CN115990609B - 一种土壤原位修复系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种土壤原位修复系统及其控制方法，包括：隔离围体，隔离围体内部具有修复空间；隔离围体用于插入目标土地，并在目标土地上隔离出与修复空间相对应的修复区域；加热装置，加热装置用于对修复区域内的土壤进行加热；注射装置，注射装置用于对修复区域内的土壤注射修复溶液；土壤检测装置，土壤检测装置设置在修复空间内，用于对修复区域内的土壤进行检测，以获取土壤性能数据；控制器，控制器与加热装置、注射装置以及土壤检测装置相连；控制器配置用于根据土壤性能数据来控制加热装置的加热电流和加热电压；控制器还配置用于根据土壤性能数据来控制注射装置的注射速度。本申请能够精确控制修复过程中的变量，确保稳定快速的修复。
Description
技术领域
本申请涉及土壤原位修复技术领域，尤其涉及一种土壤原位修复系统及其控制方法。
背景技术
随着工业发展以及产业结构升级的同时，大量污染物也进入土壤，使土壤环境质量发生恶化。当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化。土壤中微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累，其中的污染物直接或间接被人体吸收，危害人体健康。
污染土壤修复技术可以分为原位修复和异位修复两种。原位修复可以深层次污染的土壤进行修复。该方法经济有效，对污染物就地处置，使之得以降解和减毒，不需要建设昂贵的地面环境工程基础设施和远程运输，操作维护简单。但是，目前的土壤原位修复还处于发展阶段，修复过程控制不够精确，会增加土壤修复的时间，损耗更多的电能，容易造成能源的浪费。因此，本申请提出一种土壤原位修复系统及其控制方法。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题，提供一种土壤原位修复系统及其控制方法。
第一方面，本申请提供一种土壤原位修复系统，包括：
隔离围体，所述隔离围体内部具有修复空间；所述隔离围体用于插入目标土地，并在所述目标土地上隔离出与所述修复空间相对应的修复区域；
加热装置，所述加热装置用于对所述修复区域内的土壤进行加热；
注射装置，所述注射装置用于对所述修复区域内的土壤注射修复溶液；
土壤检测装置，所述土壤检测装置设置在所述修复空间内，用于对所述修复区域内的土壤进行检测，以获取土壤性能数据；
控制器，所述控制器与所述加热装置、所述注射装置以及所述土壤检测装置相连；所述控制器配置用于根据所述土壤性能数据来控制所述加热装置的加热电流和加热电压；所述控制器还配置用于根据所述土壤性能数据来控制所述注射装置的注射速度。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述加热装置包括可编程交流电源；所述可编程交流电源与所述控制器相连；所述可编程交流电源的三个相位的输出端分别连接有加热电极；所述加热电极设置在所述修复空间内。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述注射装置包括设置在所述修复空间内的注射管；所述注射管通过水管与位于所述修复空间外部的药液桶相连；所述水管上安装有蠕动泵；所述蠕动泵与变频器相连；所述变频器与所述控制器相连。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述修复空间内共设有三个所述注射管；三个所述注射管和三个所述加热电极交替排布，并且三个所述注射管和三个所述加热电极分别位于虚拟正六边形的顶点上。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述土壤检测装置包括沿竖直方向均匀分布的三个土壤检测组件；所述土壤检测组件包括温度传感器、湿度传感器、电导率传感器、电压传感器和电流传感器。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述电压传感器和所述电流传感器位于所述虚拟正六边形的中心点；所述电导率传感器位于相邻两个所述加热电极连线的中点；所述湿度传感器位于所述注射管与所述虚拟正六边形中心点的连线上，且其位于该连线上的所述电导率传感器相对远离所述注射管的一侧，且其与该连线上的所述电导率传感器中心的距离为所述加热电极的直径；所述温度传感器位于所述加热电极与所述虚拟正六边形中心点的连线上，且其与所述加热电极中心的距离为所述加热电极直径的1.5倍。