某石化企業(yè)污染場地修復(fù)工程量的計(jì)算過程分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u19592某石化企業(yè)污染場地修復(fù)工程量的計(jì)算過程分析案例 1208871.1土壤污染修復(fù) 1248341.1.1確定污染物、污染濃度及污染范圍 140691.1.2污染物及土壤的理化性質(zhì) 22591.1.3確定修復(fù)土方量 3135141.1.4計(jì)算污染物的質(zhì)量 3170921.1.5確定抽提氣體濃度 584041.1.6計(jì)算抽提井的影響半徑 789191.1.7計(jì)算抽提井、通風(fēng)井的數(shù)量 7275601.1.8抽提系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算 8313191.1.9確定修復(fù)時(shí)間 10209471.2風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 10174011.3除塵系統(tǒng) 11148871.3.1計(jì)算過濾面積 1136951.3.2除塵器選型 12222881.4氣液分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算并選型 13120131.1.1氣液分離器設(shè)計(jì)計(jì)算 13193351.1.2氣液分離器選型 15144671.5干燥器設(shè)計(jì)并選型 16265891.5.1干燥器設(shè)計(jì)計(jì)算 16325441.5.2干燥器選型 1610501.6地下水修復(fù) 1794251.7尾氣處理 17173841.8廢水處理 181.1土壤污染修復(fù)1.1.1確定污染物、污染濃度及污染范圍經(jīng)過場地初步調(diào)查，可以知道由于每個(gè)車間的生產(chǎn)工藝不同導(dǎo)致每個(gè)車間的污染狀況也不相同，對于污染物的修復(fù)可以考慮分區(qū)修復(fù)。通過場地調(diào)查，可以得到土壤污染物的檢測結(jié)果。如表4-1所示。表4-1污染物濃度深度h苯C1,2,3-三氯丙烷C1.5m4680mg/kg11.40mg/kg3.5m7.30mg/kg<0.5mg/kg1.1m2.24mg/kg9.5m26.00mg/kg10.5m11.40mg/kg1.1.2污染物及土壤的理化性質(zhì)污染物的理化性質(zhì)：苯以及1,2,3-三氯丙烷都屬于揮發(fā)性有機(jī)污染物，在修復(fù)土壤污染中可以采用氣相抽提的方法去除。具體污染物理化性質(zhì)如表4-2所示，通過更加詳細(xì)的場地調(diào)查、現(xiàn)場踏勘，得到土壤理化性質(zhì)如表5-3所示。表4-2污染物理化性質(zhì)污染物顏色狀態(tài)分子量相對密度沸點(diǎn)熔點(diǎn)溶解度苯無色液體780.879g/cm380℃5.5℃1.78×103mg/L1,2,3-三氯丙烷無色液體1471.39g/cm3156℃11.7℃2×103mg/L表4-3土壤理化性質(zhì)深度h孔隙度n天然密度巖土分類天然含水率W0~2.0m0.362.06粉質(zhì)黏土19.70%2~3.0m0.392.0121.10%3~1.00m0.402.00粉土21.50%4~6.00m0.421.9623.80%6~8.00m0.421.9521.10%8~10.0m0.451.91粉質(zhì)黏土27.9010~11.0m0.451.9028.4011~11.0m0.481.8731.6014~16.0m0.401.9925.50具體土壤分布狀況如圖4-1所示。圖4-1土壤地質(zhì)剖面圖1.1.3確定修復(fù)土方量 （5-1）式中：N—修復(fù)土方量；S—修復(fù)面積；H—平均污染深度。該項(xiàng)目場地東西南北邊界各約430m。已知污染集中區(qū)域的長為106m，寬為88m，則污染面積為88×106=9328m2。