污染場地原位電加熱脫附修復技術及其裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了污染場地原位電加熱脫附修復技術及其裝置，屬于土壤修復技術領域。它解決了工業(yè)污染和農業(yè)化學導致的土地及地下水污染等問題。本污染場地原位電加熱脫附修復技術：a、將若干個加熱井及抽提井插入污染場地；b、在污染場地的表面鋪設隔熱層；c、將污染場地的地下水做降水處理；d、由加熱井內的加熱管進行加熱污染場地、由抽提井內的真空泵抽出加熱后污染場地產生的氣態(tài)污染物及污染地下水，由此修復污染場地；e、d步驟中抽出的氣態(tài)污染物及污染地下水送入埋設在邊界處地層的邊界熱循環(huán)管進行二次換熱，然后送入地面抽提處理裝置處理，本發(fā)明具有全自動化控溫工作；余熱充分回用；布局靈活，達到了更高的科技水平等優(yōu)點。
【專利說明】
污染場地原位電加熱脫附修復技術及其裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于±壤修復技術領域，特指一種污染場地原位電加熱脫附修復技術及其 裝置。
【背景技術】
[0002] 由于工業(yè)污染的加劇和農業(yè)化學物質的廣泛應用，場地±壤和地下水的有機污染 日益嚴重?！廊篮偷叵滤械湫偷挠袡C污染物包括苯系物、有機面化物、石油控類、農藥和 多氯聯(lián)苯等?！廊篮偷叵滤h(huán)境中運些污染物質的存在可能會對附近人體和周邊環(huán)境產生 嚴重的不良影響，因此必須通過合理的技術手段來修復運些受污染的±壤和地下水，從而 有效的控制場地的人體健康和生態(tài)環(huán)境風險。
[0003] 作為高難度有機污染場地±壤地下水修復的一項重要技術，原位熱脫附技術可W 在較短時間內修復大部分易揮發(fā)或者難揮發(fā)的有機化合物，而且在低滲透率的污染物場地 中具有獨特的優(yōu)勢。原位熱脫附技術通過各種方式原位加熱污染區(qū)域，大幅提高場地±壤 和地下水的溫度，從而促使區(qū)域內有機污染物與±壤分離、揮發(fā)，或者流動性增加。而揮發(fā) 或分離后的污染物可在原位通過抽提等方法被捕捉、收集，并進行后期處理。
[0004] 目前，現(xiàn)有的原位熱脫附技術的加熱方式主要包括電阻式加熱、蒸汽/熱空氣直接 注射加熱和熱傳導加熱，其中熱傳導加熱又可分為電加熱和燃氣加熱兩種形式。電熱傳導 加熱技術采用電能作為能源，將電能轉換為熱能直接導入地下，再通過±壤和地下水的熱 傳導作用將熱量傳輸至整個場地污染區(qū)域來提高場地溫度，它具有加熱系統(tǒng)設備簡單、使 用清潔能源、不設及易燃物質存儲、沒有燃燒尾氣排放等突出特點，具有較好的市場應用前 景，因此電熱傳導加熱技術是原位熱脫技術中主流采用的方式。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種污染場地原位電加熱脫附修復技術及其裝置，它克服現(xiàn) 有原位電加熱脫附技術在場地修復應用中能耗較高、加熱管容易損壞、難W根據加熱區(qū)域 內溫度進行供電強度的良好自動反饋調節(jié)、無法有效穩(wěn)定控制污染區(qū)域內加熱溫度等缺 陷，提出一種可工程化并適用于中小型污染場地的原位電加熱脫附技術和裝置。該技術及 裝置可適用于包氣帶±壤修復和飽和帶±壤和地下水修復，目標污染物包括揮發(fā)性有機 物、半揮發(fā)性有機物W及有機氯農藥和多氯聯(lián)苯等一些難降解、難氧化的特殊有機污染物， W及一般修復技術難W有效修復的輕質和重質非水相流體污染。對于場地修復技術難W適 用的低滲透率場地和污染源污染場地同樣具有較好的處理效果。
