适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置及其修复方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置及修复方法。该装置包括多个加热抽提器和注射管；每个加热抽提器包括抽提管和加热管，射频电极置于加热管中，射频电极与匹配器、射频发射器连接；抽提管外壳上有开孔；抽提管内壁设网格；所有抽提管上部连在一起与冷凝单元、气液分离器、真空泵顺序相连。修复方法包括：将多个加热抽提器和注射管排布在修复场地中，间距2～5米；将碳酸钙粉末和过硫酸钠溶液分别注射至污染土壤中，添加量为10%～15%和20%～25%；间歇抽提，加热温度100～500℃，加热时间100～140小时。本发明在短时间内对高粘性污染的土壤修复效果明显，污染物去除率高；加热迅速，修复时间短，修复效率高。
【专利说明】适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置及其修复方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污染土壤修复【技术领域】，涉及一种适用于挥发性及半挥发性有机物高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置及修复方法和修复材料。
【背景技术】
[0002]高粘性土壤中挥发性有机物和半挥发性有机物具有半衰期长、吸附力强和难处理等特点，有着不同于其他污染物的污染特性和危害性，被列为环境中潜在危险性大、应优先控制的毒害性污染物。这类污染物会威胁地下水源的水质安全、污染空气、改变土壤特性、危害农作物，同时，烃气积累于建筑物地下可能引发爆炸，并使与泄漏烃化合物接触的公用地下管网设施加速老化。
[0003]虽然我国尚未出台相应的标准和法规对挥发性有机物污染土壤进行控制，但在上海等少数国内发达城市，挥发性有机物的危害问题已引起政府部门的高度重视，如何合理有效地处置有机物污染土壤已成为亟需解决的技术难题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于:提供一种适用于挥发性及半挥发性有机物高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置及修复方法，以解决现有技术中挥发性及半挥发性有机物高粘性污染土壤的处理过程中修复效率低、耗时长的技术问题。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置，它包括一个或多个注射管，以及排布在注射管周围的多个加热抽提器；每个加热抽提器包括抽提管以及设在抽提管内的加热管，射频电极置于加热管中，射频电极通过同轴电缆与匹配器连接，匹配器通过同轴电缆与射频发射器连接；抽提管外壳上有多个开孔；抽提管内加热管外部装有填料和催化剂；抽提管内壁设有一层网眼大小比填料和催化剂粒径小的网格；所有抽提管上部的抽提连接管连接在一起，并与冷凝单元、气液分离器、真空泵顺序相连。
[0007]注射管与加热抽提器之间可以呈圆形、椭圆形、多边形或其它形式的排列分布方式；优选圆形排列分布方式(即注射管在中心，多个加热抽提装置分布在圆周上)；更优选正六边形排列分布方式(即加热抽提器有七个，分布在正六边形的六个点及中心点上；注射管有六个，分布在正六边形对角连线后形成的六个三角形的中心)。
[0008]上述加热抽提器是一种集射频加热、负压抽提两种功能于一体的挥发性有机物修复设备，射频加热的功率可根据现场条件的不同而定制。
[0009]一种使用上述修复装置的适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复方法，它包括如下步骤:
[0010](一)根据污染土壤场地具体情况，将多个加热抽提器和注射管排布在修复场地中(优选圆形或正六边形排列分布方式)，多个加热抽提器之间的间距为2?5米(根据场地具体情况定);
[0011](二)将所有加热抽提器的抽提连接管连接在一起，合并成一根共用连接管，再将该共用连接管与冷凝单元、气液分离器和真空泵顺序相连；
[0012](三)将经研磨后的碳酸钙粉末通过注射管直接注射至高粘性污染土壤中，添加比例为土壤质量的10%?15% ；
[0013](四)将质量浓度为30%的过硫酸钠溶液通过注射管直接注射至高粘性污染土壤中，添加比例为土壤质量的20%?25% ；
