CN215314689U - 一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统及其应用，涉及有机污染土壤修复技术领域，该有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统包括模拟柱、蒸汽发生单元、实时监测单元以及废气废液处理单元，连接上述各单元、模拟柱分层土壤装填，蒸汽发生单元调控蒸汽注入温度、流量及时间等，实时监测单元监测并记录模拟柱内不同深度的压力和温度，废气废液处理单元处理模拟柱产生的废气废液。本实用新型具有能够明确蒸汽热修复过程中压力与温度场的分布及变化，探究蒸汽在土壤中迁移规律，得出蒸汽注入温度、流量、时间和土壤类型与修复效率的对应关系，提高蒸汽修复有机污染土壤效果的优点。

Description

一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统及其应用

技术领域

本实用新型涉及有机污染土壤修复技术领域，具体涉及一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统及其应用。

背景技术

随着工业污染的加剧和农业中农药化肥的大量使用，我国土壤与地下水污染问题日益突出。土壤及地下水中典型的有机污染物包括多环芳烃、石油烃类、卤代烃、苯系物、有机卤化物、多氯联苯和农药等，严重威胁着附近居民及周边生态环境的健康。因此，亟需选取合理高效的技术手段，进行有机污染的土壤和地下水的修复，有效地控制场地的人体健康和生态环境风险。

热脱附技术由于其治理效果佳、处置工期短等优点，已广泛应用于有机污染土壤修复领域。按加热原理，热脱附技术又分为蒸汽热脱附技术、电阻热脱附技术、热传导热脱附技术等。蒸汽热脱附技术是将蒸汽发生器产生的热蒸汽通过注射井注入到目标污染土壤中，从而促进土壤中挥发性和半挥发性污染物的蒸发，然后利用气流通过抽提井将挥发的气体抽出处理的修复方法。由于适用性广、对现场环境破坏小、修复速度快、修复时间短等特点，蒸汽热脱附技术被认为是最有前景的、去除包气带有机物最有效的修复方法之一。

目前的土壤原位蒸汽热修复装置不能针对土壤在传热过程中的温度、压力分布和变化进行观测，对蒸汽在土壤中的迁移特性尚不明确。由于实际污染场地水文地质条件及场地土壤中污染物的浓度、分布等存在较大差异，不同场地应用关键技术参数存在一定差异。如果难以明确蒸汽在土壤中的迁移特性，致使在实际工程中关键技术参数设置不合理，可能会导致修复工程中能耗损失加大，修复周期延长，进而大幅度增加修复成本，且难以达到预期的修复效果。

实用新型内容

本实用新型提供一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统及其应用，其目的是为了应用于优化有机污染土壤原位蒸汽热修复技术，以达到修复土壤的效果。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统及其应用：

第一方面，本实用新型提供一种技术方案：一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统，用于优化有机污染土壤原位蒸汽热的修复，包括模拟柱、蒸汽发生单元、实时监测单元以及废气废液处理单元。

模拟柱包括模拟柱盖、顶部入口、底部出口以及监测口，位于模拟柱盖的顶部设置有顶部入口，且通过设置有法兰与模拟柱拆卸式连接，在所述模拟柱的底部设置底部出口，且通过设置有法兰与模拟柱拆卸式连接。

蒸汽发生单元，所述蒸汽发生单元包括蒸汽发生器、蒸汽输送管以及缓冲罐，所述蒸汽输送管的输入端与所述蒸汽发生器通过法兰固定连接，所述蒸汽输送管的输出端与所述模拟柱的顶部入口通过法兰固定连接，所述缓冲罐通过法兰固定连接在蒸汽输送管上。

实时监测单元，所述实时监测单元包括依次电连接的温度传感器、压力传感器、数据采集器以及数据显示器，所述温度传感器以及压力传感器从上到下等距插入设置在所述模拟柱左右两侧的监测口内，且通过法兰固定安装在所述模拟柱上，所述数据采集器通过设置有电缆与所述温度传感器以及压力传感器电连接，所述数据显示器通过设置有电缆与所述数据采集器电连接。

