一种污染场地分段电加热原位热脱附修复系统控制方法与流程

1.本发明涉及土壤修复技术领域，公开了一种污染场地分段电加热原位热脱附修复系统控制方法。


背景技术：

2.随着中国工业化进程的不断推进，污染企业面临拆迁改建，遗留的污染场地对环境和居民造成潜在健康风险。目前，原位电加热因能量利用率高，可以实现分段加热而有广泛应用前景。在原位热脱附修复工程中，因土壤质地不同，吸收同样能量后升高的温度不同。若对不同质地的土壤施加同样的热量，会造成土壤温度分布不均匀，污染物汽化不完全的问题。若针对污染物分布采取分段加热，即污染物浓度较高的土层加热温度较高，而污染物浓度较低的土层加热温度较低，易造成污染物汽化因浮力上升后，遇到上方温度较低的土壤又液化停留在该土层，导致污染物难以去除的问题。本发明基于土壤质地和土壤传热传质规律的研究，建立了基于土壤特性的控温的方式，以改善土壤温度分布均匀性，提升水分和污染物蒸发面一致性，可达到污染物有效去除和节能降耗的目的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种污染场地分段电加热原位热脱附修复系统控制方法，以解决以上问题。
4.本发明的实施例是这样实现的：
5.本发明实施例的一方面，提供一种污染场地分段电加热原位热脱附修复系统控制方法，包括如下步骤：
6.测定每个土层的相关物理特性；
7.基于所测定的所述土层的相关物理特性计算所述每个土层的有效密度、有效热容、有效导热系数；
8.再基于土壤污染物浓度、类型得出污染物蒸发潜热以及实验室测定的蒸发速率，计算蒸发电加热井影响范围内水分和污染物所需能量，以计算出对应土层土壤中的温度；
9.再依据工期计算出不同土层对应的分段电加热井所需加热功率；
10.启动加热系统对对应地所述土层进行加热并基于检测到的土层温度变化进行加热温度的调整。
11.可选地，所述计算出对应土层土壤中的温度的公式如下：
[0012][0013]
其中：
[0014]
ρ
eff
＝θ
w
ρ
w
+θ
s
ρ
s
+θ
v
ρ
v
[0015]
c
p，eff
＝(θ
w
ρ
w
c
p，w
+θ
s
ρ
s
c
p，s
+θ
v
ρ
v
c
p，v
)/ρ
eff
[0016][0017]
ρ
eff
为有效密度，c
p，eff
为有效热容，λ
eff
为有效导热系数，ρ为每个土层的密度，c
p
为比热容，λ
dry
为λ
wet
和干土与湿土导热系数，θ
s
、θ
w
、θ
v
依次为土壤、水分、气体的体积分数。
[0018]
可选地，所述启动加热系统对对应地所述土层进行加热并基于检测到的土层温度变化进行加热温度的调整包括：布设好加热系统，以及阻隔层。
[0019]
可选地，所述启动加热系统对对应地所述土层进行加热并基于检测到的土层温度变化进行加热温度的调整还包括：土壤加热时，当土壤监测温度低于100℃时，以含水率最高，导热系数最低、比热容最高的土层为参考，当其他土层的温度低于该土层时，调大该土层相应分段电加热器的加热功率，当其他土层的温度高于该土层时，调小该土层相应分段电加热器的加热功率。
[0020]
可选地，所述启动加热系统对对应地所述土层进行加热并基于检测到的土层温度变化进行加热温度的调整还包括：当土壤温度维持在100℃左右时，通过检测不同土层中抽提气含水率来判断加热进程，以含水率最高的土层为参照，当其他土层抽提气含水率高于该土层时，调小土层相应分段电加热器的加热功率，当其他土层抽提气含水率低于该土层时，调大土层相应分段电加热器的加热功率，使得水分蒸发面平行于电加热井。
[0021]
可选地，所述启动加热系统对对应地所述土层进行加热并基于检测到的土层温度变化进行加热温度的调整还包括：当汽化污染物所需能量占汽化水分所需能量的5％以上，土壤温度接近该污染物沸点时，通过检测不同土层中抽提气总挥发性有机物浓度来判断加热进程，汽化潜热最高，导热系数最低、比热容最高的土层为参考，当其他土层抽提气污染物浓度高于该土层时，调小土层相应分段电加热器的加热功率，当其他土层抽提气污染物浓度低于该土层时，调大土层相应分段电加热器的加热功率，使得污染物蒸发面平行于电加热井。
[0022]
可选地，所述启动加热系统对对应地所述土层进行加热并基于检测到的土层温度变化进行加热温度的调整还包括：当抽提气中污染物浓度降为0时，继续加热以维持各土层温度不变，当该加热井相邻加热井周围的抽提井中总挥发性有机物浓度降为0时，该加热井可停止供热。
[0023]
可选地，所述启动加热系统对对应地所述土层进行加热并基于检测到的土层温度变化进行加热温度的调整还包括：修复完成后，关闭加热气，将加热系统撤出。
[0024]
本发明实施例的有益效果包括：本发明没有对不同性质的土壤施加同样的能量，而是依据土壤性质、污染物分布计算加热功率，同时通过实施监测的土壤温度、尾气水分浓度和有机物浓度实时调整加热功率，从而实现土壤加热的精准控制，改善温度分布均匀性，避免了过渡修复或修复不完全的问题，提高土壤升温速率，从而节能降耗节省了修复费用。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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
