一种污染土壤气相抽提与生物滤塔组合处理装置的制作方法

本实用新型涉及一种污染土壤的处理装置，具体涉及一种土壤气相抽提与生物滤塔组合处理装置，属于土壤修复技术领域。

背景技术：

随着国家“退二进三”、“退城进园”、“产业转移”等政策的实施，全国大中城市的许多化工厂、农药厂、钢铁厂、金属冶炼、电镀和机械加工厂等高污染企业将逐步被关停转产或搬迁，遗留了大量类型多样、特性复杂的污染场地。这些工业污染场地已经对周边土壤及地下水造成污染。原位修复由于无需对污染场地进行开挖处理，已得到越来越多的应用。

原位气相抽提技术是利用外界动力，驱使污染区域中土壤空气强制有序流动，将气相挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)和半挥发性有机物(Semi-Volatile Organic Compounds，SVOCs)被抽提至设置在地表的尾气净化系统，进行统一收集和处置。该技术可用于氯代烃、苯系物等挥发性有机物污染土壤的修复，国外污染土壤及地下水修复领域已有较多实际工程应用。

目前，国内外针对气相抽提技术的研究工作主要集中于气相抽提过程中流体的运移、污染物传质和工艺模拟。传统的气体抽提系统中从抽提井抽提并收集的尾气，经气液分离后尾气经活性炭吸附等处理达标后排放，分离的废水则进入污水处理设施，工艺流程复杂，且长期运行时活性炭更换量大、运行成本较高。因此，针对土壤原位气相抽提技术，简化抽提气体的处理工艺流程，建立长期有效的气相抽提与生物滤塔的组合处理工艺是非常必要的。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种土壤气相抽提与生物滤塔组合处理装置，将土壤气相抽提装置、生物滤塔两种技术相结合，实现污染土壤中的挥发性/半挥发性有机污染物的无害化处置，从而达到修复污染土壤的目的。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种土壤气相抽提与生物滤塔组合处理装置，包括污染土壤所在地表向下挖出的抽提井和抽提污染气用的抽提系统，抽提井的气体出口与抽提系统的气体进口相连接，其特征在于：还包括处理污染气用的尾气处理系统，尾气处理系统包括生物滤塔和与其依次连接的循环泵、营养物质添加罐、液体流量计；所述的生物滤塔，底部设有进气口、出液口，顶部设有排气口、进液口；所述生物滤塔的进气口与抽提系统的气体出口相连接，出液口与循环泵的进口相连接，进液口与液体流量计的出口相连接。

上述技术方案中，所述的抽提井由井管和填充层构成：所述的抽提井的井管为一整段井管，自上而下依次为白管段、筛管段；所述的填充层由填充于井管壁四周的填充料构成，自上而下依次为水泥砂浆层、膨润土层、石英砂层。

上述技术方案中，所述的白管段位于地表至地表以下25m的范围内，筛管段位于地表以下25～28m范围内。

上述技术方案中，所述的水泥砂浆层，位于地表至地表以下0.5～1.0m范围内，由水泥砂浆构成；所述的膨润土层，位于地表以下0.5～1.0m至地表以下24.5m的范围内，由膨润土构成；所述的石英砂层，位于地表以下24.5～25m范围内，由粒径3～8mm的石英砂构成。

上述技术方案中，所述的井管为一整段PVC管，一部分带有割缝、一部分不带有割缝，不带有割缝的部分为白管段，带有割缝的部分为筛管段，割缝的缝宽为0.5～2.0mm。

上述技术方案中，所述白管段的顶端配设有PVC材质的管帽，管帽上设有气体出口，气体出口与所述的抽提系统的气体进口相连接。

上述技术方案中，所述的抽提井还配设有污染土壤所在地表向下挖出的监测井，监测井位于抽提井的影响半径内(影响半径约6米)，监测井配设有负压表。

上述技术方案中，所述的抽提系统包括依次连接的气液分离器、球阀、除尘器、流量计、真空表、泄压阀和引风机，其中：气体分离器的气体进口通过管道与抽提井的气体出口相连接、且该管道上安装有蝶阀，引风机的气体出口与所述的生物滤塔的进气口相连接。