废气废液处理单元，所述废气废液处理单元包括冷凝管、收集罐以及废气处理装置，所述冷凝管通过设置有软管与模拟柱底部的出口拆卸式连接，所述收集罐通过设置有软管与所述冷凝管拆卸式连接，所述废气处理装置通过设置有软管与所述收集罐拆卸式连接。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述模拟柱材质为高硼硅玻璃，长度为110cm，内径为15cm，且所述的模拟柱左右两侧各有11个监测口，相邻监测口间距为10cm。

采用上述技术方案，该方案中的11个监测口在模拟柱两侧距离顶部入口10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm以及110cm处设置。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述蒸汽发生单元还包括流量调节阀门以及金属浮子流量计，所述流量调节阀门位于蒸汽发生器输出端连接，且通过设置有不锈钢管与蒸汽发生器拆卸式连接，所述金属浮子流量计位于流量调节阀门上方，且与所述流量调节阀门固定安装在同一根不锈钢管上。

采用上述技术方案，该方案中的蒸汽发生器的输出端安装的流量调节阀门的作用是为了调节蒸汽发生器输出的蒸汽流量，而且与流量调节阀门安装在同一根不锈钢管上的金属浮子流量计可以监测蒸汽发生器输出流量大小。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述该有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统还包括保温层，所述保温层设置于模拟柱外壁以及蒸汽输送管外壁。

采用上述技术方案，该方案中的保温层材质为硅酸铝纤维棉，保温层厚度选用为20mm，作用是减少热量散失。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述废气废液处理单元还包括三通阀，且三通阀的入口处通过设置有软管拆卸式连接在所述冷凝管的出口处，以及三通阀的出口处通过设置有软管拆卸式连接在所述收集罐的入口处。

采用上述技术方案，该方案中的三通阀出口连接安装的收集罐作用是实时采集冷凝管中流出的冷凝液。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述废气处理装置的内部设置有活性炭粉。

采用上述技术方案，该方案中的活性炭粉作用是吸附所述模拟柱内形成的气态物质。

第二方面，本实用新型根据上述第一方面中的一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统，还提供该系统的应用，包括：

首先，在模拟柱内填充相同土质条件的土壤，每隔5cm用工具轻轻夯实。

其次，打开蒸汽发生器，控制蒸汽温度，并调节流量调节阀门到目标流量。

再次，打开数据采集器和数据显示器，获取所述温度和压力传感器采集的土壤温度和压力随时间变化的数据，探究蒸汽在土壤中迁移规律。

从次，模拟柱内产生的液体经冷凝管后，进入废气废液处理单元处理。

另外，收集模拟柱内流出的冷凝液，分析污染物浓度。

最后，采集修复结束后模拟柱内土壤，分析污染物浓度。

由于采用了上述技术方案，本实用新型相对现有技术来说，取得的技术进步是：

本实用新型提供一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统及其应用，通过在模拟柱两侧设置温度和压力传感器，实时监测土壤竖直方向不同位置的温度和压力，能够直观了解在蒸汽注入的不同阶段中，土壤的传热情况和压力分布，可为实际工程场地温度和压力的空间分布提供参考，有助于评估加热装置的加热效果及分析土壤的传热特征，通过采集修复结束后模拟柱内土壤及定期采集修复过程中模拟柱内流出的液体，分析二者污染物浓度，评估修复效果。

附图说明

图1为本实用新型实例中有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统结构图。

图中：1、模拟柱；2、蒸汽发生器；3、流量调节阀门；4、金属浮子流量计；5、蒸汽输送管；6、缓冲罐；7、温度传感器；8、压力传感器；9、数据采集器；10、数据显示器；11、冷凝管；12、三通阀；13、收集罐；14、废气处理装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1

如图1所示，本实用新型提供了一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统，用于优化有机污染土壤原位蒸汽热的修复，包括模拟柱1、蒸汽发生单元、实时监测单元以及废气废液处理单元。

