一种用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种污染土壤修复技术领域中适用于有机污染土壤修复的原地热脱附处理系统，具体地，涉及一种用于有机污染土壤修复的原位水平式热脱附处理装置或原地异位堆体式热脱附处理装置。


背景技术：

2.随着国内建设用地土壤污染状况调查工作的不断推进，有机污染土壤修复规模日益增加，热脱附修复技术是有机污染土壤特别是有机重污染土壤修复的重要技术手段之一。热脱附技术通过直接或间接加热方式，将土壤加热至一定温度，使其中有机污染物组分受热挥发并与土壤介质相分离，再通过对挥发出的污染物进行有效收集并处理，从而达到土壤修复的目的。
3.目前广泛采用的热脱附修复工艺模式主要为原位垂直式热脱附和异位设备式热脱附。其中，原位垂直式热脱附技术工艺相对成熟，处理规模大，但是对于污染深度较浅的地块适用性较差；异位设备式热脱附技术成熟，但是设备投资成本大，对土壤预处理要求高，受设备处理能力限制，修复土方量大时无法对所有污染土壤同时进行修复。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种可用于处理挥发性/半挥发性有机物或石油类污染土壤的原位水平式或者异位堆体式的原地热脱附土壤修复处理装置，解决现有的热脱附技术对某些污染地块适用性较差的问题。
5.为了达到上述目的，本实用新型提供了一种用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，其中，所述的装置包含加热供能单元、抽提单元、废气处理单元、废水处理单元、监测控制单元以及待修复土壤体单元；所述的加热供能单元包含：燃料储罐、燃料输送设备、燃烧器、加热管和余热回收加热管；所述的抽提单元包含抽提管、一级气水分离器、冷却塔、二级气水分离器和抽提真空泵；所述的待修复土壤体单元，按位置不同分为原位水平式土壤体单元和异位堆体式土壤体单元两种。
6.上述的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，其中，所述的加热供能单元中，燃料输送设备包含输送管道，若干燃烧器在同侧的一端通过输送管道并联再与燃料储罐连接，燃烧器的另一端设有燃烧室，燃烧室的另一端与加热管连接，加热管的下游与余热回收加热管连接，余热回收加热管的另一端设有收集管，收集管与排放风机连接，排放风机的另一端设有燃烧废气排气筒。
7.上述的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，其中，所述的抽提单元中，抽提管的一端位于待修复土壤体单元内，另一端与一级气水分离器连接，一级气水分离器依次与冷却塔和二级气水分离器连接，二级气水分离器与抽提真空泵和废气处理单元依次连接，废气处理单元的末端设有热脱附废气排气筒。
8.上述的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，其中，所述的一级气水分离器
和二级气水分离器分别通过管路连接集水池，集水池通过水泵将废液排入废水处理单元，废水处理单元的末端设有处理后排放水池。
9.上述的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，其中，所述的监测控制单元设有控制器和若干监测设备，对包含温度、压力、流量、液位的各修复工艺参数进行监测和控制；监测设备中包含热电偶测温传感器。
10.上述的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，其中，所述的待修复土壤体单元中，原位水平式土壤体单元是整体低于地面、顶部与周围地面基本平齐的土壤体；异位堆体式土壤体单元是异位开挖后堆放于地面上的土壤体。
11.上述的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，其中，所述的待修复土壤体单元，内部分别铺设若干分层并水平放置的加热管、余热回收加热管、抽提管和热电偶测温传感器；土壤体外侧四周及顶部均覆盖有水泥硬化层。
12.上述的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，其中，所述的水泥硬化层的厚度大于或等于100mm。
