CN101357369A - 异位修复具有挥发性有机污染土壤的系统和处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及异位修复具有挥发性有机污染土壤的系统和处理方法。异位修复具有挥发性有机污染土壤的系统，包括土壤修复床、通气管路系统、加液系统、检测系统、引风系统和闭路尾气收集处理系统；土壤修复床为密闭系统，在土壤修复床中设置有通气管路系统和检测系统，在土壤修复床上方设置有加液系统；通过引风系统应将土壤修复床与闭路尾气收集处理系统连接；被污染土壤作为载体连接修复床、通气管路系统和检测系统。能作为工程应用规模的经济、可行的异位土壤通气和微生物降解耦合修复装置和控制方法，将控制与修复技术因地制宜地有机结合并加以改进，达到费用、效果、可操作性等因素的统一。

Description

异位修复具有挥发性有机污染土壤的系统和处理方法

技术领域

本发明涉及一种土壤异位修复系统，特别是异位修复具有挥发性有机污染土壤的系统和处理方法。

背景技术

目前，我国土壤污染日益严重，不仅破坏土壤本身生态系统，直接或间接危害人类健康，而且还会形成跨介质污染，尤其是对地下水资源构成威胁，造成严重后果，因此急需研究开发符合我国国情的工程修复技术。

土壤修复技术可分为物理修复、化学修复和生物修复，物理修复包括淋洗法、热处理法等，化学修复包括溶剂萃取法、氧化还原法等，生物修复包括微生物修复、植物修复和动物修复。这些修复方法又分为原位和异位修复。

土壤通风或者土壤气相抽提(SVE)技术是九十年代发达国家发展起来的原位修复技术。土壤通风是通过强制新鲜空气流经污染区域，将挥发性有机污染物从土壤中解吸至空气流并引至地面上处理。该技术的第一个专利产生于20世纪80年代中期，当时被美国EPA认定为具有“革命性”的环境修复技术，之后得到迅速发展。美国专利No.5,360,067中土壤气相抽提装置包含至少一个抽气井和注入井，它通过注入井注入燃烧气体至污染土壤，采用了热强化的方法，其应用具有一定的局限性，仅适合于高泡点的烃类污染物的治理。生物通风(Bioventing，BV)实际上是生物增强式SVE技术，该技术结合了原位空气注入/抽提与原位生物降解的特点，使土著微生物利用注入/抽提过程中新鲜氧的补充对有机污染物进行好氧降解。美国专利No.60/403,934描述了生物通风修复系统，在现场受污染区域加入烃类有机物作为微生物食源，修复系统包括注入井、循环系统等，吹出的气相污染物循环加入到修复区域。未能被微生物降解的污染物被送至后处理系统进行处理。

以上两种专利技术目前仅仅用于原位修复，设计仍依赖于现场和实验室分析数据，其应用受到现场场地条件的制约，使得技术的适用范围、应用成本、控制及修复效率等仍有许多待改进和强化之处，尤其是土壤通气技术存在严重的拖尾效应。国内专利CN1448227A“一种污染土壤异位生物修复方法及专用处理设施”中涉及了一套采用预制床及其通气管路来修复污染土壤的异位生物修复方法，该专利技术的局限性在于其自然通风的强度较低、缺少修复系统尾气和引风系统容易造成二次污染等。

发明内容

本发明针对以上专利技术的不足，提供一种能作为工程应用规模的经济、可行的异位土壤通气和微生物降解耦合修复装置和控制方法，主要针对修复目标污染物为土壤中的挥发性和半挥发性有机污染物。提出基于过程强化的异位土壤通气与微生物降解耦合修复系统和控制技术，将控制与修复技术因地制宜地有机结合并加以改进，达到费用、效果、可操作性等因素的统一。

本发明技术方案如下：

异位修复具有挥发性有机污染土壤的系统，包括土壤修复床、通气管路系统、加液系统、检测系统、引风系统和闭路尾气收集处理系统；土壤修复床为密闭系统，在土壤修复床中设置有通气管路系统和检测系统，在土壤修复床上方设置有加液系统；通过引风系统将土壤修复床与闭路尾气收集处理系统连接；被污染土壤作为载体连接修复床、通气管路系统和检测系统。

