烃类污染土壤热强化SVE工艺的设计与运行参数的研究

发布时间：2020-11-02 14:44

　　 近年来,烃类土壤污染问题日益严重,在生态环境、食品安全和人体健康等方面存在隐患,由于其具有挥发性和多样性等特点,增加了修复难度。因而,开发一套高效的热强化SVE烃类污染土壤修复系统至关重要,而国内目前多停留在单因素实验和浅层机理及动力学模型研究,对最佳运行参数和工艺的设计方面缺乏深入研究。论文对SVE、热强化SVE和含HC尾气后处理系统的现状进行系统分析总结。首先,通过自制的SVE反应装置和蒸汽热强化SVE反应装置,以尾气中HC组分浓度达到限定值所需的修复时间为评价指标,对烃类污染土壤的修复过程展开实验研究,探讨气提气体(流量、水蒸汽浓度、温度)、土壤(粒径、酸碱性)、有机污染物(类型和浓度)等参数对处理速率的影响,并通过响应曲面法,对多种参数进行系统优化。其次,通过红外光谱仪、比表面积及孔体积测试仪和扫描电镜等表征方法检测土壤修复前后的物化性质,分析SVE法土壤修复的机理,并分析土壤结构对修复速率的影响。此外,通过实验和COMSOL软件模拟,研究原位热脱附ISTD强化SVE技术过程中处理速率效果和土壤温度变化规律,分析加热井的布置对处理过程的影响。最后,根据实验结果和优化后的参数,以提高处理速率和综合利用烃类内能热为目标,设计一套基于热强化SVE+吸附法烃类气体处理+废气热量回用的新型处理系统。SVE修复土壤的实验结果表明:出口浓度随通气时间的延长而逐步降低,多种因素对修复速率均有影响,综合分析,温度是影响去除速率最主要的因素,80mL/min的通气速率、连续通气、80℃的床层温度为最优参数,吹脱时间为250min。土壤表征实验表明:污染的土壤红外光谱图中有机物基团振动强烈;未污染土壤比表面积最大,修复后土壤由于部分孔结构坍塌导致粒径下降,为18.968×10~(-3)mm;污染土壤表面更为平整,孔隙数较少;污染修复前后三种土壤元素含量不同,O元素呈现先增加后降低的趋势,除C、O外整体含量下降,Si、Al下降最严重。蒸汽热强化SVE修复土壤实验结果表明:采用响应曲面法进行优化,确定最优工艺参数:通气速率81mL/min、土量77mL、水蒸汽浓度14%,模型预测最短脱附时间213.58min,实验验证结果的平均值是224min,测定值与预测值之间相对误差为4.88%;进行土壤改性实验,污染物的去除速率为未改性碱改性土酸改性土盐改性土;不同污染物土壤其修复速率为正己烷甲醛汽油苯甲苯。修复处理前后的土壤红外光谱图说明,有机物的峰强度与土壤的酸碱性关联性不高,主要取决于污染物的组分;碱改性土壤比表面积最小,平均是1.137m~2/g,盐改性土壤比表面积大;加酸改变土壤表面但元素基本一致且O元素变化趋势相同,修复后Si含量下降,金属元素整体呈上升趋势。ISTD强化SVE修复土壤实验表明:当土量为5kg时,通气速率2L/min、温度200℃、土壤污染浓度17280mg/kg的脱附速率最快。温升实验和模拟结果对比发现:不同加热介质下升温规律大致相同,但速率不同,铁砂氧化铝;加热井个数相同时,均匀对称放置对土壤的平均加热效果好,随着加热井个数的增大,土壤升温速率上升且加热井的影响范围越大;四加热井四角布置最佳。根据优化参数,本文设计了一套系统,可实现吸附介质循环利用和内能的循环利用;进行了经济分析与内能循环计算,结果表明土壤中脱附的污染物燃烧产生的热量足够系统所需。
【学位单位】：北京石油化工学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X53
【部分图文】：

图 1-1 SVE 工作原理示意图Fig.1-1 Working principle diagram of SVE system20 世纪 80 年代初，德克萨斯研究院实地调研，证明 SVE 其成本不及挖、清洗法的 10%，修复速率却是它们的 5 倍以上[20]。由于成本低、可采用装置、可操作性强、不破坏土壤结构、可处理多种烃类组分、无二次污染，术被美国环保局大力倡导应用并列为“革命性技术”[21]。1982-2005 年美国 1污染场地修复中，SVE 修复场地的数量和土壤体积都位于首位，并且该技美国“国家优先名录”污染场地控制项目中占据了 25%的份额[22]。1982-2002 年美国超基金组织资助的土壤修复过程中所使用的修复技术统况如图 1-2 所示，由图可知 SVE 技术应用最广占 42%，原位固化修复技术他原位修复技术所占比例相对较小。

图 1-1 SVE 工作原理示意图Fig.1-1 Working principle diagram of SVE system 80 年代初，德克萨斯研究院实地调研，证明 SVE 其 10%，修复速率却是它们的 5 倍以上[20]。由于成本作性强、不破坏土壤结构、可处理多种烃类组分、无保局大力倡导应用并列为“革命性技术”[21]。1982-200复中，SVE 修复场地的数量和土壤体积都位于首位优先名录”污染场地控制项目中占据了 25%的份额[22]。02 年美国超基金组织资助的土壤修复过程中所使用的2 所示，由图可知 SVE 技术应用最广占 42%，原位固技术所占比例相对较小。

影响运行速率的因素和工程应用上。 技术运行速率影响因素的研究工程应用在，温度和有机物的饱和蒸汽压、土壤含水率的修复速率，研究人员对部分运行参数开展了研究。度度是影响污染物饱和蒸汽压的重要因素，饱和蒸汽压和及脱除能力的强弱直接相关。饱和蒸汽压随温度的升高的解吸性逐渐増强，烃类污染土壤的处理速率不断提吸附态烃类组分的脱除，利于污染物蒸汽相形成。dieck 等[23]研究了结合微波加热的修复效果，结果表明压≥70Pa 时，土壤的污染物残留浓度会非常低。Heron 分别升高 62℃和 77℃时，有机物的脱除量増加 2.6 倍和经过 37 天的修复，污染物残留浓度仅余 0.2%。
【参考文献】

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本文编号：2867179