CN107185955A - 污染土壤原位涡流式热脱附系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污染土壤原位涡流式热脱附系统，包括：多个电加热‑抽提/通风一体化井，每个电加热‑抽提/通风一体化井均包括电加热管和抽提井管，抽提井管外套在电加热管上，抽提井管上设有抽提管口和通气管口。根据本发明的污染土壤原位涡流式热脱附系统，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，切换井点抽提和加热位点，提高气流的流动性，解决传统加热场地气流的死区问题，保持原位方式却达到异位方式处置的效果，本发明具有加热抽提功能自由切换、布局灵活、加热温度均匀、避免短路死区、场地适应性强、修复效率高等优点。

Description

污染土壤原位涡流式热脱附系统

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

目前我国的土壤污染状况严重，有机污染物对人体和环境带来的危害己经成为世界各国关注的环境焦点，土壤中典型的有机污染物包括苯系物、有机卤化物、石油烃类、农药和多氯联苯等。土壤环境中这些污染物质的存在可能会对附近人体和周边环境产生严重的不良影响,因此采用合理的技术手段来修复这些受污染土壤的工作刻不容缓。

作为高难度有机污染场地土壤修复的一项重要技术，原位热脱附技术可以在较短时间内修复大部分易挥发或者难挥发的有机化合物，而且在低渗透率的污染物场地中具有独特的优势。原位热脱附技术通过各种方式原位加热污染区域，大幅提高场地土壤和地下水的温度,从而促使区域内有机污染物与土壤分离、挥发，或者流动性增加。而挥发或分离后的污染物可在原位通过抽提等方法被捕捉、收集，并进行后期处理。

目前,现有的原位电加热脱附技术其加热井与抽提井布井方式单一，土壤内气体流动方向固定，热量分布不均，存在短路死区、修复效率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提出一种污染土壤原位涡流式热脱附系统，将加热井与抽提井一体化，有效避免土壤加热死区，加热棒持续加热容易短路损坏，气流方向单一等缺陷，该系统场地适应性强，为全自动化系统，从而更有效地去除土壤中的挥发和半挥发性有机污染物。

根据本发明实施例的污染土壤原位涡流式热脱附系统，包括：多个电加热-抽提/通风一体化井，每个所述电加热-抽提/通风一体化井均包括电加热管和抽提井管，所述抽提井管外套在所述电加热管上，所述抽提井管上设有抽提管口和通气管口，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。

根据本发明实施例的污染土壤原位涡流式热脱附系统，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。

在一些实施例中，在启动时所述多个电加热-抽提/通风一体化井均进行加热功能，当加热至设定条件后系统的控制器控制至少部分所述电加热-抽提/通风一体化井切换成抽提功能。

在一些实施例中，至少一个所述电加热-抽提/通风一体化井的抽提和加热功能交替进行。

在一些实施例中，至少两个所述电加热-抽提/通风一体化井的抽提功能交替进行。

在一些实施例中，在多个电加热-抽提/通风一体化井中，当一部分电加热-抽提/通风一体化井进行抽提时，其余的电加热-抽提/通风一体化井中至少一个进行加热；当所述的一部分电加热-抽提/通风一体化井转换成加热时，所述其余的电加热-抽提/通风一体化井中至少一个进行抽提。

在一些实施例中，相邻两个所述电加热-抽提/通风一体化井之间的距离为1-4m。

在一些实施例中，系统的控制器通过设定参数控制每个所述电加热-抽提/通风一体化井的抽提和加热的切换，所述设定参数包括设定时长、设定环境温度和设定井温中的至少一个，设定井温由一一对应地设在多个井内的温度传感器检测获得。

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土壤原位涡流式热脱附系统的结构示意图；

图2是本发明一个具体实施例中五个电加热-抽提/通风一体化井的排布示意图；

图3是图2所示实施例的五个电加热-抽提/通风一体化井中仅一井抽提时土壤内气流方向示意图；

图4是图2所示实施例的五个电加热-抽提/通风一体化井中有四井抽提时土壤内气流方向示意图；

图5是图2所示实施例的五个电加热-抽提/通风一体化井中有两井抽提时土壤内气流方向示意图。

附图标记：

污染土壤原位涡流式热脱附系统100、

一体化井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、通气网6、控制器9。

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-图5描述根据本发明实施例的污染土壤原位涡流式热脱附系统100。

如图1所示，根据本发明实施例的污染土壤原位涡流式热脱附系统100，包括：多个电加热-抽提/通风一体化井10，如图1所示，每个电加热-抽提/通风一体化井10均包括电加热管1和抽提井管2，抽提井管2外套在电加热管1上，抽提井管2上设有抽提管口2a和通气管口2b。如图1所示，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。如图1所示，抽气泵5与电加热-抽提/通风一体化井10的抽提管口2a相连以抽提抽提井管2内的气体。