所述的通气管路系统是通过管道与调节阀和鼓风机相连接，在土壤修复床中设置为单层或多层管道，管道为横向或纵向排列，在修复床中呈均匀分布，管道上布置多个通气孔，孔径为2～5mm，孔距5～15cm。

本发明的异位修复系统对具有挥发性有机污染土壤的处理方法，是采用异位土壤通气和微生物降解相结合的方法，定期采样测量污染土壤以及尾气浓度，实时控制该修复系统的操作条件，并对尾气的进行同时处理和达标排放。

本发明的异位修复系统对具有挥发性有机污染土壤的处理方法，具体方法如下：首先将待处理的异位污染土壤按照粒度大小分级后，按粒度由粗到细分层从下到上铺填到异位土壤修复床中，通过加液系统每25～60cm厚度土壤添加一次菌剂和营养助剂；形成异位修复床层后，在床层内设置检测竖井；引风管8通过尾气输送管9与空气分离器10连接，尾气经输送管通过真空泵11进入到溶剂罐12，被溶剂吸收一部分，溶剂罐12中吸收了尾气的溶剂经液相输送泵14进入至容器16，构成尾气液相处理系统；未能被溶剂吸收的尾气经气相输送泵13进入至焚烧炉15焚烧，构成尾气气相处理系统。

加液系统由一液罐通过液体分布装置向土壤中均匀加入，其特征是由一液罐通过液体分布装置向土壤中均匀加入高效降解菌和营养助剂等手段，增加生物降解的活性，提高污染组分的挥发度。

通气的尾气采用闭路收集方法和引风系统。在修复床的上方罩一个封闭的塑料膜以方便修复尾气的收集，引风系统通过一真空泵实现，所收集的尾气通过管道输送至尾气后处理装置。闭路收集系统设置有排水管，防止雨天时修复床进水。

高浓度的尾气首先进入到一溶剂吸收装置，采用有机溶剂吸收挥发性污染物，较低浓度挥发性污染物采用一吸附柱吸附收集，最终再生气体进入焚烧炉采取催化在线燃烧的方法处理，实现对尾气的无公害化处理和达标排放的目的。

应用该异位土壤修复系统装置进行挥发性和半挥发性有机污染土壤修复的方法，其特征是可根据现场条件采用连续操作、间歇操作、脉冲通风等操作方式实施修复，以实现有机污染土壤修复中的物理脱除和微生物降解双重强化和耦合的效果。

本发明独特之处在于：

1.本发明的异位土壤通气装置及微生物强化设计相对简单，此外，其体系装置包含了由诸如PVC管、阀、泵、容器等常见易得的设施。这些因素使得土壤通气和微生物降解耦合修复方法具有高效、经济的特点，符合中国国情。

2.本方法修复适用土壤范围宽，适应于不同地质条件的现场，常见如砂土、粉土、粉质粘土等土壤条件。另外适用于去除的污染物种类非常广泛，包括石油、芳烃、多环芳烃、化工产品等挥发或半挥发性的有机物。

3.本发明的异位土壤修复床系统中设置的竖井检测点灵活简便，可随时检测系统中的气相浓度变化；管道通气系统和加液分布系统的合理设置有利于氧气、微生物、营养元素在土壤中的均匀分布；负压通风装置，强化了土壤中污染物的生物降解作用；尾气收集和后处理系统的设置解决了修复过程中二次污染的难题。

4.本发明的土壤通气和微生物强化装置及其管道通气系统、加液系统、监测系统、引风系统和后处理系统，其鼓风装置及测量等管路部分与尾气收集和后处理部分有机结合构成了现场土壤测试及有机污染物去除的理想、高效的体系，实现尾气的无公害化处理，用相对较小的设备投资能够达到预期测试或污染治理目标。现场试验证明，本发明是具有设计合理、设备简单、操作方便可行、易于维护、现场试验及中试过程容易控制的土壤异位修复体系，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1：异位生物通气设备和控制系统；