些附图获得其他相关的附图。
[0026]
图1为本发明实施例污染场地分段电加热原位热脱附修复系统控制方法的流程图。
具体实施方式
[0027]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0028]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
[0029]
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。
[0030]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0031]
请参照图1，本实施例提供一种污染场地分段电加热原位热脱附修复系统控制方法，包括以下步骤：
[0032]
s1:测定每个土层的相关物理特性；
[0033]
s2:基于所测定的所述土层的相关物理特性计算所述每个土层的有效密度、有效热容、有效导热系数；
[0034]
s3:再基于土壤污染物浓度、类型得出污染物蒸发潜热以及实验室测定的蒸发速率，计算蒸发电加热井影响范围内水分和污染物所需能量，以计算出对应土层土壤中的温度；
[0035]
s4：再依据工期计算出不同土层对应的分段电加热井所需加热功率；
[0036]
s5：启动加热系统对对应地所述土层进行加热并基于检测到的土层温度变化进行加热温度的调整。
[0037]
以下进行更为详细的说明：本实施例提供一种污染场地分段电加热原位热脱附修复系统控制方法，包括：
[0038]
步骤a：钻井时根据取出的岩心快速测定每个土层的密度ρ、比热容c
p
、干土与湿土导热系数λ
dry
、λ
wet
和土壤、水分、气体的体积分数θ
s
、θ
w
、θ
v
，按照体积平均的方法，计算有效密度ρ
eff
、有效热容c
p，eff
、有效导热系数λ
eff
，即ρ
eff
＝θ
w
ρ
w
+θ
s
ρ
s
+θ
v
ρ
v
；c
p，eff
＝(θ
w
ρ
w
c
p，w
+θ
s
ρ
s
c
p，s
+θ
v
ρ
v
c
p，v
)/ρ
eff
；
[0039]
根据土壤污染物浓度、类型得出污染物蒸发潜热
δh
vap
以及实验室测定的蒸发速率计算蒸发电加热井影响范围内水分和污染物所需能量q，即再依据以下公式利用计算机仿真计算出土壤中的温度t。
[0040][0041]
再依据工期计算出不同土层对应的分段电加热井所需加热功率；
[0042]
具体地，实验室测定蒸发速率时，按照不同土壤质地和真空度分别测定。
[0043]
步骤b：布设好加热系统以及阻隔层；
[0044]
步骤c：土壤加热时，当土壤监测温度低于100℃时，以含水率最高，导热系数最低、比热容最高的土层为参考，当其他土层的温度低于该土层时，调大该土层相应分段电加热器的加热功率，当其他土层的温度高于该土层时，调小该土层相应分段电加热器的加热功率。
[0045]
步骤d：当土壤温度维持在100℃左右时，通过检测不同土层中抽提气含水率来判断加热进程，以含水率最高的土层为参照，当其他土层抽提气含水率高于该土层时，调小土层相应分段电加热器的加热功率，当其他土层抽提气含水率低于该土层时，调大土层相应分段电加热器的加热功率，使得水分蒸发面平行于电加热井。
[0046]
步骤e：当汽化污染物所需能量占汽化水分所需能量的5％以上，土壤温度接近该污染物沸点时，通过检测不同土层中抽提气总挥发性有机物浓度来判断加热进程，汽化潜热最高，导热系数最低、比热容最高的土层为参考，当其他土层抽提气污染物浓度高于该土层时，调小土层相应分段电加热器的加热功率，当其他土层抽提气污染物浓度低于该土层时，调大土层相应分段电加热器的加热功率，使得污染物蒸发面平行于电加热井。
[0047]
步骤f：当抽提气中污染物浓度降为0时，继续加热以维持各土层温度不变，防止相邻土壤中水分和污染物迁移至该电加热井影响范围，造成污染物未完全去除，修复不彻底。当该加热井相邻加热井周围的抽提井中总挥发性有机物浓度降为0时，该加热井可停止供热。
[0048]
步骤g：修复完成后，关闭加热器，将设备撤出。
[0049]
具体地，本发明中每段电加热管的长度依据所对应加热的土层划分，每段电加热管的温度依据土层的导热系数、比热容、含水率、孔隙度、污染物浓度、污染物类型和工期确定，依据理论计算、计算机仿真模拟和实验验证加热所需温度，以维持水分蒸发面和污染物蒸发面平行于电加热井。
[0050]
具体地，当所述同一土层内污染物浓度或含水率垂直分布差异较大时，将该土层分成两段。
[0051]
具体地，依据压力监测井的监测参数反馈调节抽提风机，依据温度监测井的监测参数反馈调节电加热器加热功率。
[0052]
具体地，抽提压力为
‑
45～
‑
75kpa。按照土层分布，分层测定土壤温度。
[0053]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。