上述技术方案中，所述的生物滤塔为本领域市售的能进行气液逆流接触的生物滤塔即可，只不过内部填充的填料为惰性填料；

惰性填料优选为堆肥、泥炭、木屑、珍珠岩、粒状活性炭、陶瓷、塑料、不锈钢中的任意一种、两种及以上以任意比例形成的混合物；

所述的生物滤塔优选为具有以下内部结构的生物滤塔，壳体内部：顶端进液口的下方安设有液体分布器，底部进气口的上方安设有气体分布器，壳体内设置有一层或多层惰性填料层；填料层由固定于壳体内的支撑板、支撑板上铺设的惰性填料以及惰性填料上方铺设的压网构成；所述的液体分布器通过管道与液体流量计的出口相连接，所述的气体分布器通过管道与引风机的出气口相连接；填料塔的运行方式为气液逆流，抽提尾气由塔底进入塔体、自下而上穿过填料层，喷淋液由塔顶通过液体分布器，均匀地喷淋到填料层中沿填料层表面向下流动，气液逆流接触；喷淋液中含有微生物生长所需营养物质，可以形成生物膜，上升的抽提气体通过气液传质进入液相，再通过扩散和对流传质过程扩散到生物膜中，进而其中的有机气体组分被微生物降解，到塔顶时达到排放要求后经排气筒排放；

所述的液体分布器优选为喷头(喷嘴)或者花洒等可以均匀喷淋液体的装置；

所述的气体分布器优选由一根主进气管和多根分进气管构成；主进气管下方设置有一个主进气口，通过气体管道与引风机的出气口相连接；主进气管上方均匀设置有多个分出气口，分出气口上连接分进气管；

所述的生物滤塔中优选喷淋液放入喷淋方式为连续喷淋或间歇喷淋，喷淋量可根据抽提气中污染物浓度通过流量计进行调节；

所述的壳体由碳钢、不锈钢或陶瓷制成；

所述的惰性填料层为多层时，可以每层均可以设置一个液体分布器。

上述技术方案中，所述的营养物质添加罐中储存有含有微生物生长所需营养物质的喷淋液，喷淋液经液体流量计计量由生物滤塔顶部的进液口进入到生物滤塔内对污染气体进行处理，喷淋液处理污染气体后由生物滤塔底部的出液口经循环泵返回至营养物质添加罐中，从而形成循环过程。

上述技术方案中，所述的气液分离器用于分离抽提气体中水分，优选为折流分离器、旋流分离器或填料分离器中的任意一种；

所述的流量计用于计量抽提气体的流量，优选为皮托管、转子流量计、涡街式流量计或电磁流量计中的任意一种；

所述的真空表用于计量抽提井压力，普通市售真空表即可；

所述的泄压阀用于泄掉管道中来自引风机压缩后的多余高压气体，普通市售泄压阀即可；

所述的引风机用于将抽提气体从原位抽提井经气液分离器、除尘器、流量计、真空表和泄压阀引向尾气处理系统，优选为漩涡风机。

本实用新型装置的实施方法为：

将抽提井的筛管段置于地表以下25～28m范围内，地表以下25m至地表为白管段；然后向井管和土壤的缝隙中填充封填材料，地表以下24.5～25m范围内的井管与土壤之间采用粒径3～8mm的石英砂填充，地表以下24.5m至地表以下0.5～1.0m范围内的井管与土壤之间采用膨润土填充，地表以下0.5～1.0m至地表范围内的井管与土壤之间采用水泥密封；接着将管帽仅仅塞在井管上达到密封，打开引风机和循环泵，引风机将抽提气体从原位抽提井中抽提出经气液分离器、除尘器、流量计、真空表和泄压阀引向生物滤塔；营养物质添加罐中的喷淋液由生物滤塔顶部的进液口进入到生物滤塔内、沿填料层表面向下流动，而抽提气体从由塔底进入塔体、自下而上穿过填料层，气液逆流接触；喷淋液中含有微生物生长所需营养物质，可以形成生物膜，上升的抽提气体通过气液传质进入液相，再通过扩散和对流传质过程扩散到生物膜中，进而其中的有机气体组分被微生物降解，到塔顶时达到排放要求后经排气筒排放；使用后的喷淋液由生物滤塔的底部返回至营养物质添加罐中，添加微生物生长所需营养物质后可以继续作为喷淋液使用，从而形成循环过程。如果地下水水位较浅，可在抽提井的地表附近增加一层密封膜，所述密封膜优选的是HDPE膜。

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

1.利用生物滤塔处理抽提尾气，在分离气体中水分的同时处理尾气中有机污染物，简化了工艺流程；

2.代替了传统活性炭吸附处理尾气的工艺，节省了活性炭使用量，降低了运行成本。

附图说明

图1：本实用新型装置的整体结构示意图

图2：本实用新型装置中抽提井的结构示意图；

图3：本实用新型装置实施例1中使用的生物滤塔的结构示意图；

其中：1-抽提井，2-监测井，3-蝶阀，4-气液分离器，5-球阀，6-除尘器，7-流量计，8-真空表，9-泄压阀，10-引风机，11-生物滤塔，12-循环泵，13-营养物质添加罐，14-液体流量计，15-白管段，16-筛管段，17-管帽，18-液体分布器，19-气体分布器，20-支撑板，21-惰性填料，22-压网，23-惰性填料层，24-生物滤塔的壳体。