图2：管道通气系统和检测井平面布置图。

具体实施方式

本发明提供一种挥发性和半挥发性有机物污染土壤的异位修复装置和系统。

下面结合附图1和附图2对本发明的设备和方法作进一步说明。如图1所示，本发明主要包括异位土壤修复床1和塑料膜密闭棚7；由鼓风机2、调节阀3以及在土壤修复床水平方向上均匀排布的五根打有气孔的通气管4构成的管道通气系统；由竖直方向上设置的3～5个检测井5构成的土壤气相监测系统；由一液罐和液体分布装置构成的加液系统6；由引风管8和尾气输送管9构成的引风系统；由空气水分离器10、真空泵11、溶剂罐12、气相输送泵13、液相输送泵14、焚烧炉15和容器16构成的后处理系统。

所述的挥发性和半挥发性有机物污染土壤异位修复的工艺为：首先，将被挥发性和半挥发性有机物污染的土壤从污染现场挖出，然后分层均匀装入异位土壤修复床1，要保证各处堆积密度相同；修复床在装入受污染土壤前，已经设置好通气管路系统(如图2所示)，通气管路设置一层横向管道，距离修复床底20cm，横向管道数目为5个，设置4个纵向管道，横向管道和纵向管道在修复床中呈均匀分布。管道上布置多个通气孔，孔径为2～5mm，孔距5～15cm。在修复床上方罩一个封闭棚。然后，启动鼓风机2，缓慢开启调节阀3，新鲜空气通过通气管4流经修复床，同时，打开加液系统6，高效降解菌和营养助剂由液体分布装置均匀喷淋到修复床上，加液过程为装入每25～60cm厚度土壤添加一次菌剂和营养助剂。一方面，降解菌在新鲜空气的补充下对有机污染物进行好氧降解，另一方面，新鲜空气流将挥发性或半挥发性有机污染物从土壤中解吸至空气流中，由密闭棚7收集起来，从而实现土壤通风和微生物降解的耦合，并通过检测井5监测土壤气相浓度。收集的尾气由引风管8输出密闭棚，经尾气输送管9进入空气水分离器10。启动真空泵11，将分离后的尾气打入溶剂罐12。尾气被溶剂罐中的有机溶剂吸收后，降至一定浓度，再通过气相输送泵13进入装有催化剂的焚烧炉15中进行燃烧处理；吸收液由液相输送泵14进入到容器16中。最后，将经过处理的土壤回填到原污染场址或作为它用。

实施例1：

下面对本发明的异位生物通气设备和控制系统实施例1作效果说明：

本实施实例中异位生物通气设备和控制系统按附图1连接管路，检查管路气密性。待处理的土壤取自辽河油田高升采油厂采油二区油泥处理区，土壤类型属于粉砂质土壤。

经过预处理的辽河油田石油污染土壤约6m³，按2×3×1m³本发明的床层体积分四层厚度(每层0.25m)铺填于异位土壤修复床1，通气管道上布置多个通气孔，孔径为2mm，孔距为5cm。高效降解固体菌剂和营养助剂按预处理土壤中重量的1％添加，混合均匀。修复过程中工艺参数优化见表1。

            表1 实施例1修复系统参数

                                                     

参数                        本发明修复系统

                                                     

营养物优化比例C∶N∶P       100∶10∶1

土壤水饱和度优化值          25％

通气流量                    10-20m³/h

Ph值                        7.5-8.5

土壤气相中氧含量            ＞2％(体积)

                                                       

经过2个月的生物通风处理，污染土壤的油含量(总石油烃TPH)从最初的334g/kg下降到91.2g/kg，，固相去除率达到了72.69％。气相中污染物的浓度从最初的8×10^-6(mg/L)下降到1×10^-6(mg/L)，气相去除率达到了87.5％。

实施例2：

下面对本发明的异位生物通气设备和控制系统实施例2作效果说明：

本实施实例中异位生物通气设备和控制系统按附图1连接管路，检查管路气密性。待处理的土壤取自山东胜利油田孤东油区，土壤类型属于粉砂质土壤。

经过预处理的胜利油田孤东油区石油污染土壤约7.2m³，按2×3×1.2m³本发明的床层体积分三层厚度(每层0.40m)铺填于异位土壤修复床1，通气管道上布置多个通气孔，孔径为4mm，孔距为10cm。高效降解固体菌剂和营养助剂按预处理土壤中重量的1％添加，混合均匀。修复过程中工艺参数优化见表1。

