CN108687124A - 利用气压地下破碎和强制吸出的原位油污染土壤净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供原位油污染土壤净化装置，包括：注入井，埋设于油类污染的污染土壤，并注入用于地下破碎的空气和用于净化处理的介质；空气注入器和压力容器以及压缩空气调节阀，空气注入器连接于注入井，并供给用于地下破碎的高压空气；氧化剂注入器和泵、微生物注入器和泵，分别用于氧化处理、生物学处理污染土壤；营养剂注入器和泵，向微生物供给营养；抽提井，在污染土壤处理过程中将向外部抽提挥发物质；真空泵，在抽提井中产生真空以引导地下破碎；气液分离槽和泵，分离抽提的挥发物质中的气体和液体；活性炭吸附槽，处理挥发的气体；自动控制装置和现场计量器。本发明能够高效且稳定地去除污染物质，并缩短处理时间且节省处理费用的效果。

Description

利用气压地下破碎和强制吸出的原位油污染土壤净化装置

技术领域

本发明涉及用于在原位净化被汽油、柴油等油类污染的土壤的净化方法，更具体地，涉及利用气压地下破碎和强制吸出的原位油污染土壤净化装置，作为为了不管被高浓度油类污染的土壤是沙质土壤、泥质土壤还是黏质土壤均可适用而开发的技术，在污染土壤的原位设置注入井和抽提井，利用注入井注入压力空气的同时，从抽提井强制实施吸气，在污染土壤中产生地下破碎而顺畅地引导孔隙，以将土壤的透水性确保在一定值以上，通过该孔隙使作为处理介质的氧气、微生物、营养剂和氧化剂接触污染土壤以实现净化，在与注入井相邻的地方设置抽提井，在注入井用压缩空气实施地下破碎时，同时在抽提井强制实施吸气，使得注入井和抽提井的能量差变大，从而引导能量移动，使得能够产生地下破碎的影响半径变宽，地下破碎半径宽能够提高处理效率并缩短处理时间，因此能够进行经济且稳定的油类污染土壤净化。

背景技术

1980年之后，随着经济发展和收入增长带来的工业设施使用量的增加和车辆供给量的增加，油使用量急剧增加，从而油库和加油站的设置量显著增加。随此，由于从加油站和储存有有害化学物质的工业设施的储油罐流出被分类为污染物质(NAPLs:Non AqueousPhase Lquids)的油类和有害化学物质，土壤层和地下水的污染问题非常严重。

到目前为止，在发达国家以及在国内开发了复原被油类污染的土壤的多种技术并在现场被应用，大致分为地上处理(Ex-Situ)技术和原位地下处理(In-Situ)净化技术，地上处理技术为挖掘污染土壤并转移到外部的适当的处理设施而进行净化的技术，原位地下处理净化技术为在当前位置的地下***管井而直接处理的技术。

以往主要采用针对污染物质的处理工艺管理和处理效率评价容易的地上处理技术，但是由于运输费用增加以及在运输过程中会引起污染土壤流失等二次污染，因此最近随着地块评估和监测技术的发展，越来越关注针对在处理期间可以利用地块并处理费用低的原位地下处理技术。

但是，土壤与水和空气不同，其导水率不均匀(heterogeneous)，因此在原位进行处理在工艺上具有难度。在土壤污染净化技术中最重要的导水率由含水层的间隙大小、结构等决定，由于只有在导水率确保为一定值以上时处理介质才有可能流动，因此在原位地下处理中，关键是确保导水率在一定值以上。到目前为止，开发并应用有多种用于净化根据油类污染物质的土壤层和地下水的原位地下处理技术。

作为以往的原位地下处理的典型的油类污染土壤净化方法的土壤气相抽提法(Soil Vapor Extraction：SVE)，因其在操作便利性和经济效果方面而多被使用。但是，该方法具有如下缺点：当应用于因高浓度油类污染的土壤时，随着时间的流逝，挥发性低的油类成分比率会增加，因此难以处理成低浓度，并且难以应用于泥质土壤和黏质土壤等饱和层。

