CN205289226U - 用于处理voc/svoc污染土壤的原位热脱附系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，包括加热系统、有机蒸汽抽提收集系统、隔热层、废气处理系统、冷凝液处理系统、冷凝液循环系统、活性炭吸附系统以及尾气排放系统；其中，所述加热系统由多个燃气加热管组成，通过燃料燃烧对所述加热管的外层加热间接加热被污染的土壤；所述有机蒸汽抽提收集系统，捕捉随温度提升蒸发脱离载体而进入气相的有机污染物；所述有机污染物在所述废气处理系统及冷凝液处理系统中被处理，得到的尾气经活性炭吸附系统处理后达标排放。采用该实用新型处理被有机化合物污染土壤可显著减少修复现场VOC/SVOC气体挥发对施工人员及周边环境的影响，避免二次污染。

Description

用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统

技术领域

本实用新型设计土壤修复技术领域，尤其涉及一种用于处理挥发性有机化合物（VOC）/半挥发性有机化合物（SVOC）污染土壤的原位热脱附系统。

背景技术

热脱附技术室通过直接或间接热交换，将土壤中的挥发性有机化合物（VOC）/半挥发性有机化合物（SVOC）污染物加热到足够的温度，使污染物从污染介质上得以挥发或分离，进入气体处理系统的过程。它是将污染物从一相转换为另一相的物理分离过程，在修复过程中并不出现对污染物的破坏作用。该技术能够处理的污染物包括挥发性和半挥发性有机污染物、挥发性重金属（汞）、农药、高沸点氯代有机污染物如多氯联苯、二恶英等。

热脱附的应用方式很灵活，既可以使用在原位，也可以在异位应用。原位热脱附是指将热脱附系统建设在污染土地原位，利用与气相抽提技术的联合使用达到从污染介质去除污染物质的目的。异位热脱附则是将污染土壤挖掘出来，运输至热脱附单元中，加热挥发污染物质。

异位热脱附处理需伴随污染土壤的挖掘转运，对于挥发性较大的有机污染物来说极有可能造成较大的二次污染事件。原位热脱附系统则不需要对土壤进行开挖，对污染区域的扰动较小，可以更为安全可靠的对厂区内的污染物进行去除。

废气处理系统面临的最大问题为降温速度不够快，尾气中易产生二恶英等副产品。废气处理系统采用喷淋降温的方式迅速降温冷凝有机蒸汽，使绝大部分的尾气在喷淋过程中进入冷凝液中，尾气中剩余的污染物通过活性炭吸附系统处理达标后外排。

活性炭吸附方式是处理热脱附尾气的常用方法之一。其特点为吸附效率高，适用面广，能同时处理多种混合废气；运行过程中产生较少二次污染，性能稳定，处理效率高；且设备投资少，维护方便，设备维护方便。但同时，对于大部分使用者来说，使用后失效的活性炭由于缺乏专用设备，无法再生，因此运行成本较高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，以避免开挖、可原位操作并可靠地修复处理有机污染土壤。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，包括加热系统、废气收集系统、隔热层、废气处理系统、冷凝液处理系统、冷凝液循环系统、活性炭吸附系统以及废气排放系统；其中，所述加热系统由多个燃气加热管组成，通过燃料燃烧对所述加热管的外层加热间接加热被污染的土壤；所述有机蒸汽抽提收集系统，捕捉随温度提升蒸发脱离载体而进入气相的有机污染物；所述有机污染物在所述废气处理系统及冷凝液处理系统中被处理，得到的尾气经活性炭吸附系统处理后达标排放。

其中，所述燃气加热管，进一步由烟气段加热套管、燃烧段隔热管、火嘴和燃气加热管控制箱组成。所述加热套管为不锈钢材质，其外套管为碳钢材质。所述外套管封闭并在上顶端设有烟气排放口。

所述燃气加热管控制箱用于加热管自身的控制，其包括加热管控制装置和数据储存装置和传输中枢装置。

所述燃气加热管控制箱，还用于控制现场检测仪表。

所述废气处理系统，包括三只分液罐、两只空气冷却散热器、列管冷凝器、冷冻压缩机、分液槽、过渡水槽、气体过滤器、真空泵、活性炭吸附器、微尘过滤器、引风机和烟囱。

所述隔热层由硅酸铝板保温层和混凝土构成；其中下层为硅酸铝板保温层，厚度不大于100mm；上层为混凝土防护层，厚度不大于50mm。

本实用新型所提供的用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，具有以下优点：

采用该原位热脱附系统可避免污染土壤挖掘、原位处置并可靠地修复处理有机污染的土壤，能够显著减少修复现场VOC/SVOC气体挥发对施工人员及周边环境的影响，避免二次污染。

