CN114273411A - 一种用于有机污染场地的联合修复***以及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于有机污染场地的联合修复***以及修复方法，属于污染土壤修复技术领域，包括沿有机污染土壤的边界围设一圈竖向阻隔墙；钻设降水井、加热井、温度检测井和导排砂井；在有机污染土壤表面铺设有渗透性反应层、导排层和阻隔层；启动抽水装置，将有机污染土壤中的地下水抽出；抽水完毕后，启动加热装置，对有机污染土壤加热修复。本发明通过增设导排砂井和渗透性反应层，充分利用废气余热将有机污染物高效化学反应降解，解决了现有原位热脱附工艺气态污染物易在表层冷却富集、废气处理负荷大、高浓度污染废气难以达标等难点，实现了有机污染场地高效安全文明治理修复达标。

Description

一种用于有机污染场地的联合修复***以及修复方法

技术领域

本发明属于污染土壤修复技术领域，特别涉及一种用于有机污染场地的联合修复***以及修复方法。

背景技术

随着全球合成化学品产量的逐年增长，全球土壤有机污染也变得越发严重。我国土壤有机污染物的主要种类包括：石油烃类污染物、卤代烃类污染物，农药类污染物、多环芳烃、多氯联苯、二噁英、邻苯二甲酸酯等。全国土壤污染状况调查公报（2014年）显示，土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出，其中，六六六、滴滴涕、多环芳烃3类有机污染物点位超标率分别为0.5%、1.9%、1.4%。由于土壤有机污染物毒性强，能广泛传播，被生物体摄入后可能沿着食物链浓缩放大，其中一些有机污染物具有致癌、致畸、致突变性，随着人们对土壤有机污染物危害的愈加关注，有机污染土壤修复逐步成为场地修复的重点，因此，研究开发高效的有机污染场地土壤修复技术具有重要的现实意义和巨大的市场前景。

目前，有机污染场地修复使用的技术包括化学氧化、淋洗、热脱附、生物降解等，其中，热脱附技术通过给土壤直接或间接加热到足够的温度，使污染物从污染土壤中得以挥发或分离，然后对挥发出来的污染物进行处理，从而获得干净的土壤。热脱附技术从形式上分为原位热脱附技术和异位热脱附技术，原位热脱附技术因具有土方不开挖、不转运、对周围环境干扰小、污染物去除彻底以及操作方便、节省劳动力等诸多优势，故其研究和应用范围逐渐增多。

原位热脱附向地下输入热能，加热土壤、地下水，改变目标污染物的饱和蒸气压及溶解度，促进污染物挥发或溶解，并通过土壤气相抽提或多相抽提实现对目标污染物去除的处理过程，包括热传导加热、电阻加热及蒸汽强化抽提等。热传导加热（thermalconductive heating，TCH）通过传导的方式由热源传递到污染区域从而加热土壤和地下水的处理过程，可以通过电能直接加热的方式对加热井进行加热，也可以通过燃气等能源产生的高温烟气等介质对加热井进行加热；电阻加热（electrical resistance heating，ERH）将电流通过污染区域，通过电流的热效应加热土壤和地下水的处理过程；蒸汽强化抽提（steam enhanced extraction，SEE）通过将高温水蒸气注入污染区域，加热土壤、地下水，从而强化目标污染物抽提效果的处理过程。一般来说，SEE对土壤的升温最高只能达到水的沸点（100℃，1atm），ERH能使土壤加热至100~120℃，TCH对土壤的升温最高可达800℃。对于沸点高于100℃且无法产生共沸现象的SVOCs，要在短时间去除只能采用TCH技术。但现有TCH原位热脱附工艺同样存在气态污染物易在表层富集、废气处理负荷大、高浓度污染废气难以达标等难点，现有TCH原位热脱附工艺专利中：

