箱式成套土壤地下水污染两相抽提修复装置及应用.pdf

本发明技术是一套集成于标准集装箱内，应用于有机物污染场地的箱式成套土壤地下水污染两相抽提修复装置及应用，包括抽提和气液分离系统，尾气湿度和温度控制系统和尾气处理系统。通过真空抽提的方式，将地下受污染的地下水、含污染物的土壤气体以及非水溶性自由相通过抽提井抽至地面，再通过惯性及重力分离方式，实现气/水/自由相的分离。分离的自由相回收处置；废水经地面设施处理后排放；尾气通过温度和湿度控制后，经活性炭吸附处理后排放。本装置便于运输转移，能够快速应用于修复工程；安装了尾气温度和湿度控制系统，显著降低尾气处理负荷并提高了活性炭处理效率；运行过程中不消耗新鲜水，充分利用系统自身的余冷余热，节能减排。

权利要求书
1.  一种箱式成套土壤地下水污染两相抽提修复装置，其特征在于：包括通过管材管件以及电路连接的抽提和气液分离系统，尾气湿度和温度控制系统，尾气处理系统以及电气控制柜(13)，均集成于一个标准集装箱内(1)，抽提和气液分离系统包括：惯性式气液分离器(2)、真空排液离心泵(3)、水环式真空泵(4)和气液分离式循环水箱(5)；尾气湿度和温度控制系统包括：循环离心泵(6)、前端汽水热交换器(7)、冷凝器(8)、后端汽水热交换器(9)和2个硅胶除湿罐(10)；尾气处理系统包括：2个活性炭吸附罐(11)和排气筒(12)；地下的污染地下水、含污染的土壤气体以及非水溶性自由相在水环式真空泵(4)产生的负压作用下，通过抽提井被一起抽出并进入惯性式气液分离器(2)进行气液分离，分离出的液相中的自由相物质回收后处置，液相中的废水作为尾气湿度和温度控制系统的冷却水使用，经过与水环式真空泵(4)排出的尾气在前端汽水热交换器(7)热交换后，一部分作为水环真空泵(4)循环水补充水，一部分纳管排放或经地面处理设施处理后排放；脱水后的气体经过水环式真空泵(4)进入气液分离式循环水箱(5)二次脱水，之后经过前端汽水热交换器(7)换热冷却和冷凝器(8)冷凝去除部分高浓度挥发性有机物，再经过后端汽水热交换器(9)与气液分离式循环水箱(5)内的循环水进行热交换实现气体再热，从而控制尾气相对湿度后再进入硅胶除湿罐(10)进一步控制尾气温度和湿度，最后进入活性炭吸附罐(11)处理后排放。

2.  根据权利要求1所述的箱式成套土壤地下水污染两相抽提修复装置，其特征在于，水环式真空泵(3)的循环水和前端汽水热交换器(7)的冷却水，均来自系统抽提的污染地下水；后端汽水热交换器(9)利用气液分离式循环水箱(5)内的循环水作为热交换流体。

说明书箱式成套土壤地下水污染两相抽提修复装置及应用
技术领域
本发明技术是一套集成于集装箱内，应用于有机物污染场地的箱式成套土壤地下水污染两相抽提修复装置及应用。
背景技术
随着我国城市化进程的不断加快，越来越多的工业企业搬迁，遗留下来大量的受污染的存在的环境风险的场地，但场地再利用需求量大，场地再开发市场规模急剧膨胀。如果这些污染场地未经修复，场地的再利用就可能存在人体健康风险，甚至引发严重后果。此外，由于产业水平、工业技术条件、粗放的环境管理以及环境违法等原因，大量现有工业企业同样存在显著的土壤地下水污染问题。对于以上污染场地，必须通过合理的技术手段来修复场地中受污染的土壤和地下水，从而有效的控制场地的人体健康和生态环境风险。
近年来国家和地方相关污染场地管理的技术标准和政策密集出台，污染场地修复产业化方兴未艾。而修复装备的产业化是污染场地修复产业化的重要支撑。因此，研制污染场地修复成套装备成为目前的热点。
