一种用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置的制作方法

本发明涉及一种用于环保技术领域中的修复土壤与地下水的技术，具体地，涉及一种针对污染场地土壤与地下水污染的多相抽提-强化脱附-生物修复的低耗组合接力原位修复装置。

背景技术：

长江经济带地质与水文地质条件复杂，作为重点发展地区，其沿岸石化污染场地众多且大部分还在役。由于历史原因，这些场地土壤与地下水的受污染程度也是千差万别，有些场地土壤与地下水中存在大量的非水相液体(napl)的污染，另一些场地中的污染物则只是稍稍超出人体健康可以接受的水平。

对于这些在役的石化污染场地，通常采用的修复方式为原位修复，主要是由于这类方法不涉及大范围的清挖、搬运，对场地的正常运营干扰较小。在原位修复技术中，多相抽提技术常用于石化类场地土壤与地下水中典型有机污染物的修复处理。多相抽提技术通过对安装在地下的抽提井施加真空，同时将地下污染区域内的土壤气体、污染地下水或非水相液体以气水混合物的形式一起抽提至地面，经过气、液、非水相分离后分别进入地面的相关处理设施，处理达标后排放或处置。

然而，在土壤与地下水修复过程中，受限于地层的非均质性及污染物相转移的速率限制，现有的多相抽提系统针对土壤与地下水残余态非水相液体和非重力水类地下水中的污染物抽提难度较大，污染物去除效率较低。具体地说，现有的多相抽提系统在系统运行初期，由于抽提井内滴管的应用，能够比较有效的抽出地下水中的流动水相，并通过地面的废水或尾气处理系统去除污染物。在这个阶段主要抽出水相，只要满足高真空度，低气体流量的真空设备就可以满足要求。流动水相抽出后，系统开始抽出气水混合物或纯粹的土壤气，抽出气体流量的增大，会导致系统真空度的快速衰减。这个阶段非重力水类地下水中的污染物只能通过分子扩散进入重力水后抽出去除，或者直接挥发到土壤气中通过真空抽出后通过地面的尾气处理系统去除。而抽提真空度的大幅下降则会导致污染物地下水相向土壤气中挥发的速率受到限制，水相抽出能力也变弱，从而导致修复的效率下降。因此在这个时候则需要中真空度，高气体流量的真空设备才可以满足多相抽提要求。

另一方面，目前市场已有的单一的修复技术和装备缺乏普适性，对长江经济带在役企业各不相同的石化污染状况的适用性总体较差，无法满足当前对石化场地污染的具体治理要求。在实际应用方面，经常需要两种或多种修复技术的同时使用来满足对不同污染物及不同污染浓度下低能耗、高效率的污染物去除需求。因此迫切需要研发一套绿色低耗原位组合接力修复技术与装备体系来实现对于不同条件下石化污染场地以及同一污染场地不同修复阶段的针对性修复。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于土壤与地下水污染的多相抽提-强化脱附-生物修复的原位组合接力修复装置，针对现有修复技术中存在的问题，完成有机污染场地污染物“高-中-低”各浓度下的低耗高效修复。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，其中，所述的装置包含集成在一个平台上的第一多相抽提真空系统、第二多相抽提真空系统、活性炭吸附系统、气体喷射系统和溶气注入系统；所述的第一多相抽提真空系统包含汽水分离器、水环式真空泵、气液分离罐、除雾器和隔膜泵；所述的第二多相抽提真空系统包含汽水分离器、除雾器、罗茨真空泵和隔膜泵；所述的活性炭吸附系统包含加碳平台、活性炭吸附器、引风机和排气筒；所述的气体喷射系统包含空压机；所述的溶气注入系统包含配药箱、溶气泵、大气泡分离罐和卷管器。

上述的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，其中，所述的第一多相抽提真空系统和第二多相抽提真空系统中，汽水分离器设有箱体，箱体内设有液位计和压缩空气反冲洗系统，箱体一侧设有汽水入口，箱体另一侧的下部设有排水口，箱体的顶部设有排气口；汽水入口通过管道与设置在污染产地内的多相抽提井群连接，排水口处设有排水管道，排水管道上设有隔膜泵。

上述的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，其中，所述的隔膜泵为气动隔膜泵，并与气体喷射系统的空压机通过管道连接。