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述土壤原位修复系统还包括废气收集装置；所述废气收集装置包括设置在所述隔离围体上方的集气罩；所述集气罩上连接有集气软管；所述集气软管远离所述集气罩的一端连接有废气收集袋；所述集气软管上安装有真空泵；所述真空泵与所述变频器相连。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述土壤原位修复系统还包括远程客户端；所述远程客户端通过无线网关与所述控制器相连。
第二方面，本申请提供一种土壤原位修复系统的控制方法，所述方法包括如下步骤：
s1、设置所述加热装置的加热电流为第一电流值，设置所述加热装置的加热电压为第一电压值；
s2、设置所述注射装置的注射速度为第一速度值；
s3、每间隔第一周期时间，获取土壤性能数据，根据所述土壤性能数据计算实时理想能量值和实时实际能量值，并根据所述实时理想能量值和实时实际能量值的大小关系调整所述加热装置的加热电流和加热电压、以及所述注射装置的注射速度；所述土壤性能数据包括土壤温度值、土壤湿度值、土壤电导率值、土壤电压值和土壤电流值；
步骤s3中，根据所述实时理想能量值和实时实际能量值的大小关系调整所述加热装置的加热电流和加热电压、以及所述注射装置的注射速度，具体包括：
s31、判断所述实时理想能量值大于所述实时实际能量值的第一设定倍数时，将所述加热装置的加热电压提高第一设定值，控制第一计数器累计加1，得到第一累计次数；所述第一设定倍数大于1；
s32、当所述加热装置的加热电压提高所述第一设定值之后的一个周期结束时，判断所述实时理想能量值大于所述实时实际能量值的所述第一设定倍数，且所述第一累计次数等于第一预设次数时，将所述注射装置的注射速度提高第二设定值，所述第一计数器复位，控制第二计数器累计加1，得到第二累计次数；
s33、当所述注射装置的注射速度提高所述第二设定值之后的一个周期结束时，判断所述实时理想能量值大于所述实时实际能量值的所述第一设定倍数，且所述第二累计次数等于第二预设次数时，将所述加热装置的加热电流设置为第二电流值；所述第二计数器复位；
s34、判断所述土壤温度值大于或等于目标温度值，且所述实时理想能量值与所述实时实际能量值的差的绝对值小于所述实时实际能量值的所述第一设定倍数时，保持当前所述加热装置的加热电流和加热电压不变，且保持当前所述注射装置的注射速度不变。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述实时理想能量值E1为：
E1＝ρCΔT(1)
其中，ρ为土壤单元的有效密度，其为随温度阶梯变化的常数；C为土壤单元的有效热容，其为随湿度阶梯变化的常数；ΔT为修复区域内土壤周期温度变化值；
所述实时实际能量值E2为：
E2＝0.1σV+θl+θT(2)
其中，σ为土壤电导率值；V为土壤电压值；θl为湿度补偿系数，其为随湿度阶梯变化的常数；θT为温度补偿系数，其为随温度阶梯变化的常数。
与现有技术相比，本申请的有益效果：该土壤原位修复系统，通过设置用于对修复区域土壤加热的加热装置、设置用于对修复区域土壤注射修复溶液的注射装置、以及设置用于对修复区域土壤进行性能检测的土壤检测装置，在使用时，控制器可根据检测的土壤性能数据来实时调整加热装置的加热电压和加热电流、以及实时调整注射装置的注射速度，有利于精确控制修复过程中的变量，提高修复过程控制的精确性，确保稳定快速的对土壤进行修复，有利于减少土壤修复的时间，降低电能的损耗，避免造成资源的浪费。
附图说明
图1为本申请实施例1提供的土壤原位修复系统的结构示意图；
图2为本申请实施例1提供的土壤原位修复系统的每一层中各传感器的平面分布图；
图3为本申请实施例2提供的土壤原位修复系统的控制方法的流程图。
图中所述文字标注表示为：
1、远程客户端；2、无线网关；3、控制器；4、控制面板；5、废气收集袋；6、真空泵；7、变频器；8、可编程交流电源；9、流量计；10、压力计；11、蠕动泵；12、阀门；13、药液桶；14、数据采集器；15、集气软管；16、集气罩；17、水管；18、隔离围体；19、加热电极；20、注射管；21、土壤检测装置；22、温度传感器；23、湿度传感器；24、电导率传感器；25、电压传感器；26、电流传感器。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