两相抽提技术通过对安装在地下的抽提井施加真空，同时对地下包气带和饱和带中的土壤气体、污染地下水和非水溶性自由相(如果存在)进行抽提至地面以上，然后经地面处理设施处理后排放或做下一步处置。两相抽提技术是一种土壤地下水联合原位修复技术，修复工程对场地干扰较小，其可应用的目标污染物类型包括挥发性有机污染物、可生物降解的半挥发性有机污染物以及可回收非水溶性自由相等，应用较广泛。目前国内仅有少量两相抽提修复技术的应用案例，未形成产业化应用装备，应用案例中的修复装置均就地安装，修复完毕就拆除，设备无法方便的运输转移和再利用，并且修复系统设计时均根据场地的特征参数来进行，修复装备很难适用于其他不同特征参数的场地。从节约成本、避免重复投资以及加快修复工程进度的角度考虑，能够应用于多种不同特征参数场地，方便运输转移的箱式成套两相抽提修复装置有很大需求前景。中国专利 CN201120475085.0和CN201420621000.9中涉及了类似技术的修复装置，但以上专利均不是箱式成套修复装置，不便于运输转移；并且均没有抽提尾气二次除湿和温度控制系统，后续尾气处理负荷较大，效率较低。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术无法快速运输转移、无法在不同污染场地修复工程中便捷重复使用、无法有效进行抽提尾气温度和湿度控制等缺陷，提供一种可产业化应用的箱式成套土壤地下水污染两相抽提修复装置，目标污染物类型包括挥发性有机污染物、可生物降解的半挥发性有机污染物以及可回收非水溶性自由相。
本发明技术通过以下技术方案来实现：一种箱式成套土壤地下水污染两相抽提修复装置，包括通过管材管件以及电路连接的抽提和气液分离系统，尾气湿度和温度控制系统，尾气处理系统以及电气控制柜，均集成于一个标准集装箱内。抽提和气液分离系统包括：惯性式气液分离器、真空排液离心泵、水环式真空泵和气液分离式循环水箱；尾气湿度和温度控制系统包括：循环离心泵、前端汽水热交换器、冷凝器、后端汽水热交换器和2个硅胶除湿罐；尾气处理系统包括：2个活性炭吸附罐和排气筒。地下受污染的地下水、含污染物的土壤气体以及非水溶性自由相在水环式真空泵产生的负压作用下，通过抽提井和管路进入惯性气液分离器进行气液分离，分离出的液相中的自由相可回收后根据需要再利用或者作为危险废物处置，液相中的受污染地下水(废水)通过真空排液离心泵泵入前端汽水热交换器作为冷却水使用，之后少部分废水作为与水环式真空泵配套的气液分离式循环水箱的补充水，大部分废水根据情况直接纳管排放或依托地面废水处理设施处理后排放。脱水后的气体首先被吸入水环式真空泵泵腔内，再进入气液分离式循环水箱进行二次脱水，经过二次脱水后的气体依次经过前端汽水热交换器冷却和冷凝器冷凝后，气体中部分高浓度挥发性有机污染物会以自由相形式的冷凝液被截留下来后回收并根据需要再利用或者作为危险废物处置，冷凝后气体进入后端汽水热交换器，与气液分离式循环水箱内的循环水进行热交换实现气体再热以控制尾气相对湿度后再进入硅胶除湿罐，除湿后的气体最后进入活性炭吸附罐，经活性炭吸附处理后通过排气筒排放。整个系统通过电气控制柜进行运行自动控制。
本发明技术与目前现有技术相比有如下优点：
(1)：本发明技术全部设备集成于一个标准集装箱内，便于运输转移，便于在不同修复场地之间重复利用，可以避免重复投资，加快修复工程进度；
(2)：本发明技术安装了尾气温度和湿度控制系统，首先通过冷却和冷凝的方式，将尾气中部分高浓度挥发性有机物凝结成液体后回收处置，显著降低后续尾气处理负荷，再通过热交换加热，将尾气温度再热以降低尾气相对湿度，使得活性炭对尾气的处理效率达到最优；
(3)本发明改进了尾气湿度控制系统，在气液分离除湿基础上，增加了硅胶吸附除湿装置，可进一步确保除湿效果，防止尾气湿度过大，影响后续活性炭处理效率。
(4)本发明技术设计充分考虑节能减排。水环式真空泵的循环水和前端汽水热交换器的冷却水，均来自系统抽提的废水；后端汽水热交换器利用气液分离式循环水箱内的循环水作为热交换流体。整个系统不需要额外补充新鲜水，并且充分利用系统自身的余冷余热，降低能耗。
附图说明
图1是箱式成套土壤地下水污染两相抽提修复装置工艺流程图
图2是箱式成套土壤地下水污染两相抽提修复装置系统示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图2所示，本发明所有设备均安装在尺寸为12.03m×2.35m×2.38m的标准集装箱1内，包括抽提和气液分离系统，尾气湿度和温度控制系统，尾气处理系统，以及电气控制柜13。各部分通过管材管件以及电路连接。抽提和气液分离系统包括：惯性式气液分离器2、真空排液离心泵3、水环式真空泵4和气液分离式循环水箱5；尾气湿度和温度控制系统包括：循环离心泵6、前端汽水热交换器7，冷凝器8，后端汽水热交换器9和2个硅胶除湿罐10；尾气处理系统包括：2个活性炭吸附罐11(一备一用)和排气筒12。
