装置，包括对污染区域系统抽提的井群布置单元1、向污染区域抽出有机气体的负压抽提单元3、对抽出的有机气体进行气液分离的气液分离单元2、将分离的有机气体冷却并处理的尾气处理单元4、将处理完毕并检测合格后的气体排放的气相释放单元5及集监测与调控于一体的自控单元。
井群布置单元1通过管道与气液分离单元2的进口连接，用于将抽出的气体输送至气液分离单元2进行气液分离。气液分离单元2通过管道与负压抽提单元3连接，负压抽提单元3是整个系统的动力装置，确保系统正常运作。负压抽提单元3通过管道与尾气处理单元4连接，用于将分离的气体进行处理。尾气处理单元4通过管道与气相释放单元5连接，用于将检验合格后的气体排放。自控单元包括自测探头及配套电脑，根据不同浓度调节负压抽提单元3中负压风机27的频率及调节尾气处理单元4中使用催化净化装置42或活性炭吸附箱411，可实现远程操控、调节抽气量及根据不同浓度采用相应的尾气处理设备。井群布置单元1包括分层抽提井群，针对性的根据不同污染状况设置不同地层的气相抽提井，井上连接管壁接入负压变送器及采样手动阀。
场区管道铺设分为总输气管路和支管，总管路上设置电动阀门，可以实现分层切换抽提、并行抽提及远程操控。
气液分离单元2为气液分离器21，配套磁翻板液位计，分离的液相排入废液收集槽22统一处理。气液分离器21前设置温度变送器、负压变送器、流量变送器、采样手动阀及电动阀门，排污管道设置电动阀门及采样手动阀。
负压抽提单元3包括负压风机27、缓冲箱43、排气消音机及电动机26。前端设置负压变送器，后端设置采样手动阀及电动阀门。
尾气处理单元4包括缓冲箱43体、补冷风机46、空气冷却器45、催化净化装置42、活性炭吸附箱411及配套风机管道和阀门。补冷风机46是为了降低气体温度的，空气冷却器45也是降低气体的温度的。
气相排放单元包括主排风机51、烟囱52及检测平台522，上端设置检测口521。
检测口521处检测气体是否符合排放标准，合格后方能排放。
本发明提供了一种采用以上任一的装置进行挥发性有机污染土壤的原位修复的方法，包括以下步骤：
A、井群布置单元1在负压抽提单元3的驱动下，对污染区域进行系统抽提；
B、气液分离单元2对抽提出的有机气体进行气液分离；
C、根据监测单元的监测结果，通过切换装置控制分离出的有机气体进入吸脱附装置或催化净化装置42，其中有机气体浓度低于设定值时进入吸脱附装置进行净化，浓度高于设定值时进入催化净化装置42进行净化处理；
D、处理后的气体通过气相释放单元5排放。处理后的气体经管壁上的检测设备检测合格后，通过主排风机51，由烟囱52排放至大气。如不合格则通过回流管道回流至尾气处理单元4再次处理，合格后排放。
尾气处理阶采用活性炭吸附、脱附和催化燃烧联用并可切换的处理方式，解决了活性炭吸附饱和需要更换的问题，实现了高效处理挥发性有机污染物。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
