CN109799257A - 一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境岩土技术领域，尤其涉及一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统。该系统包括热蒸制备与供给子系统、相似试验模型子系统、数据采集子系统以及测试组件。本发明能实现对有机污染土体热蒸驱替修复过程的真实模拟，真正探明污染物在土体介质中传输去除过程，揭示有机污染土体热蒸驱替过程中多相介质相互作用机理，正确揭示驱替过程污染土体多相流运移演化规律，为有机污染场地工程修复设计参数优化和修复效果评价提供科学的基础试验数据和技术支撑。

Description

一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统

技术领域

本发明属于环境岩土技术领域，尤其涉及一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统。

背景技术

土壤是经济社会可持续发展的物质基础，关系人民群众身体健康，关系美丽中国建设，保护好土壤环境是推进生态文明建设和维护国家生态安全的重要内容。现阶段我国土壤污染问题极为严重，有机污染物超标现象突出。据《全国土壤污染状况调查公报》显示，以有机污染物为主要污染物的典型地块及其周边土壤污染状况：工业废弃地，超标点位占34.9％；工业园区，超标点位占29.4％；采油区，超标点位占23.6％；采矿区，超标点位占33.4％；污水灌溉区，超标点位占26.4％。高风险挥发性、半挥发性有机污染场地污染物以其量多、污染范围广、污染程度重、毒性高等特点已成为国际生态环境研究中的热点和焦点问题。随着《土壤污染防治行动计划》、《中华人民共和国土壤污染防治法》的颁布实施，有机污染土体的治理修复也迎来了新的发展机遇，同时，新的形势对我国污染场地修复技术发展提出了新的更高的要求。

《土壤污染防治行动计划》中明确规定污染场地治理与修复工程原则上应在原址进行，在原址上进行土壤修复更符合发展趋势，因此，现阶段应大力发展原位修复技术。热蒸驱替技术是将蒸汽/热空气联合注入至挥发性、半挥发性有机物污染的土体内，使污染物从土体中解吸附至热气流中，并随之被抽提至地面上进行后续无害化处理，热蒸驱替技术是当前国际及国内治理挥发性、半挥发性有机污染土体最为有效的原位修复技术。科学地分析和定量预测热蒸驱替过程中污染物在岩土体介质中运移规律，建立固-液-气多场多相耦合模型，合理确定修复工艺参数，是污染物修复工程设计的前提条件，只有这样才能有效地提高修复效率，降低修复成本。因此，开发能够合理反映多场多相耦合作用下有机污染物在土体各相态间的传输机制的室内三维模型试验系统是热蒸驱替技术研究需要首先突破的关键技术难题。

现有物理模型试验研究中，大多对污染物运移规律进行简单分析和认识，如通过有机污染物单向传输试验装置，进行单向传输状态下污染物传输影响因素确定，相态转化及修复效果定性评价；通过有机污染土多相流二维驱替传输试验装置，针对简单条件下的驱替过程开展定性或概念性观测试验和分析；在室内小型三维物理模型实验方面，国内外相关研究数量相对较少，一般对污染土修复进行概念化模拟，缺乏污染物迁移转化定量化分析，且尚没有成型系统产品。

总的来说，现有模型大多还只能针对简单条件从定性和现象上模拟简单的有机污染土体热蒸驱替现象，现有试验模型技术制约热蒸驱替理论发展的瓶颈问题在于：不能有效反映现场真实的复杂地质体系中的多场多相耦合(温度-渗流-应力-化学耦合)条件下，有机污染物在不同深度处的土体各相态间的传质效应和动力学机理；不能确定相关模型参数，无法为工程实际提供可靠、有效的设计参数和工艺流程；未能形成有效描述相关真实变化特征的数学模型，无法指导实际工况下的生产过程；不能恒温、恒压的向试验模型中精确输送蒸汽/热空气；相关试验装置不能实现数据自动化识别和采集，实验条件可控性差。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统，所述系统包括热蒸制备与供给子系统、相似试验模型子系统、数据采集子系统以及测试组件，其中：

