CN107052039B - 污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污染场地原位热脱附的电加热‑抽提/通风一体化装置,包括：电加热管、抽提井管、抽提控制阀、通气控制阀和抽气泵，抽提井管套在电加热管外，抽提井管上设抽提管口和通气管口，抽提控制阀设在抽提管口处，通气控制阀设在通气管口处，抽气泵与抽提管口相连。根据本发明的装置，解决了现有污染场地原位电加热脱附修复技术能耗较高、加热和抽提/通风不能在同一装置实现、及热利用率低等问题。该装置充分发挥电加热技术的优势，又便于工程操作和使用。本发明可根据场地各阶段治理情况，便捷地调整现场的三种功能布局，解决传统修复区域的气流的死区问题，提高气流扰动效果，保持原位方式却达到异位方式处置的效果。

Description

污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置

技术领域

本发明属于土壤修复技术设备领域，特别地，涉及污染场地原位电加热脱附修复技 术领域。

背景技术

原位热脱附技术是难治理的有机污染场地土壤地下水修复的一项重要技术，快速修 复易挥发或者难挥发的有机化合物污染的场地，对低渗透率的污染物场地有明显优势。这种技术，是通过加热污染场地，快速升温，来提高有机污染物与土壤分离、挥发，或 者流动性。然后通过抽提等方式捕捉和收集脱附后的污染物，进行集中处理。

原位热脱附技术的加热方式主要有：电阻式加热、蒸汽热空气直接加热和热传导加 热，而电加热作为热传导加热的新兴方式，将电能直接转换为热能，直接加热污染区域，具有加热系统设备简单、自动化程度高、现场条件要求低等特点，因此电加热将是原位 热脱技术中主流方式。

电加热的方式中，辐射管对管壁材质要求较高，且规格较大，不够灵活。电热管则对管壁要求相对较低，管径、长度可根据场地情况进行调节，适性强。现有原位电加热 脱附装置在场地修复应用中能耗较高，施工成本较高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种污染 场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，该装置能够实现加热和抽提/通风在同一装置同一点位实现，且在实际运用过程中可以根据实际处理情况进行加热、抽提和 通风等功能的调换。

根据本发明实施例的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，包括： 电加热管和抽提井管，所述抽提井管套在所述电加热管外，所述抽提井管上设有抽提管 口和通气管口；抽提控制阀，所述抽提控制阀设在所述抽提管口处；通气控制阀，所述通气控制阀设在所述通气管口处；抽气泵，所述抽气泵与所述抽提管口相连以抽提所述 抽提井管内的气体。

根据本发明实施例的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，将加热、 抽提和通风三种功能集于一体，实现一个装置多种功能，降低了施工成本，同时还便于施工和现场调解。

在一些实施例中，所述污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置还包括 设置在所述抽提井管外侧的具有过滤功能的隔尘网。隔尘网可以对抽提的气体进行过滤，减少颗粒物进入抽提井管内。

在一些实施例中，所述污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，还包 括：温度传感器，所述温度传感器用于检测装置或者装置所在环境的温度；控制器，所述控制器与所述电加热管、所述抽提控制阀、所述通气控制阀、所述抽气泵和所述温度 传感器电连接。

具体地，所述控制器控制所述抽提控制阀和所述通气控制阀独立开关，且当所述抽 提控制阀打开时、所述抽气泵启动运转。

具体地，所述污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，还包括与所述 控制器电连接的控制开关。利用控制器能够使得装置实现自动化控制，温度传感器检测环境温度后反馈给控制器，控制器能够控制电加热管的加热温度，此外控制器能够实现 根据实际工况要求开闭抽提控制阀和通气控制阀，完成抽提和通气功能的自由转换。

在一些可选的实施例中，所述温度传感器设在所述电加热管和所述抽提井管之间。

在一些可选的实施例中，所述抽提井管的管壁和底部设有通气孔或者通气缝。这样 的设计可以保证污染气体可以更多地被抽吸。

在一些实施例中，所述电加热管为1-6个U型管组成，当U型管大于2个时，采用 两层对角叠加方式排布；每个所述U型管的直径为10-50mm，U型管内部设置电阻丝， 并填充导热材料。从而能够增大产热量。

在一些实施例中，所述污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置的长度 为1-20m、直径为50-260mm。

在一些实施例中，装置调解所述抽提井管至预设温度，预设温度的范围为 200-600℃，所述抽提井管的影响半径为0.25-2.0m，抽提/通风量为0-160m³/h，功率为 1kw-20kw。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得 明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明 显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置的 结构示意图。

附图标记：

一体化装置10、电加热管1、抽提井管2、抽提管口2a、通气管口2b、抽提控制阀 3、通气控制阀4、抽气泵5、隔尘网6。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相 同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1描述根据本发明实施例的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一 体化装置10。

