周期性加药油气液三相抽提装置及其修复石油污染土壤的方法

摘要

本发明公开了属于石油污染环境原位修复技术领域的一种周期性加药油气液三相抽提装置及其修复石油污染土壤的方法。该装置中对周期性加药系统的操作是先用空气压缩机在压力0.2-0.7MPa条件下对气裂/加药井周围进行气动震裂3h，提高周围土壤的孔隙度，然后将营养元素和表面活性剂药品周期性地向注入井内注入，以促进土壤当地微生物的生长，促进土壤颗粒上污染物的分散和增溶，有利于石油污染物质的降解。本发明的装置和方法充分有效的利用所加药品，节省药品成本，周期性加药有利于药品与石油烃污染物充分作用，提高修复系统的效率，对土壤中石油污染物的抽吸总体积提高达20%-40%，抽吸率提高达50%-65%。

说明书

技术领域

本发明属于石油污染环境原位修复技术领域，具体涉及一种周期性加 药油气液三相抽提装置及其修复石油污染土壤的方法。

背景技术

过去几十年，受历史时期经济技术条件及人们认识水平等多种因素的 制约，石油企业在为国家做出重大贡献的同时，也带来了一系列的环 境问题:油气开采过程中的废水、废气、落地原油、废气钻井液等污染 物排入环境会对水体、大气、土壤和生态环境造成影响。随着石油资 源的广泛应用，环境中的石油污染越来越严重。在石油生产、贮运、 炼制加工及使用过程中，也会有石油烃类的溢出和排放，造成油田和 石化工厂周围水体和土壤严重的石油污染。当今世界上石油的总产量 每年约有22亿t，其中17.5亿t是由陆地油田生产的。全世界每年有80 0万t进入环境，我国每年有近60万t进入环境，污染土壤、地下水、河 流和海洋，每年新增污染土壤 1x10⁵t。

20世纪80年代以来，土壤的石油污染问题成为世界各国普遍关注的环 境问题。应运而生的修复方法主要包括物理法、化学法和生物方法。 一般来说，早期治理石油污染土壤的方法主要是传统的物理(蒸汽法、 抽气法、有机溶剂法、水力冲洗法)和化学方法(氧化法、热处理法)， 这些方法所需时间短、见效快，但存在二次污染、处理费用高等弊端 ，不利于广泛的应用。生物修复是随着人们对土壤生态系统自身的动 态净化能力研究的深入，产生的应用人工生物干预土壤生态系统净化 污染能力的新技术，特别是添加生物表面活性剂或者生物表面活性剂 产生菌能够大幅缩短修复时间、提高修复效率,并且能够保持良好的环 境友好性。它以其独有的污染物降解彻底、不造成二次污染、操作较 简单及整体费用低、适用不同类型(原位/异位)的修复处理方式和能同 时恢复生态系统美化环境等优点，而成为最新、发展最快的治理技术 。到目前为止，通过生物修复技术改良受石油污染得土壤，被认为是 最有生命力，最具代表性的技术，它作为一种环境友好技术己成为了 国际科研的热点。

分析认为，所谓污染土壤的生物修复是指利用植物和微生物及其它生 物，将存在于土壤中的污染物移除或降解转化成为无害物质，使土壤 中污染物浓度降低到可接受水平。发达国家对生物修复技术非常重视 ，先后投入了大量资金用于土壤污染的恢复研究和应用，大量研究机 构和商业公司从事该项技术的研究工作。德国1995年用于净化土壤的 投资约60亿美元，美国90年代用于土壤修复的投资额超过百亿美元， 它们的研究证明，利用生物分解有毒有害物质的生物修复技术是治理 大面积污染区域的一种有价值的方法。

在土壤修复中，水溶性是影响污染物去除的重要因素，很多污染物都 是疏水性很强的物质，一般的水洗修复速度慢，而且效率低，近年来 人们通过加入各种添加剂来增强修复效果，这些添加剂能够促进土壤 颗粒上污染物的分散和增溶，从而达到缩短时间提高污染物去除率的 效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种周期性加药油气液三相抽提装置。

本发明的目的还在于提供基于周期性加药油气液三相抽提装置修复受 石油污染土壤的方法。

一种周期性加药油气液三相抽提装置，该装置由周期性加药系统和油 气液三相抽提系统组成，周期性加药系统中空气压缩机1和周期性加药 装置2分别与控制系统3相连，空气压缩机1与气裂管4相连，周期性加 药装置2与加药管5相连，气裂管4和加药管5分别与气裂/加药井6相连 ；油气液三相抽提系统中抽吸泵7分别与气液分离装置8和抽吸管18相 连，气液分离装置8分别与液环泵9和输送泵12相连，液环泵9、气体处 理装置10、气体回收装置11依次相连，输送泵12与水油分离装置13相 连，水油分离装置13分别与油相回收装置14和水相处理装置15相连， 水相处理装置15与水相回灌装置16相连，抽吸管18与抽吸井17相连。

