一种苯污染土地的处理方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911303825.X
(22)申请日 2019.12.17
(71)申请人 河南省地质环境规划设计院有限公
司
地址 450000 河南省郑州市中原区互助路
25号院1号楼
(72)发明人 任岳　常鹏　张备　王禹　朱小利　
王一豪　伊胜楠　吴洁琰　洪梦悦　
薛海峰　
(51)Int.Cl.
B09C 1/00(2006.01)
B09C 1/06(2006.01)
(54)发明名称
一种苯污染土地的处理方法
(57)摘要
本发明公开了一种苯污染土地的处理方法，
属于土壤修复技术领域。

本发明的苯污染土地的
处理方法包括如下步骤：对苯污染土地进行取样
检测，并根据取样检测结果和污染程度标准将苯
污染土地划分为高污染区和低污染区；在高污染
区打抽提井，用真空泵对抽提井中的气液混合物
进行抽取，对抽取出的气液混合物进行气液分
离，分离出的气相部分采用活性炭进行气相吸附
处理后排放，分离出的液相部分采用活性炭进行
液相吸附处理后收集；在低污染区，将被污染土
地开挖、取土壤，将取出的土壤进行除苯处理后
回填到低污染区开挖处。

本发明的处理方法对不
同污染程度的土地区域采取不同的处理方式，使
不同污染程度的土地都得到充分的治理修复，还
能降低施工成本。

权利要求书2页 说明书6页CN 110899312 A 2020.03.24
C N 110899312
A
1.一种苯污染土地的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)对苯污染土地进行取样检测，并根据取样检测结果和污染程度标准将苯污染土地划分为高污染区和低污染区；
2)在高污染区打抽提井，用真空泵对抽提井中的气液混合物进行抽取，对抽取出的气液混合物进行气液分离，分离出的气相部分采用活性炭进行气相吸附处理后排放，分离出的液相部分采用活性炭进行液相吸附处理后收集；
在低污染区，将被污染土地开挖、取土壤，将取出的土壤进行除苯处理后回填到低污染区开挖处。

2.根据权利要求1所述的苯污染土地的处理方法，其特征在于：步骤2)中抽提井的数量根据下式进行计算：
式中，N井为抽提井的数量；M总为待去除的污染物总质量，单位为kg；T为污染物去除所允许的最长时间，单位为d；R除为单井污染物去除速率，单位为kg/d。

3.根据权利要求2所述的苯污染土地的处理方法，其特征在于：单井污染物去除速率可按下式进行计算：
R除＝ηGQ
式中，η为效率因子，取值范围为0.9-1.0；G为抽提出的气液混合物中污染物的浓度，单位为kg/m3；Q为单个抽提井的抽提流量，单位为m3/d。

4.根据权利要求1所述的苯污染土地的处理方法，其特征在于：抽提井的数量取计算值N井和理论值N理论中较小的一个；
计算值根据下式进行计算：
式中，N井为抽提井数量的计算值；M总为待去除的污染物总质量，单位为kg；T为污染去除所允许的最长时间，单位为d；R除为单井污染物去除速率，单位为kg/d；
理论值根据下式进行计算：
N理论＝FA污染/(πR影2)
式中，A污染为污染面积，单位为m2；R影为抽提井的影响范围，单位为m；F为影响因子，一般取值为1.1-1.5。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的苯污染土地的处理方法，其特征在于：抽提井的井底位于对应的地下水位以下0.5-1m。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的苯污染土地的处理方法，其特征在于：步骤2)中除苯处理是将土壤在80-100℃之间加热1-5h。

7.根据权利要求6所述的苯污染土地的处理方法，其特征在于：步骤2)中将土壤加热时收集排放出的气体，进行活性炭吸附处理。

8.根据权利要求1所述的苯污染土地的处理方法，其特征在于：步骤2)中气相吸附处理时活性炭的用量根据下式计算：
M炭＝M总/[0.35a(P VOCs)m]
式中，M炭为需要使用的活性炭总量，单位为kg；M总为待去除的污染物总质量，单位为kg；P VOCs为污染物在气体中的分压，单位为psi；a和m为常数。

