[发明专利]一种基于蒸汽强化的原位热传导脱附系统及其工艺

说明书

本发明公开了一种基于蒸汽强化的原位热传导脱附系统，包括：柱状发热体，加热供能器、地下蒸汽生成管、测温装置、多相抽提井、排液管和真空抽气口；本发明还公开了一种基于蒸汽强化的原位热传导脱附工艺，该方法通过在特定的条件下，往地下蒸汽生成管加水，高温状态的柱状发热体会将加入的水迅速气化成水蒸气，生成的蒸气将直接进入待修复土壤中；本发明创造性的结合了蒸汽加热修复工艺和原位热脱附工艺，解决了传统蒸汽加热修复过程中，蒸汽温度过低，以及蒸汽在传递的过程中热量损失导致脱附效率低的问题，也解决了传统原位热传导修复过程中，土壤中气体定向流速缓慢的问题。

技术领域

本发明涉及土壤处理技术领域，特别是涉及一种基于蒸汽强化的原位热传导脱附系统及其工艺。

背景技术

持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)因为具有长期残留、生物蓄积、半挥发和高毒等特性，并能够在大气、水和土壤等环境中长距离迁移，最终通过食物链进入人体，引起了国际社会的广泛关注。研究发现长期慢性暴露POPs可能会导致癌症，损害中枢和外周神经系统，破坏免疫系统，破坏生殖力及影响婴幼儿正常发育；某些持久性有机污染物对人类的影响会持续几代，对人类生存繁衍和可持续发展构成重大威胁。

随着工业化和城镇化快速推进，一些涉及POPs的生产企业关闭或转产。由于生产设备陈旧、工艺落后、厂房简陋以及生产过程中的跑冒滴漏、“三废”排放等不可避免的会导致这些POPs化学品的生产厂址、有毒有害POPs废弃物的堆放地点及周边场地成为POPs污染场地。POPs污染场地的土壤失去了原有的理化及生物特性，对周围环境和人体造成明显的不利影响，必须加以治理才可重新利用。

热脱附技术是一种针对POPs场地污染修复技术已被验证、广泛采用的修复手段。热脱附技术是指向土壤输入热能，加热土壤及地下水，提高目标污染物的蒸气压及溶解度，促进污染物挥发或溶解，并通过土壤气相抽提或多相抽提实现对目标污染物去除的技术。POPs场地污染修复技术根据修复工程的位置可分为原位修复技术和异位修复技术。原位修复是指对污染场地中的污染物就地处置；异位修复是指将土壤挖出后再处理。原位热脱附技术根据加热特点主要可以分为热传导加热、电阻加热、蒸汽加热等。热传导加热指热量通过传导的方式由热源传递到污染区域从而加热地下土壤和地下水的原位热脱附技术。热传导加热可以通过电能等能源直接加热方式对加热井进行加热，也可以通过燃气等能源产生的高温热烟气等介质对加热井进行加热。电阻加热指将电流通过污染区域加热土壤和地下水的原位热脱附技术。电阻加热也称为电流加热等。蒸汽加热通过将高温水蒸汽注入污染区域，加热土壤和地下水的原位热脱附技术。

在传统蒸汽加热修复过程中，一般注入的蒸汽温度难以高于150℃，所以土壤加热的最高温度为100℃。传统蒸汽加热过程，本质上是水蒸气从注入端向抽提端的传质过程，因此不适用于渗透系数较小的区域，且不适用于地层均质性差的污染区域。在污染深度浅及污染范围大时，由于热量损失过大及蒸汽注入压力受限，限制传统蒸汽加热的应用。在蒸汽传递界面前端容易形成NAPL层，导致污染物的竖向迁移。

在传统原位热传导修复过程中，土壤加热温度主要取决于发热体的温度，因此加热的最高温度可以超过到700℃。传统原位热传导过程，本质上是热量从加热端向四周传热的过程，因此土壤(尤其是深层土壤)中，在修复中后期，土壤中土壤气的定向流速非常缓慢，此时污染物的脱附速度也大幅减慢。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：

对于现有技术中的蒸汽加热修复工艺，一般注入的蒸汽温度难以高于150℃，并且不适用于渗透系数较小和地层均质性差的污染区域；对于现有技术中的原位热脱附工艺，在修复中后期，土壤中土壤气的定向流速非常缓慢。

本发明提供了一种基于蒸汽强化的原位热传导脱附系统及其工艺，巧妙的解决了上述问题；具体的说，本发明提供的一种基于蒸汽强化的原位热传导脱附系统，包括：柱状发热体，加热供能器、地下蒸汽生成管、测温装置、多相抽提井、排液管和真空抽气口；