[0006] 本發(fā)明的目的是運樣實現(xiàn)的：
[0007] 污染場地原位電加熱脫附修復技術，包括如下步驟：
[000引a、將若干個加熱井及抽提井插入污染場地，插入深度為1-4米；
[0009] b、在污染場地的表面鋪設隔熱層，隔熱層采用輕質混凝±制成；
[0010] C、將污染場地的地下水做降水處理，降至地下水至地下5米位置；
[0011] d、供電設施電連接若干個加熱井及抽提井，由加熱井內的加熱管進行加熱污染場 地、由抽提井內的真空累抽出加熱后污染場地產生的氣態(tài)污染物及污染地下水，由此修復 污染場地；
[0012] e、d步驟中抽出的氣態(tài)污染物及污染地下水送入埋設在邊界處地層的邊界熱循環(huán) 管進行二次換熱，然后送入地面抽提處理裝置處理。
[0013] 污染場地原位電加熱脫附修復技術的裝置，包括加熱井、抽提井、供電控溫調節(jié)裝 置、邊界余熱回用機構及抽提處理裝置，所述的加熱井及抽提井均電連接供電控溫調節(jié)裝 置，所述的抽提井通過輸出管路連接邊界余熱回用機構，邊界余熱回用機構連接抽提處理 裝置，由加熱井加熱污染場地形成氣態(tài)污染物，由抽提井抽出氣態(tài)污染物及污染地下水送 入邊界余熱回用機構，邊界余熱回用機構將氣態(tài)污染物及污染地下水的溫度吸收后在將其 送入抽提處理裝置處理。
[0014] 所述的加熱井的具體結構是:包括井套管，井套管內安裝有電加熱管，井套管的內 壁上設有碳鋼管，井套管與電加熱管之間設有熱電偶傳感器及高溫導熱填充材料，電加熱 管是單引線不誘鋼加熱管，加熱管內安裝有電熱絲并填充有結晶氧化儀顆粒，電加熱管的 頂部引線與采用絕緣材料制成的電線套管相連接。
[0015] 所述的供電控溫調節(jié)裝置的具體結構是:包括依次連接的溫度數據收集機構、溫 度控制系統(tǒng)、可控娃整流器及供電設施，溫度數據收集機構連接設在若干個加熱井內的熱 電偶傳感器，可控娃整流器連接若干加熱井的電加熱管。
[0016] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術突出且有益的技術效果是：
[0017] 1、本發(fā)明直接將電能轉換為熱能，不需要設置燃燒系統(tǒng)和燃料存儲系統(tǒng)，沒有燃 燒尾氣排放;電能轉換率高，整個電加熱管長度上發(fā)熱均勻。
[0018] 2、本發(fā)明適用于中小型場地污染的原位修復，可W根據場地情況靈活調節(jié)加熱井 和抽提井數量和布局，使整個場地區(qū)域得到均勻加熱和修復。
[0019] 3、本發(fā)明技術設計自動化程度高，同時充分考慮節(jié)能降耗和系統(tǒng)設備的安全穩(wěn)定 性。加熱溫度-供電調節(jié)系統(tǒng)將熱電偶所測得溫度與設定溫度進行比較，并通過改變供電強 度使加熱棒和冷點位置溫自動穩(wěn)定于設定溫度。其中，電加熱棒溫度監(jiān)測和控制可防止電 加熱棒因溫度過高而被燒壞，冷點溫度監(jiān)測和控制可確保整個加熱區(qū)域均達到設定溫度， 保證修復效果。該自動化系統(tǒng)使用溫度、電流反饋回路，不但使加熱區(qū)域內溫度穩(wěn)定在設定 值附近，降低溫度震蕩，延長電加熱管壽命;而且通過使用可控娃整流系統(tǒng)，降低供電過程 中電平波動，增加能效。