附图说明

图1为本实用新型原位热脱附系统原理及加热系统技术原理示意图；

图2为本实用新型原位热脱附系统运行示意图；

图3为本实用新型原位热脱附系统的加热（管）系统与废气收集系统布设示意图；

图4为本实用新型原位热脱附系统尾气处理单元连接顺序示意图。

【主要组件符号说明】

1：烟气

2：空气

3：天然气

4：进入后处理系统

5：热电偶

6：采样口

7：进入后处理系统。

具体实施方式

下面结合附图及本实用新型的实施例对本实用新型原位热脱附系统作进一步详细的说明。

图1为本实用新型原位热脱附系统原理及加热系统技术原理示意图。图2为本实用新型原位热脱附系统运行示意图。图3为本实用新型原位热脱附系统的加热（管）系统与废气收集系统布设示意图。图4为本实用新型原位热脱附系统尾气处理单元连接顺序示意图。

参考图1所示，原位热脱附系统，主要包括：加热（管）系统、废气收集系统即有机蒸汽抽提收集（井）系统、隔热层、废气处理系统、冷凝液处理系统、冷凝液循环系统、活性炭吸附系统及尾气排放系统。

参考图1～图4所示，所述原位热脱附系统在原位建设，主要依靠加热系统中的加热管道对污染土壤进行加热，通过燃料的燃烧间接蒸发有机污染物，并利用有机蒸汽抽提收集系统对蒸发出的有机蒸汽进行收集；收集的有机气体经尾气系统中喷淋系统的降温，大部分冷凝变为液相，进入冷凝液；冷凝液经处理达标后循环使用；剩余尾气经活性炭吸附系统处理后达标排放。所述加热系统与有机蒸汽抽提抽集系统并列布设于污染区域原位，并由两套系统管道分别收集。为提升加热效率，并保证现场安全，管道布设区域需铺设隔热层及混凝土保护层。

原位热脱附系统的燃气加热管，主要由烟气段加热套管、燃烧段隔热管、火嘴和燃气加热管控制箱等组成。天然气的点火、关停以及参数监测等数据的显示和传输主要通过控制箱来实现；火嘴通常由硬质耐火材料加工而成，呈圆柱状，能够使燃烧火焰呈条状有利于火焰在加热管内的热传递。燃烧段隔热管通常由外套管、内套管、套筒式耐火砖和烧嘴组成，主要用于实现火焰燃烧和对外隔热功能，内外套管中也有空气通道进行隔热，通常该段管外壁温度不高于40℃。烟气段加热套管由内径不同的套管组成，内套管底部开口，采用不锈钢材质；外套管封闭并在上顶端设烟气排放口，采用碳钢材质。所述燃气加热管控制箱，用于加热管自身的控制，其包括加热管控制装置和数据储存装置和传输中枢装置。还用于控制现场检测仪表，如气体压力、流量、烟气温度、土壤温度、烟气中一氧化碳（CO）含量等参数的指示和信号收集、储存和传输。

参考图4所示，所述原位热脱附系统的废气处理系统，主要由三只分液罐、两只空气冷却散热器、列管冷凝器、冷冻压缩机、分液槽、过渡水槽、气体过滤器、真空泵、活性炭吸附器、微尘过滤器和引风机和烟囱等组成。分液罐的主要功能是将冷却后的水（含有机物）通过液位计、液位指示控制器进行自动分离；空气冷却器采用多排盘管式结构和散热片结构设计，加大空冷的换热面积，同时采用主动风扇和喷水雾结构设计，增强高温气体的散热速度和冷却效果。列管冷凝器采用耐低压设计，采用间接换热，冷却剂采用低沸点有机试剂作制冷载体，制冷剂通过压缩冷冻机进行循环，从而实现制冷剂气化-压缩-气化的循环，达到深度冷凝的效果。真空泵功能是加大系统抽气效果和抽提动力。活性炭吸附器功能是将经冷却和冷凝后的气体中的残留少量的有机气体进行吸附和净化的过程。

尾气处理单元用于将污染场地经加热、抽提后含水蒸汽、污染物的混合气体，经冷却、分液、冷凝工序，将混合气体进行分离的过程。经分离后的液体再经沉降、分液将有机污染物进行收集并最后进行焚烧最终处置，工艺水纳入城市污水管网综合排放；经冷却和冷凝后的空气（含微量残留有机组分）再经活性炭吸附后最终排放。

原位热脱附系统还包括自动控制系统及在线温度监控系统，可对系统运行情况进行在线监控，并模拟处理效果。

其中，热脱附废气处理系统包括分液罐、空冷热交换器、压缩制冷器和冷凝器、真空泵、过滤器、吸附罐、高效空气过滤器、过渡槽。

加热管和抽提管的布设原则为：以加热管为中心点，每个加热管周围4个抽提管，抽提管的排布呈正四边形，每个加热管间距1.6m，每个抽提管间距1.6m，整各区域按照正四边形矩阵排列，如图3所示。