实施例1
请参考图1，本实施例提供一种土壤原位修复系统，包括：
隔离围体18，所述隔离围体18内部具有修复空间；所述隔离围体18用于插入目标土地，并在所述目标土地上隔离出与所述修复空间相对应的修复区域；
加热装置，所述加热装置用于对所述修复区域内的土壤进行加热；
注射装置，所述注射装置用于对所述修复区域内的土壤注射修复溶液；
土壤检测装置21，所述土壤检测装置21设置在所述修复空间内，用于对所述修复区域内的土壤进行检测，以获取土壤性能数据；
控制器3，所述控制器3与所述加热装置、所述注射装置以及所述土壤检测装置21相连；所述控制器3配置用于根据所述土壤性能数据来控制所述加热装置的加热电流和加热电压；所述控制器3还配置用于根据所述土壤性能数据来控制所述注射装置的注射速度。
具体地，所述隔离围体18为两端开口的空心圆柱体结构，其内部形成修复空间；在使用时，将隔离围体18的一端朝下插入被污染的目标土地中，隔离围体在目标土地上隔离出修复区域；所述土壤原位修复系统用于对修复区域内的土壤进行原位修复，对土壤进行原位修复的装置包括加热装置和注射装置，加热装置可以对土壤进行升温，注射装置可以向土壤内注入修复溶液。
所述加热装置包括可编程交流电源8；所述可编程交流电源8与所述控制器3相连；所述可编程交流电源8的三个相位的输出端分别连接有加热电极19；所述加热电极19设置在所述修复空间内。
具体地，所述加热电极19为细长圆柱体结构，在本实施例中，在所述修复空间内一共设有三根所述加热电极19；三根所述加热电极19呈等边三角形分布，即三根所述加热电极19分别位于虚拟等边三角形的三个顶点位置；三根所述加热电极19分别连接所述可编程交流电源8的三个相位的输出端，其中，所述可编程交流电源8的每个输出的相位角相差120°。在使用时，所述加热电极19沿竖直方向完全插入修复区域内的土壤中，对土壤进行加热。
所述注射装置包括设置在所述修复空间内的注射管20；所述注射管20通过水管17与位于所述修复空间外部的药液桶13相连；所述水管17上安装有蠕动泵11；所述蠕动泵11与变频器7相连；所述变频器7与所述控制器3相连。
具体地，所述注射管20为空心细长圆柱体结构，在其管壁上自上而下分布有多个注射孔，在本实施例中，在所述修复空间内一共设有三根所述注射管20；三根所述注射管20呈等边三角形分布，即三根所述注射管20分别位于虚拟等边三角形的三个顶点位置；三根所述注射管20分别通过水管17与药液桶13相连通；所述药液桶13内装有修复溶液-过硫酸盐溶液，在所述水管17上安装有蠕动泵11，所述蠕动泵11与变频器7相连，变频器7与所述控制器3相连。在使用时，蠕动泵11将过硫酸盐溶液通过水管17输送到注射管20，最终缓慢均匀地渗透到土壤中；其中，通过控制器3控制变频器7可以改变所述蠕动泵11的工作频率，从而达到控制过硫酸盐溶液的注入速度。
进一步地，在所述水管17上还安装有阀门12、流量计9和压力计11，其中，所述阀门12可以手动控制水管17的通断；所述流量计9和所述压力计11分别用于监测修复溶液注射过程中的流量大小和压力大小。
优选的，三个所述注射管20和三个所述加热电极19交替排布，并且三个所述注射管20和三个所述加热电极19分别位于虚拟正六边形的顶点上。
具体地，相邻的两个所述注射管20之间设有一个所述加热电极19，相邻的两个所述加热电极19之间设有一个所述注射管20；通过采用上述布局方式，可以使得对于修复区域内的土壤的修复更加均匀。
进一步地，所述土壤检测装置21包括沿竖直方向均匀分布的三个土壤检测组件；所述土壤检测组件包括温度传感器22、湿度传感器23、电导率传感器24、电压传感器25和电流传感器26。
具体地，将所述修复区域在竖直方向上分为三层，每层安装有一个土壤检测组件，每层的土壤检测组件相同，均包含相同数量的温度传感器、湿度传感器、电导率传感器、电压传感器以及电流传感器，且各传感器在每层的分布位置相同。在本实施例中，每层的土壤检测组件均包含3个温度传感器、3个湿度传感器、3个电导率传感器、1个电压传感器和1个电流传感器，即在所述修复区域内共设置33个传感器。