具体实施方式

以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：

一种土壤气相抽提与生物滤塔组合处理装置，如图1所示：包括抽提井1、监测井2、抽提系统、尾气处理系统，监测井位于抽提井的影响半径内，监测井配设有负压表：

抽提系统包括依次连接的气液分离器4、球阀5、除尘器6、流量计7、真空表8、泄压阀9和引风机10，其中：气体分离器的气体进口通过管道与抽提井的气体出口相连接、且该管道上安装有蝶阀3，引风机10的气体出口与尾气处理系统的进气口相连接；

尾气处理系统包括生物滤塔11和与其依次连接的循环泵12、营养物质添加罐13、液体流量计14；生物滤塔，底部设有进气口、出液口，顶部设有排气口、进液口；生物滤塔的进气口与上述的引风机10的气体出口相连接；生物滤塔的出液口与循环泵的进口相连接，进液口与液体流量计的出口相连接。

上述的抽提井由井管和填充层构成，其中：所述的抽提井的井管为一整段PVC管(如图2所示)，一部分带有割缝、一部分不带有割缝，不带有割缝的部分为白管段15，带有割缝的部分为筛管段16，白管段在上、而筛管段在下面；白管段15的顶端配设有PVC材质的管帽17，管帽上设有气体出口，气体出口与所述的抽提系统的气体进口相连接。所述的填充层由填充于井管壁四周的填充料构成，自上而下依次为水泥砂浆层、膨润土层、石英砂层。白管段15位于地表至地表以下25m的范围内，筛管段16位于地表以下25～28m范围内；水泥砂浆层位于地表至地表以下0.5～1.0m范围内，膨润土层位于地表以下0.5～1.0m至地表以下24.5m的范围内，石英砂层位于地表以下24.5～25m范围内。

上述的生物滤塔11可以为市售的能进行气液逆流接触的生物滤塔，只不过内部填充的填料为惰性填料；惰性填料优选为堆肥、泥炭、木屑、珍珠岩、粒状活性炭、陶瓷、塑料、不锈钢中的任意一种、两种及以上以任意比例形成的混合物。生物滤塔优选为具有图3结构的滤塔：生物滤塔11壳体24内：顶端进液口的下方安设有液体分布器18，底部进气口的上方安设有气体分布器19，中央设置有一层或多层惰性填料层23；惰性填料层由固定于壳体内的支撑板20、支撑板上铺设的惰性填料21以及惰性填料上方铺设的压网22构成；所述的液体分布器通过管道与液体流量计14的出口相连接，所述的气体分布器通过管道与引风机10的出气口相连接；所述的液体分布器18为喷头或者花洒；所述的气体分布器19由一根主进气管和多根分进气管构成，主进气管下方设置有一个主进气口、通过管道与引风机10的出气口相连接，主进气管上方均匀设置有多个分出气口、分出气口上连接分进气管。

上述的营养物质添加罐13中储存有含有微生物生长所需营养物质的喷淋液，喷淋液经液体流量计14计量由生物滤塔11顶部的进液口进入到生物滤塔内对污染气体进行处理，喷淋液处理污染气体后由生物滤塔底部的出液口经循环泵12返回至营养物质添加罐中，从而形成循环过程。

下面结合实施例对本实用新型装置的结构、运行方式进行具体的阐述。

实施例1：

使用本实用新型装置对污染物进行处理：某化工厂污染场地的主要污染物为氯乙烯、1,1,2-三氯乙烷和氯仿等氯代烃，土壤中最大污染浓度分别为8.56mg/kg、28.6mg/kg和4.06mg/kg。该场地地层结构从上自下分别为杂填土、砂质粉土和粉质粘土。抽提井的筛管深度设置为地表以下25～28m，地表以下24.5～25m范围内井管与土壤之间采用石英砂填充，地表以下24.5m至地面采用膨润土填充，在膨润土填充水泥进行固结密封。

采用本实用新型装置对污染土壤进行处理，处理前抽提井出口处气体中的挥发性有机物含量为750ppm。打开引风机10对原位抽提井1进行抽提作业，抽提流量为7.6～8.3m³/h，抽提压力可达-0.03MPa。所抽提的气体中挥发性有机物含量达15000ppm，抽提井周边间距为3m的监测井出口处气体中挥发性有机物含量达800～900ppm。抽提气体经以生物滤塔为主的尾气处理工艺后达标排放。

上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。