需要说明的是，这种一体化井10使用前，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。本发明中整个系统可以仅设置一个抽气泵5，也可以设置多个抽气泵5。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，当然，抽提出的带有污染气体的混合气体可以直接连通到污染物处理装置中。

可选地，相邻两个电加热-抽提/通风一体化井10之间的距离为1-4m，井的布局比例可灵活调控，井与井之间的距离为1-4m可调，可避免传统抽提死区。具体而言，当井与井之间的距离小于1m时，过密的井本身对土壤中气流流通构成阻碍，导致气流流通受阻大，排污能力下降；而如果井与井之间的距离过大，相邻井中间的区域因离所井的距离都较远，井排污无法覆盖到，造成这部分区域形成抽提死区。

在本发明实施例中，电加热管11可直接连接供电设施，以简化工程现场电路布线。

系统在运行的过程中，每个井10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。

就一个电加热-抽提/通风一体化井10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，土壤内的部分污染物质(如有机易挥发物等)可蒸发成气体而流入到抽提井管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可抽出抽提井管2内的气体；而当通气控制阀4导通时，抽提控制阀3关闭抽提管口2a，此时抽气泵5无法抽提气体。

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，而且充入的空气可流动到土壤中与更多的污染物混合，促进气体流动性，有利于带动更多的污染气体流出。

井运行时，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也可在通气时加热而抽提时断电，井还可以在通气和抽提之间进行加热，即井可以依次循环地进行通气-加热-抽提的过程。

需要重点强调的是，本发明实施例的污染土壤原位涡流式热脱附系统100中包括多个电加热-抽提/通风一体化井10，因此该系统可在人工操作下或者自动控制下，实现至少一个一体化井10的功能切换，从而改变土壤中气体流动方向。

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。

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。

在本发明实施例中，实现土壤中气流流动方向切换的方式有多种。

如在一些示例中，至少一个电加热-抽提/通风一体化井10的抽提和加热功能交替进行，那么在这个电加热-抽提/通风一体化井10周围，每切换一次功能土壤中气流流动方向转换一次。

如在另一些示例中，至少两个电加热-抽提/通风一体化井10的抽提功能交替进行，那么在这两个电加热-抽提/通风一体化井10之间，每切换一次功能土壤中气流流动方向转换一次。

如在又一些示例中，在多个电加热-抽提/通风一体化井10中，当一部分电加热-抽提/通风一体化井10进行抽提时，其余的电加热-抽提/通风一体化井10中至少一个进行加热；当一部分电加热-抽提/通风一体化井10转换成加热时，其余的电加热-抽提/通风一体化井10中至少一个进行抽提。

为便于理解，下面以一个小区域五口井为例，分析其土壤气流流动方向变化。如图2所示，该小区域包括分别标号为A、B、C、D、E的五口井10。

图3为第一阶段下小区域土壤内气流流动方向示意，第一阶段下A、B、C、D四口井为加热井，E为抽提井。即在第一阶段A、B、C、D四口井均进行加热功能，而E井进行抽提功能，由于A、B、C、D环绕E设置，在E的抽提驱动下，A、B、C、D四口井周围土壤的气流也朝向E流动，因此第一阶段下小区域整体形成由周围向中心流动的气流分布。

图4为第二阶段下小区域土壤内气流流动方向示意，第二阶段下A、B、C、D四口井为抽提井，E为加热井。即在第二阶段A、B、C、D四口井均进行抽提功能，而E井进行加热功能，由于A、B、C、D环绕E设置，A、B、C、D四口井抽提周围土壤的气体，环绕在E周围的气流分别被A、B、C、D四口井抽提，因此第二阶段下小区域整体形成由中心向周围流动的气流分布。

图5为第三阶段下小区域土壤内气流流动方向示意，第三阶段下A、E、D三口井为加热井，B、C两口井为抽提井。即在第三阶段A、E、D四口井均进行加热功能，而B、C井进行抽提功能，B、C井抽提周围土壤的气体，A、E、D三口井周围土壤气体被分散流动到B、C处，因此第三阶段下小区域整体形成由对角线向另一对角流动的气流分布。

当然，由上述五口井10的功能切换后区域土壤内气流流动方向的描述可以看出，至少一个井功能切换后，整个区域内气流流动方向就会重新布局，而上述五口井10的切换方式不限于上述三种，在更多的变化中产生更多的气流布局。

在本发明实施例中为实现土壤中气流方向变动，可通过在系统中设置控制器9，控制器9与抽气泵5以及多个电加热-抽提/通风一体化井10的电加热管1、抽提控制阀3、通气控制阀4分别电连接。控制器9控制着整体系统的操作流程，从而控制器9可控制区域气流布局。

控制器9的设置实现了系统的自动化运转，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井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井的效果。