请参考图2，图2为每一层中各传感器的平面分布图；所述电压传感器和所述电流传感器均位于所述虚拟正六边形的中心点；所述电导率传感器位于相邻两个所述加热电极19连线的中点；所述湿度传感器位于所述注射管与所述虚拟正六边形中心点的连线上，且其位于该连线上的所述电导率传感器相对远离所述注射管的一侧，且其与该连线上的所述电导率传感器中心的距离约为所述加热电极的直径；所述温度传感器位于所述加热电极与所述虚拟正六边形中心点的连线上，且其与所述加热电极中心的距离约为所述加热电极直径的1.5倍。
进一步地，所述土壤原位修复系统还包括废气收集装置；所述废气收集装置包括设置在所述隔离围体18上方的集气罩16；所述集气罩16上连接有集气软管15；所述集气软管15远离所述集气罩16的一端连接有废气收集袋5；所述集气软管15上安装有真空泵6；所述真空泵6与所述变频器7相连。
具体地，为了方便收集土壤修复过程中产生的有害气体，在修复区域的上方安装有废气收集装置；所述废气收集装置包括集气罩16；在本实施例中，所述集气罩16为空心圆台结构，其大径端扣设在所述隔离围体18的上方，并且与所述隔离围体18的顶端之间无间隙，在所述集气罩16的小径端设有封盖，在封盖上设有用于与集气软管15相连通的通孔，所述集气软管15远离所述集气罩16的一端与废气收集袋5相连，在所述集气软管15上还设有真空泵6，所述真空泵6与所述变频器7相连接，在使用时，通过控制器3控制变频器7，再通过变频器7控制真空泵6持续抽吸，将修复区域内土壤修复产生的有害气体经集气罩16、集气软管15，最后被收集在废气收集袋5中。
进一步地，所有的传感器的数据被数据采集器14所采集，并传输到控制器3中做分析和保存，同时控制器3将根据传感器的数据对可编程交流电源8和变频器7做出相应的控制动作。
进一步地，所述土壤原位修复系统还包括远程客户端1；所述远程客户端1通过无线网关2与所述控制器3相连。
具体地，所述控制器3还与控制面板4相连，在工业现场，利用控制面板4对系统进行操控，通过无线网关2将控制器3的数据与远程客户端1相连，可以实现从远程端对整个系统的操控。
本实施例提供的土壤原位修复系统的工作原理：通过控制面板4或者远程客户端1启动系统，使得整个系统得电，通过控制器3发出控制指令使得可编程交流电源8以指定的电流和电压开始输出，因为三个加热电极19的电压相位角相差120°，所述在修复土壤的过程中，三个加热电极19产生旋转的电场，同时会产生热量对土壤进行加热；同时，通过控制器3发出控制指令设定变频器7的输出频率，变频器7控制真空泵6和蠕动泵11以一定的频率工作，两者的频率可以相同也可以不同，当蠕动泵11工作后，若阀门12为打开状态，则药液桶13内的过硫酸盐溶液经水管17流入注射管20，并经注射管20上的注射孔均匀扩散到土壤中，对土壤进行修复；上述修复过程中产生的气体，在集气罩16的聚拢作用下，通过集气软管15倍真空泵6抽入至废气收集袋5内。
其中，在通过加热电极19对修复区域内的土壤进行加热修复、以及通过注射管20对修复区域内的土壤进行修复溶液修复的过程中，土壤检测装置21的各个传感器会实时获取修复区域内土壤性能数据，并将土壤性能数据通过数据采集器14反馈给控制器3，控制器3根据接收到的土壤性能数据来控制加热电极19的加热电流和加热电压、以及控制蠕动泵11的工作频率，具体的控制方法参见实施例2中所述的控制方法。
实施例2
本实施例提供一种如实施例1所述土壤原位修复系统的控制方法，如图3所示，所述方法包括如下步骤：
s1、设置所述加热装置的加热电流为第一电流值，设置所述加热装置的加热电压为第一电压值。
所述可编程交流电源8的输出电流共有三个数值，分别为0A、0.7A和1.4A，加热电极19停止加热时，可编程交流电源8的输出电流为0A，在正常工作状态下，一般其会保持在0.7A，当修复区域内土壤温度值变化过于缓慢时，其会调节至1.4A，目的是增加加热功率，使土壤温度改变更加迅速。在修复开始阶段，将可编程交流电源8的输出电流(即加热电流)设置为第一电流值，第一电流值为0.7A。
所述可编程交流电源8的输出电压的范围为0-60V，在修复开始阶段，将可编程交流电源8的输出电压(即加热电压)设置为第一电压值，第一电压值为5V，之后每次的变化量为1V或者2V，在加热电流不变的情况下，通过增加可编程交流电源8的输出电压可以使得土壤中的电势以及温度值上升。
本步骤的作用为初始化可编程交流电源8的输出电流和输出电压。
s2、设置所述注射装置的注射速度为第一速度值。