所述热蒸制备与供给子系统包括供水单元、供气单元、气液混合器以及加热单元，所述气液混合器具有第一输入口、第二输入口和输出口，所述气液混合器的第一输入口和所述供水单元连通，所述气液混合器的第二输入口和所述供气单元连通，所述气液混合器的输出口和所述加热单元的输入口连通，所述加热单元具有输出口；

所述相似试验模型子系统包括伺服压力机、加载板、翻转支架、三维模型土筒、钢板、井体以及抽气井输送管，所述伺服压力机包括支架和纵向加载机构，所述纵向加载机构设置在所述支架的顶部，且，所述纵向加载机构的输出端可沿竖向运动，所述加载板设置在所述纵向加载机构的输出端上，所述翻转支架位于所述加载板的正下方，所述翻转支架的翻转轴沿水平向设置，所述三维模型土筒可绕所述翻转支架的翻转轴翻转，所述三维模型土筒的轴向沿竖向设置，所述三维模型土筒的轴向一端敞口，所述三维模型土筒的轴向一端通过所述钢板密封，所述三维模型土筒内存储有试验土体，所述井体设置有若干个，若干个所述井体中的一部分为注气井，所述注气井和所述加热单元的输出口连通，若干个所述井体中的另一部分为抽气井，所述抽气井和所述抽气井输送管连通；

所述数据采集子系统包括土体取样器、传感器、压力传感器、流量计量仪、真空泵、气液分离器、控制阀门、气体取样器、等离子体光催化VOCs处理器、有害气体监测装置、油水两相分离器、抽油计量泵、抽水计量泵、油收集器以及水收集器，所述传感器设置有多个，所述土体取样器和多个所述传感器均密封穿过所述三维模型土筒的侧壁，并进入到所述试验土体中，所述压力传感器设置在所述注气井的入口处及所述抽气井的出口处，所述流量计量仪布置在所述注气井的入口处与所述抽气井出口处，所述抽气井输送管和所述气液分离器连通，所述真空泵设置在所述抽气井输送管和所述气液分离器之间，所述气液分离器的上部具有第一出口，所述气液分离器的第一出口和所述气体取样器连通，所述控制阀门设置在所述气液分离器的第一出口和所述气体取样器之间，所述气液分离器的第一出口还依次和所述等离子体光催化VOCs处理器、所述有害气体监测装置相连通，所述气液分离器的下部具有第二出口，所述气液分离器的第二出口和所述油水两相分离器相连通，所述油水两相分离器的上部具有第一出口，所述油水两相分离器的第一出口依次和所述抽油计量泵、所述油收集器相连通，所述油水两相分离器的下部具有第二出口，所述油水两相分离器的第二出口依次和所述抽水计量泵、所述水收集器相连通。

进一步地，所述供水单元包括水箱和恒速计量泵，所述水箱通过所述恒速计量泵和所述气液混合器的第一输入口连通。

进一步地，所述供气单元包括高压空压机、高压储气瓶、气体流量控制器，所述高压储气瓶和所述高压空压机连通，所述高压储气瓶和所述气液混合器的第二输入口连通，所述气体流量控制器设置在所述高压储气瓶和所述气液混合器的第二输入口之间。

进一步地，所述加热单元包括恒压恒速计量泵、蒸汽/热空气发生器、纳米陶瓷隔热螺旋盘管、变频电磁感应加热器、温控阀门、纳米陶瓷隔热输送管，其中：

所述纳米陶瓷隔热螺旋盘管固定设置在所述蒸汽/热空气发生器内的上部，所述固定变频电磁感应加热器固定设置在所述蒸汽/热空气发生器内的下部，所述变频电磁感应加热器的感应加热线圈固定于所述纳米陶瓷隔热螺旋盘管上；