此外，最近，空气注入和抽提(Air Sparging/Soil Vapor extraction)***常被用于被油类污染的土壤层和地下水的净化方法，该方法是在饱和层中注入空气而增加油类污染物质的挥发以在不饱和层中抽提挥发气体的方法，其是能够使利用SVE(土壤气相抽提)的处理效率最大化，针对挥发性高的物质可以尽快处理，针对饱和层的污染源也可进行处理的净化技术，但是不适用于针对作为不挥发性的柴油油类污染土和挥发物质的流动不顺畅的污染土壤进行处理。因此，为了对柴油生物分解，应提供能够维持微生物的活性度的条件(PH、温度、营养物质、氧气等)，并采用使挥发物质的流动顺畅的复合工艺。

对于油类污染土壤物质，分别具有物理、化学以及生物处理方法等多种方法，多种技术分别具有优缺点，因此为了净化污染土壤，根据现场土壤的条件和污染源的特性采用适合的复合技术，才能够获得经济且稳定的结果。

这期间，原位地下处理技术在泥质和黏质较多的污染土壤中因不能确保导水率，从而通过注入井注入大量的氧化剂之后，除长时间等待外没有其他方法，因此具有处理不稳定且效率低、支出费用多的问题。因此，目前需要一种在原位地下处理中，在泥质土壤和黏质土壤中能够将决定油类污染土壤净化的成败的导水率确保为一定值以上的技术和物理、化学、生物处理复合应用的技术。

此外，大韩民国注册专利公报中公开的专利注册第0925292号(公告日期：2009.11.05)的土壤污染物质的净化装置及其净化方法是涉及根据热解吸法实施高浓度油类污染地区复原之后，在残留的低浓度油类污染含水层中注入高温和中温的空气，以提高含水层内的生物活性度的油类污染物质的净化装置及其净化方法，其中的净化装置包括：注入井，该注入井埋设于被油类污染的土壤层内并向土壤层注入空气；空气注入器，该空气注入器连接于注入井的入口并向注入井供给空气；空气加热器，该空气加热器设置于注入井和空气注入器之间，并对从空气注入器供给至注入井的空气进行加热；抽提井，该抽提井埋设于土壤层内，并将因加热的空气挥发的油类污染物向外部排出；空气排出器，该空气排出器连接于抽提井的出口以排出油类污染物；土壤诊断测定部，该土壤诊断测定部用于实时诊断被油类污染的土壤层和地下水层；实时控制评价部，该实时控制评价部通过从土壤诊断测定部测定的实时数据来控制空气注入模式、空气注入时间、空气注入温度。由此，增进通过激活被油类污染的土壤层的土著微生物的活性的油类生物分解功能，从而使如柴油等低挥发性油类等也能够在短时间内被轻松去除。

但是，如上所述的以往的土壤污染物质的净化装置及其净化方法存在如下缺点：在黏质土壤中，即使利用注入井注入高压空气，由于没有孔隙而难以均匀渗透，同时由于黏质土壤以块状坚硬地聚在一起，即使强制注入加压空气，空气会偏向最弱的一侧，从而难以均匀净化污染土壤。即，一般污染土壤内的土著微生物的个数极少(3000以下)。因此，当污染土壤内土著微生物的个数少时，需要从外部附加地补充微生物(1000000以下)，但是由于没有单独的装置而只注入空气，所以不适用于均匀净化污染土壤。

此外，大韩民国注册专利公报中公开的专利注册第1429471号(公告日期：2014.08.13)的土壤净化方法及装置是利用包括具备多个喷嘴的杆而构成的土壤净化装置和以直穿孔方式净化土壤污染的方法，其包括：第一步骤，在穿孔地点准备土壤净化装置；第二步骤，旋转杆而进行穿孔的同时，通过喷嘴喷射空气和第一液体；第三步骤，将杆穿孔至期望的深度之后，通过喷嘴喷射第二液体，其中记载的特征为第一液体和第二液体是水或者净化药液。

但是，如上所述的以往的土壤净化方法及装置存在如下问题：利用装备在污染土壤中埋设注入井之后，可以以用高压注入处理介质的形式利用氧化剂进行处理，但是没有用于生物处理的设施，没有抽提井，因此难以获知注入氧化剂的注入面积。