取平均污染深度為1.5m。1.1.4計(jì)算污染物的質(zhì)量1、所需計(jì)算的數(shù)據(jù)污染物原始數(shù)據(jù)如表4-4所示。土壤性質(zhì)原始數(shù)據(jù)如表4-5所示。表4-4污染物數(shù)據(jù)污染物分子量蒸氣壓苯7895mmHg1,2,3-三氯丙烷14730.9mmHg表4-5土壤性質(zhì)數(shù)據(jù)天然密度平均含水率孔隙度有機(jī)質(zhì)含量2g/cm325%0.43.1%2、計(jì)算堆積密度（1）干堆積密度假設(shè)基于1m3的土壤，則①計(jì)算土壤孔隙體積式中：VP—土壤孔隙體積；V—土壤體積，m3；n—孔隙度。②計(jì)算土壤顆粒占據(jù)的體積式中：V土壤顆?！寥李w粒占據(jù)的體積。③計(jì)算干燥土壤堆積密度單位換算：2g/cm3=2000kg/m3式中：—干燥土壤質(zhì)量，kg；—土壤密度，kg/m3。式中：—干燥堆積密度，g/cm3。④計(jì)算總堆積密度式中：—土壤水分質(zhì)量，kg；W—含水率，%。式中：—土壤濕重，kg。式中：—總堆積密度，kg/m3。3、土壤中污染物的質(zhì)量式中：—土壤中污染物的質(zhì)量，kg；X—污染物濃度，mg/kg；MS—土壤質(zhì)量。1.1.5確定抽提氣體濃度1、污染物的摩爾分?jǐn)?shù)：假設(shè)含有50%的甲苯和50%的1,2,3-三氯丙烷（基準(zhǔn)=1000g溶劑）式中：—B的摩爾質(zhì)量；M—摩爾分?jǐn)?shù)；m—分子質(zhì)量。式中：—摩爾分?jǐn)?shù)；n—混合物的物質(zhì)的量。2、抽提氣體體積濃度： （5-2）式中：PA—組分A在氣相中的分壓；Pvap—組分A的純液相蒸氣壓；xA—組分A在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。所以，苯的分壓為0.08125atm，其濃度為81250ppmV。所以，1,2,3-三氯丙烷的分壓為0.01424atm，其濃度為14240ppmV（1ppmV表示一百萬份體積的空氣中有一份的污染物）3、抽提氣體質(zhì)量濃度：在25℃下將體積濃度轉(zhuǎn)化為質(zhì)量濃度：1ppmV=MW/21.5式中：MW—污染物分子量。苯的質(zhì)量濃度：1,2,3-三氯丙烷的質(zhì)量濃度：抽提氣體中苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：1,2,3-三氯丙烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：1.1.6計(jì)算抽提井的影響半徑 （5-3）式中：Pt—距離氣相抽提井r處的壓強(qiáng)；Pw—?dú)庀喑樘峋膲簭?qiáng)；PR1—影響半徑處的壓強(qiáng)，為大氣壓強(qiáng)或者某預(yù)設(shè)值；r—與氣相抽提井的距離；R1—影響半徑；RW—?dú)庀喑樘峋陌霃?。因?yàn)楸敬雾?xiàng)目沒有進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)，查找文獻(xiàn)報(bào)告中的R1值范圍為9-30米，抽提井的壓強(qiáng)范圍為0.90-0.95atm。所以假設(shè)Pw=0.9atm，RW=5cm，距離抽提井6m的監(jiān)測井壓強(qiáng)Pt=0.99atm。通過計(jì)算可得氣相抽提井的影響半徑為10.5m，但是由于場地地下可能存在基樁以及土壤的性質(zhì)等都會影響抽提氣體的效果，所以取氣相抽提井的影響半徑為8m。1.1.7計(jì)算抽提井、通風(fēng)井的數(shù)量1、抽提井的數(shù)量 （5-4）式中：N井—抽提井的個(gè)數(shù)；A污染—污染面積；R1—影響半徑。所以取氣相抽提井的數(shù)量為100個(gè)。