蠕动泵11的输出频率区间为0-50Hz，蠕动泵11的输出频率和修复溶液的注射速度有关，蠕动泵11的输出频率越高，则修复溶液的注射速度越快。在修复开始阶段，因为需要缓慢注入修复溶液，通过控制器3控制变频器7来改变蠕动泵11的输出频率，将其设置为5Hz，此时对应的注射速度为第一速度值，第一速度值为0.2L/h。在后期修复过程中，再根据实时能量变化来对蠕动泵的输出频率进行增加或者减少。
阀门12默认为关闭状态，当变频器7给蠕动泵11的输出频率大于0Hz时，控制器3会控制阀门12打开，当变频器7给蠕动泵11的输出频率为0Hz时，即让蠕动泵11停止工作，此时，控制器3控制阀门12重新关闭。
s3、每间隔第一周期时间，获取土壤性能数据，根据所述土壤性能数据计算实时理想能量值和实时实际能量值，并根据所述实时理想能量值和实时实际能量值的大小关系调整所述加热装置的加热电流和加热电压、以及所述注射装置的注射速度；所述土壤性能数据包括土壤温度值、土壤湿度值、土壤电导率值、土壤电压值和土壤电流值。
该土壤原位修复系统的控制目标包括在土壤温度值上升的过程中，保持实时理想能量值和实时实际能量值尽可能平衡，为实现上述目标，需要改变注射溶液的速度、以及可编程交流电源的输出电压和输出电流的大小，从而改变整个系统的运行状态。
所述第一周期时间一般设置为五分钟，系统启动之后，以步骤s1和步骤s2设置的初始状态开始运行，当其运行一个第一周期时间后，通过土壤检测装置可以获取修复区域内土壤的各项性能数据，在本实施例中，由于各传感器的数量都不是唯一的，因此，需要对各个传感器所检测得到的数据进行处理，需要对每一层中的三个温度传感器所测得的温度值取平均值，对每一层中的三个湿度传感器所测得的湿度值取平均值，对每一层中的三个电导率传感器所测得的电导率值取平均值，最后再从三层中得到的三个温度平均值取最小值作为当前时刻土壤温度值，从三层中得到的三个湿度平均值取最小值作为当前时刻土壤湿度值，从三层中得到的三个电导率平均值取最小值作为当前时刻土壤电导率值，从三层中测得的三个电压值取最小值作为当前时刻土壤电压值，从三层中测得的三个电流值取最小值作为当前时刻土壤电流值。
所述实时理想能量值E1为：
E1＝ρCΔT(1)
其中，ρ为土壤单元的有效密度，其为随温度阶梯变化的常数；C为土壤单元的有效热容，其为随湿度阶梯变化的常数；ΔT为修复区域内土壤周期温度变化值。
土壤单元的有效密度ρ随着温度值的增大而阶梯减小，不同的温度值下，土壤单元的有效密度ρ的取值如表1所示。
表1
土壤单元的有效热容C随着湿度值的增大而阶梯增大，不同的湿度值下，土壤单元的有效热容C的取值如表2所示。
表2
| 湿度(％) | C |
| 0-10 | 2600 |
| 11-20 | 3000 |
| 21-30 | 3700 |
| 31-40 | 4500 |
| 41-50 | 5400 |
| >50 | 6000 |
ΔT为修复区域内土壤周期温度变化值，其具体为当前时刻修复区域土壤温度值与上一周期结束时修复区域土壤温度值的差值，即两次土壤温度值测量的间隔时间为一个周期，即第一周期时间。
所述实时实际能量值E2为：
E2＝0.1σV+θl+θT (2)
其中，σ为土壤电导率值；V为土壤电压值；θl为湿度补偿系数，其为随湿度阶梯变化的常数；θT为温度补偿系数，其为随温度阶梯变化的常数。
土壤电导率值σ随着系统中注入液体的速度以及溶液中的导电离子改变而改变，是通过电导率传感器测量并处理而得到的；土壤电压值V是通过电压传感器测量并处理而得到的；湿度补偿系数θl随着湿度值的增大而阶梯增大，不同的湿度值下，湿度补偿系数θl的取值如表3所示。
表3
温度补偿系数θT随着温度值的增大而阶梯减小，不同的温度值下，温度补偿系数θT的取值如表4所示。
表4
| 温度(℃) | θT |
| >60 | 200 |
| 55-60 | 150 |
| 51-55 | 100 |
| 46-50 | 50 |
| 41-45 | 0 |
| 36-40 | -50 |
| 31-35 | -100 |
| 26-30 | -150 |
| <25 | -200 |
步骤s3中，根据所述实时理想能量值和实时实际能量值的大小关系调整所述加热装置的加热电流和加热电压、以及所述注射装置的注射速度，具体包括：