因此，目前需要一种如下的技术：根据土质(黏质、沙质、泥质等)的成相来确定注入井和抽提井的间隔距离之后，分批注入(重复注入10分钟、停止1分钟)高压空气以产生地下破碎，产生孔隙的同时，从抽提井强制进行真空吸入以引导空气的流路，并且需要可结合能够在污染土壤内空气破碎后产生孔隙之后投入微生物的装置，同时设置注入井和抽提井，使得注入井可以进行适合处理方式的氧化剂处理、生物处理，同时可从抽提井抽提从污染土壤分离的污染物质以进行二次处理。

发明内容

因此，本发明是为了解决如上所述的以往的问题而提出的，其目的在于提供一种净化装置，其解决作为在原位地下处理中最核心要素的导水率确保为一定值以上的问题，并针对每个污染特性复合采用物理、化学及生物处理技术。

此外，本发明的目的在于提供如下的利用气压地下破碎和强制吸出的原位油污染土壤净化装置，为了较为经济且稳定地处理油类污染土壤，在土壤层内设置现场计量器以及自动控制部，从而分析从测量器获取的数据(流量、压力、温度以及pH等)，启动控制程序以自动控制注入空气和注入介质的流量、压力和温度以及吸入空气的流量、压力、pH、氧气浓度、二氧化碳浓度、VOCs浓度以及TPH浓度，从而根据污染土壤内的反应状态来提示最适运行条件，进而能够使电力使用和管理人员最小化。

为了解决如上所述的课题，根据本发明的油类污染土壤的净化装置包括：注入井，埋设于被油类污染的土壤层内并向土壤层注入空气；喷出装置，向注入井内注入压缩空气和处理介质；压缩空气注入装置，与喷出装置连接并供给压缩空气；抽提井，设置为与供给处理介质的介质供给装置和注入井相邻，并能够顺畅地引导地下破碎且强制吸入挥发物质；连接于抽提井并进行强制吸入的真空吸入装置以及处理挥发物质的装置等。此外，在处理期间能够获取并分析处理状态，从而提供最适的运行条件的压缩空气注入管中设置压力计、流量计等，在抽提管中设置压力计、流量计、pH计、氧气浓度计、二氧化碳浓度计、VOCs浓度计以及TPH浓度计等，并收集数据，收集的这些数据在自动运算装置中由最适运行程序控制各个装置。

更具体地，由利用气压地下破碎和强制吸出的原位油污染土壤净化装置来实现，所述原位油污染土壤净化装置包括：注入井，该注入井埋设于被汽油、柴油等油类污染的污染土壤中，并注入用于地下破碎的空气和用于净化处理的介质；空气注入器和压力容器以及压缩空气调节阀，连接于所述注入井并供给用于地下破碎的高压空气；氧化剂注入器和氧化剂注入泵，连接于所述注入井并用于氧化处理所述污染土壤；微生物注入器和微生物注入泵，连接于所述注入井(10)并用于生物处理所述污染土壤；营养剂注入器和营养剂注入泵，用于向微生物供给营养；抽提井，该抽提井与所述注入井间隔预定距离而埋设，引导所述污染土壤的地下破碎，并在污染土壤处理过程中向外部抽提挥发物质；真空泵，与所述抽提井连接，并在所述抽提井中产生真空以引导地下破碎；气液分离槽和泵，所述气液分离槽分离抽提的挥发物质中的气体和液体；活性炭吸附槽，处理挥发的气体；自动控制装置，自动控制为测定油类污染土壤层的污染程度，并进行控制从而以最优的运行条件进行处理；现场计量器，连接于所述自动控制装置，并测定注入介质和抽提物质的实时状态。

在此，所述注入井、所述抽提井以及所述自动控制装置优选为在所述污染土壤内根据污染物质、污染深度和污染浓度以规定间隔设置有多个。

另外，所述注入井包括：注入井管，所述注入井管形成为下端部开口并具有一定长度，上端部具备形成有螺栓孔的注入井管法兰；内部供给管，该内部供给管下端部封闭，下部区域的外壁上设置有多个喷嘴，上端区域设置有具有螺栓孔的第一法兰和具有螺栓孔的第二法兰，所述内部供给管在所述第二法兰螺栓连接于所述注入井管法兰上的状态下设置于所述注入井管中。所述抽提井包括：抽提井管，所述抽提井管形成为下端部开口并具有一定长度，上端部具备形成有螺栓孔的抽提井管法兰；抽提筛管，所述抽提筛管下端部封闭，下部区域的外壁上设置有多个微孔，上端区域设置有具有螺栓孔的第三法兰和具有螺栓孔的第四法兰，所述抽提筛管在所述第四法兰螺栓连接于所述抽提井管法兰的状态下设置于所述抽提井管中。

