CN114643272B - 一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置。该装置有若干路平行的通道，每一路由电阻加热筒体、抽提装置和补水装置等组成，可以根据要求设定加热电压、补水电流、补水量和补水时间间隔，当筒内土壤电流小于补水电流设定值时，装置对筒体内土壤进行自动补水，本发明能实时检测筒内土壤的电压、电流和温度，并将实验数据进行自动保存，同时设有温度反馈单元，当土壤温度达到预期值后，能够使土壤温度保持恒定，本发明可以利用抽提装置将从土壤中逸散出来的气态污染物进行抽提并收集。借助本发明装置，可以揭示电阻加热过程中土壤污染物去除的物理机制，优化修复条件，提高修复效率，实现节能降耗，具有较大的推广价值。

Description

一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置

技术领域

本发明涉及污染土壤修复装置领域，特别涉及一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置。

背景技术

社会各界对污染场地的修复日益重视。有机污染场地存在污染物埋藏较深、开挖易形成二次污染等特点，宜采用土壤原位修复技术，该技术因其灵活性强、操作简单和对土壤扰动小等优势得到广泛关注。

土壤热脱附修复技术是指通过给土壤直接或间接加热，促使有机污染物挥发并收集去除的技术。热脱附技术可分为原位热脱附和异位热脱附，常见的原位热脱附技术有热传导热脱附技术、蒸汽热脱附技术和电阻热脱附技术。其中原位电阻热脱附技术是向土壤中插入电极，将土壤作为电阻，通电后形成电流回路，将电能转化为热能，使土壤温度升高，将污染物转化成气体，进而通过抽提的方式去除土壤污染物。

原位电阻热脱附技术相比于其他热脱附技术，具有升温速度快、施工方便、适用于各种复杂地质条件和对土壤扰动小等优点，该方法可使土壤加热到100-120℃，对大部分易挥发性有机物(VOCs)去除效果良好。但其修复机制不明导致的能耗过高等问题，严重限制了其发展，亟需通过小试试验摸索出电阻加热过程中土壤污染物去除的物理机制，优化修复条件，提高修复效率，实现可持续修复。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置，充分发挥多通道的优势，解决需要多次重复实验且没有平行组的问题，揭示电阻加热过程中土壤污染物去除的物理机制，优化修复条件。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置，所述多通道电阻加热装置有若干路平行的通道，每一路通道均包括集中控制触摸屏、给水箱、定量给水泵、给水控制器、电阻加热筒体、电极片、温度采集仪、盖体、电压控制器、温度控制器、收集瓶、抽气泵和风量控制器。

所述给水箱与定量给水泵相连，给水箱提供土壤电阻加热所需的水；所述定量给水泵与电阻加热筒体侧端相连，定量给水泵将从给水箱抽提出来的水输送至电阻加热筒体；所述电阻加热筒体上端具有盖体，所述盖体上装有电极片和温度采集仪，电极片实现对电阻加热筒体内土壤的加热，温度采集仪测量电阻加热筒体内土壤的温度，并将数据反馈给温度控制器；所述电阻加热筒体上端与收集瓶连通，所述收集瓶密闭且与抽气泵相连，抽气泵实现对电阻加热筒体内气态污染物的抽提，从电阻加热筒体内逸散并抽提出来的气态污染物进入收集瓶；

所述给水控制器与定量给水泵连接，用于控制定量给水泵，所述温度控制器用于控制电阻加热筒体内的温度，所述电压控制器与电极片相连，对电极片供电，所述风量控制器与抽气泵相连，用于控制抽气泵的开关；

每一路中给水控制器、电压控制器、温度控制器和风量控制器的数据均传输至集中控制触摸屏；所述集中控制触摸屏通过控制电阻加热筒体内的给水量、电极片的电压、电阻加热筒体内的温度以及气态污染物的抽提实现对各路通道的独立控制，并显示电阻加热筒体内逸散并抽提出来的气态污染物进入收集瓶之后的结果数据。

进一步地，所述集中控制触摸屏上可显示电阻加热筒体内土壤的实时电压、温度和电流，并且每隔一段时间对数据进行自动保存，在自动运行状态下能控制8路通道，在手动运行状态下能控制单路或多路通道。

进一步地，所述给水箱内装有抽水管道，水从给水箱上部倒入，定量给水泵通过抽水管道将水从给水箱中抽出；所述给水箱下端连接有出水管道，给水箱内的水可通过出水管道排出；所述出水管道上装有控制阀门，控制阀门能控制出水管道的开关。