在本实施例中，模拟柱1包括模拟柱盖、顶部入口、底部出口以及监测口，位于模拟柱盖的顶部设置有顶部入口，且通过设置有法兰与模拟柱1拆卸式连接，在模拟柱1的底部设置底部出口，且通过设置有法兰与模拟柱1拆卸式连接，该过程设置的模拟柱1用于装填土壤，模拟柱1材质为高硼硅玻璃，长度为110cm，内径为15cm，且的模拟柱1左右两侧各有11个监测口，相邻监测口间距为10cm，该过程中的11个监测口在模拟柱1两侧距离顶部入口10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm以及110cm处设置，具体位置如图1所示。

其次，该有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统还包括保温层，保温层设置于模拟柱1外壁以及蒸汽输送管5外壁，保温层材质为硅酸铝纤维棉，保温层厚度为20mm，作用是减少热量散失。

在本实施例中，蒸汽发生单元，蒸汽发生单元包括蒸汽发生器2、蒸汽输送管5以及缓冲罐6，其中，蒸汽发生器2作用是产生蒸汽，蒸汽输送管5的输入端与蒸汽发生器2通过法兰固定连接，蒸汽输送管5的输出端与模拟柱1的顶部入口通过法兰固定连接，缓冲罐6通过法兰固定连接在蒸汽输送管5上。

另外，优选的，蒸汽发生单元还包括流量调节阀门3以及金属浮子流量计4，流量调节阀门3位于蒸汽发生器2输出端连接，且通过设置有不锈钢管与蒸汽发生器2拆卸式连接，在蒸汽发生器2的输出端安装的流量调节阀门3的作用是为了调节蒸汽发生器2输出的蒸汽流量，金属浮子流量计4位于流量调节阀门3上方，且与流量调节阀门3固定安装在同一根不锈钢管上，作用是可以监测蒸汽发生器2输出流量大小。

在本实施例中，优选的，实时监测单元，实时监测单元包括依次电连接的温度传感器7、压力传感器8、数据采集器9以及数据显示器10，温度传感器7以及压力传感器8从上到下等距插入设置在模拟柱1左右两侧的监测口内，且通过法兰固定安装在模拟柱1上，数据采集器9通过设置有电缆与温度传感器7以及压力传感器8电连接，数据显示器10通过设置有电缆与数据采集器9电连接，该过程的作用是实时展示蒸汽注入过程中模拟柱1内部的温度和压力随时间变化情况。

在本实施例中，废气废液处理单元，废气废液处理单元包括冷凝管11、收集罐13以及废气处理装置14，冷凝管11通过设置有软管与模拟柱1底部的出口拆卸式连接，该过程的作用是冷凝模拟柱底部流出的液体，收集罐13通过设置有软管与冷凝管11拆卸式连接，废气处理装置14通过设置有软管与收集罐13拆卸式连接，废气处理装置14的内部设置有活性炭粉，该过程中的活性炭粉作用是吸附模拟柱1内形成的气态物质。

另外，优选的，废气废液处理单元还包括三通阀12，且三通阀12的入口处通过设置有软管拆卸式连接在冷凝管11的出口处，以及三通阀12的出口处通过设置有软管拆卸式连接在收集罐13的入口处，该过程中的三通阀12出口连接安装的收集罐13作用是实时采集冷凝管11中流出的冷凝液。

下面根据上述实施例1描述的一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统，具体说一下该系统的应用：

如图1所示，首先，在模拟柱1内填充相同土质条件的土壤，每隔5cm用工具轻轻夯实（其中涉及的工具可以是大小合适的木夯、石夯、铁锹、铁铲、竹片以及适合特殊采样要求的工具），避免分层等导致优先流现象；

其次，启动实时监测单元，将11个温度传感器7和11个压力传感器8插入在模拟柱1左右两侧距离顶部入口10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm以及110cm处的监测口中，通过数据采集器9和数据显示器10，以获取蒸汽修复过程中温度和压力随时间变化的数据；

再次，开启蒸汽发生器2，加水并加热到设定温度后，通过蒸汽输送管5向模拟柱1内输入蒸汽，通过流量调节阀门3调节蒸汽输入的流量，蒸汽流经模拟柱1时产生的液体通过模拟柱1的底部出口流出；