在一些实施例中，在启动时多个电加热-抽提/通风一体化井10均进行加热功能，当加热至设定条件后控制器9控制至少部分电加热-抽提/通风一体化井10切换成抽提功能。这样称整体加热再抽提的操作，使得土壤加热后形成一定气体量后再抽提，避免无气可抽导致的系统损坏。

具体地，系统100可包括多个温度传感器(图未示出)，多个温度传感器与多个电加热-抽提/通风一体化井10一一对应设置，每个温度传感器用于检测对应电加热-抽提/通风一体化井10或者该井所在环境的温度，多个温度传感器分别与控制器9电连接。这样控制器9可通过温度参数监控每口井的加热情况。

在一些实施例中，控制器9通过设定参数控制每个电加热-抽提/通风一体化井10的抽提和加热的切换，设定参数包括设定时长、设定环境温度和设定井温中的至少一个。

也就是说，电加热-抽提/通风一体化井10的工作模式是：可指定每个井功能切换时间，也可根据温度监测数据全自动调控井功能。自动调控方式为：当某个井内温度达到预期温度后，控制系统调节整流器，停止加热，该井的抽提控制阀3打开，真空泵启动进行气体抽提，当井内温度降到一定温度时抽提控制阀3关闭，真空泵停止工作，电加热管1继续加热，如此加热抽提循环启动达到土壤中气流旋转热脱附效果，避免传统的土壤原位热脱附中热量分布不均，抽提短路死区的问题。

由电加热-抽提/通风一体化井10内的电加热管1进行加热，真空泵抽出加热后蒸发的污染物，温度传感器实时监测井内温度，根据不同污染物所需不同温度全自动化控温，由此修复污染场地。

下面描述本发明一个具体实施例的污染土壤原位涡流式热脱附系统100的结构。

本实施例中的污染土壤原位涡流式热脱附系统100包括：电加热管1、抽提井管2、通气网6、传感器温度、控制器9、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，通气网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的管壁上设有通气缝。

温度传感器设在电加热管1和抽提井管2之间，控制器9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9与控制开关电连接。

本实施例的污染土壤原位涡流式热脱附系统100一个具体应用如下所述：

a、将若干个电加热-抽提/通风一体化井10插入污染场地，根据需要灵活调控所设井的功能，插入深度可调，为1-20米；

b、在污染场地表面铺设隔热层，隔热层采用地暖反射膜材料，最上层用水泥密封；

c、供电设施电连接若干个电加热-抽提/通风一体化井10，由加热抽提一体化井10内的加热管进行加热，真空泵抽出加热后蒸发的污染物，温度传感器实时监测井内温度，根据不同污染物所需不同温度全自动化控温，由此修复污染场地；

将本原位修复加热抽气一体化系统在某场地进行现场中试，场地采用10加热抽提井布局法。井与井之间的距离为2m，最小单元为等边三角形，加热抽提井中加热棒随长度每增加1m，其输出功率增加1KW，可指定加热抽提井功能切换时间，也可根据温度监测数据自动调控井功能。

系统运行过程中，随着井加热、抽提/通气功能自由切换，其气流实现涡流式，达到如异位土壤修复的效果。

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 (7)

1.一种污染土壤原位涡流式热脱附系统，其特征在于，包括：

多个电加热-抽提/通风一体化井，每个所述电加热-抽提/通风一体化井均包括电加热管和抽提井管，所述抽提井管外套在所述电加热管上，所述抽提井管上设有抽提管口和通气管口，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。

2.根据权利要求1所述的污染土壤原位涡流式热脱附系统，其特征在于，在启动时所述多个电加热-抽提/通风一体化井均进行加热功能，当加热至设定条件后系统的控制器控制至少部分所述电加热-抽提/通风一体化井切换成抽提功能。

3.根据权利要求1所述的污染土壤原位涡流式热脱附系统，其特征在于，至少一个所述电加热-抽提/通风一体化井的抽提和加热功能交替进行。

4.根据权利要求1所述的污染土壤原位涡流式热脱附系统，其特征在于，至少两个所述电加热-抽提/通风一体化井的抽提功能交替进行。

5.根据权利要求1所述的污染土壤原位涡流式热脱附系统，其特征在于，在多个电加热-抽提/通风一体化井中，当一部分电加热-抽提/通风一体化井进行抽提时，其余的电加热-抽提/通风一体化井中至少一个进行加热；当所述的一部分电加热-抽提/通风一体化井转换成加热时，所述其余的电加热-抽提/通风一体化井中至少一个进行抽提。

6.根据权利要求1所述的污染土壤原位涡流式热脱附系统，其特征在于，相邻两个所述电加热-抽提/通风一体化井之间的距离为1-4m。

7.根据权利要求1所述的污染土壤原位涡流式热脱附系统，其特征在于，系统的控制器通过设定参数控制每个所述电加热-抽提/通风一体化井的抽提和加热的切换，所述设定参数包括设定时长、设定环境温度和设定井温中的至少一个，设定井温由一一对应地设在多个井内的温度传感器检测获得。