所述纳米陶瓷隔热螺旋盘管和所述气液混合器的输出口连通，所述恒压恒速计量泵设置在所述蒸汽/热空气发生器和所述气液混合器之间；

所述纳米陶瓷隔热螺旋盘管和所述纳米陶瓷隔热输送管的进口端连通，所述纳米陶瓷隔热输送管的出口端为所述加热单元的输出口；

所述温控阀门设置在所述纳米陶瓷隔热螺旋盘管和所述纳米陶瓷隔热输送管的进口端之间。

进一步地，所述支架包括底板、顶板以及两个立柱，所述底板和所述顶板相对设置，所述底板和所述顶板的两侧通过两个所述立柱连接。

更进一步地，两个所述立柱的相对面沿竖向均设置有滑槽，所述加载板的两端滑动设置在两个所述立柱的滑槽中，以对加载板的滑动进行导向。

进一步地，所述翻转支架包括两个相对的支杆，两个所述支杆均沿竖向设置在所述立柱之间，两个所述支杆的下端固定设置在所述底板上，两个所述支杆的顶端通过所述翻转轴连接。

进一步地，所述钢板的相对两侧均通过密封扣密封在所述三维模型土筒的轴向一端上。

进一步地，所述钢板和所述试验土体之间铺设有石英砂层。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统，能实现对有机污染土体热蒸驱替修复过程的真实模拟，真正探明污染物在土体介质中传输去除过程，揭示有机污染土体热蒸驱替过程中多相介质相互作用机理，正确揭示驱替过程污染土体多相流运移演化规律，为有机污染场地工程修复设计参数优化和修复效果评价提供科学的基础试验数据和技术支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统的布置示意图；

图2为图1中的伺服压力机的结构示意图；

图3为图1中的翻转支架的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统的布置示意图，参见图1，该系统包括热蒸制备与供给子系统、相似试验模型子系统、数据采集子系统以及测试组件。

结合图1，本发明实施例的热蒸制备与供给子系统包括供水单元、供气单元、气液混合器6以及加热单元，气液混合器6具有第一输入口、第二输入口和输出口，气液混合器6的第一输入口和供水单元连通，气液混合器6的第二输入口和供气单元连通，气液混合器6的第一输入口和加热单元的输入口连通，加热单元具有输出口。

进一步地，结合图1，本发明实施例的供水单元包括水箱1和恒速计量泵2，水箱1通过恒速计量泵2和气液混合器6的第一输入口连通。

进一步地，结合图1，本发明实施例的供气单元包括高压空压机3、高压储气瓶4、气体流量控制器5，高压储气瓶4和高压空压机3连通，高压储气瓶4和气液混合器6的第二输入口连通，气体流量控制器5设置在高压储气瓶4和气液混合器6的第二输入口之间。

进一步地，结合图1，本发明实施例的4加热单元包括恒压恒速计量泵7、蒸汽/热空气发生器8、纳米陶瓷隔热螺旋盘管9、变频电磁感应加热器10、温控阀门11、纳米陶瓷隔热输送管12，其中：

纳米陶瓷隔热螺旋盘管9固定设置在蒸汽/热空气发生器8内的上部，固定变频电磁感应加热器10固定设置在蒸汽/热空气发生器8内的下部，变频电磁感应加热器10的感应加热线圈固定于纳米陶瓷隔热螺旋盘管9上；

纳米陶瓷隔热螺旋盘管9和气液混合器6的输出口连通，恒压恒速计量泵7设置在蒸汽/热空气发生器8和气液混合器6之间；

纳米陶瓷隔热螺旋盘管9和纳米陶瓷隔热输送管12的进口端连通，纳米陶瓷隔热输送管12的出口端为加热单元的输出口；

温控阀门11设置在纳米陶瓷隔热螺旋盘管9和纳米陶瓷隔热输送管12的进口端之间。

本发明实施例的热蒸制备与供给子系统在实施时，供水单元的水箱1通过恒速计量泵2稳定的输送定量的水体，而高压空压机3、高压储气瓶4通过气体流量控制器5稳定地输送定量的气体，水体和气体在气液混合器6中混合后形成气液混合物，气液混合物通过恒压恒速计量泵7将气液混合物恒定的输送至蒸汽/热空气发生器8中并计量所输送的流量。蒸汽/热空气发生器8通过变频电磁感应加热器10对纳米陶瓷隔热螺旋盘管9中通过的气液混合物加热到100～300℃之间，并通过纳米陶瓷隔热输送管12的出口端输送出。