一种苯污染土地的处理方法
技术领域
[0001]本发明涉及土壤修复技术领域，更具体地说，涉及一种苯污染土地的处理方法。

背景技术
[0002]随着社会对环境问题的越来越重视，土壤污染问题也得到了广泛的关注。

对污染土地进行治理修复是污染土壤能够恢复并避免危害的关键，传统的土壤污染问题大多采用排土、客土改良等方式进行修复，但是这些方式对重金属污染类土壤具有较好的效果，对于有害有机物污染类的土壤污染不太适用。

因为有机污染物大多不溶于水，会吸附在土壤颗粒表面，较难以清除。

有机污染物流动性非常强，而且大多容易挥发，随着时间的推移，很快会出现严重下渗、扩散，污染面积会迅速扩大，进一步增加了治理难度。

[0003]申请公布号为CN109290356A的中国发明专利公开了一种多氯联苯污染土壤的治理方法，该方法包括将待修复土壤挖掘输送至搅拌机内，将淋洗液均匀喷淋在待修复土壤上并进行搅拌，然后将土著微生物与生物促生液混合后喷射或者注射到淋洗后的土壤中，5-7天后再次喷射或者注射生物促生液，接下来每天减半喷射或注射生物促生液持续25-30天。

在上述挖掘后的土地上，继续挖掘40-60cm深度的土壤，进行破碎，喷洒芬顿试剂并进行搅拌，养护48h，再添加水泥进行固化，之后将喷射促生液后的土壤回填。

[0004]该方法采用淋洗液和生物促生液对表层土壤先后进行喷淋，然后对深层土壤采用芬顿试剂和水泥进行处理，对于多氯联苯污染的土壤具有较好的处理效果，多氯联苯去除率高，而且避免了扩散。

但是，该方法仅针对多氯联苯进行处理，对于苯污染类的土地，由于苯与大多数试剂在常温常压下很难反应，采用上述方法很难将苯污染土地进行彻底治理修复。

发明内容
[0005]针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种苯污染土地的处理方法，该方法针对苯污染土地具有很好的治理效果。

[0006]为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种苯污染土地的处理方法，包括如下步骤：
1)对苯污染土地进行取样检测，并根据取样检测结果和污染程度标准将苯污染土地划分为高污染区和低污染区；
2)在高污染区打抽提井，用真空泵对抽提井中的气液混合物进行抽取，对抽取出的气液混合物进行气液分离，分离出的气相部分采用活性炭进行气相吸附处理后排放，分离出的液相部分采用活性炭进行液相吸附处理后收集；
在低污染区，将被污染土地开挖、取土壤，将取出的土壤进行除苯处理后回填到低污染区开挖处。

[0007]通过采用上述技术方案，本发明将苯污染土地先划分为高污染区和低污染区，并针对高污染区和低污染区采用不同的处理方式，在高污染区，采用抽提方式，抽提地下的土
壤气体、水体等到地面上，土壤中的有机污染物会随着气体、水体被抽出并被带到地面，然后进行相分离，并采用活性炭吸附处理；一方面将地下土壤中的污染物充分地从土壤中分离出来，将污染物与土壤分离后，新鲜空气会迅速填充土壤之间的孔隙；新鲜空气在土壤孔隙中的流动会破坏有机污染物在土壤颗粒表面的分布平衡，促进吸附相和溶解相中有机污染物的挥发，进一步提高了污染物的去除效率；另一方面，采用活性炭吸附处理后也能够充分地避免有机污染物造成二次污染。

[0008]本发明进一步设置为：步骤2)中抽提井的数量根据下式进行计算：
式中，N井为抽提井的数量；M总为待去除的污染物总质量，单位为kg；T为污染去除所允许的最长时间，单位为d；R除为单井污染物去除速率，单位为kg/d。

[0009]通过采用上述技术方案，可以计算确定抽提井的合理数量，以能够充分覆盖高污染区域，将高污染区域的污染物尽可能彻底地抽提出来，将污染危害降到最低。

[0010]本发明进一步设置为：单井污染物去除速率可按下式进行计算：R除＝ηGQ
式中，η为效率因子，取值范围为0.9-1.0；G为抽提出的气液混合物中污染物的浓度，单位为kg/m3；Q为单个抽提井的抽提流量，单位为m3/d。