s31、判断所述实时理想能量值大于所述实时实际能量值的第一设定倍数时，将所述加热装置的加热电压提高第一设定值，控制第一计数器累计加1，得到第一累计次数；所述第一设定倍数大于1。
改变可编程交流电源8的加热电压能够改变修复区域土壤的电势，加热电极通电后会产生热量，使得土壤温度上升，即改变加热电压能够改变土壤温度，在加热电压较低的情况下，土壤温度值变化缓慢，一般地每五分钟变化0.1-0.3℃。在本实施例中，所述第一设定倍数设置为1.05，即当某一周期结束时，计算得到的实时理想能量值比实时实际能量值大的数值超过实时实际能量值的5％时，在原有基础上，将可编程交流电源8的加热电压提高第一设定值，所述第一设定值按照如下规则取值：
当所述实时理想能量值比所述实时实际能量值大的数值，超过所述实时实际能量值的30％时，则第一设定值的取值为2V，即将加热电压在原数值的基础上增加2V；
当所述实时理想能量值比所述实时实际能量值大的数值，超过所述实时实际能量值的5％，但未超过所述实时实际能量值的30％时，则第一设定值的取值为1V。
所述第一计数器的初始值为0，每次对可编程交流电源8的加热电压进行提高调节时，则将第一计数器累计加1，并获得当前第一累计次数。
s32、当所述加热装置的加热电压提高所述第一设定值之后的一个周期结束时，判断所述实时理想能量值大于所述实时实际能量值的所述第一设定倍数，且所述第一累计次数等于第一预设次数时，将所述注射装置的注射速度提高第二设定值，所述第一计数器复位，控制第二计数器累计加1，得到第二累计次数。
在本实施例中，所述第一预设次数为3，当连续三个周期调节所述可编程交流电源8的加热电压后所测得的所述实时理想能量值都大于所述实时实际能量值的第一设定倍数时，则说明单纯通过提高加热电压的值来进行修复比较慢，此时，需要提高注射装置的注射速度，具体地是在原有的基础上，将注射装置的注射速度提高第二设定值，所述第二设定值的取值为0.3L/h，具体地是通过控制变频器7来增加蠕动泵11的输出频率来实现的，每次增加5Hz的输出频率。注射速度会改变土壤湿度值和土壤电导率值，从而改变土壤单元的有效热容C、土壤电导率值σ、以及湿度补偿系数θl。
所述第二计数器的初始值为0，每次对注射装置的注射速度进行提高调节时，则将第二计数器累计加1，并获得当前第二累计次数。
s33、当所述注射装置的注射速度提高所述第二设定值之后的一个周期结束时，判断所述实时理想能量值大于所述实时实际能量值的所述第一设定倍数，且所述第二累计次数等于第二预设次数时，将所述加热装置的加热电流设置为第二电流值；所述第二计数器复位。
在本实施例中，所述第二预设次数为2，当连续两个周期调节所述蠕动泵11的输出频率后所测得的实时理想能量值都大于所述实时实际能量值的第一设定倍数时，说明通过增加蠕动泵11的输出频率仍然修复较慢，未能迅速达到修复目标，此时，需要将所述可编程交流电源8的加热电流设置为第二电流值，在本实施例中，第二电流值为1.4A。
s34、判断所述土壤温度值大于或等于目标温度值，且所述实时理想能量值与所述实时实际能量值的差的绝对值小于所述实时实际能量值的所述第一设定倍数时，保持当前所述加热装置的加热电流和加热电压不变，且保持当前所述注射装置的注射速度不变。
所述目标温度值为设定值，一般设置为45℃，当检测计算后得到的土壤温度值为45℃，且实时理想能量值与实时实际能量值差的绝对值小于实时实际能量值的5％时，说明当前系统基本达到目标状态，保持当前可编程交流电源的加热电压和加热电流不变，且保持当前注射装置的注射速度，即蠕动泵的输出频率不变，系统进入稳定修复状态。
s35、判断当所述土壤电导率值低于500us/cm时，控制蠕动泵的输出频率增加5Hz。
s36、判断当所述土壤电导率值高于1500us/cm时，控制蠕动泵的输出频率减少5Hz。
在系统自动运行过程中，若电导率低于500us/cm，则控制蠕动泵的输出频率增加5Hz；若电导率大于1500us/cm，则控制蠕动泵的输出频率减少5Hz。
此外，真空泵6的工作频率和抽走废气的速度有关，修复系统刚启动时，土壤没有达到目标温度值，此时产生的废气少，设置真空泵的固定工作频率为20Hz；当土壤温度达到目标温度值后，可将真空泵的工作频率增加到40Hz，若是发现附近有异味或者气体抽吸速度不够，可以手动设置真空泵的工作频率为最大频率50Hz。