[0020] 4、本發(fā)明中污染物質經抽提井抽出至地面后，仍處于高溫狀態(tài)。本設計對抽提物 質帶出熱量進行二次利用，抽提出的高溫流體在抽提處理裝置內設置的真空累作用下首先 沿余熱回流管進入邊界冷區(qū)進行二次換熱，并最終匯集于地面處理區(qū)域。該設計對加熱過 程中產生熱量進行最大化利用，同時有效降低了抽提出的高溫流體的溫度，有利于后續(xù)的 氣水分離W及尾氣處理。
[0021] 5、本發(fā)明實現(xiàn)了幾大優(yōu)點：一是全自動化控溫工作;二是余熱充分回用;Ξ是布局 靈活，由此刷新了行業(yè)的新標準，達到了更高的科技水平。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明中供電控溫調節(jié)裝置的工作原理圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明的結構俯視圖。
[0025] 圖4是本發(fā)明的實施例一的布局示意圖。
[0026] 圖5是本發(fā)明的實施例二的布局示意圖。
[0027] 圖6是本發(fā)明的實施例Ξ的布局示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖W具體實施例對本發(fā)明作進一步描述:參見圖1-6，
[0029] 污染場地原位電加熱脫附修復技術，包括如下步驟：
[0030] a、將若干個加熱井1及抽提井2插入污染場地，插入深度為1-4米；
[0031] b、在污染場地的表面鋪設隔熱層3,隔熱層采用輕質混凝±制成；
[0032] C、將污染場地的地下水做降水處理，降至地下水至地下5米位置；
[0033] d、供電設施4電連接若干個加熱井1及抽提井2,由加熱井1內的加熱管5進行加熱 污染場地、由抽提井內的真空累抽出加熱后污染場地產生的氣態(tài)污染物及污染地下水，由 此修復污染場地；
[0034] e、d步驟中抽出的氣態(tài)污染物及污染地下水送入埋設在邊界處地層的邊界熱循環(huán) 管6進行二次換熱，然后送入地面抽提處理裝置7處理。
[0035] 污染場地原位電加熱脫附修復裝置:包括加熱井1、抽提井2、供電控溫調節(jié)裝置、 邊界余熱回用機構及抽提處理裝置7,所述的加熱井1及抽提井2均電連接供電控溫調節(jié)裝 置，所述的抽提井2通過輸出管路連接邊界余熱回用機構，邊界余熱回用機構連接抽提處理 裝置，由加熱井加熱污染場地形成氣態(tài)污染物，由抽提井抽出氣態(tài)污染物及污染地下水送 入邊界余熱回用機構，邊界余熱回用機構將氣態(tài)污染物及污染地下水的溫度吸收后在將其 送入抽提處理裝置處理。
[0036] 上述的邊界余熱回用機構即安裝在邊界地面下的邊界熱循環(huán)管6。當抽出的高溫 氣態(tài)污染物及污染地下水經過邊界熱循環(huán)管即寸，會將其帶有的高溫傳遞至邊界的地層，由 此將熱量繼續(xù)傳導至污染場地使用。
[0037] 所述的加熱井1的具體結構是:包括井套管8,井套管內安裝有電加熱管9,井套管 的內壁上設有碳鋼管，井套管與電加熱管之間設有熱電偶傳感器及高溫導熱填充材料，電 加熱管是單引線不誘鋼加熱管，加熱管內安裝有電熱絲并填充有結晶氧化儀顆粒，電加熱 管的頂部引線與采用絕緣材料制成的電線套管10相連接。
[0038] 上述的高溫導熱填充材料可采用鋼珠。
[0039] 加熱井的工作原理是：
[0040] 通電后，電流流經電加熱管，電熱絲根據其額定功率產生熱量，并使加熱井內溫度 快速升高至400-50(TC。加熱井同周邊地層環(huán)境存在的溫差促使熱量向周邊傳遞，使±壤和 地下水得到加熱。在加熱情況下，有機污染物在±壤表面粘附性降低而容易脫離±壤顆粒， 同時增加其在地下水和±壤氣體中分配量和流動性。
