土壤修复方法及土壤修复装置

权利要求书： 1.一种土壤修复方法，其特征在于，将蒸汽和臭氧分别进行加压之后注入地下污染区域中进行修复反应，并将产生的气相有机物抽出；

其中，所述地下污染区域中的污染物包括难挥发或不挥发污染物；

所述土壤中的污染物还包括挥发性污染物，分为第一阶段和第二阶段控制臭氧和蒸汽通入，在所述第一阶段中通入蒸汽的流量大于通入臭氧的流量，在所述第二阶段中增加臭氧的注入比例；所述第一阶段的通入时间为1?30天，所述第二阶段的通入时间为10?90天；

在所述第一阶段和所述第二阶段控制臭氧的浓度为0.05%?2%，蒸汽的温度为90℃?200℃；

3 3 3

在所述第一阶段中，控制通入臭氧的流量为0?5m/h，通入蒸汽的流量为5m/h?100m/h；在

3 3 3 3

所述第二阶段中，控制通入臭氧的流量为5m /h?10m/h，通入蒸汽的流量为5m /h?100m/h；

在所述第一阶段中，控制通入臭氧的压力为0?0.5MPa，通入蒸汽的压力为0.1MPa?0.5MPa；在所述第二阶段中，控制通入臭氧的压力为0.4?1.6MPa，通入蒸汽的压力为0.4?1.6MPa。

2.根据权利要求1所述的土壤修复方法，其特征在于，将抽出的气相有机物进行冷凝，再进行气液分离；

将气液分离产生的废气经过吸附剂进一步脱除有机污染物后排出；

将气液分离产生的废液进行收集。

3.根据权利要求1所述的土壤修复方法，其特征在于，用于实施所述土壤修复方法的土壤修复装置包括用于输送蒸汽和臭氧的注入管路和用于抽出反应产生有机物的抽提管路。

4.根据权利要求3所述的土壤修复方法，其特征在于，所述注入管路包括第一注入管段和与所述第一注入管段的底部相连的第二注入管段，在所述第二注入管段的侧壁上设置有扩散孔；

所述注入管路和所述抽提管路的整体长度均为500?30000mm，直径均为50?350mm。

5.根据权利要求4所述的土壤修复方法，其特征在于，还包括蒸汽发生装置、蒸汽加压泵、臭氧发生装置和空气压缩机，所述蒸汽发生装置的蒸汽出口与所述蒸汽加压泵的进口连通，所述蒸汽加压泵的输出端与所述第一注入管段连通；

所述臭氧发生装置的臭氧出口与所述空气压缩机的进口连通，所述空气压缩机的输出端与所述第一注入管段连通。

6.根据权利要求3所述的土壤修复方法，其特征在于，所述抽提管路包括第一抽提管段和与所述第一抽提管段的底部相连的第二抽提管段，所述第二抽提管段的侧壁上设置有抽入孔。

7.根据权利要求6所述的土壤修复方法，其特征在于，还包括冷凝器、气液分离器、用于填装吸附剂的净化器和用于提供抽力的真空泵；所述第一抽提管段的顶部出口与所述冷凝器的进口连通，所述冷凝器的出口与所述气液分离器的进口连通，所述气液分离器的顶部出口与所述净化器的进口连通，所述净化器的出口与所述真空泵相连。

说明书： 一种土壤修复方法及土壤修复装置技术领域[0001] 本发明涉及土壤修复技术领域，具体而言，涉及一种土壤修复方法及土壤修复装置。背景技术[0002] 在我国，随着工业的快速发展，石油烃、多环芳烃、氯代烃等有机物对土壤剂地下水环境造成的污染越来越引起人们的重视。有机污染物长期存在于土壤和地下水中，随食物进入人体，对人身健康造成不可逆的损害。在对污染土壤及地下水进行修复的过程中，由于土壤的中有机污染物种类繁多，性质差异大，简单的修复技术大多无法满足复杂场地的修复需要。[0003] 鉴于此，特提出本发明。发明内容[0004] 本发明的目的在于提供土壤修复方法及装置，旨在提升修复的效果。[0005] 本发明是这样实现的：[0006] 第一方面，本发明提供一种土壤修复方法，将蒸汽和臭氧注入地下污染区域中进行修复反应，并将产生的气相有机物抽出；其中，土壤中的污染物包括难挥发或不挥发污染物。[0007] 在可选的实施方式中，将蒸汽和臭氧分别进行加压之后注入地下污染区域中。[0008] 在可选的实施方式中，土壤中的污染物主要由难挥发或不挥发污染物组成时，控3 3 3 3