当系统停止修复时，通过控制器控制可编程交流电源的输出电压为0V，输出电流为0A，控制变频器输出给真空泵和蠕动泵的频率均为0Hz，同时关闭阀门。需要说明的是，该土壤原位修复系统停止工作的信号是工作人员通过控制面板或者远程客户端控制的，一般的，工作人员过一段时间会对修复区域内土壤的性能指标进行检测，当判定其合格时，则会通过控制面板或者远程客户端下发停止修复的指令。
本实施例提供的土壤原位修复系统的控制方法，当土壤原位修复系统开始工作后，首先通过控制器控制阀门为开启状态，控制器通过变频器给到蠕动泵的输出频率为5Hz，控制器控制可编程交流电源的输出电压为5V，输出电流为0.7A，系统启动后以初始状态运行一个周期(每隔5分钟为一个周期)，一个周期后，通过土壤检测装置获得各项土壤性能数据，将土壤性能数据带入公式(1)和公式(2)计算当前周期结束后的实时理想能量值和实时实际能量值，若实时理想能量值大于实时实际能量值的1.3倍，则将可编程交流电源加热电压提高2V，若实时理想能量值大于实时实际能量值的1.05倍，且小于实时能量值的1.3倍，则将可编程交流电源的加热电压提高1V，三个周期三次提高加可编程交流电源的加热电压后，若实时理想能量值仍然大于实时实际能量值的1.05倍，则将蠕动泵的输出频率增加5Hz，其他参数不变，若蠕动泵的输出频率增加过两次之后，实时理想能量值仍大于实时实际能量值的1.05倍，则将可编程交流电源的加热电流调整为1.4A，其他参数不变，下个周期再判断。
在上述修复过程中，若可编程交流电源的加热电压已经增大到60V，则停止提高加热电压，改为每个周期结束后若系统状态仍未发生改变则提高蠕动泵的输出频率，若可编程交流电源的加热电压达到60V，且蠕动泵的输出频率达到了50Hz，则增加可编程交流电源的加热电流至1.4A，若可编程交流电源的加热电压达到60V、可编程交流电源的加热电流达到1.4A、蠕动泵的输出频率达到50Hz，则保持当前参数等待系统的能量状态发生变化。
在上述修复过程中，在某一周期结束后，若实时理想能量值小于实时实际能量值，且二者的差值大于实时实际能量值的5％，则首先判断可编程交流电源的加热电流是否为1.4A，若是则将其调整为0.7A，其他参数保持不变，等下一周期结束后再判断；若可编程交流电源的加热电流为0.7A，则将蠕动泵的输出频率减少5Hz，其他参数保持不变，需要说明的是，若当前蠕动泵的输出频率小于或等于5Hz且大于1Hz，则将其输出频率只减少1Hz；在下一周期结束后，继续对实时理想能量值和实时实际能量值进行判断，若实时理想能量值依然小于实时实际能量值，且二者的差值大于实时实际能量值的30％，则将可编程交流电源的加热电压降低2V，若二者的差值大于实时实际能量值的5％且小于实时实际能量值的30％，则将可编程交流电源的加热电压降低1V，若系统的状态仍然不变，则连续三个周期三次降低可编程交流电源的加热电压，即减少蠕动泵的输出频率一次再降低加热电压三次，如此循环。
在上述修复过程中，若蠕动泵的输出频率已经降为1Hz，则说明其不能再减少了，若可编程交流电源的加热电压已经降低值5V时，则说明其不能在减少了，若可编程交流电源的加热电压和加热电流、以及蠕动泵的输出频率均为最低值时，则保持当前参数等待系统的能量状态发生变化。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种土壤原位修复系统，其特征在于，包括：
隔离围体（18），所述隔离围体（18）内部具有修复空间；所述隔离围体（18）用于插入目标土地，并在所述目标土地上隔离出与所述修复空间相对应的修复区域；
加热装置，所述加热装置用于对所述修复区域内的土壤进行加热；
注射装置，所述注射装置用于对所述修复区域内的土壤注射修复溶液；
土壤检测装置（21），所述土壤检测装置（21）设置在所述修复空间内，用于对所述修复区域内的土壤进行检测，以获取土壤性能数据；
控制器（3），所述控制器（3）与所述加热装置、所述注射装置以及所述土壤检测装置（21）相连；所述控制器（3）配置用于根据所述土壤性能数据来控制所述加热装置的加热电流和加热电压；所述控制器（3）还配置用于根据所述土壤性能数据来控制所述注射装置的注射速度；
所述土壤原位修复系统的控制方法包括如下步骤：
s1、设置所述加热装置的加热电流为第一电流值，设置所述加热装置的加热电压为第一电压值；
s2、设置所述注射装置的注射速度为第一速度值；
s3、每间隔第一周期时间，获取土壤性能数据，根据所述土壤性能数据计算实时理想能量值和实时实际能量值，并根据所述实时理想能量值和实时实际能量值的大小关系调整所述加热装置的加热电流和加热电压、以及所述注射装置的注射速度；所述土壤性能数据包括土壤温度值、土壤湿度值、土壤电导率值、土壤电压值和土壤电流值；