一种原位热脱附联合化学氧化修复有机污染场地的***（CN214235567U），化学氧化处理***包括若干注入井、可调节套管、药剂注入泵、药剂混合罐及药剂储存罐等，进行原位化学氧化药剂注入。专利在一定程度上实现了含有机污染物的废气的原位化学氧化处理，但是因为抽提***的存在，加热产生的废气总体传递路径为自地下到地上，难以被原位注入的化学氧化药剂全部捕捉，且未解决现有TCH原位热脱附工艺废气易在表层富集的难点。

一种污染土壤强化原位热脱附加热装置及方法（CN112517622A），通过增设安装坑道，实现数组加热管和抽取管在水平方向上交替分层布设在污染土体内，形成微小循环，提高修复效率。设置安装坑道进行原位水平钻孔安装加热管和抽取管，难以实现抽取管四周过滤材料填充密实，导致废气抽取效率不高，且未解决现有TCH原位热脱附技术废气处理负荷大、高浓度污染废气难以达标等难点。

一种分布式原位热脱附废气处理方法（CN112569780A），一种用于土壤修复领域的原位热脱附废气的自持氧化抽提***及其方法（CN112496018A），采用分布式原位废气处理方法，存在原位废气处理设备投入多、日常运行维护复杂等问题，且未解决现有TCH原位热脱附工艺废气易在表层富集的难点。

综上，继续针对现有的TCH原位热脱附工艺存在气态污染物易在表层富集、废气处理负荷大、高浓度污染废气难以达标等难点，开发更加高效的有机污染场地原位热脱附修复工艺。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出一种用于有机污染场地的联合修复***以及修复方法，***包括：