基于上述的周期性加药油气液三相抽提装置修复石油污染土壤的方法 ，包括如下步骤：

1）用空气压缩机1在压力为0.2-0.7MPa下对气裂/加药井6周围进行气 动震裂3h；

2）开启周期性加药装置2将营养元素和表面活性剂注入气裂/加药井6 内， 加药9h，，然后停止气裂和加药12h，此次操作为一周期；

3）加药同时，开启抽吸泵7通过抽吸井17中的抽吸管18将石油污染物 抽取到地表面，进入气液分离装置8；分离出的气相通入气体处理装置 10，处理后通过气体回收装置11或排放；分离出的液相通入水油分离 装置13分离为油相和水相，油相通入油相回收装置14处理，水相通入 水相处理装置15处理后进入水相回灌装置16；

4）在开启油气液三相抽提系统的时候，重复步骤1）和2）进行周期性 加药，实时监测抽吸井渗出液的pH、COD、石油烃含量，当pH值为6-9 ，COD小于100mg/L，石油烃含量小于10mg/L时停止加药。

步骤2）所述的营养元素由氮、磷元素和微量元素组成，其中氮、磷添 加强度为：土壤中的污染物的碳元素含量与氮、磷元素的重量比C:N: P为100: (4-7): (0.8-1.3)；营养元素中的微量元素为镁、铁、钙 、铜、钴、锰、锌、硼、钼和硒，碳元素微量元素的重量比为1：（1 0^-8-10^-3）。

步骤2）所述的表面活性剂为常规表面活性剂，其质量为土壤中石油污 染物总质量的0.005-0.02。

本发明的有益效果为：1）在抽吸过程中周期性加药，极大地提高了石 油污染物以及重金属在土壤中的可降解性；2）水油混合物的抽吸、分 离一体化，设备结构紧凑，操作简单，可靠性高；3）石油烃类有机污 染物去除率在95％以上，一次性修复效果好；4）修复周期较短，修复 时间减少10%-25%，不产生二次污染；5）添加NLBS后处理系统的抽吸 总体积提高20%-40%，抽吸率提高50%-65%；6）在国内外有良好的推广 潜力，对加油站、石油产品生产、化工产品生产等造成的石油污染有 较好的处理效果，该发明具有广阔的市场前景。

附图说明

图1 为周期性加药油气液三相抽提装置示意图；

图中，1-空气压缩机、2-周期性加药装置、3-控制系统、4-气裂管、 5-加药管、6-气裂/加药井、7-抽吸泵、8-气液分离装置、9-液环泵、 10-气体处理装置、11-气体回收、12-输送泵、13-水油分离装置、14 -油相回收装置、15-水相处理装置、16-水相回灌装置、17-抽吸井、 18-抽吸管。

图2抽提系统在无加药与周期性加药后的抽吸总体积对比结果。

图3抽提系统在无加药与周期性加药后的抽吸率对比结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明：

如图1所示的周期性加药油气液三相抽提装置，该装置由周期性加药系 统和油气液三相抽提系统组成，周期性加药系统中空气压缩机1和周期 性加药装置2分别与控制系统3相连，空气压缩机1与气裂管4相连，周 期性加药装置2与加药管5相连，气裂管4和加药管5分别与气裂/加药井 6相连；油气液三相抽提系统中抽吸泵7分别与气液分离装置8和抽吸管 18相连，气液分离装置8分别与液环泵9和输送泵12相连，液环泵9、气 体处理装置10、气体回收装置11依次相连，输送泵12与水油分离装置 13相连，水油分离装置13分别与油相回收装置14和水相处理装置15相 连，水相处理装置15与水相回灌装置16相连，抽吸管18与抽吸井17相 连。

图2和图3分别反映了中试实验中添加周期性加药系统前后，抽提系统 抽吸总体积和抽吸率的对比，可看出周期性加药后整个抽提系统的去 除率和抽吸效率有明显提高，其中抽吸总体积可提高20% - 40%，抽 吸率提高50% - 65%。

2010年在辽宁省盘锦市辽河油田建立了一套上述周期性加药油气液三 相抽提装置，并利用上述装置原位修复受石油污染的土壤，步骤如下 。

1）用空气压缩机1在压力为0.2-0.7MPa下对气裂/加药井6周围进行气 动震裂3h；

2）开启周期性加药装置2将营养元素和表面活性剂注入气裂/加药井6 内，加药9h，，然后停止气裂和加药12h，此次操作为一周期；

3）加药同时，开启抽吸泵7通过抽吸井17中的抽吸管18将石油污染物 抽取到地表面，进入气液分离装置8；分离出的气相通入气体处理装置 10，处理后通过气体回收装置11或排放；分离出的液相通入水油分离 装置13分离为油相和水相，油相通入油相回收装置14处理，水相通入 水相处理装置15处理后进入水相回灌装置16；

4）在开启油气液三相抽提系统的时候，重复步骤1）和2）进行周期性 加药，实时监测抽吸井渗出液的pH、COD、石油烃含量，当pH值为6-9 ，COD小于100mg/L，石油烃含量小于10mg/L时停止加药。

步骤2）所述的营养元素由氮、磷元素和微量元素组成，其中氮、磷添 加强度为：土壤中的污染物的碳元素含量与氮、磷元素的重量比C:N: P为100: (4-7): (0.8-1.3)；营养元素中的微量元素为镁、铁、钙 、铜、钴、锰、锌、硼、钼和硒，碳元素微量元素的重量比为1：（1 0^-8-10^-3）。

步骤2）所述的表面活性剂为常规表面活性剂，其质量为土壤中石油污 染物总质量的0.005-0.02。