[0014](五)先预热一段时间，再在加热的同时开启真空泵进行抽提，采用间歇抽提方式，控制加热源的温度为100?500°C，加热时间100?140小时；在负压状态下，将抽提出来的热蒸汽，经过冷凝单元、气液分离器，最后进入尾气处理设备中进行处理。
[0015]优选方案:上述方法中，间歇抽提方式为:每抽提12小时后，间隔12小时再抽；控制加热源的温度为200°C;加热时间120小时；可对从气液分离器出来的冷凝液进行有机相的回收。
[0016]本发明的有益效果:
[0017]本发明采用将由碳酸钙粉末和过硫酸钠溶液组成的复合型修复材料注射在加热/抽提井周围，激活了复合型修复材料的氧化性能，强化了半挥发性有机物的降解，与此同时提高了复合修复材料在土壤介质中的良好扩散性。修复材料A碳酸钙粉末通过注射管先注射进土壤中，吸收土壤中的水分，便于后续修复材料B过硫酸钠溶液在土壤中的传递。本发明在短时间内对高粘性污染的土壤修复效果明显，污染物去除率高。
[0018]本发明采用射频加热，其优点在于加热迅速，修复时间短，修复效率高。传统的电阻丝加热原理是电阻丝本身产生高温，然后热量再慢慢的从加热源外中心高温区传导到加热源的外表低温区，速度缓慢，并且位于加热源中心的实际温度和外表温度有较大误差，当加热温度达到要求时虽然电阻丝停止加热，由于存在温度误差，加热源仍然继续向土壤传导热量，导致温度控制不准确，影响了修复效率；而射频加热系统的工作原理是高频感应，被加热的物体是通过自身的电流发热，热能是由被加热物体整体产生，温度控制实时准确，加热源内外温度一致，明显改善了修复效率，克服了传统电阻丝加热技术的修复时间长、效率低等缺点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1本发明的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置的俯视结构示意图，亦即加热抽提器与注射管的排列分布图；
[0020]图2本发明的原位修复装置中的注射管与加热抽提器在地下污染土壤中的示意图；
[0021]图3本发明中的加热抽提器的主视剖面结构示意图；
[0022]图4本发明中的抽提管的外部视图。
[0023]图中:1、加热管2、射频发射器3、匹配器4、同轴电缆
[0024]5、射频电极6、抽提管7、抽提管外壳开孔8、抽提连接管
[0025]9、加热抽提器10、注射管11、注射管管壁上的开孔
[0026]12、填料和催化剂13、网格【具体实施方式】
[0027]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0028]实施例1:
[0029]如图1一4所示，本发明一种适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置，它包括按正六边形排布的注射管10和加热抽提器9 (加热抽提器9有七个，分布在正六边形的六个点及中心点上；注射管10有六个，分布在正六边形对角连线后形成的六个三角形的中心)；每个加热抽提器包括抽提管6以及设在抽提管内的加热管1，射频电极5置于加热管I中，射频电极通过同轴电缆4与匹配器3连接，匹配器3通过同轴电缆4与射频发射器2连接；抽提管外壳上有多个开孔(即抽提管外壳开孔7);抽提管6内加热管I外部装有填料和催化剂12 ;抽提管内壁设有一层网眼大小比填料和催化剂粒径小的网格13 ;所有抽提管上部的抽提连接管8连接在一起，并与冷凝单元、气液分离器、真空泵顺序相连。注射管管壁上设有开孔(即注射管管壁上的开孔11)。
[0030]实施例2:
[0031]本发明中“一种适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置”在修复曹路镇某化工厂挥发性和半挥发性有机物污染高粘性土壤中的应用
[0032]曹路基地位于上海浦东新区曹路镇，东至凌空路、南至金海路、西至浦东运河、北至东靖路(见图2-1)。
[0033]调查发现在基地范围内有一个原顾路化工厂。化工厂地块呈“L”型，东西长约160m,东部最宽约105m，西部最宽约69m，占地面积约为13445m2。污染面积约为4513平方米。
[0034]修复方法如下:
[0035](一)根据污染土壤场地具体情况，将多个加热抽提器和注射管按圆形排列分布在修复场地中，多个加热抽提器之间的间距为2?5米；
[0036](二)将所有加热抽提器的抽提连接管连接在一起，合并成一根共用连接管，再将该共用连接管与冷凝单元、气液分离器和真空泵顺序相连；
[0037](三)将经研磨后的碳酸钙粉末通过注射管直接注射至高粘性污染土壤中，添加比例为土壤质量的12.5% ；