竖向阻隔墙，所述竖向阻隔墙设于有机污染土壤的边界且其底部深入至相对不透水层内；

降水井，所述降水井设于所述有机污染土壤内，且所述降水井内设有抽水装置，用于抽取所述有机污染土壤中的地下水；

加热井，所述加热井设于所述有机污染土壤内，且所述加热井内设有加热装置，用于对所述有机污染土壤内部进行加热；

导排砂井，所述导排砂井设于所述有机污染土壤内；

渗透性反应层，所述渗透性反应层覆盖铺设于所述有机污染土壤表面；

导排层，所述导排层覆盖铺设于所述渗透性反应层上，所述导排层内埋入抽提井，且所述抽提井中设有抽提装置，用于抽取所述有机污染土壤中的废气；

阻隔层，所述阻隔层覆盖铺设于所述导排层上；

其中，所述渗透性反应层的成分包括中砂和用于与所述废气发生氧化还原反应的化学药剂。

优选的是，所述竖向阻隔墙的材料为水泥土材料，且所述竖向阻隔墙底部深入所述相对不透水层的深度不小于0.9m。

优选的是，所述降水井、加热井、温度检测井和导排砂井均竖直设置，且所述导排砂井间隔设于所述加热井中间。

优选的是，所述导排砂井中设有石英砂砾，且所述排砂井的渗透系数为含水层介质渗透系数的3~10倍。

优选的是，所述导排砂井的井口与所述渗透性反应层连通，且所述抽提井的进口端与所述渗透性反应层连通，使得所述导排砂井和所述渗透性反应层形成废气通路。

优选的是，所述抽提井和所述导排砂井在竖直方向上位于同一条直线上。

优选的是，所述化学药剂体积占比为所述渗透性反应层体积的10%，且所述化学药剂包括过硫酸钠、过碳酸钠和零价铁。

优选的是，所述渗透性反应层渗透系数介于含水层介质渗透系数和所述导排砂井渗透系数之间。

优选的是，所述阻隔层依次从下至上包括发泡水泥保温层和素混凝土面层。

优选的是，在所述有机污染土壤上还钻设温度检测井，且通过所述温度检测井监测的温度和压力信号控制所述抽提装置的启停。

优选的是，所述竖向阻隔墙和所述阻隔层相连接形成封闭空间。

本发明还提供一种上述用于有机污染场地的联合修复***的修复方法，包括：

根据场地风险评估报告及修复方案确定需要修复的有机污染土壤范围；

沿所述有机污染土壤的边界围设一圈竖向阻隔墙，所述竖向阻隔墙底部深入至相对不透水层内；

在所述有机污染土壤上钻设降水井、加热井和导排砂井，且在所述降水井内设有抽水装置，在所述加热井中设有加热装置；

钻设完毕后，在所述有机污染土壤表面上依次从下至上覆盖铺设有渗透性反应层、导排层和阻隔层，并在所述导排层埋入抽提井，且所述抽提井中设有抽提装置；

在铺设过程中，将所述抽水装置、所述加热装置以及抽提装置与外部的电力***连接，将所述抽提装置的出口端和所述抽水装置的出口端分别与外部的废气处理***和废水处理***对应连通；

铺设完成后，先启动所述抽水装置，将所述有机污染土壤中的地下水抽出至所述废水处理***中；

抽水完毕后，再启动所述加热装置，对所述有机污染土壤加热修复；

同时启动所述抽提装置，将加热后所述有机污染土壤形成的废气输送至所述废气处理***；

其中，所述渗透性反应层成分包括中砂和用于与所述废气发生氧化还原反应的化学药剂

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明在有机污染土壤上方依次设有渗透性反应层、导排层和阻隔层，对有机污染土壤起到了很好的保温作用，克服了现有原位热脱附工艺表层升温不足的难题，确保有机污染土壤地表区域中的有机污染物均能解吸、挥发而分离，同时避免了因表层升温不足而导致的深层挥发分离的半挥发性气态污染物在表层重新冷凝富集的问题；同时，废气必须通过渗透性反应层，渗透性反应层中的化学药剂能有效捕捉并化学反应降解废气中的有机污染物，实现了有机污染废气的原位高效化学反应降解，解决了现有原位热脱附工艺高浓度污染废气难以达标的难点。

附图说明

图1是本发明用于有机污染场地的联合修复***的流程示意图；

图2是本发明用于有机污染场地的联合修复***的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1和2，一种用于有机污染场地的联合修复***以及修复方法，

***包括：

竖向阻隔墙1，竖向阻隔墙1设于有机污染土壤18的边界且其底部深入至相对不透水层内；

降水井2，降水井2设于有机污染土壤18内，且降水井2内设有抽水装置，用于抽取有机污染土壤18中的地下水；

加热井4，加热井4设于有机污染土壤18内，且加热井4内设有加热装置5，用于对有机污染土壤18内部进行加热；

导排砂井6，导排砂井6设于有机污染土壤18内；

渗透性反应层17，渗透性反应层17覆盖铺设于有机污染土壤18表面；

导排层16，导排层16覆盖铺设于渗透性反应层17上，导排层16内埋入抽提井8，且抽提井8中设有抽提装置，用于抽取有机污染土壤18中的废气；

阻隔层9，阻隔层9覆盖铺设于导排层16上；

其中，渗透性反应层17的成分包括中砂和用于与废气发生氧化还原反应的化学药剂。

该***的修复方法包括：

根据场地风险评估报告及修复方案确定需要修复的有机污染土壤18范围；

沿有机污染土壤18的边界围设一圈竖向阻隔墙1，竖向阻隔墙1底部深入至相对不透水层内；

在有机污染土壤18上钻设降水井2、加热井4、温度检测井和导排砂井6，且在降水井2内设有抽水装置，在加热井4中设有加热装置5；

钻设完毕后，在有机污染土壤18表面依次从下至上覆盖铺设有渗透性反应层17、导排层16和阻隔层9，并在导排层16埋入抽提井8，且抽提井8中设有抽提装置，竖向阻隔墙1和阻隔层9相连接形成封闭空间；

在铺设过程中，将抽水装置、加热装置5以及抽提装置与外部的电力***10连接，将抽提装置的出口端和抽水装置的出口端分别与外部的废气处理***11和废水处理***12对应连通；