[0011]通过采用上述技术方案，利用上式计算去除速率，能够较为准确地确定每个抽提井所能去除污染物的量及效率，为准确设置抽提井的数量提供了支撑。

[0012]本发明进一步设置为：抽提井的数量取计算值N井和理论值N理论中较小的一个；
计算值根据下式进行计算：
式中，N井为抽提井数量的计算值；M总为待去除的污染物总质量，单位为kg；T为污染去除所允许的最长时间，单位为d；R除为单井污染物去除速率，单位为kg/d；
理论值根据下式进行计算：
N理论＝FA污染/(πR影2)
式中，A污染为污染面积，单位为m2；R影为抽提井的影响范围，单位为m；F为影响因子，一般取值为1.1-1.5。

[0013]通过采用上述技术方案，本发明进一步提供了抽提井数量的更加合理的确定方法，在理论值(实际为理论最小值)和计算值之间依据一定的原则选取其中一个作为抽提井的数量值，此处选取理论值和计算值之中较小的一个，可以在保证抽提效果的基础上，兼顾施工周期，避免污染物影响持续时间过长造成危害，还能够降低施工成本。

[0014]本发明进一步设置为：抽提井的井底位于对应的地下水位以下0.5-1m。

[0015]通过采用上述技术方案，本发明限定了抽提井的深度，实际上抽提井的井底的底面处于该井对应的地下水位最低处以下0.5-1m，此种情况适用于污染区地下水位较浅而且地下水被污染的情况，这样设置抽提井的深度能够保证地下水被抽出进行污染消除，以避免被污染的地下水流动至其他位置而将污染物散播到更广泛的范围，造成无法预计的危害
并且增加治理难度。

[0016]本发明进一步设置为：步骤2)中除苯处理是将土壤在80-100℃之间加热1-5h。

[0017]通过采用上述技术方案，本发明将污染土壤进行较高温度的加热，能够使土壤中的污染物挥发出来，进而脱离土壤颗粒。

由于污染物为苯，在受热时非常容易挥发，因此上述处理能够较为彻底地将土壤中的污染物除净。

[0018]本发明进一步设置为：步骤2)中将土壤加热时收集排放出的气体，进行活性炭吸附处理。

[0019]通过采用上述技术方案，将加热时排放出来的气体进行活性炭吸附，可以将气体中的污染物进行吸附固定，避免造成二次污染。

[0020]本发明进一步设置为：步骤2)中气相吸附处理时活性炭的用量根据下式计算：M炭＝M总/[0.35a(P VOCs)m]
式中，M炭为需要使用的活性炭总量，单位为kg；M总为待去除的污染物总质量，单位为kg；P VOCs为污染物在气体中的分压，单位为psi；a和m为常数。

[0021]通过采用上述技术方案，可以精确计算活性炭的需用量，在保证能够充分去除污染物的同时降低成本。

[0022]综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、对不同污染程度的土地区域采取不同的处理方式，以使不同污染程度的土地都得到充分的治理修复，同时还能兼顾效率和成本。

[0023]第二、对高污染区采取打抽提井进行抽提后气液分离，并对气相和液相分别进行后续处理，实现了对高污染区的深层治理，有利于对下渗严重的污染物进行充分的处理。

具体实施方式
[0024]以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

[0025]本发明的苯污染土地的处理方法包括如下步骤：对苯污染土地进行取样检测，并根据取样检测结果和污染程度标准将苯污染土地划分为高污染区和低污染区；在高污染区打抽提井，用真空泵对抽提井中的气液混合物进行抽取，对抽取出的气液混合物进行气液分离，分离出的气相部分采用活性炭进行气相吸附处理后排放，分离出的液相部分采用活性炭进行液相吸附处理后收集；在低污染区，将被污染土地开挖、取土壤，将取出的土壤进行除苯处理后回填到低污染区开挖处。

[0026]污染程度标准可以视具体情况认为设定。

上述高污染区和低污染区的位置关系可以是低污染区在高污染区的外围，也可以是低污染区在高污染区的上部。

低污染区在高污染区上部是由于污染物的下渗，导致表层土壤中的污染物挥发，而下层的污染物很难挥发出来，进而形成了上层土壤污染程度低、下层土壤污染程度高的情况。

此种情况下，先在上部进行开挖取土、进行除苯处理，然后再打抽提井进行抽提，待抽提结束后，再进行回填。

[0027]低污染区开挖出来的土壤，先进行筛分预处理，除去较大的块状杂质，如建筑垃圾等。

在除苯处理后对土壤进行检测，如果污染物含量不合格，则对该土壤再次进行除苯处理。

[0028]在确定抽提井的数量时，在获得抽提井数量计算值和理论值的基础上，抽提井的数量也可以取计算值N井和理论值N理论中较大的一个。

[0029]在高污染区打抽提井的同时，可以在抽提井周围打通风井，以利于抽提时，新鲜空气从通风井进入土壤中，将土壤颗粒表面的有机污染物如非水相轻质液体(LNAPL)进行清理、带走。