上述的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，其中，所述的第一多相抽提真空系统和第二多相抽提真空系统中，除雾器由波形叶片、板片，以及包含卡条的固定结构组成。

上述的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，其中，所述的第一多相抽提真空系统为水环式真空泵多相抽提系统，设有第一隔膜泵和第一除雾器；系统中汽水分离器的排气口处通过管道与水环式真空泵的一侧连接，水环式真空泵的另一侧通过两条管道与气液分离罐的一侧分别连接并构成循环回路；气液分离罐设有碳钢防腐材料制成的长方体箱体，箱体顶部设有第一除雾器，第一除雾器的另一端设有管道并依次连接活性炭吸附系统的活性炭吸附器、引风机和排气筒。

上述的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，其中，所述的第二多相抽提真空系统为罗茨真空泵多相抽提系统，设有第二除雾器和第二隔膜泵；系统中汽水分离器的排气口与第二除雾器连接，第二除雾器的另一端设有管道并依次连接罗茨真空泵以及活性炭吸附系统的活性炭吸附器、引风机和排气筒。

上述的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，其中，所述的活性炭吸附系统中，加碳平台由钢结构材料焊接而成，安装固定在活性炭吸附器上方；活性炭吸附器内部设有颗粒状活性炭作为填料；引风机内设有叶轮，通过转动产生负压，使废气从管道中抽出，并在净化后经由排气筒高空排放。

上述的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，其中，所述的气体喷射系统中，空压机产生压强为0.6-0.8mpa的压缩空气注入地下，同时还将压缩空气供给气动隔膜泵作为动力。

上述的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，其中，所述的溶气注入系统中，配药箱设有聚乙烯材料制成的圆桶形箱体，箱体顶部设有固体/液体药剂投加开口，并配有电动机和减速机，箱体内部设有与减速机连接的搅拌桨，箱体底部设有药剂出口和阀门；药剂出口通过输药管连接溶气泵；溶气泵通过管道与大气泡分离罐连接，大气泡分离罐的出口设有管道，管道的另一端为注射软管，用作药剂注射端；卷管器用于快速收束注射软管，采用不锈钢材料而成。

上述的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，其中，所述的溶气泵吸入气体后通过泵体加压形成小气泡并与液体药剂充分混合，经注射端释放后产生微气泡。

本发明提供的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置具有以下优点：

(1)采用一体化设计，将第一多相抽提真空系统、第二多相抽提真空系统、尾气活性炭吸附系统、溶气注入系统以及气体喷射系统集成于一个撬装平台之上，结构紧凑，节省空间，便于设备在场地间与场地内的搬运移动，进而缩短劳动时间，同时省去多套装置进场、部署、撤场的规划步骤，提高了土壤与地下水修复的工程效率。

(2)修复装置中多种修复技术联合使用可覆盖整个修复周期，在接力原位修复中，各修复技术均可应用于其最适用环境条件，以提高修复效率。

(3)修复装置中含多个接力点，实际实施中，可根据场地状况、污染物种类和浓度情况等决定修复方法的开始实施节点。对于接力节点对应不同污染浓度的判断可根据污染物超标倍数、是否存在自由相等综合判断，最终根据现场中试结果确定。

(4)通过多相抽提系统与气体喷射系统或溶气注入系统“抽”+“注”结合的体系，可以提高修复系统的影响半径，大幅提高修复效果；

(5)使用方法灵活多变，设备中系统除组合接力使用外，也可根据场地状况、目标污染物、污染物浓度等因素选用其中一个或多个修复单元独立使用，如对于无地下水污染、污染浓度中等的场合，可仅选用第二多相抽提真空系统、气体喷射系统；对于污染浓度低的场合，可仅选用溶气注入系统进行生物修复。