13.上述的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，其中，所述的待修复土壤体单元中，加热管、余热回收加热管、抽提管、热电偶测温传感器的一端分别伸出水泥硬化层侧壁，加热管连接燃烧器，余热回收加热管的进口连接加热管出口，抽提管的出口连接抽提单元中的一级气水分离器。
14.上述的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，其中，所述的加热管和余热回收加热管均为金属管；抽提管水平平行放置，并与加热管和余热回收加热管平行伴生设置，抽提管为管壁分布有筛孔的金属管；热电偶测温传感器的测温热电偶平均分布于整个待修复土壤体不同区域及深度，并覆盖土壤体内的冷点处。
15.本实用新型提供的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置具有以下优点：
16.本专利提供了一种污染土壤原地热脱附修复处理的新形式，根据修复现场实际条件，可以对浅层污染土壤采用开沟放管、顶管或水平定向钻装管等施工方式实施原位水平式热脱附修复，也可以将污染土壤开挖后制成可供热脱附操作的土壤堆体，进行原地异位的集中堆体式热脱附修复。
附图说明
17.图1为本实用新型的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置的原位水平式土壤体单元形式的结构示意图。
18.图2为本实用新型的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置的异位堆体式土壤体单元形式的结构示意图。
19.图3为本实用新型的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置的加热管、余热回收加热管、抽提管排布连接示意图。
20.图4为本实用新型的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置的原位水平式土壤体单元形式的修复土体区域管道排布截面示意图。
21.图5为本实用新型的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置的异位堆体式土壤体单元形式的修复土体区域管道排布截面示意图。
22.图6为本实用新型的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置的原位水平式土壤
体单元形式的修复土体区域内单个换热、抽提组件截面示意图。
23.图7为本实用新型的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置的异位堆体式土壤体单元形式的修复土体区域内单个换热、抽提组件截面示意图。
24.其中：1、加热供能单元；2、燃料储罐；3、金属连接软管；4、余热回收加热管；5、抽提管；6、收集管；7、燃烧废气排气筒；8、一级气水分离器；9、抽提真空泵；10、冷却塔；11、废气处理单元；12、热脱附废气排气筒；13、集水池；14、水泵；15、废水处理单元；16、处理后排放水池；17、待修复土壤体单元；18、水平地面；19、基坑侧壁；20、燃烧器；21、燃烧室；22、热电偶测温传感器；23、加热管；24、基坑底部工作面；25、水泥硬化层；26、底部混凝土防渗层；27、排放风机；28、二级气水分离器。
具体实施方式
25.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步地说明。
26.如图1～图7所示，本实用新型提供的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，包含加热供能单元1、抽提单元、废气处理单元11、废水处理单元15、监测控制单元以及待修复土壤体单元17；加热供能单元1包含：燃料储罐2、燃料输送设备、燃烧器20、加热管23和余热回收加热管4；抽提单元包含抽提管5、一级气水分离器8、冷却塔10、二级气水分离器28和抽提真空泵9；待修复土壤体单元17，按位置不同分为原位水平式土壤体单元和异位堆体式土壤体单元两种。