进一步地，所述给水控制器上可以设置补水电流、单次补水量和补水时间间隔，并通过电流表检测电阻加热筒体内土壤的电流传输至集中控制触摸屏，当电阻加热筒体内土壤的电流小于补水电流设定值时，给水控制器控制定量给水泵每隔一段时间对电阻加热筒体进行补水，直至电阻加热筒体内土壤的电流大于或等于补水电流设定值时，给水控制器控制定量给水泵停止对电阻加热筒体进行补水。

进一步地，所述定量给水泵与电阻加热筒体的连接部分装有给水喷头，给水喷头将给水均匀地喷入电阻加热筒体内。

进一步地，所述温度采集仪与温度控制器相连，所述温度控制器与电压控制器相连，温度控制器能根据要求将电阻加热筒体内的土壤控制在一定温度；所述电压控制器与电极片相连，对电极片供电，并且电压为可调交流电，电压范围为0-220V。

进一步地，在持续补水状态下，集中控制触摸屏可以控制给水控制器对电阻加热筒体中的土壤持续补水，直至土壤的温度达到温度控制器的设定值。

本发明的有益效果为：

1、多通道电阻加热装置一共有8路平行的通道，每个通道可独立控制，便于设置平行实验组，提高了小试实验的效率，缩短了实验的周期；

2、多通道电阻加热装置可以根据实验需要控制电阻加热筒体内土壤的温度，使土壤温度保持恒定，防止土壤温度一直上升而不能保持定温；

3、多通道电阻加热装置的补水端装有补水喷头，补水喷头能将给水均匀地喷入筒体内，使土壤的含水率尽可能地保持均匀，减小了实验误差；

4、借助该多通道电阻加热装置，我们能有效地探究和揭示土壤的升温规律和污染物的脱附机制，在此基础上，优化修复条件，指导中试试验，提高修复效率，实现节能降耗；

5、多通道电阻加热装置还能实现污染土壤电阻加热耦合化学氧化，能够揭示电阻加热及其耦合化学氧化条件下土壤中有机污染物的去除机制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置示意图。

附图标记：1.集中控制触摸屏、2.给水箱、3.抽水管道、4.出水管道、5.控制阀门、6.定量给水泵、7.给水控制器、8.电阻加热筒体、9.电极片、10.温度采集仪、11.给水喷头、12.盖体、 13.电压控制器、14.温度控制器、15.收集瓶、16.抽气泵和17.风量控制器。

具体实施方式

本发明提供了一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置。为明确本发明实施目的、实施技术方案和实施优点，下面结合附图与实施方式对本发明作进一步详细的说明，应当指出，对于本领域的普通方法人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也视为属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置，所述的多通道电阻加热装置包括集中控制触摸屏1、给水箱2、抽水管道3、出水管道4、控制阀门5、定量给水泵6、给水控制器7、电阻加热筒体8、电极片9、温度采集仪10、给水喷头11、盖体12、电压控制器13、温度控制器14、收集瓶15、抽气泵16和风量控制器17。

所述给水箱2与定量给水泵6相连，提供土壤电阻加热所需的水，给水箱2内连接有抽水管道3，给水箱2底端连接有出水管道4，实验前需将水从给水箱2顶部倒入，并没过抽水管道3的末端，给水箱2的水可通过出水管道4排走，出水管道4上装有控制阀门5，控制阀门5可以控制出水管道4的开关；所述定量给水泵6与电阻加热筒体8相连，将给水箱2 内的水通过出水管道4抽入电阻加热筒体8中，定量给水泵6与电阻加热筒体8的连接端口装有给水喷头11，给水喷头11将给水均匀地喷入电阻加热筒体8中；所述电阻加热筒体8 的盖体12上装有电极片9和温度采集仪10，电极片9为电阻加热筒体8内土壤的加热提供电压，温度采集仪10能够测量电阻加热筒体8内土壤的温度，并将数据反馈给集中控制触摸屏1；所述电阻加热筒体8与收集瓶15相连，从土壤中逸散并挥发出来的气态污染物进入收集瓶15，收集瓶15吸收抽提出来的气态污染物；所述收集瓶15与抽气泵16相连，抽气泵 16实现对电阻加热筒体8内气态污染物的抽提。