附图说明

图1为本发明的装置中的第一多相抽提真空系统，即多相抽提+水环式真空泵系统示意图。

图2为本发明的装置中的第二多相抽提真空系统，即多相抽提+罗茨真空泵系统示意图。

图3为本发明的装置中的溶气注入系统示意图。

图4为本发明的装置中的橇装式集成平台的平面示意图。

图5为本发明的装置中的第一多相抽提真空系统，即多相抽提+水环式真空泵系统剖面示意图。

图6为本发明的装置中的第二多相抽提真空系统，即多相抽提+罗茨真空泵系统剖面示意图。

图7为本发明的装置中的汽水分离器+隔膜泵剖面示意图。

其中：1、多相抽提井群；2、汽水分离器；3-1、第一除雾器；3-2、第二除雾器；4、水环式真空泵；5、气液分离罐；6、罗茨真空泵；7、活性炭吸附器；8、引风机；9、排气筒；10、空压机；11-1、第一隔膜泵；11-2、第二隔膜泵；12、配药箱；13、溶气泵；14、大气泡分离罐；15、液位计；16、漏水保护传感器；17、触摸屏电柜；18、加碳平台；19、卷管器；20、集成平台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明提供的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，包含集成在一个平台上的第一多相抽提真空系统、第二多相抽提真空系统、活性炭吸附系统、气体喷射系统和溶气注入系统；也就是将以上系统集成在一个橇装式集成平台20上。

第一多相抽提真空系统包含汽水分离器2、水环式真空泵4、气液分离罐5、除雾器和隔膜泵；第二多相抽提真空系统包含汽水分离器2、除雾器、罗茨真空泵6和隔膜泵；活性炭吸附系统包含加碳平台18、活性炭吸附器7、引风机8和排气筒9；气体喷射系统包含空压机10；溶气注入系统包含配药箱12、溶气泵13、大气泡分离罐14和卷管器19。该装置中还设有触摸屏电柜17。

第一多相抽提真空系统和第二多相抽提真空系统中，汽水分离器2采用独特设计实现napl(非水相液体污染物)、地下水、土壤颗粒和气体的分离。汽水分离器2设有箱体，箱体内设有液位计15，通过联锁后续隔膜泵排水以保证系统的连续运行；为了防止系统泥沙沉积于箱体底部，箱体内还设有压缩空气反冲洗系统，箱体一侧设有汽水入口，箱体另一侧的下部设有排水口，箱体的顶部设有排气口；汽水入口通过管道与设置在污染产地内的多相抽提井群1连接，排水口处设有排水管道，排水管道上设有隔膜泵。

隔膜泵为气动隔膜泵，并与气体喷射系统的空压机10通过管道连接。气动隔膜泵的气源由空压机10供给，用于汽水分离器2排水和排泥。

除雾器由波形叶片、板片，以及包含卡条等的固定结构组成，用于分离从气液分离罐5中挥发出来的液滴，提高后续活性炭的吸附能力。除雾器内设有漏水保护传感器16。

第一多相抽提真空系统为水环式真空泵多相抽提系统，设有第一隔膜泵11-1和第一除雾器3-1；系统中汽水分离器2的排气口处通过管道与水环式真空泵4的一侧连接，水环式真空泵4的另一侧通过两条管道与气液分离罐5的一侧分别连接并构成循环回路。水环式真空泵4适用稳定运行于低流量、高真空度的系统。

气液分离罐5设有碳钢防腐材料制成的长方体箱体，用于水环真空泵补水及气液分离。箱体顶部设有第一除雾器3-1，第一除雾器3-1的另一端设有管道并依次连接活性炭吸附系统的活性炭吸附器7、引风机8和排气筒9。

第二多相抽提真空系统为罗茨真空泵多相抽提系统，设有第二除雾器3-2和第二隔膜泵11-2；系统中汽水分离器2的排气口与第二除雾器3-2连接，第二除雾器3-2的另一端设有管道并依次连接罗茨真空泵6以及活性炭吸附系统的活性炭吸附器7、引风机8和排气筒9。罗茨真空泵6适用稳定运行于中低真空度、高流量的系统。

第一多相抽提真空系统和第二多相抽提真空系统中的汽水分离器2可以优选为同一个一级汽水分离器，箱体上分别设有两套汽水入口、排水口和排气口，用于连接水环式真空泵多相抽提系统和罗茨真空泵多相抽提系统的其他部件。