如图1所示，受污染地下水以及含污染物的土壤气体在水环式真空泵4产生的负压作用下，通过抽提井和管路系统进入惯性式气液分离器2进行气液分离，分离出的受污染地下水通过真空排液离心泵3泵入前端汽水热交换器7作为冷却水，经热交换后少量的水作为与水环式真空泵4配套的气液分离式循环水箱5的补充水，大部分水直接纳管排放。脱水后的气体首先被吸入水环式真空泵4泵腔内，再进入气液分离式循环水箱5进行二次脱水，经过二次脱水后的气体依次经过前端汽水热交换器7冷却和冷凝器8冷 凝后，气体中部分高浓度挥发性有机污染物会以冷凝液形式截留下来，再收集后作为危险废物处置。冷凝之后气体进入后端汽水热交换器9再热，保持气体温度在15℃左右，再进入硅胶除湿罐10，进一步除湿后的气体最后进入活性炭吸附罐11，经活性炭吸附处理后通过排气筒12排放。
从气液分离式循环水箱5出来的经过二次脱水的气体温度在50℃左右，若不经过冷却直接进入冷凝器8的话，冷凝器工作负荷较大，能耗较高。因此，本发明技术在冷凝器8前端安装了一个前端汽水热交换器7，使用惯性式气液分离器2中的较低温度的抽提地下水(15℃左右)作为冷却水，通过真空排液离心泵3直接泵入前端汽水热交换器7中进行热交换，可将气体的温度降低至30℃左右。经过热交换的污染地下水通过管路有两个去向，一路直接排出系统，一路通往汽水分离式循环水箱5作为补充水使用。常规情况下，废水直接纳管排放；当汽水分离式循环水箱5需要补水时，可以通过启闭液位控制电磁阀的方式，关闭废水排放管路，打开汽水分离式循环水箱5补水开关进行补水，补水完毕后再通过液位控制装置将阀门还原。
经过前端汽水热交换器7冷却的气体随后进入冷凝器8，冷凝器运行温度在4℃左右，可以将部分高浓度挥发性有机污染物以冷凝液形式截留下来，降低后续尾气处理负荷。冷凝器8的冷凝液通过底部出口通过液位控制阀定期排放。
从冷凝器8出来的气体温度较低(5～10℃)，并且相对湿度很大(接近100％)，较高的相对湿度会显著降低活性炭对尾气的处理效率。本发明技术在冷凝器8后端增加了一个后端汽水热交换器9，通过循环离心泵6将气液分离式循环水箱5中较高温度(40℃左右)的循环水输送至后端汽水热交换器9进行热交换。经过热交换后，气体温度再热升至15℃左右，循环水则继续回流至气液分离式循环水箱5中。经过再热的气体随后进入硅胶除湿罐10进行二次除湿，保持相对湿度在20％以内进入活性炭吸附罐11，经活性炭吸附处理后通过排气筒12排放。本发明技术分别安装2套硅胶除湿罐和2套活性炭吸附罐11，均为一备一用。
本发明通过设置在标准集装箱内的电气控制柜13控制整个系统的运行。电气控制柜内设总电源开关，外设多个控制开关，分别控制真空离心泵3、循环离心泵6和水环式真空泵4的运行以及前端汽水热交换器7换热后污染地下水的排放去向和冷凝器8的排液。控制系统安装有PLC全自动控制系统及触摸操作屏，设有各种时间、温度、湿度和液位显示和控制单元，具有数据输入和输出等功能，实现装置的自动化连续稳定运行，以及运行参数的就地显示和数据输出功能。
该箱式成套土壤地下水污染两相抽提修复装置应用于某有机污染场地的地下水修复工程，场地污染物包括石油烃、乙苯、1,2,4-三甲苯，污染面积约1500m2，污染深度为5m。利用该装置对污染区域的70个De40mm的UPVC抽提井进行抽提修复。系统运行期间，抽提真空度在-0.02Mpa～-0.04Mpa之间，单井抽提水量约0.35m3/h，抽提气量约10m3/h，整个修复工程总抽提污染地下水量约为480m3，总抽提气量约为68,000m3。经过90天的修复系统运行，修复区域地下水采样监测结果表明，该区域所有监测井内地下水中污染物浓度均达到前期设定的修复目标。各个污染物修复前的浓度、设定的修复目标值以及修复后的采样监测结果如下表所示：