本发明实施例中，纳米陶瓷隔热螺旋盘管和纳米陶瓷隔热输送管材质相同，管材均由耐腐蚀性钢材制作而成，外镀纳米陶瓷隔热膜，从而使纳米陶瓷隔热螺旋盘管与纳米陶瓷隔热输送管具有良好导电导磁性、耐高温性、耐腐蚀性、良好的保温隔热效果；变频电磁感应加热器将其加热线圈均匀包裹于所述的纳米陶瓷隔热螺旋盘管和纳米陶瓷隔热输送管外表面上，使蒸汽/热空气的温度快速达到设定温度，并保证在产生和输运过程中温度恒定。

结合图1，本发明实施例的相似试验模型子系统包括伺服压力机13、加载板14、翻转支架15、三维模型土筒16、钢板17、井体21以及抽气井输送管26。

图2为图1中的伺服压力机的结构示意图，结合图1及图2，本发明实施例的伺服压力机13包括支架和纵向加载机构，纵向加载机构设置在支架的顶部，且，纵向加载机构的输出端可沿竖向运动，加载板14设置在纵向加载机构的输出端上。

进一步地，结合图1及图2，本发明实施例的支架包括括底板13.1、顶板13.2以及两个立柱13.3，底板13.1固定设置，底板13.1和顶板13.2相对设置，底板13.1和顶板13.2的两侧通过两个立柱13.3连接，形成一体。

具体地，本发明实施例的底板13.1可以为地面，两个立柱13.3立设在地面上。

进一步地，结合图1及图2，本发明实施例的两个立柱13.3的相对面沿竖向均设置有滑槽，加载板14的两端滑动设置在两个立柱13.3的滑槽中，在纵向加载机构的输出端作用在加载板14上时，加载板14可以沿着立柱13.3的滑槽进行竖向移动，以保证加载的平衡。

结合图1，本发明实施例的翻转支架15位于加载板14的正下方。图3为图1中的翻转支架15的结构示意图，结合图1及图3，本发明实施例的翻转支架15包括两个相对的支杆15.1和一个翻转轴15.2，两个支杆15.1均沿竖向设置在立柱13.3之间，两个支杆15.1的下端固定设置在底板13.1上，两个支杆15.1的顶端通过翻转轴15.2连接，翻转轴15.2沿水平向设置。

结合图1，本发明实施例的三维模型土筒16可绕翻转支架15的翻转轴15.2翻转，三维模型土筒16的轴向沿竖向设置，三维模型土筒16的轴向一端敞口，三维模型土筒16的轴向一端通过钢板17密封，三维模型土筒16内存储有试验土体19，井体21设置有若干个，若干个井体21中的一部分为注气井，注气井和加热单元的输出口连通，若干个井体21中的另一部分为抽气井，抽气井和抽气井输送管26连通。

进一步地，本发明实施例的钢板17的相对两侧均通过密封扣18密封在三维模型土筒16的轴向一端上，通过拆装密封扣18，可以实现钢板17在三维模型土筒16的轴向一端上的快速拆装。