活性炭吸附系统即尾气活性炭吸附系统中，加碳平台18由钢结构材料焊接而成，安装固定在活性炭吸附器7上方，方便人工投料及换料。

活性炭吸附器7内部设有颗粒状活性炭作为填料，用于吸附被处理气体中的有机污染物，使被处理气体得到净化。

引风机8内设有叶轮，通过转动产生负压，使前端系统中产生的废气从管道中抽至后端，并使经过净化后的气体经排气筒9高空排放。

气体喷射系统中，空压机10即空气压缩机以空气为压缩介质，产生压强约为0.6-0.8mpa的压缩空气可注入地下，同时还可将压缩空气供给气动隔膜泵作为泵的动力。

溶气注入系统中，配药箱12设有聚乙烯(pe)材料制成的圆桶形箱体，箱体顶部设有固体/液体药剂投加开口，并配有电动机和减速机，箱体内部设有与减速机连接的搅拌桨，箱体底部设有药剂出口和阀门；配置的液体药剂经由药剂出口通过输药管连接溶气泵13；溶气泵13通过管道与大气泡分离罐14连接，大气泡分离罐14的出口设有管道，管道的另一端为注射软管，用作药剂注射端；卷管器19采用不锈钢材料而成，用于快速收束注射软管，方便现场操作。

溶气泵13吸入气体后通过泵体加压形成小气泡并与液体药剂充分混合，经注射端释放后产生微气泡。

下面结合实施例对本发明提供的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置做更进一步描述。

实施例1

一种针对土壤与地下水污染的“多相抽提-强化脱附-生物修复”原位低耗组合接力修复装置，包含第一多相抽提真空系统、第二多相抽提真空系统、尾气活性炭吸附系统、溶气注入系统及气体喷射系统，并将以上系统集成在一个橇装式集成平台20上。

第一多相抽提真空系统为水环式真空泵多相抽提系统，包含汽水分离器2、第一除雾器3-1、水环式真空泵4、气液分离罐5和第一隔膜泵11-1。参见图1、图4、图5和图7所示。

汽水分离器2的尺寸为1000×1600×1300mm，采用独特设计实现napl、地下水、固体和气体的分离；其箱体内设置液位计15，通过联锁后续抽水泵以保证系统的连续运行；同时，为了防止系统泥沙沉积于箱体底部，箱体内还设有压缩空气反冲洗系统。

水环式真空泵4的流量为3.83m3/min，绝对压力为0.033mpa，功率小于或等于5.5kw，适用稳定运行于低流量、高真空度的系统。

隔膜泵选用气动隔膜泵，气源由空压机10供给，用于汽水分离器2排水和排泥。

气液分离罐5为碳钢防腐材料制成的长方体箱体，用于水环真空泵4补水及气液分离。

第一除雾器3-1主要是由波形叶片、板片，以及卡条等固定结构组成，用于分离从气液分离罐5中挥发出来的液滴，提高后续活性炭的吸附能力。

第二多相抽提真空系统为罗茨真空泵多相抽提系统，包含汽水分离器2、第二除雾器3-2、罗茨真空泵6和第二隔膜泵11-2。参见图2、图4、图6和图7所示。

汽水分离器2、第二除雾器3-2、第二隔膜泵11-2的设计及功能与以上第一多相抽提真空系统中的相应部件相同。

罗茨真空泵6的流量为5.73m3/min，绝对压力0.095mpa，功率小于或等于7.5kw，适用稳定运行于中低真空度、高流量的系统。

尾气活性炭吸附系统包含加碳平台18、活性炭吸附器7、引风机8和排气筒9。参见图1、图2和图4所示。

加碳平台18由钢结构材料焊接而成，安装固定在活性炭吸附器7上方，方便人工投料及换料。

活性炭吸附器7内部填料为颗粒状活性炭，用于吸附被处理气体中的有机污染物，使被处理气体得到净化。

引风机8通过叶轮转动产生负压，将前端系统中产生的废气从管道中抽至后端，净化后的气体经排气筒9高空排放。

排气筒9的直径为30cm，高度为15m，由镀锌管焊接而成。

溶气注入系统即注药系统，包含配药箱12、溶气泵13、大气泡分离罐14和卷管器19。参见图3和图4所示。

配药箱12为pe材料制成的圆形桶状箱体，其顶部设有固体/液体药剂投加开口，并配有电动机和减速机，内部设有与减速机连接的搅拌桨，底部设有药剂出口和阀门，并通过输药管连接溶气泵13。