27.加热供能单元1中，燃料输送设备包含输送管道，若干燃烧器20在同侧的一端通过输送管道并联再与燃料储罐2连接，燃烧器20的另一端设有燃烧室21，燃烧室21的另一端与加热管23连接，加热管23的下游与余热回收加热管4连接，余热回收加热管4的另一端设有收集管6，收集管6与排放风机27连接，排放风机27的另一端设有燃烧废气排气筒7。
28.抽提单元中，抽提管5的一端位于待修复土壤体单元17内，另一端与一级气水分离器8连接，一级气水分离器8依次与冷却塔10和二级气水分离器28连接，二级气水分离器28与抽提真空泵9和废气处理单元11依次连接，废气处理单元11的末端设有热脱附废气排气筒12。
29.一级气水分离器8和二级气水分离器28分别通过管路连接集水池13，集水池13通过水泵14将废液排入废水处理单元15，废水处理单元15的末端设有处理后排放水池16。
30.监测控制单元设有控制器和若干监测设备，均为现有元件，对包含温度、压力、流量、液位的各修复工艺参数进行监测和控制；监测设备中包含热电偶测温传感器22。
31.待修复土壤体单元17中，原位水平式土壤体单元是整体低于地面、顶部与周围地面基本平齐的土壤体；异位堆体式土壤体单元是异位开挖后堆放于地面上的土壤体。
32.待修复土壤体单元17，内部分别铺设若干分层并水平放置的加热管23、余热回收加热管4、抽提管5和热电偶测温传感器22；土壤体外侧四周及顶部均覆盖有水泥硬化层25。水泥硬化层25的厚度大于或等于100mm。
33.待修复土壤体单元17中，加热管23、余热回收加热管4、抽提管5、热电偶测温传感器22的一端分别伸出水泥硬化层25侧壁，加热管23连接燃烧器20，余热回收加热管4的进口连接加热管23出口，抽提管5的出口连接抽提单元中的一级气水分离器8。
34.加热管23和余热回收加热管4均为金属管；抽提管5水平平行放置，并与加热管23
和余热回收加热管4平行伴生设置，抽提管5为管壁分布有筛孔的金属管；热电偶测温传感器22的测温热电偶平均分布于整个待修复土壤体不同区域及深度，并覆盖土壤体内的冷点处。
35.下面结合实施例对本实用新型提供的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置做更进一步描述。
36.实施例1
37.一种用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，主要包括加热供能单元1、抽提单元、废气处理单元11、废水处理单元15、监测控制单元以及待修复土壤体单元17。
38.加热供能单元1包含：燃料储罐2、燃料输送设备、燃烧器20、加热管23和余热回收加热管4。加热供能单元1中的加热方式为热传导间接加热，采用燃油或天然气燃烧作为热量来源。
39.燃料输送设备包含输送管道，若干燃烧器20在同侧的一端通过输送管道并联再与燃料储罐2连接，燃烧器20的另一端设有燃烧室21，燃烧室21的另一端与加热管23连接，加热管23的下游通过金属连接软管3与余热回收加热管4连接，优选为三个加热管23与同一个余热回收加热管4连接，余热回收加热管4的另一端设有收集管6，收集管6与排放风机27连接，排放风机27的另一端设有燃烧废气排气筒7。
40.燃料储罐2储存柴油或天然气，通过输送管道分发至各燃烧器20内，燃烧器20内燃料经喷嘴喷至燃烧室21内形成雾滴或气体，与燃烧室21内空气进行混合，经燃烧器20点火引燃后产生高温烟气，高温烟气通过管道进入加热管23以及其下游的余热回收加热管4，通过与土壤间接接触达到换热效果，燃烧后的高温烟气尾气经收集排入大气。
41.抽提单元包含抽提管5、一级气水分离器8、冷却塔10即蒸发式冷凝器、二级气水分离器28、抽提真空泵9即抽提风机。
42.抽提管5的一端位于待修复土壤体单元17内，另一端与一级气水分离器8连接，一级气水分离器8依次与冷却塔10和二级气水分离器28连接，二级气水分离器28与抽提真空泵9和废气处理单元11依次连接，废气处理单元11的末端设有热脱附废气排气筒12。一级气水分离器8和二级气水分离器28分别通过管路连接集水池13，集水池13通过水泵14将废液排入废水处理单元15，废水处理单元15的末端设有处理后排放水池16。
