一種高溫干氣注入土壤驅(qū)污方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫干氣注入土壤驅(qū)污方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 農(nóng)藥化工廠包括甲胺磷車間、動(dòng)力車間、污水處理區(qū)、甲基包裝車間、乙基車間、乳 化車間、乙基包裝車間、混合區(qū)、鹽酸罐區(qū)、氯堿車間、鹽庫、燒堿罐區(qū)、機(jī)修車間、辦公區(qū)域 等，農(nóng)藥化工廠因多年生產(chǎn)農(nóng)藥、化工等產(chǎn)品，受到了農(nóng)藥甲胺磷、三氯硫磷、草甘膦、氯化 苯等的嚴(yán)重污染，土壤中存在著有機(jī)磷、苯等污染及砷、鎘、鉛等重金屬危險(xiǎn)物，土壤污染嚴(yán) 重。如果這些污染物質(zhì)殘留在土壤中，必將進(jìn)一步進(jìn)入到水體、大氣及食物鏈中，會(huì)對(duì)生態(tài) 環(huán)境及人類健康帶來極大的危害。
[0003] 目前，對(duì)土壤中污染物的去除有多種方法，如挖掘后焚燒、生物處理、化學(xué)添加劑 或鈍化等，雖然這些方法成功的用于某些實(shí)例，但是由于費(fèi)用昂貴且存在一定不足，因此在 大范圍的土壤治理中不切實(shí)際。
[0004] 中國專利CN1586747A公開了一種揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物污染土壤的場外治理 工藝及其裝置，但是該專利主要使用真空抽提的方法只能處理揮發(fā)性和半揮發(fā)性的有機(jī)污 染物，對(duì)于不易揮發(fā)的有機(jī)污染物則很難去除。
[0005] 中國專利CN102513347A公開了一種原位熱強(qiáng)化組合土壤氣相抽提技術(shù)治理土壤 污染的方法，在污染區(qū)域形成一定形式的加熱井，在加熱井內(nèi)部署加熱器部件，并安裝套 管，在套管中填充催化劑以加速污染物高溫分解成簡單的小分子物質(zhì)，通過抽提井抽屜處 理。該專利需將加熱裝置深入地下，不易安裝、操作困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種高溫干氣注入土壤驅(qū)污方 法，高溫干氣溫度高，可以去除污染土壤中易揮發(fā)及難揮發(fā)的有機(jī)物及重金屬污染物。
[0007] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種高溫干氣注入土壤驅(qū)污方法，包括如下步驟：
[0009] (1)用高溫混合氣體注氣裝置制備高溫混合干氣；
[0010] (2)利用干氣注入井將步驟（1)制備的高溫混合干氣注入到污染土壤中；
[0011] (3)調(diào)節(jié)溫度和停留時(shí)間，使熱能在土層中擴(kuò)散完成混合氣燜井；
[0012] (4)混合氣燜井結(jié)束后，利用污染氣體提煉井將催化熱解的氣態(tài)污染物提煉到地 面以上通過污染氣體回收裝置回收處理。
[0013] 高溫混合干氣注入土壤驅(qū)污技術(shù)，利用燃燒學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)的 原理與工程技術(shù)研制的供土壤恢復(fù)使用的"高溫混合氣體注氣裝置"，其原理是：用空氣中 的氧氣作為氧化劑，用柴油作燃燒劑，在高壓下進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生高溫燃?xì)猓?000°c )，再通 入水與之摻混進(jìn)行熱交換，使水吸熱汽化，使燃?xì)夥艧峤禍?，所產(chǎn)生的蒸汽燃?xì)饣旌蠚獬煞?為：水蒸汽（干度大于0. 95)，氮?dú)猓∟2)，二氧化碳（CO2)。再通入水與之摻混進(jìn)行熱交換，水 吸熱汽化，燃?xì)夥艧峤禍兀够旌蠚怏w保持驅(qū)污工藝要求的溫度，然后以音速從噴口噴出， 再作超音速膨脹，經(jīng)熱力平衡之后注入土壤中合適口徑的金屬管道。注入混合氣體，可提高 地層壓力。在地層存有大量污染氣體，反排時(shí)能量加大，可以排出，見效顯著。
[0014] 高溫混合干氣為水蒸汽、氮?dú)狻⒍趸嫉幕旌蠚怏w，注氣溫度及干度高，注氣溫 度為150~400°C，干度大于0. 95,有利于催化熱解土壤有害污染物；并且混合氣體全部注 入地層，逐漸降解土壤有害污染物。高溫混合氣體注氣裝置制備高溫混合干氣的產(chǎn)生量為 500~1000 mVh ;水蒸汽、氮?dú)?、二氧化碳混合氣體的比例為（6~4) : (5~3) : (2~1)。由 于是不凝氣體，C02、隊(duì)具有混相、降粘的作用，適合多孔性態(tài)土壤有害污染物熱解揮發(fā)；混 合氣體既可使土層降粘，又有大量隊(duì)氣在注入井周圍形成氣體環(huán)帶，因而提供氣驅(qū)動(dòng)力，能 迅速提高地層能量（壓力、溫度），達(dá)到熱解驅(qū)污。