从次，模拟柱1内产生的液体通过冷凝管11冷凝后，经三通阀12进入废气废液处理单元处理；

另外，定期转动三通阀12阀门，采集冷凝液样品，分析水样中污染物浓度；

最后，蒸汽修复结束后，采集模拟柱1内土壤样品，分析土样中污染物浓度；

值得一提的是，不断调整介质类型（10目、20目以及40目）和蒸汽注入流量（4kg/h、7kg/h以及10kg/h）组合情况，重复上述实验；通过分析温度与压力监测数据及采集的冷凝液与土壤中的污染物浓度，分析蒸汽注入流量和介质类型与修复效率的对应关系。

上文一般性的对本实用新型做了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之做一些修改或改进，这对于技术领域的一般技术人员是显而易见的。因此，在不脱离本实用新型思想精神的修改或改进，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统，用于优化有机污染土壤原位蒸汽热的修复，其特征在于，包括模拟柱（1）、蒸汽发生单元、实时监测单元以及废气废液处理单元；

模拟柱（1）包括模拟柱盖、顶部入口、底部出口以及监测口，位于模拟柱盖的顶部设置有顶部入口，且通过设置有法兰与模拟柱（1）拆卸式连接，在所述模拟柱（1）的底部设置底部出口，且通过设置有法兰与模拟柱（1）拆卸式连接；

蒸汽发生单元，所述蒸汽发生单元包括蒸汽发生器（2）、蒸汽输送管（5）以及缓冲罐（6），所述蒸汽输送管（5）的输入端与所述蒸汽发生器（2）通过法兰固定连接，所述蒸汽输送管（5）的输出端与所述模拟柱（1）的顶部入口通过法兰固定连接，所述缓冲罐（6）通过法兰固定连接在蒸汽输送管（5）上；

实时监测单元，所述实时监测单元包括依次电连接的温度传感器（7）、压力传感器（8）、数据采集器（9）以及数据显示器（10），所述温度传感器（7）以及压力传感器（8）从上到下等距插入设置在所述模拟柱（1）左右两侧的监测口内，且通过法兰固定安装在所述模拟柱（1）上，所述数据采集器（9）通过设置有电缆与所述温度传感器（7）以及压力传感器（8）电连接，所述数据显示器（10）通过设置有电缆与所述数据采集器（9）电连接；

废气废液处理单元，所述废气废液处理单元包括冷凝管（11）、收集罐（13）以及废气处理装置（14），所述冷凝管（11）通过设置有软管与模拟柱（1）底部的出口拆卸式连接，所述收集罐（13）通过设置有软管与所述冷凝管（11）拆卸式连接，所述废气处理装置（14）通过设置有软管与所述收集罐（13）拆卸式连接。

2.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统，其特征在于，所述模拟柱（1）材质为高硼硅玻璃，长度为110cm，内径为15cm，且所述的模拟柱（1）左右两侧各有11个监测口，相邻监测口间距为10cm。

3.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统，其特征在于，所述蒸汽发生单元还包括流量调节阀门（3）以及金属浮子流量计（4），所述流量调节阀门（3）位于蒸汽发生器（2）输出端连接，且通过设置有不锈钢管与蒸汽发生器（2）拆卸式连接，所述金属浮子流量计（4）位于流量调节阀门（3）上方，且与所述流量调节阀门（3）固定安装在同一根不锈钢管上。

4.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统，其特征在于，所述该有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统还包括保温层，所述保温层设置于模拟柱（1）外壁以及蒸汽输送管（5）外壁。

5.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统，其特征在于，所述废气废液处理单元还包括三通阀（12），且三通阀（12）的入口处通过设置有软管拆卸式连接在所述冷凝管（11）的出口处，以及三通阀（12）的出口处通过设置有软管拆卸式连接在所述收集罐（13）的入口处。

6.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤原位蒸汽热修复模拟系统，其特征在于，所述废气处理装置（14）的内部设置有活性炭粉。

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