2、通風(fēng)井的數(shù)量在上述計(jì)算過程中，已經(jīng)根據(jù)污染物的濃度與理化屬性、污染范圍、土壤的滲透性、土壤的導(dǎo)熱系數(shù)、修復(fù)時(shí)間、修復(fù)目標(biāo)要求等確定了抽提井的數(shù)量。通風(fēng)井的布設(shè)原則與加熱井的布設(shè)原則類似，通過查找《污染土壤修復(fù)工程技術(shù)規(guī)范原位熱脫附（意見征求稿）》中的加熱井的布設(shè)原則可以推出通風(fēng)井的布設(shè)原則。由此我們可以知道通風(fēng)井的布置需根據(jù)場地條件、污染特征確定，一般為以通風(fēng)井為頂點(diǎn)的正六邊形或者正三角形，宜在4:1～1:1之間。根據(jù)場地條件選擇正六邊形分布，可以得到通風(fēng)井的數(shù)量=抽提井?dāng)?shù)量+2=102，所以需要102個(gè)通風(fēng)井。圖4-2正六邊形通風(fēng)井井布設(shè)圖4-3正三角形通風(fēng)井布設(shè)1.1.8抽提系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算1、計(jì)算抽提氣體流量在均質(zhì)土壤系統(tǒng)中的徑向達(dá)西流速μr可表示為：（5-5）其中，μr為距離抽提井r處的氣體流速。當(dāng)上式中r取RW時(shí)，即得到井壁處流速μW為： （5-6）式中：K—地層滲透率；—空氣粘度；PW—?dú)庀喑樘峋膲簭?qiáng)。通過查找資料可知：K=5×10-11μ=0.018厘泊=1.8·10-5N/s/m2PW=0.9atm=0.9×1.013×105N/m2=9.117·104N/m2運(yùn)用公式計(jì)算井壁的氣體流速：運(yùn)用公式計(jì)算單位井篩區(qū)域區(qū)間內(nèi)進(jìn)入氣體的流量：2、計(jì)算抽提泵的排氣流量假設(shè)抽提井的井篩深度為4m井內(nèi)氣體流量：抽提泵的排氣流量：1.1.9確定修復(fù)時(shí)間1、計(jì)算抽提速率 （5-7）式中：R—污染物抽提速率；G—抽提氣體濃度；Q—抽提氣體流量。2、計(jì)算修復(fù)時(shí)間計(jì)算污染濃度最高的苯。在苯修復(fù)的過程中1,2,3-三氯丙烷也去除完全。 （5-8）式中：T—修復(fù)需要的時(shí)間；M—需要修復(fù)去除的污染物的量；R—污染物抽提速率。所以修復(fù)苯的時(shí)間需要94天。1.2風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算及選型（5-9）P1—進(jìn)氣壓強(qiáng)，單位為Pa；P2—輸出壓強(qiáng)，單位為Pa；Q1—進(jìn)氣條件下的空氣流量，單位為m3/min。1、抽提井內(nèi)壓強(qiáng)：2、設(shè)為等溫膨脹，采用三個(gè)風(fēng)機(jī)，則計(jì)算所需理論功率為：3、假設(shè)等溫壓縮的效率為60%，則計(jì)算所需的實(shí)際功率為：（5-10）通過查找《給水排水設(shè)計(jì)手冊（第11冊）常用設(shè)備》（第三版）P482選擇2BEX355-1中的B型號真空泵可以滿足以上條件。表4-6風(fēng)機(jī)性能參數(shù)最低吸入絕壓轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速代號最大軸功率電機(jī)功率吸入排出口徑160420B7890200mm1.3除塵系統(tǒng)袋式除塵器是依靠纖維濾料做成的濾袋和濾袋表面上形成的粉塵層來凈化氣體的。在抽提過程中會將土壤顆粒帶入空氣中，一般進(jìn)入空氣的土壤粉塵顆粒較大，并且袋式除塵器應(yīng)用范圍廣泛，所以本次去除氣體中的土壤顆粒采用袋式除塵器。1.3.1計(jì)算過濾面積在25℃下的空氣流量： （5-11）式中：Q—實(shí)際氣體流量，m3/h；PN—當(dāng)?shù)貙?shí)際大氣壓，取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即PN=1.013×105Pa；TN—排煙溫度。