[0015] 通過高溫混合氣體注氣裝置，用干氣注入井注氣到土壤中，調(diào)節(jié)溫度150~400°C 和停留時(shí)間4~48h，使土層溫度升高，利用土壤多孔性狀，籍以土壤裂縫、振動(dòng)松動(dòng)技術(shù)， 使熱能呈彌漫性傳導(dǎo)矩陣擴(kuò)散，把有機(jī)污染物從固相土壤中轉(zhuǎn)移到氣相并使其揮發(fā)出來， 氣相污染物再通過燃燒或冷凝吸附的方式處理，達(dá)標(biāo)后排放。熱解吸技術(shù)處理的污染物范 圍廣，包括低沸點(diǎn)物質(zhì)、高沸點(diǎn)物質(zhì)如農(nóng)藥、多環(huán)芳徑等。
[0016] 本發(fā)明利用污染物揮發(fā)性及對(duì)土壤顆粒的吸附性之特性，利用干氣注入井將溫度 高達(dá)150~400°C的蒸汽注入到污染土壤中，使土層溫度升高，增加滯留在土壤中的污染物 的揮發(fā)性，降低污染物的吸附特性；而同時(shí)藉由周邊的污染氣體提煉井，將揮發(fā)成氣態(tài)的污 染物隨著熱蒸汽提煉到地面以上進(jìn)行回收處理。另外蒸汽注入土層后產(chǎn)生大量冷凝水，可 將較高厚度的污染物向下攜帶到地下水中。這些冷凝水通過兩口抽水井抽到地面上處理。
[0017] 為避免交錯(cuò)污染情形發(fā)生，按干氣注入井與污染氣體提煉井的個(gè)數(shù)1 :3配置井的 類型，整個(gè)修復(fù)工程主要包括2組干氣注入井（注入井也可兼作提煉井）、6組污染氣體提 煉井。各式井群設(shè)置機(jī)具乃采取中空頓鉆鉆機(jī)及雙套管螺旋鉆桿鉆機(jī)，設(shè)置安裝不銹鋼井 管井篩。此外，現(xiàn)場規(guī)劃處理設(shè)施包含廢氣/廢水處理系統(tǒng)等。以上配備比較富裕，試驗(yàn)時(shí) 根據(jù)官方提供的土地污染程度狀況數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。井的深度3米~18米，按實(shí)際突然污 染程度決定，井的口徑有利吞吐。
[0018] 此外，為能掌握試驗(yàn)場址處理區(qū)土層中的溫度等參數(shù)變化，特安裝6組地層溫度 計(jì)和其他測量儀器，分布于本處理區(qū)之四周及污染區(qū)之中心位置的井篩外部位置。干氣注 入井和污染氣體提煉井的布局主要考慮污染物的分布范圍、單個(gè)干氣注入井和污染氣體提 煉井的影響半徑。關(guān)注主要影響因子有土壤容重、孔隙度、土壤濕度、土壤溫度、土壤質(zhì)地、 有機(jī)質(zhì)含量、空氣傳導(dǎo)率以及地下水深度等。
[0019] 本發(fā)明高溫干氣注入熱解催化法使用原位處理，即利用干氣注入地下的方式將土 壤加熱，從而使有機(jī)污染物從土壤中析出后在地上收集處理。需要使用熱源對(duì)污染土加熱， 溫度通常高于100°C低于400°C ; 100°C適合處理低濃度、易揮發(fā)的有機(jī)污染物，大于100°c 適合處理高濃度、難揮發(fā)的有機(jī)污染物。在使用原位高溫干氣注入熱解催化技術(shù)處理土壤 時(shí)，要從技術(shù)可行性、污染物深度、污染地塊的水文地質(zhì)條件、場地修復(fù)工期以及修復(fù)成本 等多方面綜合考慮。
[0020] 本發(fā)明的目的之二在于提供一種實(shí)現(xiàn)高溫干氣注入土壤驅(qū)污方法的系統(tǒng)，系統(tǒng)包 括污染氣體回收裝置、高溫混合氣體注氣裝置、干氣注入井、污染氣體提煉井、抽水井；高溫 混合氣體注氣裝置采用了耐高溫陶瓷與合金材料組合工藝內(nèi)嵌冷卻水管道；用高溫混合氣 體注氣裝置制備高溫混合干氣；將制備的高溫混合干氣注入到深入污染土壤中的干氣注入 井中；調(diào)節(jié)注入干氣注入井中高溫混合干氣的溫度和在干氣注入井中的停留時(shí)間，使熱能 在土層中擴(kuò)散進(jìn)行混合氣燜井；混合氣燜井結(jié)束后，利用污染氣體提煉井將催化熱解的氣 態(tài)污染物提煉到地面以上通過污染氣體回收裝置回收處理；高溫混合干氣注入后產(chǎn)生的冷 凝水中攜帶了污染物用抽水井抽至地上處理。
[0021] 高溫混合氣體注氣裝置有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] (1)能耗小，每產(chǎn)生一噸氣體的能耗只有蒸汽鍋爐的一半；
[0023] (2)混合氣體全部注入地層，不污染環(huán)境；
[0024] (3)出口溫度及干度高，注氣溫度可達(dá)150~400°C，干度可> 0.95 ;
[0025] (4)設(shè)備可隨時(shí)轉(zhuǎn)場使用，使用方便。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：一種高溫干氣注入土壤驅(qū)污方法，包括如 下步驟：（1)用高溫混合氣體注氣裝置制備高溫混合干氣；（2)將步驟（1)制備的高溫