在本实用新型的实施例中，加热管为双层套管，内管管材306不锈钢，外管材质碳钢，外管管径为地上部分Φ=150mm，地下部分Φ=120mm，管井钻孔Φ=135mm，钻井深度按照污染深度（h-0.25）m设计，钻孔设备为30-C钻机，钻孔前先用水准仪确定桩顶标高，按取出的岩芯确定孔底标高，以重锤、尺确定孔深，偏差控制在50mm以内。孔径：实际用钢尺检查孔口直径。岩芯：钻机钻出岩芯后，用尺测出岩芯长。位置偏移：以成桩后的桩孔位置，测量实际复核为准。桩孔垂直度：检查钻机立轴主动钻杆，用吊垂线实际尺量，偏差控制在0.5%以内。为有效控制桩孔垂直度，钻机就位应平整，钻杆轴线与钻孔中心线应对准，钻杆应垂直。

钻孔形成后为防止深层钻孔挤压变形，尽快将加热管埋管至指定深度，并在地面管口处用混凝土封口固定井管。

抽提管为单层具缝碳钢管，井管长度与中心加热管管长相等，抽提管管径40mm，钻井设备为Geoprobe钻机，利用中空螺旋钻钻进，通过液压锤施加动力钻进到达设计深度，钻孔完成后尽快埋管至指定深度，并在地面管口处用混凝土封口固定井管。抽提管具缝处包裹100目不锈钢筛网，每隔2m用不锈钢管箍扎牢。

隔热层由硅酸铝板保温层和混凝土组成；其下层为硅酸铝板保温层，厚度不大于100mm，上层为混凝土防护层，厚度不大于50mm。所述保温层的铺设为板块状保温层铺设方法，直接铺设在结构层或隔气层上，分层铺设时上、下两层板块缝应错开，表面两块相邻的板边厚度一致。一般在块状保温层上用松散料湿作找坡。

原位热脱附系统的加热区域地面上气道管路分别为燃气管路、水-气抽提气管路、气抽提气管路三类。其中，燃气管路为热脱附系统的加热燃料提供管路，水-气抽提气管路为连接抽提管的管路，主要用于地下污染物加热气化后的抽提，气抽提气管路为靠近加热管插入地面下300mm～400mm的细抽提管，主要用于抽提加热初期的大量水蒸汽。

原位热脱附修复系统的处置效果的检测系统，主要由热电偶探头监测和抽提气体采样检测两部分组成，温度探测器为分布在污染土壤不同深度、加热管不同深度及烟气管道内的热电偶探头，抽提气体采样检测为布设在不同深度污染土壤中的导气管。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，其特征在于，包括加热系统、废气收集系统、隔热层、废气处理系统、冷凝液处理系统、冷凝液循环系统、活性炭吸附系统以及废气排放系统；其中，所述加热系统由多个燃气加热管组成，通过燃料燃烧对所述加热管的外层加热间接加热被污染的土壤；所述废气收集系统，捕捉随温度提升蒸发脱离载体而进入气相的有机污染物；所述有机污染物在所述废气处理系统及冷凝液处理系统中被处理，得到的尾气经活性炭吸附系统处理后达标排放。

2.根据权利要求1所述的用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，其特征在于，所述燃气加热管，进一步由烟气段加热套管、燃烧段隔热管、火嘴和燃气加热管控制箱组成。

3.根据权利要求2所述的用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，其特征在于，所述加热套管为不锈钢材质，其外套管为碳钢材质。

4.根据权利要求3所述的用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，其特征在于，所述外套管封闭并在上顶端设有烟气排放口。

5.根据权利要求2所述的用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，其特征在于，所述燃气加热管控制箱用于加热管自身的控制，其包括加热管控制装置和数据储存装置和传输中枢装置。

6.根据权利要求5所述的用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，其特征在于，所述燃气加热管控制箱，还用于控制现场检测仪表。

7.根据权利要求1所述的用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，其特征在于，所述废气处理系统，包括三只分液罐、两只空气冷却散热器、列管冷凝器、冷冻压缩机、分液槽、过渡水槽、气体过滤器、真空泵、活性炭吸附器、微尘过滤器、引风机和烟囱。

8.根据权利要求1所述的用于处理VOC/SVOC污染土壤的原位热脱附系统，其特征在于，所述隔热层由硅酸铝板保温层和混凝土构成；其中下层为硅酸铝板保温层，厚度不大于100mm；上层为混凝土防护层，厚度不大于50mm。