根据如上的本发明，以往的原位地下处理方法中沙质土等的渗透系数大，从而只能在导水率高的污染土壤中受限制地应用，但是本发明在渗透系数小的污染土壤中也通过产生地下破碎以改善导水率之后，可进行物理、化学、生物或者复合工艺的净化处理，因此具有能够高效且稳定地去除污染物质的优点。

另外，通过采用测量器和控制程序能够实时获取运行状态，能够根据污染土壤的特性最适地注入注入空气和处理介质的量，从而具有能够缩短处理时间且节省处理费用的效果。

附图说明

图1是成为本发明的基本的原位地下处理方法的***图；

图2是注入井的详细图；

图3是抽提井的详细图；

图4是根据运行方式的控制***的结构图。

附图标记说明

10注入井 10a注入井管

11内部供给管 11a螺栓孔

12喷嘴 13螺栓孔

14注入井管法兰 15第一法兰

16第二法兰 16a螺栓孔

20抽提井 20a抽提井管

21a螺栓孔 22抽提筛管

23螺栓孔 24抽提井管法兰

25微孔 26第三法兰

27第四法兰 30空气注入器

31压力容器 40氧化剂注入器

41氧化剂注入泵 42氧化剂药品槽

50微生物注入器 51微生物注入泵

52微生物储存槽 60营养剂注入器

61营养剂注入泵 62营养剂储存槽

70真空泵 71气液分离槽

72泵 80活性炭吸附槽

90自动控制装置 91现场计量器

92PC 93广域网

具体实施方式

以下，将参照附图详细地说明本发明的具体内容。

本发明不限定于附图中所示的内容，而是能够以其他形式构成，本实施方式只是使本发明的公开内容具体化。

图1是根据本发明的原位地下处理的整体结构图。

本发明构成为包括：注入井10，该注入井10设置为埋设于污染土壤，以能够将处理介质顺畅地注入并使处理介质与污染土壤接触；抽提井20，该抽提井20设置为能够将污染物质从污染土向外部排出；空气注入器30，该空气注入器30能应对泥质和黏质等土质的多种成分，起到用于空气破碎的能量供给和用于微生物生长的氧气供给源的作用；氧化剂注入器40；微生物注入器50；营养剂注入器60；真空泵70，该真空泵70与抽提井20连接并引导空气破碎以能够顺畅地排出污染物质；活性炭吸附槽80；以及自动控制装置90等，根据图1所示的管的路径，用于处理污染物质的介质供给至注入井10，通过抽提井20从污染土壤1向外部抽提污染物质。

根据本发明的注入井10包括：注入井管10a，该注入井管10a形成为下端部开口且具有一定长度，上端部具备形成有螺栓孔13的注入井管法兰14；内部供给管11，下端部封闭，下部区域的外壁上设置有多个喷嘴12，上端区域设置有具有螺栓孔11a的第一法兰15和具有螺栓孔16a的第二法兰16，内部供给管11在第二法兰16螺栓连接于注入井管法兰14的状态下设置于注入井管10a中。

注入井10是埋设于污染土壤中，用于通过压缩空气产生空气破碎并供给用于处理污染物质的介质的装置，如上所述，注入井10包括注入井管10a、外部连接和内部供给管11以及供给压缩空气和污染土壤处理介质的喷嘴12。

注入井管10a起到保护管的作用，以在设置内部供给管11时使设置容易且不发生损伤。内部供给管11的材料和大小优选根据污染土的成分和污染深度来决定以使腐蚀和充分接触成为可能。

本发明中的原则是，在中性和碱性土壤中采用碳钢，在酸性土壤中采用不锈钢。根据污染面积的深度，内部供给管11的大小为25mm至100mm，长度，长度为3m至9m，但不限于此。注入井管10a的大小设置成第二级(50mm至150mm)，长度比内部供给管11短60cm，在上部，将第二法兰16用螺栓连接于注入井管法兰14上，以在注入压缩空气时防止空气向外部排出。