制通入臭氧的流量为5m/h?10m /h，通入蒸汽的流量为5m/h?100m /h；优选地，控制臭氧浓度为0.05％?2％；控制注入臭氧的压力为0.4?1.6MPa；优选地，蒸汽的温度为90℃?200℃；

控制注入蒸汽的压力为0.4?1.6MPa。

[0009] 在可选的实施方式中，土壤中的污染物还包括挥发性污染物，分为第一阶段和第二阶段控制臭氧和蒸汽通入，在第一阶段中通入蒸汽的流量大于通入臭氧的流量，在第二阶段中增加臭氧的注入比例；优选地，第一阶段的通入时间为1?30天，第二阶段的通入时间为10?90天；优选地，在第一阶段和第二阶段控制臭氧的浓度为0.05％?2％，蒸汽的温度为90℃?200℃。

[0010] 在可选的实施方式中，在第一阶段中，控制通入臭氧的流量为0?5m3/h，通入蒸汽3 3 3 3

的流量为5m/h?100m/h；在第二阶段中，控制通入臭氧的流量为5m/h?10m/h，通入蒸汽的

3 3

流量为5m /h?100m /h；优选地，在第一阶段中，控制通入臭氧的压力为0?0.5MPa，通入蒸汽的压力为0.1MPa?0.5MPa；在第二阶段中，控制通入臭氧的压力为0.4MPa?1.6MPa，通入蒸汽的压力为0.4MPa?1.6MPa。

[0011] 在可选的实施方式中，将抽出的气相有机物进行冷凝，再进行气液分离；优选地，将气液分离产生的废气经过吸附剂进一步脱除有机污染物后排出；优选地，将气液分离产生的废液进行收集。[0012] 第二方面，本发明提供一种用于实施前述实施方式中任一项土壤修复方法的土壤修复装置，包括用于输送蒸汽和臭氧的注入管路和用于抽出反应产生有机物的抽提管路。[0013] 在可选的实施方式中，注入管路包括第一注入管段和与第一注入管段的底部相连的第二注入管段，在第二注入管段的侧壁上设置有扩散孔；[0014] 优选地，注入管路和抽提管路的整体长度均为500?30000mm，直径均为50?350mm。[0015] 在可选的实施方式中，还包括蒸汽发生装置、蒸汽加压泵、臭氧发生装置和空气压缩机，蒸汽发生装置的蒸汽出口与蒸汽加压泵的进口连通，蒸汽加压泵的输出端与第一注入管段连通；[0016] 臭氧发生装置的臭氧出口与空气压缩机的进口连通，空气压缩机的输出端与第一注入管段连通。[0017] 在可选的实施方式中，抽提管路包括第一抽提管段和与第一抽提管段的底部相连的第二抽提管段，第二抽提管段的侧壁上设置有抽入孔；优选地，还包括冷凝器、气液分离器、用于填装吸附剂的净化器和用于提供抽力的真空泵；第一抽提管段的顶部出口与冷凝器的进口连通，冷凝器的出口与气液分离器的进口连通，气液分离器的顶部出口与净化器的进口连通，净化器的出口与真空泵相连。[0018] 本发明具有以下有益效果：通过利用蒸汽和臭氧一同注入地下污染区域进行修复反应，利用臭氧氧化的修复方式针对难挥发或者不挥发的污染物能够有效去除，利用通入的蒸汽可以强化氧化反应或者进行热脱附，增强修复效果的同时，缩短处理时间，降低能耗和成本。附图说明[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。[0020] 图1为本发明实施例提供的土壤修复装置的结构示意图。[0021] 主要元件符号说明：10?土壤修复装置；100?蒸汽发生单元；110?蒸汽发生装置；120?蒸汽加压泵；200?臭氧发生单元；210?臭氧发生装置；220?空气压缩机；300?尾气处理单元；310?冷凝器；320?气液分离器；330?净化器；340?真空泵；350?废液罐；400?注入管路；