如图1所示，根据本发明实施例的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化 装置10，包括电加热管1、抽提井管2和抽气泵5。电加热管1套设在抽提井管2内， 抽提井管2上设有抽提管口2a和通气管口2b，抽提管口2a处设置有抽提控制阀3，通 气管口2b处设有通气控制阀4，抽气泵5与抽提管口2a相连以抽取抽提井管2内的气 体。

需要说明的是，这种装置使用时，需要在污染场地原位预设井洞，然后将抽提井管2埋设在井洞里。电加热管1位于抽提井管2内，而抽提井管2上通气管口2b可连通大 气，通气管口2b也可连接鼓风机。而抽提管口2a则需要连接抽气泵5，抽气泵5可为 真空泵或者其他类型的泵体，抽气泵5的具体类型这里不作限制。

装置10在运行的过程中，在抽提控制阀3和通气控制阀4的控制下，抽提管口2a 和通气管口2b可交替打开或者关闭，电加热管1可配合抽提控制阀3和通气控制阀4 的开闭而通断电。

具体而言，当电加热管1通电加热时，通过热辐射、热传导，热量传输至抽提井管 2周围的土壤，土壤温度逐渐上升，土壤内的污染物质(如有机易挥发物等)可脱附随 气流进入抽提井管2内。

当抽提控制阀3导通时，通气控制阀4关闭通气管口2b，同时抽气泵5启动运转， 抽气泵5抽出抽提井管2内的气体。抽气泵5可连接集气罐，抽提出的带有污染气体的 混合气体集中到集气罐中集中处理。

而当通气控制阀4导通时，抽提控制阀3关闭抽提管口2a，同时抽气泵5停止运转。由于抽提后抽提井管2内形成负压，因此当通气管口2b打开后，抽提井管2可利用负 压吸入大气。充入的空气不仅有利于保持管体内外气压的平衡，而且充入的空气流将使 土壤中污染物脱附，有利于污染物质的去除。

装置运行时，抽提管口2a和通气管口2b需要交替打开或者关闭，但是电加热管1的加热状态不做具体限制，电加热管1的任何加热状态均在本发明实施例所要保护的范 围内。电加热管1可以在装置10运行的全过程中保持持续加热状态，电加热管1也可 在通气时加热而抽提时断电，装置还可以在通气和抽提之间进行加热，即装置10可以 依次循环地进行通气-加热-抽提的过程。

由上述描述可以看出，本发明实施例提出的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通 风一体化装置10，克服了现有原位电加热脱附技术的诸多缺陷，如在场地修复应用中能耗较高问题，加热和抽提/通风不能在同一点位、同一装置中实现的问题，场地一旦开 展修复各点的功能就已固化，导致不能进行功能调换的问题。

本发明实施例的电加热-抽提/通风一体化装置10，相比现有技术具有如下突出且有 益的技术效果：

一、本发明集加热、抽提和通风功能为一体，实现一管多能，便于施工和现场调解，节省施工成本；

二、本发明适用于各种规模的场地污染的原位修复，可适用于任何地质情况的场地， 对挥发/半挥发性有机物物等难降解、难氧化的有机污染物及非水相流体污染都有很好 的适应性；

三、本发明可以根据场地情况灵活调节加热和抽提/通风的布局，以异位处置为目标， 可根据现场情况，实现气流的最大化脱附污染物的作用，由此达到了更高的科技水平，使整个场地区域得到均匀加热和修复，增大修复效率、降低能耗，节约成本；

四、本发明技术设计自动化程度高，同时充分考虑节能降耗。

在本发明的实施例中，抽提井管2可通过多种结构形式来吸入土壤中的气体，例如， 可将抽提井管2的下端敞开，抽提井管2形成倒置的杯子的形状，这样土壤中气体可从底部流入。也可以在抽提井管2的管壁上设置通气孔或者通气缝，这样通过抽提井管2 在埋入地下的管壁气体均能流入管中。还有的实施例中，可将抽提井管2的管壁设置成 通气材料，这种材料微观上具有透气孔，可通气体但是不通液体。

在一些示例中，可将抽提井管2的管径设置成50-260mm，管长1-20m，这样整个装置10的可工作部分的长度约为1-20m，装置10直径为50-260mm，将适应各种不同深度 和浓度的污染场地，发挥良好地去污效果。

在本发明实施例中，如图1所示，抽提井管2的外侧可设置具有过滤功能的隔尘网6，例如抽提井管2外可采用钢丝过滤网包裹构成隔尘网6。这种隔尘网6的设置，不会 阻碍气体的流通，但是会阻止气体在向抽提井管2流动的过程带动沙粒、黏土颗粒混入 管中，也就是说，隔尘网6可以对抽提的气体进行过滤，减少颗粒进入抽提井管2内， 避免这些杂物堵在管中导致气体抽提阻力过大的问题。