根据本发明的喷嘴12的设置数量和形状为：沿四周方向以均等间隔设置8至16个以能够产生1/8大小的涡流，并使设置和拆卸轻松，材料采用不锈钢来制造，以能够承受磨损和腐蚀。

图3中可以详细观察抽提井20的内部结构。抽提井20包括：抽提井管20a，形成为下端部开口且具有一定长度，上端部具备形成有螺栓孔23的抽提井管法兰24；抽提筛管22，下端部封闭，下部区域的外壁上设置有多个微孔25，上端区域设置有具有螺栓孔21a的第三法兰26和具有螺栓孔27a的第四法兰27，抽提筛管22在第四法兰27螺栓连接于抽提井管法兰24的状态下设置于抽提井管20a中。

抽提井20埋设于注入井10的附近，其作为用于从污染土壤1向外部抽提污染物质的装置，如上所述，包括抽提井管20a、用于与真空发生装置连接的第三法兰26以及污染源抽提筛管22。

抽提井20的设置间隔考虑到在注入井10中的空气破碎以及注入空气的影响半径，根据污染土质和污染深度，以1.5m至3m等间隔进行设置。抽提筛管22埋设于污染土中，在向外部抽提污染源时，使得污染土的颗粒不被一同排出，并且制造成筛状以能够避免堵塞现象，筛的间隔根据污染土的成相来区分，被制造为0.1mm至0.5mm。进行抽提时，设置于抽提井管20a内部的抽提筛管22的材料和大小与内部供给管11相同地适用。本发明中的原则是，在中性和碱性土壤中采用碳钢，在酸性土壤中采用不锈钢。根据污染面积和深度，抽提筛管22的大小为25mm至100mm，长度为3m至9m，但不限于此。

根据本发明的空气注入器30的最大压力为10kg/cm²，容量是根据污染土壤的宽度，以注入井10的数量为准，在一个注入井10中为0.3CMM以上。

空气注入器30的后端设置有空气接收器(Air Receiver)，以使压缩空气稳定一致地被供给，空气接收器的容量为10m³。压缩空气注入装置包括从空气注入器30至注入井10之间的连接管，在连接管的中间设置压缩空气调节阀32，并为了使空气破碎的效果最大化，形成为冲击式注入。采用注入10分钟、停止1分钟之后重复再注入的方式。

根据本发明的氧化剂注入器40的氧化剂药品槽42考虑到腐蚀而采用PE材料，其容量选用最少一周注入份量的储存容量。氧化剂注入泵采用定量注入泵，材料和注入容量根据污染土的成分、浓度以及面积来估算。

根据本发明的微生物注入器50的微生物储存槽52是用于向污染土壤1补充注入不足的微生物，或者储存根据污染成分最适合的微生物的容器。另外，微生物注入泵51为定量泵，应能够调节污染土的微生物的数量在10⁶个以上。

根据本发明的营养剂注入器60的营养剂储存槽62是用于注入微生物生长所需的营养成分的容器，其根据污染土壤1的污染成分和浓度来决定。另外，营养剂注入泵61采用定量泵，其材料和容量根据污染浓度来决定。

根据本发明的真空泵70连接于抽提井20，其设置目的在于：使抽提井20保持真空，使得从注入井10注入的压缩空气引导地下破碎通道的同时，迅速排出由VOCs和微生物分解的CO₂气体和水分。

对于本发明中的真空泵70的形态和容量，其真空度越高效果越好，使最小真空度为750mmHg以上，比向注入井10注入的压缩空气量多110％以上，并采用可适用于腐蚀和潮湿的形式。

根据本发明的气液分离器71从真空泵70排出的流体中分离液体和气体。由于从真空泵70排出的流体包含大量的湿气和污染成分，为了进行二次处理，需要分离气体和液体。另外，气液分离器71可以采用冲突式气液分离器或者吸附式气液分离器等，对其没有限制。从气液分离器分离的液体通过泵72转送至废水处理厂进行处理。