410?第一注入管段；420?第二注入管段；421?扩散孔；500?抽提管路；510?第一抽提管段；

520?第二抽提管段；521?抽入孔。

具体实施方式[0022] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。[0023] 本发明实施例提供一种土壤修复方法，将蒸汽和臭氧注入地下污染区域中进行修复反应，并将产生的气相有机物抽出；其中，地下污染区域中的污染物包括难挥发或不挥发污染物。[0024] 需要补充的是，蒸汽注入是利用物理方法去除不饱和土壤中挥发性有机组分(OCs)污染的一种修复技术，该技术适用于含挥发性强的污染物土壤修复，如汽油、苯和四氯乙烯等污染的土壤，具有可操作性强，处理污染物范围宽等优点，但其沸点较高的污染物去除效果并不理想。臭氧氧化技术作为化学氧化中的一种，具有氧化性强，处理范围广等优点，且不会造成二次污染，常被用于处理大分子量及多环芳烃类等高沸点污染物，但单独使用成本较高。[0025] 发明人创造性地利用蒸汽强化脱附与臭氧氧化进行耦合，通入的蒸汽起到两方面的作用：一方面可以通过升温强化氧化；另一方面可以对挥发性的有机污染物进行热脱附。因此，本发明中的耦合工艺能够显著提升土壤修复效果，缩短处理时间。

[0026] 在实际操作过程中，需要将蒸汽和臭氧分别进行加压之后注入地下污染区域中，以进一步提升修复的效果。[0027] 针对不同的土壤类型，具体的操作工艺是有所区别的，若土壤主要是由难挥发或不挥发污染物组成，则以臭氧修复为主，蒸汽主要起到强化氧化的作用；若土壤中同时有难挥发性污染物和挥发性污染物，则需要更精确地控制臭氧和蒸汽的通入比例。[0028] 具体地，土壤中的污染物主要由难挥发或不挥发污染物组成时，控制通入臭氧的3 3 3 3

流量为5m/h?10m/h，通入蒸汽的流量为5m/h?100m/h；控制臭氧浓度为0.05％?2％；蒸汽的温度为90℃?200℃；控制注入蒸汽的压力为0.4MPa?1.6MPa，控制注入臭氧的压力为

0.4MPa?1.6MPa。通过进一步控制操作参数，利用蒸汽起到很好的强化氧化的作用，提升修复效果，又防止原料的浪费。

[0029] 具体地，土壤中的污染物还包括挥发性污染物，分为第一阶段和第二阶段控制臭氧和蒸汽通入，在第一阶段中通入蒸汽的流量大于通入臭氧的流量，在第二阶段中增加臭氧的注入比例。在第一阶段以蒸汽注入为主，脱除土壤中的挥发性有机污染物，随着土壤中挥发性有机污染物的逐渐减少，增加臭氧注入量和注入浓度，提高氧化作用比例，促进土壤中挥发性有机污染物的氧化分解，从而实现复合有机污染物的有效去除。[0030] 进一步地，第一阶段的通入时间为1?30天，第二阶段的通入时间为10?90天；在第一阶段和第二阶段控制臭氧的浓度为0.05％?2％，蒸汽的温度为90℃?200℃。在第一阶段3 3 3

中，控制通入臭氧的流量为0?5m/h，通入蒸汽的流量为5m /h?100m/h；在第二阶段中，控制

3 3 3 3

通入臭氧的流量为5m /h?10m/h，通入蒸汽的流量为5m /h?100m/h；在第一阶段中，控制通入臭氧的压力为0?0.5MPa，通入蒸汽的压力为0.1MPa?0.5MPa；在第二阶段中，控制通入臭氧的压力为0.4MPa?1.6MPa，通入蒸汽的压力为0.4MPa?1.6MPa。