另外，本发明实施例的钢板17和试验土体19之间可以铺设有石英砂层20。

本发明实施例的相似试验模型子系统在实施时，纵向加载机构作用在加载板上，加载板对试验土体进行压缩时，加载板需可深入至所述三维模型土筒内的所需位置，压缩完成后，加载板向上抬升至不影响试验进行的区域范围内，而翻转支架可使三维模型土筒转动，方便装卸所述的试验土体；将试验土体装入三维模型土筒内，三维模型土筒外镀纳米陶瓷隔热膜，保持三维模型土筒内温度恒定；由于石英砂层填在试验土体和钢板之间，钢板布设有与井体一致的钻孔，使井体便于插入土体内，且具有一定的密封性，而密封扣扣紧在钢板与三维模型土筒外，井体按照试验所设计数量及布置形式插入试验土体内，井体均由玄武岩纤维管材制成，具有良好的耐高温、强度高、抗酸碱腐蚀的特性，且侧壁均设有射孔，射孔区域处于有机污染土的区域内，在上覆石英砂层的区域内不设置射孔，从而减缓气体逃逸，使气流仅均匀扩散至有机污染土体内，而注气井还应外覆高分子聚合物陶瓷膜，该膜对气流从注气井注入土体内无影响，但其可阻止注气井附近的冷凝水、气、土颗粒回灌入注气井内，防止造成气井淤堵现象，从而使气体能流畅注入土体内。

结合图1，本发明实施例的数据采集子系统包括土体取样器22、传感器23、压力传感器24、流量计量仪25、真空泵27、气液分离器28、控制阀门29、气体取样器30、等离子体光催化VOCs处理器31、有害气体监测装置32、油水两相分离器33、抽油计量泵34、抽水计量泵35、油收集器36以及水收集器37，传感器23设置有多个，土体取样器22和多个传感器23均密封穿过三维模型土筒16的侧壁，并进入到试验土体19中，压力传感器24设置在注气井的入口处以及抽气井出口处，流量计量仪25布置在注气井入口处以及抽气井出口处，抽气井输送管26和气液分离器28连通，真空泵27设置在抽气井输送管26和气液分离器28之间，气液分离器28的上部具有第一出口，气液分离器28的第一出口和气体取样器30连通，控制阀门29设置在气液分离器28的第一出口和气体取样器30之间，气液分离器28的第一出口还依次和等离子体光催化VOCs处理器31、有害气体监测装置32相连通，气液分离器28的下部具有第二出口，气液分离器28的第二出口和油水两相分离器33相连通，油水两相分离器33的上部具有第一出口，油水两相分离器33的第一出口依次和抽油计量泵34、油收集器36相连通，油水两相分离器33的下部具有第二出口，油水两相分离器33的第二出口依次和抽水计量泵35、水收集器37相连通。

需要说明的是，本发明实施例的传感器的种类包括温度、压力、电导率、饱和度传感器，其均匀布置在三维模型土筒外壁开孔处，且可根据试验所侧重关注的参数灵活布设所述的土体取样器与所述的多种传感器。

进一步地，本发明实施例的传感器采用接地技术，传感器与一个等电位点或等电位面之间用低电阻导体连接起来，构成一个基准电位，从硬件角度消除不良干扰，实现降噪。

还需要说明的是，本发明实施例中，相似试验模型子系统和数据采集子系统中所有零件均由耐腐蚀性材料所制成。

另外，本发明实施例中，恒速计量泵、气体流量控制器、恒压恒速计量泵、伺服压力机、多种传感器、流量计量仪、油水两相分离器、抽油计量泵、抽水计量泵均通过无线网络与分析控制系统38相连，该分析控制系统的渗透率测试程序、孔隙度测试程序可由压力传感器和流量计量仪的监测数据计算得到试验土体的渗透率和孔隙度，且该分析控制系统采用数字滤波抗干扰技术，从软件的角度实现降噪，结合传感器的硬件降噪，二次降噪，将多个传感器之间干扰消除，获取真实的传输信号；另外，该分析控制系统，利用人工神经网络算法，进行数据深度学习，从而对污染物迁移过程进行准确预测分析。