具体地，降水井2中设有降水管道3，抽水装置通过降水管道3抽取地下水，且通过废水收集管道13与废水处理***12连通，且通过电缆线7、15与电力***10连接；抽提井8通过废气收集管道14与废气处理***11连通，且通过电缆线7、15与抽提装置连接；加热装置通过电缆线7、15与电力***10连接。

铺设完成后，先启动抽水装置，将有机污染土壤18中的地下水抽出至废水处理***12中；

抽水完毕后，再启动加热装置5，对有机污染土壤18加热修复；

同时通过温度检测井监测的温度和压力信号控制抽提装置的启停，且抽提装置抽出的废气输送至废气处理***11；

其中，渗透性反应层17成分包括中砂和用于与废气发生氧化还原反应的化学药剂。该工艺在废气通过渗透性反应层17的过程中，在废气预热的强化下与化学药剂发生氧化还原反应，降解为无毒的二氧化碳和水；实现了有机污染废气的原位高效化学反应降解，解决了现有原位热脱附工艺高浓度污染废气难以达标的难点。且经过渗透性反应层17化学反应降解后的废气，经内置在导排层16中的抽提井8抽出到地面后进行达标检测：当废气满足排放要求时，将直接通过废气处理***11烟冲有组织排放；当废气不满足排放要求时，进一步通过废气处理***11进行喷淋、除尘、催化燃烧等一项或几项工艺处置达标后通过烟冲有组织排放，大大降低了废气处理总量；解决了现有原位热脱附工艺废气处理负荷大的难点。

进一步地，化学药剂体积占比为渗透性反应层17体积的10%，且化学药剂包括过硫酸钠、过碳酸钠和零价铁。渗透性反应层17渗透系数介于含水层介质渗透系数和导排砂井6渗透系数之间。

在本实施例中，竖向阻隔墙1的材料为水泥土材料，且竖向阻隔墙1底部深入相对不透水层的深度不小于0.9m。相对不透水层为透水性很低的岩土层，渗透系数不大于10^{- 6}cm/s。

具体地，采用刚性的水泥土材料成墙，成墙工艺为三轴搅拌或高压旋喷，采用三轴搅拌工艺时，水泥掺量为30%~40%，采用高压旋喷工艺时，水泥掺量为18%~22%。高压旋喷工艺作为三轴搅拌工艺的补充，用于三轴搅拌设备无法进入的区域和最终接口合龙区域。

在本实施例中，降水井2、加热井4、温度检测井和导排砂井6均竖直设置，且导排砂井6间隔设于加热井4中间。

进一步地，导排砂井6通过长螺旋钻机成孔后，立即通过中空螺旋口顶端灌入石英砂砾，且排砂井的渗透系数为含水层介质渗透系数的3~10倍。

在本实施例中，导排砂井6的井口与渗透性反应层17连通，且抽提井8的进口端与渗透性反应层17连通，使得导排砂井6和渗透性反应层17形成废气通路。

进一步地，抽提井8和导排砂井6在竖直方向上位于同一条直线上。

在本实施例中，阻隔层9依次从下至上包括发泡水泥保温层和素混凝土面层。对有机污染土壤18起到了很好的保温作用，克服了现有原位热脱附工艺表层升温不足的难题，确保有机污染土壤18地表区域中的有机污染物均能解吸、挥发而分离，同时避免了因表层升温不足而导致的深层挥发分离的半挥发性气态污染物在表层重新冷凝富集的问题。

在本实施例中，加热装置5、抽水装置和抽提装置均为常规器件，如加热装置5为加热棒、加热丝等，抽水装置为抽水泵等，抽提装置为风机等。

实施例1

本专利所述的用于有机污染场地原位热脱附和渗透性反应层17联合修复的工艺，已在安徽某有机污染场地开展现场中试，主要污染物为六六六，中试范围为10m*10m，最大污染深度10m。中试试验开始前补充调查得到场地内六六六（总量）平均值高达40.68mg/kg，修复目标值为六六六（总量）0.9mg/kg。