[0041] 抽提井的工作原理是：
[0042] 抽提井的外側設有石英砂過濾層15,抽提井中的真空累運行會在抽提井內形成負 壓，使得±壤內氣態(tài)污染物和污染地下水在壓力差作用下遷移至抽提井內。升溫的±壤氣 體和地下水首先通過抽提井內的石英砂過濾層15,再通過篩管進入抽提井內部，之后沿著 抽提井被提升至地面管中，進入邊界熱循環(huán)管與邊界處地層進行二次換熱，然后再進入地 面抽提處理裝置處理。
[0043] 所述的供電控溫調節(jié)裝置的具體結構是:包括依次連接的溫度數據收集機構11、 溫度控制系統(tǒng)12、可控娃整流器13及供電設施4,溫度數據收集機構11連接設在若干個加熱 井1內的熱電偶傳感器14,可控娃整流器13連接若干加熱井的電加熱管5。
[0044] 溫度控制系統(tǒng)12使用的是比例積分和微分PID控制器，溫度控制器根據輸入溫度 和設定溫度之差，計算出所需供電調節(jié)量，并將該調節(jié)信號傳遞給可控娃整流器。可控娃整 流器根據調節(jié)信號，調整供電設備對電加熱棒的電能輸入。PID的使用可W大幅度提高電能 利用率，避免供電設備頻繁處于開/關狀態(tài)。PID在接受熱電偶所測得溫度信號后，將輸出信 號傳遞給可控娃整流器，可控娃整流器可W降低供電過程中的電壓波動，而且進一步降低 電加熱管內的溫度震蕩，使電加熱管溫度更趨于穩(wěn)定值。
[0045] 供電控溫調節(jié)裝置的運行模式如下:溫度監(jiān)測點分別位于冷點位置和加熱井，冷 點為加熱場內溫度最低點，冷點處溫度達標可確保整個場地均勻加熱；由于加熱井內安裝 電加熱管，為保護電加熱管不會因溫度過高而被燒壞，需確保加熱井內溫度處于電加熱管 可承受范圍。本項目中使用熱電偶溫度傳感器測量溫度，由K型熱電偶傳感器、延長線和顯 示儀表構成，K型熱電偶傳感器為Ni化-Ni型。在加熱井溫度監(jiān)測時，熱電偶被固定在加熱井 井套管內壁，從深度上每兩米固定一個熱電偶傳感器。熱電偶傳感器延長線從套管內伸出， 并連接至顯示儀表。冷點監(jiān)測點安裝測溫監(jiān)測井，它的內徑設置為碳鋼管，監(jiān)測井深度需低 于污染區(qū)域底部。熱電偶傳感器固定在碳鋼管內部，每兩米固定一個熱電偶傳感器，位置最 深的熱電偶傳感器需低于污染區(qū)域底部。
[0046] 下面是本發(fā)明的實際案例使用情況及使用反饋數據：
[0047] 將本原位電加熱裝置在某場地進行了現(xiàn)場中試。該中試于Ξ塊場地進行平行試 驗，Ξ塊場地尺寸相同，地質條件類似，主要構成均為粉質粘±。場地分別采用4加熱井、7加 熱井和9加熱井布局法，如圖4、圖5、圖6所示。Ξ塊場地保持一定距離，確保場地加熱沒有相 互影響。單塊場地為一個6mX6m正方形，平面面積為36m2。場地深度情況如下：目標加熱區(qū) 域為地下Im至4m，地下水面位置為地下Im，為使加熱井在深度上覆蓋目標加熱區(qū)域，加熱管 加熱范圍為地下0.5m至4.5m，即在目標污染區(qū)域的基礎上向上和向下各延伸0.5m。目標區(qū) 域體積為108m3，加熱區(qū)域為144m3。加熱方法如圖1所示一致，單根加熱棒輸出功率為5KW。加 熱前對場地地下水做降水處理，降低地下水位至地下5m位置，用來減小地下水對加熱效率 的影響。