43.抽提管5位于待修复土壤体单元17内的一端，在负压条件下抽提出土壤中挥发的污染物，抽提出的废气进入一级气水分离器8，部分气体经常温冷凝后形成液滴收集于分离器底部，剩余不凝气体经进入冷却塔10中进一步冷却，降温后继续冷凝为液体于二级气水分离器28中进行分离，最终剩余不凝气接入废气处理单元11。
44.监测控制单元设有控制器和若干监测设备，对包含温度、压力、流量、液位等的各修复工艺参数进行监测和控制；监测设备中包含热电偶测温传感器22。
45.废气处理单元11和废水处理单元15按常规废气、废水处理方式进行，可涉及活性炭吸附、混凝沉淀、化学氧化等处理工艺。
46.废气处理单元11可采用活性炭作为吸附剂，污染物经吸附去除后由热脱附废气排气筒12排放入大气。
47.废水处理单元15接收来自气液分离器，包括一级气水分离器8和二级气水分离器28中冷凝下的液体，可采用混凝沉淀、化学氧化、活性炭吸附等单一或组合工艺去除废水中
的污染物，最终达标排放。
48.待修复土壤体单元17，按位置不同分为原位水平式土壤体单元和异位堆体式土壤体单元两种。
49.原位水平式土壤体单元是整体低于地面、顶部与周围地面基本平齐的土壤体；异位堆体式土壤体单元是异位开挖后堆放于地面上的土壤体。
50.原位水平式土壤体单元，修复阶段土壤体位于原位，修复期间仅作少量土壤开挖，避免了土方的大面积开挖，修复占地面积更小；异位堆体式土壤体单元，土壤开挖后需置于水泥硬化地面上进行修复，以阻止污染物由裸露地面渗漏至地面下方。
51.待修复土壤体单元17，内部分别铺设若干分层并水平放置的加热管23、余热回收加热管4、抽提管5和热电偶测温传感器22；土壤体外侧四周及顶部均覆盖有水泥硬化层25，即混凝土外壳保温层。水泥硬化层25的厚度大于或等于100mm，可起到保温隔热、阻止污染物渗透溢散及雨水进入的作用。
52.加热管23、余热回收加热管4、抽提管5、热电偶测温传感器22的一端分别伸出水泥硬化层25侧壁，加热管23连接燃烧器20，余热回收加热管4的进口连接加热管23出口，抽提管5的出口连接抽提单元中的一级气水分离器8。
53.加热管23和余热回收加热管4均为金属管，采用金属材质以达到较好的换热效果；抽提管5水平平行放置，并与加热管23和余热回收加热管4平行伴生设置，抽提管5为管壁分布有筛孔的金属管；热电偶测温传感器22的测温热电偶尽可能地平均分布于整个待修复土壤体不同区域及深度，并覆盖土壤体内的冷点处。
54.实施例2
55.一种用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，待修复土壤体单元17为原位水平式土壤体单元形式时，该原地热脱附装置的建设施工主要步骤如下：
56.步骤1、放线确定待修复土壤边界，由待修复范围区域的水平地面18向外侧、向下进行开挖，开挖后形成基坑以及中央岛状样的土壤体，中央土壤体为原位的待修复土，周边地面平整后形成工作面，即基坑底部工作面24，其与水平地面18之间形成基坑侧壁19。
57.步骤2、在中央岛状样的待修复土体区域按一定距离间隔开挖相互平行的若干沟槽，同时铺设加热管23、余热回收加热管4、抽提管5、热电偶测温传感器22，由下至上按不同位置、不同深度开挖铺设管件后覆盖待修复土壤体单元17即热脱附土体(土层)，直至所有管件按计划铺设完成；或者采用水平定向钻在中央待修复土体区域进行钻探，钻孔位置空隙处安放加热管23、余热回收加热管4、抽提管5、热电偶测温传感器22。
58.步骤3、铺设过程中，各管件沿土壤体方向平行铺设，同一高度层的管件间隔排布，抽提管5与加热管23或余热回收加热管4伴生存在，管件间间距按照换热时的有效加热范围、施工可操作性、经济性等因素综合考虑确定，需避免热脱附时加热管23、余热回收加热管4的管件间隔过远部分土壤因加热温度不高而导致修复效果不佳的情况发生。
59.步骤4、进行待修复土壤体单元17外壁四周及顶部水泥硬化层25施工。
60.步骤5、进行待修复土壤体单元17外壁管路连接以及相关监测控制单元的搭建。
61.待修复土壤体单元17为异位堆体式土壤体单元，即位于地面上方土壤体单元形式时，该原地热脱附装置的建设施工主要步骤如下：
62.步骤一、在地块待修复土壤区域旁划定一片区域供土壤体单元建设以及修复相关