步骤s3中，根据所述实时理想能量值和实时实际能量值的大小关系调整所述加热装置的加热电流和加热电压、以及所述注射装置的注射速度，具体包括：
s31、判断所述实时理想能量值大于所述实时实际能量值的第一设定倍数时，将所述加热装置的加热电压提高第一设定值，控制第一计数器累计加1，得到第一累计次数；所述第一设定倍数大于1；
s32、当所述加热装置的加热电压提高所述第一设定值之后的一个周期结束时，判断所述实时理想能量值大于所述实时实际能量值的所述第一设定倍数，且所述第一累计次数等于第一预设次数时，将所述注射装置的注射速度提高第二设定值，所述第一计数器复位，控制第二计数器累计加1，得到第二累计次数；
s33、当所述注射装置的注射速度提高所述第二设定值之后的一个周期结束时，判断所述实时理想能量值大于所述实时实际能量值的所述第一设定倍数，且所述第二累计次数等于第二预设次数时，将所述加热装置的加热电流设置为第二电流值；所述第二计数器复位；
s34、判断所述土壤温度值大于或等于目标温度值，且所述实时理想能量值与所述实时实际能量值的差的绝对值小于所述实时实际能量值的所述第一设定倍数时，保持当前所述加热装置的加热电流和加热电压不变，且保持当前所述注射装置的注射速度不变。
2.根据权利要求1所述的土壤原位修复系统，其特征在于，所述加热装置包括可编程交流电源（8）；所述可编程交流电源（8）与所述控制器（3）相连；所述可编程交流电源（8）的三个相位的输出端分别连接有加热电极（19）；所述加热电极（19）设置在所述修复空间内。
3.根据权利要求2所述的土壤原位修复系统，其特征在于，所述注射装置包括设置在所述修复空间内的注射管（20）；所述注射管（20）通过水管（17）与位于所述修复空间外部的药液桶（13）相连；所述水管（17）上安装有蠕动泵（11）；所述蠕动泵（11）与变频器（7）相连；所述变频器（7）与所述控制器（3）相连。
4.根据权利要求3所述的土壤原位修复系统，其特征在于，所述修复空间内共设有三个所述注射管（20）；三个所述注射管（20）和三个所述加热电极（19）交替排布，并且三个所述注射管（20）和三个所述加热电极（19）分别位于虚拟正六边形的顶点上。
5.根据权利要求4所述的土壤原位修复系统，其特征在于，所述土壤检测装置（21）包括沿竖直方向均匀分布的三个土壤检测组件；所述土壤检测组件包括温度传感器、湿度传感器、电导率传感器、电压传感器和电流传感器。
6.根据权利要求5所述的土壤原位修复系统，其特征在于，所述电压传感器和所述电流传感器位于所述虚拟正六边形的中心点；所述电导率传感器位于相邻两个所述加热电极（19）连线的中点；所述湿度传感器位于所述注射管（20）与所述虚拟正六边形中心点的连线上，且其位于该连线上的所述电导率传感器相对远离所述注射管（20）的一侧，且其与该连线上的所述电导率传感器中心的距离为所述加热电极（19）的直径；所述温度传感器位于所述加热电极（19）与所述虚拟正六边形中心点的连线上，且其与所述加热电极（19）中心的距离为所述加热电极（19）直径的1.5倍。
7.根据权利要求3所述的土壤原位修复系统，其特征在于，还包括废气收集装置；所述废气收集装置包括设置在所述隔离围体（18）上方的集气罩（16）；所述集气罩（16）上连接有集气软管（15）；所述集气软管（15）远离所述集气罩（16）的一端连接有废气收集袋（5）；所述集气软管（15）上安装有真空泵（6）；所述真空泵（6）与所述变频器（7）相连。
8.根据权利要求1所述的土壤原位修复系统，其特征在于，还包括远程客户端（1）；所述远程客户端（1）通过无线网关（2）与所述控制器（3）相连。
9.根据权利要求8所述的土壤原位修复系统，其特征在于，步骤s3中，所述实时理想能量值E 1为：
（1）
其中，ρ为土壤单元的有效密度，其为随温度阶梯变化的常数；C为土壤单元的有效热容，其为随湿度阶梯变化的常数；ΔT为修复区域内土壤周期温度变化值；
所述实时实际能量值E 2为：
（2）
其中，σ为土壤电导率值；V为土壤电压值；θ l为湿度补偿系数，其为随湿度阶梯变化的常数；θ T为温度补偿系数，其为随温度阶梯变化的常数。
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