S1、沿着污染边界建设竖向阻隔墙1直至相对不透水层：中试区域地层自上而下为杂填土、层厚约3.2m，黏土、层厚为2.2m，粉质黏土、层厚为17.1m，因污染深度底部附近无相对不透水层，为保证后续降水井2降水效果，所述竖向阻隔墙1建设深度为15m，采用三轴搅拌和高压旋喷工艺组合成墙。

S2、共建设加热井436口，井深10.5m，孔径220mm，套管直径65mm；温度监测井4口，井深10.5m，孔径80mm，套管直径32mm；降水井22口，井深12m，孔径220mm，套管直径110mm；导排砂井614口，井深10m，孔径65mm。其中加热井4和温度监测井套管为实壁结构，降水井2为开筛壁结构，套管周边回填石英砂并填充密实；导排砂井6通过长螺旋钻机成孔后，立即通过中空螺旋口顶端灌入石英砂砾，构成气体导排砂井6，导排砂井6的渗透系数为含水层介质渗透系数的5倍。

S3、水平铺设的渗透性反应层17厚度为20cm，其结构为由中砂和过硫酸钠、过碳酸钠、零价铁化学药剂机械混匀的骨架-空隙结构，其渗透系数介于含水层介质和导排砂井6之间，其中过硫酸钠、过碳酸钠、零价铁的比例为3:3:1，化学药剂体积占比为渗透性反应层17体积的10%，通过机械搅拌混匀后水平松铺。

S4、在渗透性反应层17表层水平铺设导排层16，并在其中埋入开筛的抽提井8，抽提井8地下部门为开筛的金属管，管井为65mm。

S6、再在导排层16上方依次铺设发泡水泥保温层和素混凝土面层构成的水平阻隔层9，发泡水泥保温层厚度10cm，素混凝土面层厚度15cm，并完成电力线、信号线、废气收集管道、废水收集管道等的连接。其中电力线、信号线集成到电力控制单元（PCU），并通过PCU连接到变压器输出端。废气收集管道通过真空泵抽提连接到废气处理***11，处理能力为5000m³/h，废水收集管道通过潜水泵连接到废水处理***12，处理能力为5t/h。述管道、线缆连接完成并测试完成后，原位热脱附联合渗透性反应层17工艺将进入运行阶段。

S7、运行阶段，先通过降水井2降水将阻隔墙1内地下水水位降低到拟原位热脱附修复最大深度以下0.5m，共计抽出处理污染地下水200m³，废水经一体化水处理设备处理后，目标污染物浓度达到《地下水质量标准》（GBT-14848-2017）要求后，清水通过支架水池场内暂存。

S8、加热棒通电加热后，启动废气抽提井8真空泵，将自地下上升通过渗透性反应层17的废气抽提到地面，经抽提井8到地面的废气进行达标检测：当废气满足排放要求时，将直接通过废气处理***11烟冲有组织排放；当废气不满足排放要求时，进一步通过废气处理***11进行喷淋、除尘、催化燃烧等一项或几项工艺处置达标后通过烟冲有组织排放。加热共历时50日历天，其中19~100℃耗时20天，100℃波动耗时7日历天，100~330℃耗时23日历天。

S9、加热结束后进行原位热采样，采用***布点法进行钻孔取样，并分层取样，共钻孔4个点位，共计20个土壤，所有土壤中六六六（总量）均低于《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB36600-2018）第一类用地筛选值。

S10、目标场地中污染物修复达标后，支架水池场内暂存的清水通过降水井2回灌到地下，恢复场地内地下水水位，修复工程结束。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于有机污染场地的联合修复***，其特征在于，包括：