进一步地，本发明实例中，高压空压机3的型号可以为HVFT-1/100，高压储气瓶4可以为KDZR-II，气体流量控制器5可以为BS-Y，恒压恒速计量泵7的型号可以为KD-100OA，伺服压力机13的型号可以为BISS-2370MS，传感器23的型号：电导率测量仪可采用安捷伦牌、温度传感器可采用Pt100，压力传感器24的型号可以为8252，油水两相分离器33中的油水界面探测器型号可以为UIT-200。蒸汽/热空气发生器8、纳米陶瓷隔热螺旋盘管9、纳米陶瓷隔热输送管12、土体取样器22、气液分离器28、等离子体光催化VOCs处理器31、有害气体监测装置32、油水两相分离器33等特殊组件均自行试制。

本发明实施例的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统的工作过程为：

首先进行试样装填：将三维模型土筒安装于翻转支架上，利用翻转支架将三维模型土筒旋转至方便填料的角度，向其中加入由原位取样得到的有机污染土或实验室配置的有机污染土，分层压实装填，计量所加入土体的质量，填土完成后利用翻转支架将三维模型土筒旋正，利用伺服压力机驱动加载板以设计压力对土体进行压缩，模拟不同深度的土体侧限压缩情况，一定时间后，卸载加载板，移动至不影响后续试验操作的位置处，迅速在污染土体上部填入石英砂至三维模型土筒表面，并将钢板置于石英砂上，钢板预留布设有与井体孔径相同的钻孔，并将井体按照所需要的布设形式穿过钢板插入试验土体内，为使井体便于插入土体内，消除气体逃逸，在井体与钢板接合处涂抹一定量的凡士林，并用密封螺母密封，使之具有良好的密封性，而后密封扣将钢板与三维模型土筒扣紧，保证密封性，并将纳米陶瓷隔热输送管与注气井相连，将抽气井与抽气井输送管相连。

然后，利用恒速计量泵抽取水箱内的水至气液混合器内，利用高压空压机抽取压力空气储存于高压储气瓶内，通过气体流量控制器抽取定量流量至气液混合器内，由恒压恒速计量泵抽取气液混合器内的两相物质至蒸汽/热空气发生器内，空气和水进入变频感应加热的纳米陶瓷隔热螺旋盘管，加热使盘管迅速达到高温状态，从而使蒸汽/热空气快速加热到预定的温度范围之内，该变频电磁感应加热器可加热最高温度至600℃，且可以精准控温，因此可以提供本试验系统所需的100℃～300℃的高温蒸汽/热空气，当蒸汽/热空气在螺旋盘管出口端附近达到温控阀门所设置的温度时，阀门导通，将蒸汽/热空气以设计温度，恒压、恒温的输送入纳米陶瓷隔热输送管，该输送管的纳米陶瓷隔热膜的隔热效果良好，对加热线圈的热损伤影响小，进而将蒸汽/热空气输送至注气井内。

随后，气体在试验装置内运移扩散，使污染物解吸附，随气体流动，在试验进行过程中，利用土体取样器采集土样进行后续分析，同时对所布设的温度、压力、流量、电导率、饱和度传感器降噪处理，采集运移过程中的各个参数，真空泵抽取抽气井内气流经抽气井输送管至气液分离器内，气液分离后，打开控制阀门对排出气体进行采样，采样结束后关掉阀门，气体流入等离子体光催化VOCs处理器中进行废气处理，在处理器后接入有害气体监测装置，废弃达标后可排入大气中；液体则进入油水两相分离器内，由抽油计量泵和抽水计量泵分别抽取收集油水两相物质，进行后续分析处理，该分离器可精准确定油水两相界面，防止抽油计量泵和抽水计量泵误抽液体。

分析控制系统对恒速计量泵、气体流量控制器、恒压恒速计量泵、伺服压力机、抽油计量泵、抽水计量泵进行自动化控制，同时，该系统基于无线网络实时收集多种传感器、流量计量仪、油水两相分离器传输信号，采用数字滤波抗干扰技术，从软件角度实现降噪，结合传感器的硬件降噪，二次降噪，将多个传感器之间干扰消除，获取真实的传输信号；利用分析控制系统的渗透率测试程序、孔隙度测试程序可由所述压力传感器和所述流量计量仪的监测数据计算得到所述的试验土体的渗透率和孔隙度；由分析控制系统根据油水分离器反馈的油水界面信号控制抽油计量泵和抽水计量泵，准确计量油水含量。分析控制系统，利用人工神经网络算法，进行数据深度学习，从而对污染物迁移过程进行准确预测分析。