在本发明实施例中，每个抽提井管2内可设置多个电加热管1，以增加加热功率，提高脱污效率。电加热管1可直接连接供电设施，以简化工程现场电路布线。

电加热管1的形状、尺寸等规格以及电加热管1的数量可由实际工程需要而调整，例如，每个电加热管1的直径可选用40-150mm，电加热管1为1-6个，电加热管1可采 用U型管结构。当电加热管1为多个时，电加热管1可设置成层叠形状，电加热管1也 可采用对角叠加方式，从而节约空间，增大产热量及散热效率。具体地，当U型管大于 2个时，采用两层对角叠加方式排布；每个U型管的直径为10-50mm，U型管内部设置电 阻丝，并填充氧化镁等导热材料。

在本发明实施例中，装置10还包括控制器，控制器与电加热管1、抽提控制阀3、 通气控制阀4、抽气泵5分别电连接，控制器控制着整体装置10的操作流程，从而控制 器可控制抽提控制阀3和通气控制阀4独立开关，且当抽提控制阀3打开时、控制器控 制抽气泵5启动运转。

控制器的设置实现了装置10的自动化运转，具体而言，电加热管1可通过设定的程序调节其加热温度，抽提和通气功能则通过一体化装置10配置的阀门自由切换，根据 场区的加热气流的状况，按照一定的规律调节此功能，实现整个场区内气流对污染物脱 附的最大化作用，可达到近似于异位热处理装置的效果。

在本发明实施例中，装置10还包括与控制器电连接的控制开关(图未示出)，控制开关可于输入操作人员的控制命令，例如开机、关机等动作。有的装置10上控制开关 用于切换装置10的三个功能，这就相当于控制开关的设置，可实现人工切换通气/抽提 /加热。通过按照一定的模式调节场地内的加热、抽提和通风措施的布局，增大修复效 率、降低能耗，节约成本。

可选地，装置10可通过电磁继电器实现对控制器功能开关的控制。

在本发明实施例中，控制器控制通气、抽提动作轮换的方式有多种，例如，控制器可通过预先设置的时间来控制通气时长、抽提时长、加热时长。

又例如，装置10还包括温度传感器，温度传感器用于检测装置10或者装置10所在环境的温度，控制器与温度传感器电连接。这样控制器可根据装置10或者环境的温度 来控制通气-抽提的轮换动作。这里，当抽提井管2埋在土壤里时，装置10的温度可为 电加热管1或者抽提井管2的温度，装置10所在环境温度可以是管周围土壤温度。

可以理解的是，温度传感器检测环境温度后反馈给控制器，控制器能够控制电加热 管1的加热温度，此外控制器能够实现根据实际工况要求，实现抽提控制阀3和通气控制阀4的开闭，完成抽提和通气功能的自动转换。

这里温度传感器可为热电偶传感器，热电偶传感器可设置于抽提井管2与电加热管 1之间。此处设置温度传感器，不仅安装方便，而且能够真实检测出电加热管1周围的 加热温度，温度传感器相当于电加热管1的温度监督官，避免电加热管1加热过高导致 损坏。

可选地，抽提井管2的内壁上设有碳钢管。碳钢管的设置可加大热量的传导率，而且温度传感器可固定在碳钢管上，使得温度检测更加容易。

在本发明实施例的供电控温调节装置调解加热井至预设温度时，温度范围为200-600℃，加热井的影响半径为0.25-2.0m，抽提/通风量为0-160m³/h，功率为 1kw-20kw。

根据本发明实施例的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置10，解决 了现有污染场地原位电加热脱附修复技术能耗较高、加热和抽提/通风不能在同一装置实现、及热利用率低等问题。

本发明中的一体化电加热装置10是经过整合和提升的创新装置，充分发挥电加热技 术的技术优势，又便于工程操作和使用。

本发明可根据场地各阶段的治理情况，便捷地调整井点的功能布局，解决传统加热 场地气流的死区问题，提高气流的扰动效果，保持原位方式却达到异位方式处置的效果， 具有较好的应用前景。

下面描述本发明一个具体实施例的电加热-抽提/通风一体化装置10的结构。

本实施例中的电加热-抽提/通风一体化装置10包括：电加热管1、抽提井管2、隔尘网6、传感器温度、控制器、控制开关、抽气泵5和鼓风机。

电加热管1设在抽提井管2内，隔尘网6设置在抽提井管2外侧。抽提井管2的上 端设有抽提管口2a和通气管口2b，抽提管口2a处设有抽提控制阀3，通气管口2b处 设有通气控制阀4。抽气泵5与抽提管口2a相连以抽提气体，鼓风机与通气管口2b相 连以充入气体。

