[发明专利]一种基于涡流效应的污染土壤热脱附修复系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于涡流效应的污染土壤热脱附修复系统及其方法，该系统包括气体压缩单元、涡流换热反应器、热气体注入单元、气体抽提单元以及废液回收处理单元；所述方法包括气体循环加热及挥发性有机污染土壤修复。本发明以热脱附气为传热媒介，将气体压力转化为热脱附所需能量，利用涡流效应实现气体热量分离，高温气体用于热脱附，低温气体用于脱附废气中污染物的冷凝分离，实现气体和能量的双循环利用。具有经济、节能、环保的优势，可实现挥发性有机污染土壤的高效修复。

技术领域

本发明属于土壤污染修复技术领域，具体涉及一种基于涡流效应的污染土壤热脱附修复系统及方法。

背景技术

近年来，随着经济的飞速发展和产业结构的优化升级，城市企业搬迁后遗留的工业场地中苯系物、石油烃、氯代烃、氯代苯、多环芳烃、多氯联苯等挥发性有机污染物被高频检出。这些挥发性有机污染物具有浓度高、毒性大、种类多、易扩散等特点，对环境安全和人类健康造成严重危害，并影响城市退役工业用地的再开发利用。因此，寻找高效的土壤污染治理手段，逐步开展污染场地修复成为亟待解决的问题。

热脱附技术是通过直接或间接的热交换，将有机污染物加热到足够温度，以使其从土壤中得以挥发或分离，进而经过收集或直接处理达到土壤修复的目的。因该技术具有处理范围宽、处理效率高、设备可移动、修复成本低、修复后土壤可再利用等优势，被广泛用于挥发、半挥发有机污染土壤的修复。早在上世纪80年代，美国的超级基金项目已将热脱附技术用于污染土壤的修复。而我国对于热脱附技术设备的自主研发和应用起步较晚，现有技术、设备和经验缺乏，在工业场地治理修复领域缺乏核心竞争力。对此，新兴技术和设备的研发成为重点。CN112845561A公开了“一种热通风强化石油烃污染土壤原位修复方法”，将土壤气相抽提修复、热空气注入修复和土壤低温热脱附修复多次交替运行以提高修复效率。然而多技术的联用通常伴随着处理工艺复杂、设备规模大以及装备能耗高等缺陷。CN111408614B公开了“一种用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置”，通过特殊设计的加热装置结构在不增加设备规模的前提下实现了热空气的可循环利用，显著提升了设备处理的效率。CN112872004A公开了“一种土壤原位热脱附修复系统”，通过在多个加热井中心设置热量回收井，实现高温烟气回收后的再利用。然而，上述技术的热能均来源于燃料燃烧，在需要高修复成本的同时还会产生燃烧污染。对此，CN112658021A公开了“一种介质内循环强化热脱附土壤修复反应器及其方法”以及CN112658023A公开了“一种热风循环式间接热脱附土壤修复系统及其方法”通过循环加热土壤受热挥发自身产生的热脱附气的方式，实现了热风与土壤间的高效传热，增强了污染物的去除效果。可见，以热脱附气为传热媒介，充分利用热脱附过程及加热过程中的能量交换，设计高效、节能、环保的热量提供装置具有优异的应用前景。

涡流管是一种结构简单的能量分离装置，只需压缩空气后利用涡旋温度分离的原理，即可提升低品位热能的温度，同时制造内在冷源，实现温度不相等的两部分气流的分离。由于涡流管具有结构简单、易于搬运、操作方便，造价便宜等优点，已被成功应用于制冷制热（CN110411050A、CN210861776U、CN108050722B）、天然气分离（CN212431386U）、气体干燥（CN111790362A）、海水淡化（CN210559478U）等领域。据此，在热脱附修复有机污染土壤的过程中，对脱附气进行回收，利用涡流效应对脱附气中的挥发性有机污染物和水汽冷凝分离，同时部分气体经能量交换温度升高，再次用于土壤热脱附，可实现气体和能量的双循环利用。此外，根据土壤中污染物种类、浓度、环境因素的不同，通过简易可控的结构调整和参数调节，即可满足各种原位和异位土壤修复的需求，实现有机污染土壤的高效修复。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种基于涡流效应的污染土壤热脱附修复的系统。

本发明的第二目的在于提供一种基于涡流效应的污染土壤热脱附修复的方法。