最后，可利用分析控制系统查看所收集或所模拟的各种数据，实现可视化表征驱替过程。

综上所述，本发明实施例开发出一种更接近现场实际工况的室内三维模型试验系统，解决了多场多相耦合分析难、模型可靠性差、数据监测不准以及试验条件难以控制等技术难题，研发出高温蒸汽/热空气快速产生，精确控温与定量输送方法、技术和设备，建立了描述现场实际驱替条件的相似物理试验模型，实现热蒸驱替过程多参数实时准确测试，精确计量产出的气体和油、水两相液体，进行了有机物的无害化处理，实现自动化控制试验过程，实现可靠预测污染物迁移过程，即可实现对有机污染土体热蒸驱替修复过程的真实模拟，真正探明污染物在土体介质中传输去除过程，揭示有机污染土体热蒸驱替过程中多相介质相互作用机理，正确揭示驱替过程污染土体多相流运移演化规律，为有机污染场地工程修复设计参数优化和修复效果评价提供科学的基础试验数据和技术支撑。

以下所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所做出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (9)

1.一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述系统包括热蒸制备与供给子系统、相似试验模型子系统、数据采集子系统以及测试组件，其中：

所述热蒸制备与供给子系统包括供水单元、供气单元、气液混合器(6)以及加热单元，所述气液混合器(6)具有第一输入口、第二输入口和输出口，所述气液混合器(6)的第一输入口和所述供水单元连通，所述气液混合器(6)的第二输入口和所述供气单元连通，所述气液混合器(6)的输出口和所述加热单元的输入口连通，所述加热单元具有输出口；

所述相似试验模型子系统包括伺服压力机(13)、加载板(14)、翻转支架(15)、三维模型土筒(16)、钢板(17)、井体(21)以及抽气井输送管(26)，所述伺服压力机(13)包括支架和纵向加载机构，所述纵向加载机构设置在所述支架的顶部，且，所述纵向加载机构的输出端可沿竖向运动，所述加载板(14)设置在所述纵向加载机构的输出端上，所述翻转支架(15)位于所述加载板(14)的正下方，所述翻转支架(15)的翻转轴(15.2)沿水平向设置，所述三维模型土筒(16)可绕所述翻转支架(15)的翻转轴(15.2)翻转，所述三维模型土筒(16)的轴向沿竖向设置，所述三维模型土筒(16)的轴向一端敞口，所述三维模型土筒(16)的轴向一端通过所述钢板(17)密封，所述三维模型土筒(16)内存储有试验土体(19)，所述井体(21)设置有若干个，若干个所述井体(21)中的一部分为注气井，所述注气井和所述加热单元的输出口连通，若干个所述井体(21)中的另一部分为抽气井，所述抽气井和所述抽气井输送管(26)连通；