所述集中控制触摸屏1用于集成给水控制器7、电压控制器13、温度控制器14和风量控制器17的操作功能，能独立控制8路平行通道，集中控制触摸屏1上可显示电阻加热筒体8 内土壤的实时电压、温度和电流，并且每隔一段时间对数据进行自动保存，在自动运行状态下能控制8路通道，在手动运行状态下能控制单路或多路通道；所述给水控制器7与定量给水泵6相连，实现对定量给水泵6的控制，给水控制器7上可以设置补水电流、单次补水量和补水时间间隔，并通过电流表检测电阻加热筒体8内土壤的电流传输至集中控制触摸屏1，当电阻加热筒体8内土壤的电流小于补水电流设定值时，给水控制器7控制定量给水泵6每隔一段时间对电阻加热筒体8进行补水，直至电阻加热筒体8内土壤的电流大于或等于补水电流设定值时，给水控制器7控制定量给水泵6停止对电阻加热筒体8进行补水；所述温度采集仪10与温度控制器14相连，温度采集仪10将电阻加热筒体8内土壤的温度反馈给温度控制器14，温度控制器14与电压控制器13相连，实现温度控制，比如：实验所需的温度为60℃，那么通过对温度控制器(14)的设定，当温度高于60℃时，温度控制器(14)控制电压控制器(13)断电，那么电阻加热筒体(8)内的土壤温度不会继续上升，当土壤温度下降到60℃以下时，温度控制器(14)控制电压控制器(13)供电，土壤温度又会上升，进而将电阻加热筒体(8)内的土壤温度保持在60℃；温度控制器14能根据要求将电阻加热筒体8 内的土壤控制在一定温度，电压控制器13与电极片9相连，电压控制器13对电极片9供电，并且电压为可调交流电，电压范围为0-220V；所述风量控制器17与抽气泵16相连，用于控制抽气泵16的开关。

本发明还提供了一种实现用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置的具体步骤：

首先，将配置好的含有一定污染浓度和初始含水率的土壤装入电阻加热筒体8内，从给水箱2上部倒入配置好的含有一定盐度的去离子水，并确保水没过抽水管道3的末端，收集瓶15内装入用来收集气态污染物的有机溶剂，并确保有机溶剂没过收集瓶15管子的末端，将各部件连接好后启动电源；

其次，在集中控制触摸屏1上设置加热电压(0-220V)、补水电流、单次补水量(≥10ml) 和补水时间间隔(≥60s)，参数设置完毕后，可在集中控制触摸屏1上选择自动运行或手动运行，自动运行状态下8路通道同时控制，手动运行状态下8路通道可分别控制。

再次，在运行过程中，当某一路显示的电流值经过设定的补水时间间隔的等待，还是小于补水电流设定值时，给水控制器7控制定量给水泵6对电阻加热筒体8进行补水，补水量由单次补水量设定值决定。加完水后，再经过设定的补水时间间隔的等待，如果显示的电流值还是小于补水电流设定值时，给水控制器7控制定量给水泵6对电阻加热筒体8进行第二次补水。在此过程中，电阻加热筒体8内土壤一直在加热，随着温度的升高，电流也在变大，当电流大于补水电流设定值时，给水控制器7控制定量给水泵6停止对电阻加热筒体8进行补水；

最后，当电阻加热筒体8内土壤达到加热时间后，可在集中控制触摸屏1上控制风量控制器17，开启抽气泵16，抽气泵16将气态污染物从电阻加热筒体8抽入收集瓶15中收集，结束后可将数据从集中控制触摸屏1中拷出。

本发明研究一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置，原位土壤电阻热脱附技术具有升温速度快、施工方便、适用于各种复杂地质条件和对土壤扰动小等优点，但其修复机制不明导致的能耗过高等问题，严重限制了其发展和应用，该多通道电阻加热装置一共由8路平行的通道组成，每一路可实现独立控制，可根据污染土壤的种类、污染物的种类、修复温度和修复时间等因素设置加热电压、补水电流、补水量、补水时间间隔和运行时间，在过程中能对土壤电压、电流、温度等参数进行自动保存。借助本发明装置，我们可以揭示电阻加热过程中土壤污染物去除的物理机制，优化修复条件，有效地指导中试试验，提高修复效率，实现节能降耗。