根据本发明的活性炭吸附槽80是用于对从气液分离器71分离的气体中的VOCs等污染物质进行吸附处理，并将干净空气向大气放出的设备。

根据本发明的自动控制装置90是用于地下空气破碎的压缩空气注入器30、埋设于污染土壤1中并注入压缩空气和处理介质的注入井10和抽提井20以及处理介质注入装置40、50、60等多个装置有序运行的***。为了使该***稳定运行而达到最优的处理效率，在各个地点设置如温度计、流量计、压力表、pH计、CO₂计、O₂计、VOCs计和TPH计等现场计量器91，并连接于运算装置，根据预先输入的程序执行被测定的计量值的输入与输出。该运算装置用PC 92进行连接，而且能够确认运行状态并修改程序。此外，将运行进行情况和结果连接于广域网93，以使相关人员能够轻松共享资料。

如上所述，本说明书和权利要求书中使用的用语或单词不能解释为通常词典上的意思，应立足于发明人为了以最优的方法说明自己的发明可以适当定义用语的概念的原则，解释为符合本发明的技术思想的意思和概念。

因此，本说明书中记载的实施方试和附图中示出的结构仅为本发明的优选实施方试，不能代表本发明的全部技术思想，应理解在本申请时间点上存在能够代替优选实施方试的多种均等物和变形例。

Claims (3)

1.利用气压地下破碎和强制吸出的原位油污染土壤净化装置，其特征在于，所述原位油污染土壤净化装置包括：

注入井(10)，该注入井(10)埋设于被油类污染的污染土壤(1)中，并注入用于地下破碎的空气和用于净化处理的介质；

空气注入器(30)和压力容器(31)以及压缩空气调节阀(32)，连接于所述注入井(10)并供给用于地下破碎的高压空气；

氧化剂注入器(40)和氧化剂注入泵(41)，连接于所述注入井(10)并用于氧化处理所述污染土壤(1)；

微生物注入器(50)和微生物注入泵(51)，连接于所述注入井(10)并用于生物处理所述污染土壤(1)；

营养剂注入器(60)和营养剂注入泵(61)，用于向微生物供给营养；

抽提井(20)，该抽提井(20)与所述注入井(10)间隔预定距离而埋设，引导所述污染土壤(1)的地下破碎，并在污染土壤处理过程中向外部抽提挥发物质；

真空泵(70)，与所述抽提井(20)连接，并在所述抽提井(20)中产生真空以引导地下破碎；

气液分离槽(71)和泵(72)，所述气液分离槽(71)分离抽提的挥发物质中的气体和液体；

活性炭吸附槽(80)，处理挥发的气体；

自动控制装置(90)，自动控制为测定油类污染土壤(1)层的污染程度并进行控制从而以最优的运行条件进行处理；

现场计量器(91)，连接于所述自动控制装置(90)，并测定注入介质和抽提物质的实时状态。

2.根据权利要求1所述的利用气压地下破碎和强制吸出的原位油污染土壤净化装置，其特征在于，所述注入井(10)、所述抽提井(20)以及所述自动控制装置(90)在所述污染土壤(1)内根据污染物质、污染深度和污染浓度以规定间隔设置有多个。

3.根据权利要求1所述的利用气压地下破碎和强制吸出的原位油污染土壤净化装置，其特征在于，

所述注入井(10)包括：

注入井管(10a)，所述注入井管(10a)形成为下端部开口并具有一定长度，上端部具备形成有螺栓孔(13)的注入井管法兰(14)；

内部供给管(11)，该内部供给管(11)下端部封闭，下部区域的外壁上设置有多个喷嘴(12)，上端区域设置有具有螺栓孔(11a)的第一法兰(15)和具有螺栓孔(16a)的第二法兰(16)，所述内部供给管(11)在所述第二法兰(16)螺栓连接于所述注入井管法兰(14)上的状态下设置于所述注入井管(10a)中，

所述抽提井(20)包括：

抽提井管(20a)，所述抽提井管(20a)形成为下端部开口并具有一定长度，上端部具备形成有螺栓孔(23)的抽提井管法兰(24)；

抽提筛管(22)，所述抽提筛管(22)下端部封闭，下部区域的外壁上设置有多个微孔(25)，上端区域设置有具有螺栓孔(21a)的第三法兰(26)和具有螺栓孔(27a)的第四法兰(27)，所述抽提筛管(22)在所述第四法兰(27)螺栓连接于所述抽提井管法兰(24)的状态下设置于所述抽提井管(20a)中。