[0031] 需要说明的是，通过进一步控制两个阶段的操作参数，以更有效地去除难挥发性和挥发性有机污染物，显著提升修复效果。[0032] 在一些实施例中，将抽出的气相有机物进行冷凝，再进行气液分离，将气液分离产生的废气经过吸附剂进一步脱除有机污染物后排出；将气液分离产生的废液进行收集。通过气液分离以将得到的废气进行再次吸附，以减少污染物的排放，防止造成二次环境污染。[0033] 需要指出的是，本发明实施例中所指的挥发性污染物是常规理解，在蒸汽加热的条件下容易挥发的物质，包括苯系物(苯、甲苯、乙苯、二甲苯等)，有机溶剂(三氯丙烷、二氯乙烷、三氯乙烯等)，轻质石油烃(如汽油、C10以下的烷烃等)等；不挥发性污染物或难挥发性污染物是指通过蒸汽加热的方式难以挥发而去除的污染物，包括重质石油烃(C10以上的烷烃、芳香烃等)，多环芳烃(萘、蒽、菲、芘、苯并(a)芘、二苯并噻吩等)，多氯联苯、硝基苯、硝基氯苯等。[0034] 请参照图1，本发明实施例还提供一种土壤修复装置10，包括蒸汽发生单元100、臭氧发生单元200、尾气处理单元300、用于输送蒸汽和臭氧的注入管路400和用于抽出反应产生有机物的抽提管路500。[0035] 其中，蒸汽发生单元100包括蒸汽发生装置110、蒸汽加压泵120，蒸汽发生装置110的蒸汽出口与蒸汽加压泵120的进口连通，蒸汽加压泵120的输出端与注入管路400连通。在一些实施例中，可以在输送蒸汽的管上设置流量计、压力计和温度计监测蒸汽参数。注入管路400也可以称为“注入井”，通过法兰实现与蒸汽管道的连接。[0036] 具体地，蒸汽发生装置110可以为一般蒸汽锅炉，蒸汽通过蒸汽加压泵120之后从注入管路400的顶部通入。[0037] 其中，臭氧发生单元200包括臭氧发生装置210和空气压缩机220，臭氧发生装置210的臭氧出口与空气压缩机220的进口连通，空气压缩机220的输出端与注入管路400连通。用于输送臭氧的管道上也可以设置流量计、压力计监测臭氧气体参数。

[0038] 具体地，臭氧发生装置210可以为一般的臭氧发生器，用于产生符合浓度要求的臭氧，空气压缩机用于加压，加压之后从注入管路400的顶部侧壁通入。[0039] 其中，注入管路400包括第一注入管段410和与第一注入管段410的底部相连的第二注入管段420，在第二注入管段420的侧壁上设置有扩散孔421。在使用时第一注入管段410从地上进入地下合适位置，第二注入管段420整体均位于地下，通过扩散孔421将蒸汽和臭氧向周围土壤扩散，使周边土壤温度升高，土壤中轻质有机污染物受热脱附，未脱附的污染物在土壤颗粒表面被臭氧高温氧化降解。

[0040] 其中，抽提管路500包括第一抽提管段510和与第一抽提管段510的底部相连的第二抽提管段520，第二抽提管段520的侧壁上设置有抽入孔521。通过泵提供动力，脱附下来进入气相的有机污染物在尾气处理单元300的抽提作用下，通过第二抽提管段520上的抽入孔521进入第二抽提管段520，通过上方的第一抽提管段510之后进入尾气处理单元300。[0041] 具体地，注入管路400和抽提管路500的整体长度均为500?30000mm，直径均为50?350mm，可以根据污染的深度进行选择调整。

[0042] 其中，尾气处理单元300包括冷凝器310、气液分离器320、用于填装吸附剂的净化器330和用于提供抽力的真空泵340；第一抽提管段510的顶部出口与冷凝器310的进口连通，冷凝器310的出口与气液分离器320的进口连通，气液分离器320的顶部出口与净化器330的进口连通，净化器330的出口与真空泵340相连。

[0043] 具体地，从第一抽提管段510的顶部输出的气体通过冷凝器310冷凝之后，在气液分离器320中进行气液分离，得到的液相进入废液罐350收集，顶部输出的废气进入净化器330，通过净化器330中的吸附剂(如活性炭)进一步去除有机物，净化之后的废气通过真空泵340输出。