为了提高上述效果，还可以从通风井中采用机械方式送风。

[0030]实施例1
本实施例以河南省LS县粗苯泄露污染土地治理为例进行说明，该次泄露事故共有9.8t 粗苯泄露，事故点附近有居民区、河流、农田，需谨慎妥善处理，以降低危害。

事故发生后先通过吸附棉毡吸附地表或水体表面的部分污染物，但是由于下渗等原因，事故点及其附近土壤中仍然存在较多的污染物，需要进行深层次的处理。

[0031]本实施例的苯污染土地的处理方法，包括如下步骤：
1)对苯污染土地进行检测。

[0032]在污染区域内，检测污染土地的土壤中苯含量、土壤中水分的苯含量、土壤中气体的苯含量，根据检测结果确定苯超标的污染区域。

[0033]由于此处土壤中存在渗出的地下水，因此，采用此部分渗出的地下水中苯含量代替土壤中的水分中的苯含量。

采集上述渗出地下水共9个样品，观测结果为无色略浑浊、微臭、可见少量浮油，采用吹脱捕集气相色谱-质谱联用方法检测。

土壤中气体中的苯含量检测共采样11个，采用吸附-解吸气相色谱方法检测。

[0034]测量确定地下水位深度为5.5m。

[0035]2)在确定的污染区域内，并根据取样检测结果和污染程度标准将苯污染土地划分为高污染区域和低污染区域，其中低污染区域在高污染区域的外围。

污染程度标准根据经验进行设置，本实施例中，用来划分高低污染区的污染程度标准为土壤中水体中苯含量为0.176mg/L或者土壤中气体中苯含量为16.8mg/m3，为了保证区域划分的连续性，结合这二者来划分形成高污染区和低污染区。

[0036]3)高污染区域的面积为875m2，在高污染区域内，水体中检测其苯含量平均值为0.337mg/L，超出国家标准32.7倍。

土壤中气体中苯含量检测平均值为29.7mg/m3。

[0037]高污染区待去除污染物总质量按照如下方式确定：根据高污染区的面积、检测获得的土壤气体、水中苯的含量，结合土壤的孔隙度等数据，处理深度按照低于地下水位0.5m 的深度，按照经验估算待去除污染物总质量为577.5kg。

[0038]在高污染区域内，先根据高污染区域的面积以及抽提井的抽提影响范围，由下式计算抽提井的理论数量：
N理论＝FA污染/(πR影2)
式中，F为重叠影响因子，一般取值为1.1-1.5，本实施例中取1.2；A污染为污染区域的面积，单位为m2；R影为抽提井的抽提影响范围，单位为m。

[0039]本实施例中，根据步骤1)中检测的结果，A污染为875m2。

R影可以根据检测结果来定，也可以根据经验值来确定，本实施例中根据经验值确定R影为2.5m。

计算可得出，N理论＝53。

[0040]4)根据待去除的污染物总质量、污染去除所允许的最长时间及污染物去除速率，由下式计算抽提井的数量：
式中，N井为抽提井的数量；M总为待去除的污染物总质量，单位为kg；T为污染去除所允许
的最长时间，单位为d；R除为污染物去除速率，单位为kg/d。

[0041]待去除的污染物总质量为577.5kg，污染去除所允许的最长时间为90d(为根据苯污染的风险评估确定)。

污染物去除速率可按下式进行计算：
R除＝ηGQ
式中，η为效率因子，取值范围为0.9-1.0，本实施例中取1.0；G为抽提出的气液混合物中污染物的浓度，本实施例根据采样检测，抽提出的气液混合物中污染物的平均浓度为97.6mg/m3(计算时可换算为kg/m3单位)；Q为单个抽提井的抽提流量，本实施例为0.95m3/ min(计算时可换算为m3/d单位)。