所以總過濾面積： （5-12）式中：VF—過濾氣速，由于土壤顆粒較大，過濾氣速可取1.3~1.5m/h之間，取1.4m/h。1.3.2除塵器選型根據(jù)上述計(jì)算過程中的處理煙氣量和總過濾面積的數(shù)值，可以選擇除塵器的型號，參考《環(huán)境保護(hù)設(shè)備選用手冊》P89頁，采用JFC型機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹袋式除塵器。除塵器具體技術(shù)參數(shù)見表4-7，具體型號如圖4-6所示。表4-7JFC型系列反吹袋式除塵器技術(shù)參數(shù)型號過濾面積/m3風(fēng)量/m3·h-1濾袋條數(shù)/條外形尺寸JFC-25025015000~4500075Φ2530×7350設(shè)備殼體是按照旋風(fēng)除塵器流行設(shè)計(jì)的，具有初步除塵功能，濾袋使用壽命提高，布置方式采用梯形扁袋圓周布置，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，并且扁袋式振幅較大，利用高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行反吹清灰，清灰容易。由于采用的是氣相抽提技術(shù)處理揮發(fā)性有機(jī)污染物，土壤中的污染大部分被轉(zhuǎn)移到氣體中中了，所以布袋除塵器清灰之后的粉塵可以直接回填至土壤。圖4-4JFC型除塵器1.4氣液分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算并選型1.1.1氣液分離器設(shè)計(jì)計(jì)算由于氣體溫度不高，大概和空氣溫度相同，因此不需要冷卻氣體，所以選擇氣液分離器。氣液分離器可以分為重力分離器和絲網(wǎng)分離器。絲網(wǎng)分離器參數(shù)如表4-8所示。表4-8國內(nèi)絲網(wǎng)分離器參數(shù)型號規(guī)格絲網(wǎng)密度（kg/m3）空隙率絲徑mm標(biāo)準(zhǔn)型40~100型1500.983Φ0.2360~150型140~400型高效型60~100型0.97580~100型Φ0.12高穿透型20~100型1600.990Φ0.2330~150型70~140型通過查找文獻(xiàn)可以得知?dú)馊苣z粒徑分布，如表4-9所示。表4-9氣溶膠粒徑氣溶膠種類一般氣溶膠微生物氣溶膠植物氣溶膠燃燒產(chǎn)生的氣溶膠粒徑0.01~10μm0.01~100μm5~100μm0.1~1000μm從上表我們可以知道一般氣溶膠顆粒的粒徑在0.01~10μm之間，然后根據(jù)組成的不同會導(dǎo)致氣溶膠的粒徑大小改變，所以項(xiàng)目場地中抽提氣體中的氣溶膠顆粒由于帶有的是土壤顆粒物會導(dǎo)致氣溶膠粒徑增大，所以選擇采用立式重力氣液分離器。計(jì)算進(jìn)入氣液分離器的氣體流速： （5-13）式中：—與自由橫截面積相關(guān)的氣體流速，m/s；、—分別為液體和氣體的密度，kg/m3，空氣為1.293kg/m3，水為1000kg/m3；—常數(shù)，通常為0.107。通過計(jì)算可知最大氣體流速為2.97m/s，由上述進(jìn)入除塵器的氣體流速取1.4m/s可得進(jìn)入氣液分離器的氣體流速也在1.4m/s左右，為最大速度的1/3~1/2之間，又由圖4-5可知分離效率為99%。圖4-5分離效率和氣速的關(guān)系1.1.2氣液分離器選型根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇FQF-200型氣液分離器，具體設(shè)備參數(shù)如表4-10所示。表4-10FQF-200型設(shè)備參數(shù)型號進(jìn)氣溫度壓力降分離效率重量處理量FQF-200≤40℃≤0.002Mpa≥98%690kg20000m3/h具體氣液分離器型號如圖4-7所示。