[0044] 在其他实施例中，真空泵340也可以替换为风机，在风机或真空泵340后直接连接排气烟囱。[0045] 需要补充的是，在尾气处理单元300还可以设置流量计、真空表和尾气OCs在线监测仪监测尾气相关参数。[0046] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。[0047] 实施例1[0048] 本实施例提供一种土壤修复方法，针对苯系物和多环芳烃复合污染场地进行修复，土壤中苯污染物最高浓度430mg/kg，苯并芘污染物最高浓度为26mg/kg，污染物深度集中在3m?8m地层范围，土质以粉砂土为主。具体步骤如下：[0049] 在选定位置钻取直径150mm，深度8.5m孔洞，安装注入井管(即注入管路400)和抽提井管(即抽提管路500)，注入井管直径120mm，长度9m，地下部分长度8.5m。抽提井管直径100mm，长度9m，地下部分长度8.5m。注入井和抽提井管距顶部2.5m?8.5m段管壁为筛孔。按正六边形顶点布置6口注入井，并在三角形中心布置抽提井，加热井间距为3m，抽提井距离注入井距离均为3m，在抽提井与注入井中间位置设温度监测井，监测井底部8m处和中间4m处设置2个温度监测点。

[0050] 第一阶段，蒸汽发生单元的蒸汽锅炉产生的热蒸汽经过加压泵加压至0.2mPa，蒸3

汽温度约120℃，流量10m/h。从注入井顶部进入井管，臭氧发生单元关闭，在此工艺条件下运行20天。第二阶段，蒸汽发生单元的蒸汽锅炉产生的热蒸汽经过加压泵加压至1.4mPa，蒸

3

汽温度约190℃，流量20m/h从注入井顶部进入井管，臭氧发生单元的臭氧发生器产生的臭

3

氧气体经空气压缩机加压至1.4mPa，臭氧浓度为0.5％，流量为8m/h，从注入井顶端侧面进入井管，此阶段运行15天。蒸汽与臭氧气体压力平衡状态下在井管内混合，通过井管下部设在污染区域的筛孔向周围土壤扩散，使周边土壤温度升高，土壤中轻质有机污染物受热脱附，未脱附的污染物在土壤颗粒表面被臭氧高温氧化降解。脱附下来进入气相的有机污染物在尾气处理单元300真空泵340的抽提作用下向抽提井筛孔扩散，通过筛孔进入抽提井井管内，随气流进入尾气处理单元300，经冷凝器310冷凝、气液分离器320分离后的废气进入净化器330，在净化器330中活性炭箱吸附截留其中的有机污染物，剩余的气体经检测达标后排放。气液分离器分离产生的废液进入废液罐收集处置。

[0051] 第一阶段，系统运行20天后，各温度监测点温度均达到90℃以上，切换为第二阶段，继续运行蒸汽和臭氧注入40天，共计运行60天后采样检测4m、8m处土壤中污染物含量，结果如表1所示。运行过程中采集尾气检测挥发性有机物(OCs)和多环芳烃(PAHs)的含量，与废液罐中最终收集的污染物含量汇总计算得到土壤中OCs和PAHs进入尾气的比例分别约为80％和3％。数据表明，该系统能够同时有效去除土壤中OCs和PAHs污染物，其中OCs大部分受热脱附经抽提井进入尾气处理系统，PAHs大部分在土壤中被氧化分解，仅有约3％进入尾气。[0052] 需要补充的是，实施例1仅为其中一个代表实施例，在其他实施例中可以将臭氧和蒸汽的压力、流量等参数控制在本申请所限定的范围内，处理效果与实施例1大致相同，在此不对其他实施例进行一一列举。[0053] 对比例1[0054] 本对比例提供一种土壤修复方法，与实施例1不同之处仅在于：第二阶段蒸汽压力3

仍保持0.2MPa，蒸汽温度约120℃，流量10m/h，臭氧气体压力0.2MPa，臭氧浓度0.5％，流量

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8m/h。共计运行60天后采样检测4m、8m处土壤中污染物含量，结果如表1所示。结果显示，对比例1中挥发性污染物苯得到了有效去除，难挥发的多环芳烃类苯并芘处理效果不佳。

[0055] 对比例2[0056] 本对比例提供一种土壤修复方法，与实施例1不同之处仅在于：第二阶段蒸汽压力3

提高至1.6MPa，蒸汽温度约200℃，流量40m/h，臭氧气体压力提高至1.6MPa，但臭氧浓度控

3

制至0.02％，流量2m /h。共计运行60天后采样检测4m、8m处土壤中污染物含量，结果如表1所示。结果显示，对比例2中挥发性污染物苯得到了有效去除，难挥发的多环芳烃类苯并芘处理效果不佳。

[0057] 表1.原位蒸汽强化化学氧化处理效果[0058][0059] 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。