[0038](四)将由去离子水配制成的质量浓度为30%的过硫酸钠溶液通过注射管直接注射至高粘性污染土壤中，添加比例为土壤质量的22.5% ；
[0039](五)先预热一段时间，再在加热的同时开启真空泵进行抽提，采用间歇抽提方式，控制加热源(即加热管)的温度为200°C，加热时间120小时；在负压状态下，将抽提出来的热蒸汽，经过冷凝单元、气液分离器，最后进入尾气处理设备中进行处理。
[0040]修复材料A碳酸钙粉末通过注射管注射进土壤中，吸收土壤中的水分，便于后续修复材料B过硫酸钠溶液在土壤中的传递。伴随着加热抽提器释放的热量以及负压抽提，土壤中的半挥发性和挥发性有机物得到充分降解。
[0041]案例中土壤样品分析的项目主要为半挥发性有机物(双(2-乙基己基)酞酸酯、咔唑、偶氮苯以及N-亚硝基二正丙胺)和挥发性有机物(氯仿、苯、1，2- 二氯乙烷和1，2，3-三氯丙烷)。分析过程中采用的分析标准、仪器名称、仪器型号等如表I所示。修复后的土壤污染物含量见表2。
[0042]表1 土壤样品分析参数、方法及仪器
[0043]
【权利要求】
1.一种适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置，其特征在于:它包括一个或多个注射管，以及排布在注射管周围的多个加热抽提器；每个加热抽提器包括抽提管以及设在抽提管内的加热管，射频电极置于加热管中，射频电极通过同轴电缆与匹配器连接，匹配器通过同轴电缆与射频发射器连接；抽提管外壳上有多个开孔；抽提管内加热管外部装有填料和催化剂；抽提管内壁设有一层网眼大小比填料和催化剂粒径小的网格；所有抽提管上部的抽提连接管连接在一起，并与冷凝单元、气液分离器、真空泵顺序相连。
2.如权利要求1所述的适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置，其特征在于:注射管与加热抽提器之间按圆形或正六边形排列分布。
3.如权利要求1或2所述的适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置，其特征在于:注射管管壁上设有开孔。
4.如权利要求1或2所述的适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复装置，其特征在于:多个加热抽提器之间的间距为2?5米。
5.一种使用如权利要求1-4所述的修复装置的适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复方法，其特征在于，它包括如下步骤: (一)根据污染土壤场地具体情况，将多个加热抽提器和注射管排列分布在修复场地中，多个加热抽提器之间的间距为2?5米； (二)将所有加热抽提器的抽提连接管连接在一起，合并成一根共用连接管，再将该共用连接管与冷凝单元、气液分离器和真空泵顺序相连； (三)将经研磨后的碳酸钙粉末通过注射管直接注射至高粘性污染土壤中，添加比例为土壤质量的10%?15% ； (四)将质量浓度为30%的过硫酸钠溶液通过注射管直接注射至高粘性污染土壤中，添加比例为土壤质量的20%?25% ； (五)先预热一段时间，再在加热的同时开启真空泵进行抽提，采用间歇抽提方式，控制加热源的温度为100?500°C，加热时间100?140小时；在负压状态下，将抽提出来的热蒸汽，经过冷凝单元、气液分离器，最后进入尾气处理设备中进行处理。
6.如权利要求5所述的适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复方法，其特征在于，多个加热抽提器和注射管之间按圆形或正六边形排布。
7.如权利要求6所述的适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复方法，其特征在于，间歇抽提方式为:每抽提12小时后，间隔12小时再抽。
8.如权利要求7所述的适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复方法，其特征在于，控制加热源的温度为200°C ;加热时间120小时。
9.如权利要求8所述的适用于高粘性污染土壤的射频加热气相抽提高级氧化原位修复方法，其特征在于，对从气液分离器出来的冷凝液进行有机相的回收。
【文档编号】B09C1/06GK103624072SQ201310200077
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年5月24日 优先权日:2013年5月24日
【发明者】罗启仕, 朱杰, 喻恺, 李炳智, 孟梁, 张长波 申请人:上海市环境科学研究院