[0042]计算可得，N井＝48。

[0043]5)对比N理论与N井，考虑污染物的危害较为严重需及时处理，取抽提井的数量N＝48。

[0044]6)在确定抽提井的数量后，在高污染区域打48口抽提井，抽提井的位置应尽可能在高污染区域均匀分布并从整体上涵盖到高污染区域的所有面积。

井的深度为6m，直径为0.01m或0.02m。

[0045]然后安装真空泵以及气液分离器，真空泵的数量根据抽提井的分布，设置一个真空泵连接多个抽提井，一般情况下，一个真空泵连接5-10真空泵，本实施例中，一个真空泵连接8个真空泵。

[0046]然后对抽提井进行抽提，抽提时间为90d。

抽提时，伸入抽提井中的管道下端深入抽提井底部，抽提出来的气液混合物采用气液分离器进行分离，分离出的气相通入气相吸附器，利用活性炭进行气相吸附处理，气相吸附处理后的气体排放入大气。

[0047]气相吸附器中活性炭的用量根据下式计算：
M炭＝M总/[0.35a(P VOCs)m]
式中，M炭为需要使用的活性炭总量，单位为kg；M总为待去除的污染物总质量，单位为kg；P VOCs为污染物在气体中的分压，单位为psi；a和m为常数。

[0048]本实施例中，M总为577.5kg；根据气体中污染物粗苯的浓度为97.6mg/m3并结合检测时的环境参数，换算出，气体中粗苯的分压P VOCs为0.000432psi；根据经验，a取0.597，m取0.176。

计算可得，气体吸附所需的活性炭的质量为10.9t。

[0049]气液分离器中分离出来的液相通入液相吸附器，利用活性炭进行液相吸附处理，液相吸附处理后的液体进行收集，以备回收利用。

[0050]液体吸附器中所需的活性炭按照待去除污染物苯的量结合活性炭的吸附能力，计算出液体吸附器中所需的活性炭的总质量为6.81t。

[0051]上述气体吸附处理和液体吸附处理后的活性炭均可以对活性炭和苯进行回收利用。

[0052]7)在低污染区域，先确定该区域的范围，定位放线，然后对该区域进行土方清挖，清挖深度为0.8m，需要清挖的总土方量为225m3。

[0053]挖出的土壤进行破碎、筛分，去除大块的建筑垃圾等杂物，筛分后得到的土壤运送到土壤修复车间，运送过程中采用密闭容器盛装。

[0054]对待修复土壤进行除苯处理，具体是将待修复土壤分批送入烘干炉中，加热烘干，收集排放出来的气体，采用活性炭进行吸附后排放。

待修复土壤在转移或需要存放时，均堆放在HDPE防渗膜上，并在其上覆盖防渗膜，以尽量保持密闭状态。

[0055]加热的温度设置为80-100℃之间，本实施例中优选为95℃，加热烘干时间为1-5h，本实施例中优选为2h。

加热烘干后的土壤如果检验不合格，则再次进行除苯处理。

[0056]加热烘干后的土壤汇集，检验合格后运送回低污染区域进行回填，喷水，压实。

[0057]通过本实施的方法处理后，在验收过程中，在高污染区，多个采样点的土壤中气体中苯含量均低于0.06mg/L，甲苯含量低于0.31mg/L。

在多个采样点，地表水和地下水中苯含量低于0.01mg/kg，甲苯含量低于0.113mg/kg。

在低污染区，苯和甲苯的含量均在检测限以下，无法检测到。

[0058]实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，在打抽提井时，同时再打若干空气注射井，在从抽提井抽提气液混合物时，通过鼓风机向空气注射井中鼓入新鲜空气，以加快土层中的粗苯排出。

空气注射井的数量可以视具体情况设置，一般情况下，空气注射井的数量少于抽提井的数量，大概5-8个抽提井设置一个空气注射井。

[0059]实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，可以视具体情况，考虑污染物粗苯的去除较为彻底而在N理论与N井中选取N理论作为抽提井的数量。

其他实施例中，当N理论≤N井中时，则选择N井作为抽提井的数量。

实际操作时，也可以不按照上述公式计算，而根据经验设置较为密集的抽提井。

[0060]实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于，抽提井的深度为处于地下水位以下0.5-1m中的其他数值。

其他实施例中，被污染区域地下水位非常低而不受污染物影响时，抽提井的深度可以根据实际污染程度来确定，而不受限于地下水位的深度。

[0061]在其他实施例中，可以采用污染土地地表的空气中苯含量代替被污染土壤中气体苯含量。