竖向阻隔墙，所述竖向阻隔墙设于有机污染土壤的边界且其底部深入至相对不透水层内；

降水井，所述降水井设于所述有机污染土壤内，且所述降水井内设有抽水装置，用于抽取所述有机污染土壤中的地下水；

加热井，所述加热井设于所述有机污染土壤内，且所述加热井内设有加热装置，用于对所述有机污染土壤内部进行加热；

导排砂井，所述导排砂井设于所述有机污染土壤内；

渗透性反应层，所述渗透性反应层覆盖铺设于所述有机污染土壤表面；

导排层，所述导排层覆盖铺设于所述渗透性反应层上，所述导排层内埋入抽提井，且所述抽提井中设有抽提装置，用于抽取所述有机污染土壤中的废气；

阻隔层，所述阻隔层覆盖铺设于所述导排层上；

其中，所述渗透性反应层的成分包括中砂和用于与所述废气发生氧化还原反应的化学药剂。

2.如权利要求1所述的用于有机污染场地的联合修复***，其特征在于，所述竖向阻隔墙的材料为水泥土材料，且所述竖向阻隔墙底部深入所述相对不透水层的深度不小于0.9m。

3.如权利要求1所述的用于有机污染场地的联合修复***，其特征在于，所述降水井、加热井和导排砂井均竖直设置，且所述导排砂井间隔设于所述加热井中间。

4.如权利要求3所述的用于有机污染场地的联合修复***，其特征在于，所述导排砂井中设有石英砂砾，且所述排砂井的渗透系数为含水层介质渗透系数的3~10倍。

5.如权利要求 1所述的用于有机污染场地的联合修复***，其特征在于，所述导排砂井的井口与所述渗透性反应层连通，且所述抽提井的进口端与所述渗透性反应层连通，使得所述导排砂井和所述渗透性反应层形成废气通路。

6.如权利要求1所述的用于有机污染场地的联合修复***，其特征在于，所述化学药剂体积占比为所述渗透性反应层体积的10%，且所述化学药剂包括过硫酸钠、过碳酸钠和零价铁。

7.如权利要求6所述的用于有机污染场地的联合修复***，其特征在于，所述渗透性反应层渗透系数介于含水层介质渗透系数和所述导排砂井渗透系数之间。

8.如权利要求1所述的用于有机污染场地的联合修复***，其特征在于，所述阻隔层依次从下至上包括发泡水泥保温层和素混凝土面层。

9.如权利要求1所述的用于有机污染场地的联合修复***，其特征在于，在所述有机污染土壤上还钻设温度检测井，且通过所述温度检测井监测的温度和压力信号控制所述抽提装置的启停。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的用于有机污染场地的联合修复***的修复方法，其特征在于，包括：

根据场地风险评估报告及修复方案确定需要修复的有机污染土壤范围；

沿所述有机污染土壤的边界围设一圈竖向阻隔墙，所述竖向阻隔墙底部深入至相对不透水层内；

在所述有机污染土壤上钻设降水井、加热井和导排砂井，且在所述降水井内设有抽水装置，在所述加热井中设有加热装置；

钻设完毕后，在所述有机污染土壤表面上依次从下至上覆盖铺设有渗透性反应层、导排层和阻隔层，并在所述导排层埋入抽提井，且所述抽提井中设有抽提装置；

在铺设过程中，将所述抽水装置、所述加热装置以及抽提装置与外部的电力***连接，将所述抽提装置的出口端和所述抽水装置的出口端分别与外部的废气处理***和废水处理***对应连通；

铺设完成后，先启动所述抽水装置，将所述有机污染土壤中的地下水抽出至所述废水处理***中；

抽水完毕后，再启动所述加热装置，对所述有机污染土壤加热修复；

同时启动所述抽提装置，将加热后所述有机污染土壤形成的废气输送至所述废气处理***；

其中，所述渗透性反应层成分包括中砂和用于与所述废气发生氧化还原反应的化学药剂。

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