          表2 实施例2修复系统参数

                                                       

参数                         本发明修复系统

                                                       

营养物优化比例C∶N∶P        100∶10∶1

土壤水饱和度优化值           25％

通气流量                     10-25m³/h

Ph值                         7.5-8.5

土壤气相中氧含量             ＞2％(体积)

                                                        

经过2个月的生物通风处理，污染土壤的油含量(总石油烃TPH)从最初的520g/kg下降到120.0g/kg，，固相去除率达到了76.92％。气相中污染物的浓度从最初的9.5×10^-6(mg/L)下降到1.3×10^-6(mg/L)，气相去除率达到了86.32％。

实施例3：

下面对本发明的异位生物通气设备和控制系统实施例3作效果说明：

本实施实例中异位生物通气设备和控制系统按附图1连接管路，检查管路气密性。待处理的土壤取自胜利油田滨南油区，土壤类型属于砂质粘壤土。

经过预处理的胜利油田滨南油区石油污染土壤约10.8m³，按2×3×1.8m³本发明的床层体积分三层厚度(每层0.60m)铺填于异位土壤修复床1，通气管道上布置多个通气孔，孔径为5mm，孔距为15cm。高效降解固体菌剂和营养助剂按预处理土壤中重量的1％添加，混合均匀。修复过程中工艺参数优化见表1。

           表3  实施例3修复系统参数

                                                   

参数                         本发明修复系统

                                                   

营养物优化比例C∶N∶P        100∶10∶1

土壤水饱和度优化值           20％

通气流量                     15-30m³/h

Ph值                         7.5-8.5

土壤气相中氧含量             ＞2％(体积)

                                                    

经过2个月的生物通风处理，污染土壤的油含量(总石油烃TPH)从最初的453g/kg下降到96.1g/kg，，固相去除率达到了78.78％。气相中污染物的浓度从最初的8.8×10^-6(mg/L)下降到1.3×10^-6(mg/L)，气相去除率达到了85.23％。

本发明提出的异异位修复具有挥发性有机污染土壤的系统和处理方法，已通过现场较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的结构和制备方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (4)

1.异位修复具有挥发性有机污染土壤的系统，包括土壤修复床、通气管路系统、加液系统、检测系统、引风系统和闭路尾气收集处理系统；其特征是土壤修复床为密闭系统，在土壤修复床中设置有通气管路系统和检测系统，在土壤修复床上方设置有加液系统；通过引风系统将土壤修复床与闭路尾气收集处理系统连接；被污染土壤作为载体连接修复床、通气管路系统和检测系统。

2.如权利要求1所述的异位修复具有挥发性有机污染土壤的系统，其特征是所述的通气管路系统是通过管道与调节阀和鼓风机相连接，在土壤修复床中设置为单层或多层管道，管道为横向或纵向排列，在修复床中呈均匀分布，管道上布置多个通气孔，孔径为2～5mm，孔距5～15cm。

3.权利要求1的异位修复系统对具有挥发性有机污染土壤的处理方法，其特征是采用异位土壤通气和微生物降解相结合的方法，定期采样测量污染土壤以及尾气浓度，实时控制该修复系统的操作条件，并对尾气的进行同时处理和达标排放。

4.如权利要求3的异位修复系统对具有挥发性有机污染土壤的处理方法，其特征是具体方法如下：首先将待处理的异位污染土壤按照粒度大小分级后，按粒度由粗到细分层从下到上铺填到异位土壤修复床中，通过加液系统每25～60cm厚度土壤添加一次菌剂和营养助剂；形成异位修复床层后，在床层内设置检测竖井；引风管8通过尾气输送管9与空气分离器10连接，尾气经输送管通过真空泵11进入到溶剂罐12，被溶剂吸收一部分，溶剂罐12中吸收了尾气的溶剂经液相输送泵14进入至容器16，构成尾气液相处理系统；未能被溶剂吸收的尾气经气相输送泵13进入至焚烧炉15焚烧，构成尾气气相处理系统。

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