溶气泵13通过管道与大气泡分离罐14连接，大气泡分离罐14的出口设有管道，管道的另一端为注射软管，用作药剂注射端。溶气泵13吸入气体后通过泵体加压形成小气泡并与液体药剂充分混合，经注射端释放后产生微气泡。

卷管器19为不锈钢材料而成，用于快速收缩注射软管。

气体喷射系统主要包含空压机10。空压机10以空气为压缩介质，将产生的压强约为0.6-0.8mpa的气体供给气动隔膜泵或者注入地下包气带。参见图1、图2和图4所示。

实施例2

一种用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，在使用时的过程包含：

s1、多相抽提系统运行期a：开启第一多相抽提真空系统，即水环式真空泵多相抽提系统，主要将单一液相或以液相为主的气液混合物从地下抽出，快速降低地下污染物负荷。

s2、多相抽提系统运行期b：关闭水环式真空泵多相抽提系统，开启罗茨真空泵多相抽提系统，主要将以气相为主的气水混合物或单一土壤气从地下抽出，进一步降低地下污染物负荷。

s3、强化脱附期：对于包气带土壤中的有机污染物，可以利用空压机10向包气带中注入压缩空气以降低气相污染物的分压，帮助有机污染物的脱附和抽出，强化污染物的去除效果；对于饱和带土壤和地下水中的有机污染物，可以利用溶气注入系统向饱和带注入溶气水以降低水相特别是非重力水污染物浓度、降低包气带土壤气中污染物的分压，促进污染物的脱附、扩散和抽出，强化污染物的去除效果。

强化脱附表现为1)通过压缩空气的注入，加大了包气带土壤颗粒表面的湍流程度，加大土壤中有机污染物向土壤气的扩散；2)通过包气带内压缩空气的注入降低了土壤气中污染物的分压，从而增加了污染物向土壤气中挥发的动力，并随着真空系统抽出；3)通过溶气水的注入，通过“抽”+“注“结合，加大了饱和带土壤颗粒表面的湍流程度，加大地下水中有机污染物从非重力水相向重力水相的扩散，强化了土壤相污染物向地下水相的脱附，并随着真空系统抽出；4)溶气水的注入，也直接降低也液相污染物的浓度，帮助土壤相污染物向地下水相的脱附。

s4、生物修复期：根据地下污染物的类型，选择适宜的菌种、营养剂、ph调节剂以及气体，利用单独设置的溶气注入系统注入到地下进行原位微生物修复以确保达到修复目标。

场地污染物的类型可为生物可降解有机物，在生物修复阶段向地下注入营养液或生物菌种，微气泡能够帮助营养液或生物菌种在地下的扩散和混合。另外，空气的引入可以同时帮助改变地下水的氧化还原电位，帮助好氧细菌的生长。当所用菌种为厌氧细菌时，可用氮气等代替空气注入。

s5、多相抽提系统运行初期，依次实行s1、s2；多相抽提系统运行中后期s2和s3同步执行；多相抽提结束后执行s4，以实现“多相抽提-强化脱附-生物修复”接力修复。

实施例3

一种用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，在使用时，如果针对的是修复中浓度污染场地，则对照实施例2中的过程，跳过步骤s1，交替执行s2和s3，于多相抽提结束后执行s4。

在使用时，如果针对的是修复低浓度污染场地，则对照实施例2中的过程，跳过步骤s1、s2、s3，直接执行s4。

实施例3中仅改变了修复的起始接力点，s2、s3、s4与实施例2中步骤相同。

本发明提供的用于土壤地下水污染的原位低耗组合接力修复装置，利用多相抽提-强化脱附-生物修复原位低耗组合接力修复技术，可以分别针对石化类场地污染物“高-中-低浓度”的特点，建立适用于长江经济带石化企业的绿色低耗组合修复技术装备。

本发明可以利用各系统不同的功能和最适工作区间，按序启用设备中不同的系统组合，对于高浓度有机污染土壤及地下水依次实行多相抽提-强化脱附-生物修复的组合接力修复方式，分步实现对该类场地地下污染物高-中-低浓度特点的针对性接力修复；或针对不同有机污染类场地中的具体污染状况，按需启用集成设备中一个或多个系统组合对污染进行修复，设备使用方法灵活多变，可以实现一机多用。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。