上述仅为本发明专利的实施方式而已，并不用于限制本发明专利。对于本领域技术人员来说，本发明专利可以有各种更改和变化。凡在本发明专利精神和原理内所做的任何修改、等同更替和改进等，均应包括在本发明专利的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置，其特征在于，所述多通道电阻加热装置有若干路平行的通道，每一路通道均包括集中控制触摸屏(1)、给水箱(2)、定量给水泵(6)、给水控制器(7)、电阻加热筒体(8)、电极片(9)、温度采集仪(10)、盖体(12)、电压控制器(13)、温度控制器(14)、收集瓶(15)、抽气泵(16)和风量控制器(17)；

所述给水箱(2)与定量给水泵(6)相连，给水箱(2)提供土壤电阻加热所需的水；所述定量给水泵(6)与电阻加热筒体(8)侧端相连，定量给水泵(6)将从给水箱(2)抽提出来的水输送至电阻加热筒体(8)；所述电阻加热筒体(8)上端具有盖体(12)，所述盖体(12)上装有电极片(9)和温度采集仪(10)，电极片(9)实现对电阻加热筒体(8)内土壤的加热，温度采集仪(10)测量电阻加热筒体(8)内土壤的温度，并将数据反馈给温度控制器(14)；所述电阻加热筒体(8)上端与收集瓶(15)连通，所述收集瓶(15)密闭且与抽气泵(16)相连，抽气泵(16)实现对电阻加热筒体(8)内气态污染物的抽提，从电阻加热筒体(8)内逸散并抽提出来的气态污染物进入收集瓶(15)；

所述给水控制器(7)与定量给水泵(6)连接，用于控制定量给水泵(6)，所述温度控制器(14)用于控制电阻加热筒体(8)内的温度，所述电压控制器(13)与电极片(9)相连，对电极片(9)供电，并且电压为可调交流电，所述风量控制器(17)与抽气泵(16)相连，用于控制抽气泵(16)的开关；

所述给水控制器(7)上可以设置补水电流、单次补水量和补水时间间隔，并通过电流表检测电阻加热筒体(8)内土壤的电流传输至集中控制触摸屏(1)，当电阻加热筒体(8)内土壤的电流小于补水电流设定值时，给水控制器(7)控制定量给水泵(6)每隔一段时间对电阻加热筒体(8)进行补水，直至电阻加热筒体(8)内土壤的电流大于或等于补水电流设定值时，给水控制器(7)控制定量给水泵(6)停止对电阻加热筒体(8)进行补水；在持续补水状态下，集中控制触摸屏(1)可以控制给水控制器(7)对电阻加热筒体(8)中的土壤持续补水，直至土壤的温度达到温度控制器(14)的设定值；

每一路中给水控制器(7)、电压控制器(13)、温度控制器(14)和风量控制器(17)的数据均传输至集中控制触摸屏(1)；所述集中控制触摸屏(1)上可显示电阻加热筒体(8)内土壤的实时电压、温度和电流，并且每隔一段时间对数据进行自动保存，在自动运行状态下能控制8路通道，在手动运行状态下能控制单路或多路通道；所述集中控制触摸屏(1)通过控制电阻加热筒体(8)内的给水量、电极片(9)的电压、电阻加热筒体(8)内的温度以及气态污染物的抽提实现对各路通道的独立控制，并显示电阻加热筒体(8)内逸散并抽提出来的气态污染物进入收集瓶(15)之后的结果数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置，其特征在于，所述给水箱(2)内装有抽水管道(3)，水从给水箱(2)上部倒入，定量给水泵(6)通过抽水管道(3)将水从给水箱(2)中抽出；所述给水箱(2)下端连接有出水管道(4)，给水箱(2)内的水可通过出水管道(4)排出；所述出水管道(4)上装有控制阀门(5)，控制阀门(5)能控制出水管道(4)的开关。

3.根据权利要求1所述的一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置，其特征在于，所述定量给水泵(6)与电阻加热筒体(8)的连接部分装有给水喷头(11)，给水喷头(11)将给水均匀地喷入电阻加热筒体(8)内。

4.根据权利要求1所述的一种用于小试中有机污染土壤修复的多通道电阻加热装置，其特征在于，所述温度采集仪(10)与温度控制器(14)相连，所述温度控制器(14)与电压控制器(13)相连，温度控制器(14)能根据要求将电阻加热筒体(8)内的土壤控制在一定温度；所述电压控制器(13)电压范围为0-220V。