所述数据采集子系统包括土体取样器(22)、传感器(23)、压力传感器(24)、流量计量仪(25)、真空泵(27)、气液分离器(28)、控制阀门(29)、气体取样器(30)、等离子体光催化VOCs处理器(31)、有害气体监测装置(32)、油水两相分离器(33)、抽油计量泵(34)、抽水计量泵(35)、油收集器(36)以及水收集器(37)，所述传感器(23)设置有多个，所述土体取样器(22)和多个所述传感器(23)均密封穿过所述三维模型土筒(16)的侧壁，并进入到所述试验土体(19)中，所述压力传感器(24)设置在所述注气井的入口处及所述抽气井的出口处，所述流量计量仪(25)布置在所述注气井及所述抽气井出口处，所述抽气井输送管(26)和所述气液分离器(28)连通，所述真空泵(27)设置在所述抽气井输送管(26)和所述气液分离器(28)之间，所述气液分离器(28)的上部具有第一出口，所述气液分离器(28)的第一出口和所述气体取样器(30)连通，所述控制阀门(29)设置在所述气液分离器(28)的第一出口和所述气体取样器(30)之间，所述气液分离器(28)的第一出口还依次和所述等离子体光催化VOCs处理器(31)、所述有害气体监测装置(32)相连通，所述气液分离器(28)的下部具有第二出口，所述气液分离器(28)的第二出口和所述油水两相分离器(33)相连通，所述油水两相分离器(33)的上部具有第一出口，所述油水两相分离器(33)的第一出口依次和所述抽油计量泵(34)、所述油收集器(36)相连通，所述油水两相分离器(33)的下部具有第二出口，所述油水两相分离器(33)的第二出口依次和所述抽水计量泵(35)、所述水收集器(37)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述供水单元包括水箱(1)和恒速计量泵(2)，所述水箱(1)通过所述恒速计量泵(2)和所述气液混合器(6)的第一输入口连通。

3.根据权利要求1所述的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述供气单元包括高压空压机(3)、高压储气瓶(4)、气体流量控制器(5)，所述高压储气瓶(4)和所述高压空压机(3)连通，所述高压储气瓶(4)和所述气液混合器(6)的第二输入口连通，所述气体流量控制器(5)设置在所述高压储气瓶(4)和所述气液混合器(6)的第二输入口之间。

4.根据权利要求1所述的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述加热单元包括恒压恒速计量泵(7)、蒸汽/热空气发生器(8)、纳米陶瓷隔热螺旋盘管(9)、变频电磁感应加热器(10)、温控阀门(11)、纳米陶瓷隔热输送管(12)，其中：

所述纳米陶瓷隔热螺旋盘管(9)固定设置在所述蒸汽/热空气发生器(8)内的上部，所述变频电磁感应加热器(10)固定设置在所述蒸汽/热空气发生器(8)内的下部，所述变频电磁感应加热器(10)的感应加热线圈固定于所述纳米陶瓷隔热螺旋盘管(9)上；

所述纳米陶瓷隔热螺旋盘管(9)和所述气液混合器(6)的输出口连通，所述恒压恒速计量泵(7)设置在所述蒸汽/热空气发生器(8)和所述气液混合器(6)之间；

所述纳米陶瓷隔热螺旋盘管(9)和所述纳米陶瓷隔热输送管(12)的进口端连通，所述纳米陶瓷隔热输送管(12)的出口端为所述加热单元的输出口；

所述温控阀门(11)设置在所述纳米陶瓷隔热螺旋盘管(9)和所述纳米陶瓷隔热输送管(12)的进口端之间。

5.根据权利要求1所述的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述支架包括底板(13.1)、顶板(13.2)以及两个立柱(13.3)，所述底板(13.1)和所述顶板(13.2)相对设置，所述底板(13.1)和所述顶板(13.2)的两侧通过两个所述立柱(13.3)连接。

6.根据权利要求5所述的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，两个所述立柱(13.3)的相对面沿竖向均设置有滑槽，所述加载板(14)的两端滑动设置在两个所述立柱(13.3)的滑槽中。

7.根据权利要求5所述的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述翻转支架(15)包括两个相对的支杆(15.1)，两个所述支杆(15.1)均沿竖向设置在所述立柱(13.3)之间，两个所述支杆(15.1)的下端固定设置在所述底板(13.1)上，两个所述支杆(15.1)的顶端通过所述翻转轴(15.2)连接。

8.根据权利要求1所述的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述钢板(17)的相对两侧均通过密封扣(18)密封在所述三维模型土筒(16)的轴向一端上。

9.根据权利要求8所述的一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统，其特征在于，所述钢板(17)和所述试验土体(19)之间铺设有石英砂层(20)。