抽提井管2的管壁和底部设有通气缝。

温度传感器设在电加热管1和抽提井管2之间，控制器与电加热管1、抽提控制阀3、通气控制阀4、抽气泵5和温度传感器电连接，控制器与控制开关电连接。

本实施例的电加热-抽提/通风一体化装置10一个具体应用如下所述：

某多环芳烃污染场地，污染最大深度8m，修复面积100平米，平均污染浓度为60mg/m³，用本发明中的电加热一体化装置10，开展修复污染场地。

抽提井管2外径为100mm，电加热管1的管径为60mm，加热功率为15kw。抽提井管 2的外壁底层0.5-4.0m处设置过滤狭缝(缝宽度为0.4mm，间距2.5mm，长度90mm，垂 直方向缝间距20mm，水平方向缝组间距15mm)，抽提井管2外用10-20目的钢丝隔尘 网6包裹，隔尘网6厚度为0.6cm。

在待修复场地共布置20个一体化装置10，控制目标温度为50℃，期间调节抽提和通气功能，先期为边缘通气，中部抽提；中期为边缘抽提，中部通气，后期根据现场情 况启动相应功能。该场地共修复时间为60天，耗电量为85200kwh场地修复完全达标。 比现有的电加热修复的修复时间加速了40％，电耗量节能了30％。

本实施例中的电加热-抽提/通风一体化装置10，它克服现有原位电加热脱附技术在 场地修复应用中能耗较高、加热和抽提/通风不能在同一点位、同一装置10中实现，场地一旦开展修复，各点的功能就已固化，不能进行功能调换等缺陷，该装置10可适用 于任何地质情况的场地，对挥发/半挥发性有机物等难降解、难氧化的有机污染物及非 水相流体污染都有很好的适应性。

本实施例中的电加热-抽提/通风一体化装置10是集加热、抽提和通风功能为一体的 全新装置10，并配有各功能的调节开关，能够实现自动化控制，降低了布置成本。加热管通过供电控温调节装置10调节其加热温度，抽提和通气功能则通过一体化装置10配 置的阀门自由切换，根据场区的加热气流的状况，按照一定的规律调节此功能，实现整 个场区内气流对污染物脱附的最大化作用，可达到近似于异位热处理处置的效果。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例 描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明 书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、 结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱 离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，其特征在于，包括：

电加热管和抽提井管，所述抽提井管套在所述电加热管外，所述抽提井管上设有抽提管口和通气管口，所述通气管口连通大气，所述抽提管口处设有抽提控制阀，所述通气管口处设有通气控制阀，在抽提控制阀和通气控制阀的控制下，抽提管口和通气管口可交替打开或者关闭，且抽提后所述抽提井管内形成负压，所述通气管口打开后所述抽提井管利用负压吸入大气；

抽气泵，所述抽气泵与所述抽提管口相连以抽提所述抽提井管内的气体；其中，

所述电加热管在装置运行的全过程中保持持续加热状态，或者所述电加热管在通气时加热而抽提时断电，或者装置在通气和抽提之间进行加热；

场地上设置多个一体化装置，每个所述一体化装置为一井点，根据场地各阶段的治理情况，调整井点的加热、抽提和通风措施的布局，解决传统加热场地气流的死区问题，提高气流的扰动效果，保持原位方式却达到异位方式处置的效果。

2.根据权利要求1所述的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，其特征在于，还包括设置在所述抽提井管外侧的具有过滤功能的隔尘网。

3.根据权利要求1所述的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，其特征在于，还包括：

温度传感器，所述温度传感器用于检测装置或者装置所在环境的温度；

控制器，所述控制器与所述电加热管、所述抽提控制阀、所述通气控制阀、所述抽气泵和所述温度传感器电连接。

4.根据权利要求3所述的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，其特征在于，所述控制器控制所述抽提控制阀和所述通气控制阀独立开关，且当所述抽提控制阀打开时、所述抽气泵启动运转。

5.根据权利要求3所述的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，其特征在于，还包括与所述控制器电连接的控制开关。

6.根据权利要求3所述的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，其特征在于，所述温度传感器设在所述电加热管和所述抽提井管之间。

7.根据权利要求1所述的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，其特征在于，所述抽提井管的管壁和底部设有通气孔或者通气缝。

8.根据权利要求1所述的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，其特征在于，所述电加热管为1-6个U型管组成，当U型管大于2个时，采用两层对角叠加方式排布；每个所述U型管的直径为10-50mm，U型管内部设置电阻丝，并填充导热材料。

9.根据权利要求1所述的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，其特征在于，装置的长度为1-20m、直径为50-260mm。

10.根据权利要求1所述的污染场地原位热脱附的电加热-抽提/通风一体化装置，其特征在于，装置调节所述抽提井管至预设温度，预设温度的范围为200-600℃，所述抽提井管的影响半径为0.25-2.0m，抽提/通风量为0-160m³/h，功率为1kw-20kw。

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