设备材料的放置。
63.步骤二、进行待建土壤体单元区域底部地面进行硬化/防渗施工，铺设底部混凝土防渗层26。
64.步骤三、底部区域预先铺设一定厚度的待修复土层。
65.步骤四、土层上方铺设加热管23、余热回收加热管4、抽提管5、热电偶测温传感器22。
66.步骤五、管件材料上方再覆盖一层土层。
67.步骤六、再依次铺设加热管23、余热回收加热管4、抽提管5、热电偶测温传感器22和土层，直至铺设至计划高度，铺设过程中，各管件沿堆体方向平行铺设，同一高度层的管件间隔排布，抽提管5与加热管23或余热回收加热管4伴生存在，管件间间距按照换热时的有效加热范围、施工可操作性、经济性等因素综合考虑确定，需避免热脱附时加热管23、余热回收加热管4的管件间隔过远部分土壤因加热温度不高而导致修复效果不佳的情况发生。
68.步骤七、进行待修复土壤体单元17外壁四周及顶部水泥硬化层25施工。
69.步骤八、进行待修复土壤体单元17外壁管路连接以及相关监测控制单元的搭建。
70.实施例3
71.一种用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，运行的开启顺序为：应先开启抽提单元、废气处理单元11和废水处理单元15，之后再开启加热供能单元1；关闭顺序与之相反，应先关闭加热供能单元1，待土壤体单元温度冷却后再抽提单元、废气处理单元11和废水处理单元15。
72.该原地热脱附装置在运行时，抽提单元作用过程为：开启废气处理单元11和废水处理单元15，启动一级气水分离器8和二级气水分离器28中的隔膜泵，使一级气水分离器8和二级气水分离器28的底部积水及时排入废水处理单元15，开启抽提真空泵(风机)9及冷却塔10；待修复土壤体单元17内挥发出带有污染物的高温气体，在负压环境下先进入一级气水分离器8，部分气体冷凝于一级气水分离器8中，剩余气体在抽提真空泵9作用下进入循环冷却塔10进行冷却，冷凝出的液体收集于二级气水分离器28底部通过隔膜泵排出至废水处理单元15中废水收集池即集水池13，剩余不凝气体进入废气处理单元11进行进一步处理，处理后的气体由热脱附废气排气筒12最终排放至大气中。
73.加热供能单元1作用过程为：先开启燃烧废气排放风机(真空泵)27使采用金属连接软管3相联通的加热管23和余热回收加热管4内保持负压状态，随后通过监测控制单元，使燃料沿管路分配至堆体外各燃烧器20中，启动燃烧器20，燃料以雾滴形式或燃气形式进入燃烧室21内在负压条件下与进入燃烧室21中的空气混合均匀，燃烧后产生高温烟气，高温烟气沿加热管23间接加热周围土壤，加热管23出口处的高温烟气温度有所降低，通过利用布设在待修复土壤体单元17内的若干余热回收加热管4，可提高热交换效率，节省能源，若干个加热管23出口处的高温烟气合并进入至余热回收加热管4内继续间接加热周围土壤，随后换热完成的烟气从余热回收加热管4另一端流出，在燃烧废气排放风机27作用下由燃烧废气排气筒7高空排放至大气。
74.本实用新型提供的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，主要包括加热供能单元1、抽提单元、废气处理单元11、废水处理单元15、监测控制单元以及待修复土壤体单元
17。加热供能单元1包含燃烧产热设备及若干分层水平平行放置的加热管23、余热回收加热管4；抽提单元包含抽提真空泵9及置于土壤体内的若干分层水平平行放置的抽提管5；待修复土壤体单元17内部安放有若干加热管23、余热回收加热管4、抽提管5以及温度监测组件；从污染土壤体中抽提出的污染物经废水处理单元15和废气处理单元11处理后达标排放。
75.本实用新型提供的用于有机污染土壤修复的原地热脱附装置，是提供了一种污染土壤原地热脱附处理修复解决方案，具有能够以常规柴油或天然气为能量来源，能源易得且利用效率高，系统设备组成简单可靠，热脱附温度高，热脱附持续时间长，修复效果好，对场地条件适应性强等突出特点。
76.尽管本实用新型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实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。