[0048] 如上所述，Ξ塊相同場地分別采用4根加熱管、7根加熱管和9根加熱管布局法。4根 加熱管采用正方形分布，每兩個加熱井之間距離為4m;7根加熱管為正六邊形布局，每兩個 加熱井之間距離為2.5m;9根加熱管采用正方形布局，每兩個加熱井之間距離為2m。加熱過 程中，對場地中屯、點、加熱井點和場地邊界點（分別為圖4中）Ξ點進行溫度監(jiān)測，讀取和存 儲熱電偶在該點所測得平均溫度。經過120天系統(tǒng)運行，Ξ塊場地在不同點位的最終穩(wěn)定溫 度數據如表1所示。
[0049] 表1原位電加熱脫附系統(tǒng)中試溫度數據
[(Κ)加 ]
[0051 ]中試結果顯示9根加熱管正方形布局法更適用于中小型場地。在9根加熱管加熱 下，系統(tǒng)溫度可W在較短時間內達到預先設置的目標溫度;系統(tǒng)冷點位置存在于每4個加熱 井所形成正方形中屯、和場地邊界區(qū)域。
[0052]上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非依此限制本發(fā)明的保護范圍，故:凡依 本發(fā)明的結構、形狀、原理所做的等效變化，均應涵蓋于本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 污染場地原位電加熱脫附修復技術，其特征在于:包括如下步驟： a、 將若干個加熱井及抽提井插入污染場地，插入深度為1 一4米； b、 在污染場地的表面鋪設隔熱層，隔熱層采用輕質混凝土制成； c、 將污染場地的地下水做降水處理，降至地下水至地下5米位置； d、 供電設施電連接若干個加熱井及抽提井，由加熱井內的加熱管進行加熱污染場地、 由抽提井內的真空栗抽出加熱后污染場地產生的氣態(tài)污染物及污染地下水，由此修復污染 場地； e、 d步驟中抽出的氣態(tài)污染物及污染地下水送入埋設在邊界處地層的邊界熱循環(huán)管進 行二次換熱，然后送入地面抽提處理裝置處理。2. 如權利要求1所述的污染場地原位電加熱脫附修復技術的裝置，其特征在于:包括加 熱井、抽提井、供電控溫調節(jié)裝置、邊界余熱回用機構及抽提處理裝置，所述的加熱井及抽 提井均電連接供電控溫調節(jié)裝置，所述的抽提井通過輸出管路連接邊界余熱回用機構，邊 界余熱回用機構連接抽提處理裝置，由加熱井加熱污染場地形成氣態(tài)污染物，由抽提井抽 出氣態(tài)污染物及污染地下水送入邊界余熱回用機構，邊界余熱回用機構將氣態(tài)污染物及污 染地下水的溫度吸收后在將其送入抽提處理裝置處理。3. 根據權利要求2所述的污染場地原位電加熱脫附修復技術的裝置，其特征在于:所述 的加熱井的具體結構是:包括井套管，井套管內安裝有電加熱管，井套管的內壁上設有碳鋼 管，井套管與電加熱管之間設有熱電偶傳感器及高溫導熱填充材料，電加熱管是單引線不 銹鋼加熱管，加熱管內安裝有電熱絲并填充有結晶氧化鎂顆粒，電加熱管的頂部引線與采 用絕緣材料制成的電線套管相連接。4. 根據權利要求2所述的污染場地原位電加熱脫附修復技術的裝置，其特征在于:所述 的供電控溫調節(jié)裝置的具體結構是:包括依次連接的溫度數據收集機構、溫度控制系統(tǒng)、可 控硅整流器及供電設施，溫度數據收集機構連接設在若干個加熱井內的熱電偶傳感器，可 控硅整流器連接若干加熱井的電加熱管。
【文檔編號】B09C1/06GK105834205SQ201610389712
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】張峰, 劉昊, 王健華, 馬烈, 張芝蘭, 顧心愛, 阮關心
【申請人】上海格林曼環(huán)境技術有限公司