圖4-6FQF-200型氣液分離器1.5干燥器設(shè)計(jì)并選型1.5.1干燥器設(shè)計(jì)計(jì)算干燥器一般采用生石灰或者硅膠，不采用活性炭，因?yàn)樗謱钚蕴课接绊懞艽螅⑶腋稍锲饔没钚蕴恳膊豢赡苓_(dá)標(biāo)，而且很容易水飽和，還產(chǎn)生大量廢活性炭，本項(xiàng)目擬采用生石灰。CaO+H2O→Ca（OH）2從上面的公式可以得到1mol的生石灰吸收1mol的水，假定現(xiàn)在用500g的生石灰去吸收水分： （5-14）式中：n—摩爾數(shù)，mol；m—質(zhì)量；M—相對分子質(zhì)量。所以8.93mol的生石灰理論上可以吸收8.93mol的水。 （5-15）所以500g的生石灰可以吸收161g的水。整個(gè)進(jìn)入干燥器的氣體流量為54L/h，參照空氣中的含水率為1%，所以一小時(shí)進(jìn)入干燥器的水分有5.4L，即5400g。去除這些水分需要5400÷161×500=16875g=16.88kg的生石灰。1.5.2干燥器選型根據(jù)計(jì)算選擇XSG-16型干燥器，具體設(shè)備參數(shù)如表4-11所示。表4-11XSG-16型設(shè)備參數(shù)型號進(jìn)氣溫度壓力降分離效率重量處理量FQF-200≤40℃≤0.002Mpa≥98%690kg200m3/min1.6地下水修復(fù)此次修復(fù)過程中不涉及地下水的修復(fù)。1.7尾氣處理可知抽提苯的濃度為258375mg/m3，抽提1,2,3-三氯丙烷的濃度為85440mg/m3。初步?jīng)Q定采用活性炭吸附，通過查找《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996），可知苯排放的最大濃度限值為17mg/m3。根據(jù)《大氣污染控制工程》和原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來計(jì)算活性炭作用時(shí)間及其吸附量。，： （5-16）式中：α—靜活度值，%，取16%；ρb—活性炭堆積密度，kg/m3，取500kg/m3；L—吸附層厚度，取0.1m；v—?dú)怏w流速，m/s，參照袋式除塵器流速，取1.4m/s；ρ0—?dú)饬髦形廴疚锍鯘舛?，本工程取除塵器進(jìn)口濃度，kg/m3；在吸附作用時(shí)間內(nèi)的： （5-17）式中：Q—風(fēng)機(jī)風(fēng)量，m3/h；—吸附效率，取0.93。1.8廢水處理由于苯、1,2,3-三氯丙烷屬于揮發(fā)性有機(jī)物，不溶于水，只溶于有機(jī)溶劑，但是氣液分離的過程中還是會將部分有機(jī)污染物帶入水中，所以修復(fù)過程產(chǎn)生的廢水采用隔油池進(jìn)行處置。隔油池設(shè)計(jì)計(jì)算：污水中油珠的設(shè)計(jì)上浮速度斯托克斯公式： （5-18）式中：u—為靜水中相應(yīng)于直徑為d的油珠的上浮流速（一般不大于3m/h）；d—油滴粒徑（可以上浮的油滴的最小粒徑），cm；g—重力加速度，g=981cm/s2；—水的絕對粘度，Pa·s；—水中懸浮雜志碰撞引起的阻力系數(shù)，一般可取0.95；—實(shí)際油珠非球形的形狀修正系數(shù)，一般可取1.0；，—水和油珠的密度，g/cm3。假設(shè)要去除的油滴的最小粒徑為100μm，假設(shè)溫度為25℃，可以由圖4-6和圖4-7分別查出25℃時(shí)水的密度以及水的絕對粘度，可知ρy=0.998g/cm3，μ=0.0098g/cm3·s。在25℃時(shí)，油的密度為0.920g/cm3。根據(jù)上式計(jì)算油珠的上浮速度為：圖4-6水的密度與溫度的關(guān)系圖4-7水的絕對粘度和溫度的關(guān)系（2）隔油池的表面積①池內(nèi)水流的水平流速v：一般池內(nèi)水平流速v≤15u=0.6cm/s=6mm/s，且不大于0.9m/min（15mm/s），本項(xiàng)目中取中間值v=3mm/s②隔油池表面修正系數(shù)α由于隔油池的容積使用率不可能達(dá)到100%，而且還受到紊流的影響，