[發明專利]一種污染土壤強化原位熱脫附加熱裝置及方法

有效

• 申請號: 202011292771.4
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112517622B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 杜立志;韓亞魯;張曉培;胡新民;劉晨陽;葛華
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B09C1/06
• 分類號: B09C1/06
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 鞠傳龍

1.一種污染土壤強化原位熱脫附加熱裝置，包括有安裝坑道、加熱管、抽提取管、蒸汽鍋爐、抽提取泵、供電站、空壓機和控制器，其中安裝坑道開設在污染土體的一端，安裝坑道的底部低于污染土體中污染物的底部進行設置，加熱管和抽提取管設置有數組，數組加熱管和抽提取管在水平方向交替分層布設在污染土體內，加熱管的進口和抽提取管的出口裝配在安裝坑道位于污染土體一側的側壁上，加熱管通過管路與空壓機相連接，空壓機為加熱管內提供高壓氣體，空壓機的進氣管與蒸汽鍋爐相連接，抽提取管通過管路與抽提取泵相連接，供電站通過控制器分別與加熱管、空壓機、蒸氣鍋爐和抽提取泵相連接，供電站為加熱管、空壓機、蒸氣鍋爐、抽提取泵和控制器提供電力，空壓機、蒸氣鍋爐、加熱管和抽提取泵與控制器相連接，控制器控制空壓機、蒸氣鍋爐、加熱管和抽提取泵的工作，其特征在于：所述的加熱管與空壓機的連接管路上裝配有第一壓力表，加熱管進口處的連接管路上裝配有第一控制閥，第一壓力表和第一控制閥均與控制器相連接，第一壓力表能夠把連接管路上的壓力數據實時傳輸給控制器，控制器通過第一壓力表傳輸的數據控制空壓機輸出總氣壓，控制器通過第一壓力表傳輸的數據控制各加熱管端的第一控制閥開啟大小從而調節各加熱管氣壓，抽提取管與抽提取泵相連接的管路上裝配有第二壓力表，抽提取管出口的連接管路上裝配有第二控制閥，第二壓力表和第二控制閥均與控制器相連接，第二壓力表能夠把連接管路上的壓力數據實時傳輸給控制器，控制器通過第二壓力表傳輸的數據控制抽提取泵的輸出功率，控制器通過第二壓力表傳輸的數據控制各抽提取管端的第二控制閥開啟大小從而調節各抽提取管氣壓，抽提取管內還裝配有溫度傳感器、濕度傳感器和污染物檢測傳感器，溫度傳感器、濕度傳感器和污染物檢測傳感器與控制器相連接，溫度傳感器、濕度傳感器和污染物檢測傳感器能夠把采集的數據實時傳輸給控制器，抽提取管與抽提取泵之間的連接管路上還連接有余熱交換站，靠近余熱交換站的連接管路上裝配有流量計，余熱交換站通過管路與空壓機相連通，抽提取管內輸出的熱能通過余熱交換站傳輸到空壓機使用，抽提取泵還連接有污染物處理器，抽提取泵從抽提取管中泵出的污染物經過污染物處理器進行無害化處理后排出。

2.根據權利要求1所述的一種污染土壤強化原位熱脫附加熱裝置，其特征在于：所述的每組加熱管是由數節管體連接組合而成，每節管體均是由外管和內管組成，其中內管插設在外管內，外管和內管為同心的圓柱形鋼管，內管的外壁與外管的內壁之間周圈的間隙內均布有十二個套管，套管也為鋼管，外管、內管和套管均為耐高溫耐腐蝕鋼材制成，兩個套管之間穿過內管與外管的側壁設置有通透的注氣孔，內管的內腔能夠通入蒸氣或熱空氣，內管的內腔中通入的蒸氣或熱空氣通過注氣孔向加熱管的周圈噴出，加熱管的尾端通過封堵進行密封，每個套管內均裝配有工業加熱棒，每四根工業加熱棒并聯為一組，十二根工業加熱棒共分為三組，相鄰組的工業加熱棒之間采用三角形接法，工業加熱棒由耐高溫耐腐蝕材料制成，工業加熱棒通過控制器與供電站相連接并由供電站提供電力，工業加熱棒與控制器連接并由控制器調節加熱功率。

3.根據權利要求1所述的一種污染土壤強化原位熱脫附加熱裝置，其特征在于：所述的每組抽提取管均是由數節組合而成，抽提取管的管壁周圈開設有通透的進口用于周圍土體中污染物的輸入排出。

4.根據權利要求1或2所述的一種污染土壤強化原位熱脫附加熱裝置，其特征在于：所述的控制器是由輸入端、數顯控制柜和輸出端組成，輸入端和輸出端均與數顯控制柜相連接，輸入端輸入的數據能夠通過數顯控制柜進行顯示，通過數顯控制柜的指令能夠通過輸出端輸出，其中控制器的輸入端與第一壓力表、第二壓力表、溫度傳感器、濕度傳感器和污染物檢測傳感器相連接，控制器的輸出端與第一控制閥、第二控制閥、蒸氣鍋爐、抽提取泵和空壓機相連接，通過第一壓力表、第二壓力表、溫度傳感器、濕度傳感器和污染物檢測傳感器采集的數據傳送到控制器的輸入端，控制器根據數顯控制柜設置好的加壓壓力、加熱溫度、濕度和污染物濃度閾值，控制器輸出控制指令給空壓機或第一控制閥從而調節加熱管壓力，控制器輸出控制指令給工業加熱棒調節加熱管功率，控制器輸出控制指令給蒸汽鍋爐用于調節蒸氣輸入量，控制器輸出控制指令給第二控制閥控制第二控制閥的啟閉。

5.一種污染土壤強化原位熱脫附加熱方法，其特征在于：其方法如下所述：

步驟一、開挖設定寬度的安裝坑道作為抽提取管和加熱管水平作業空間，安裝坑道的長度根據污染場地尺寸確定，安裝坑道的深度大于污染物埋深1m，安裝坑道兩側由密封性好可重復利用的SMW工法樁作為安裝坑道的圍護結構，并做對撐支護，制作圍護結構時預留抽提取管和加熱管的布孔孔洞，在導熱系數小的土壤層適當增大布孔密度；

步驟二、在安裝坑道中施做加熱管和抽提取管水平交錯孔洞，布孔上下間隔1.5m-3m,在抽提取管內安裝溫度傳感器、濕度傳感器和污染物檢測傳感器，將加熱管和抽提取管分別首尾拼接置入相應孔洞，安裝坑道圍護結構與加熱管和抽提取管間通過微膨脹補償收縮混凝土密封，在加熱管進口端安裝第一控制閥和第一壓力表，在抽提取管的出口端安裝第二控制閥和第二壓力表，抽提取管上的第二控制閥和第二壓力表以及加熱管上的第一控制閥和第一壓力表通過導線與控制器和供電站連接，第一壓力表和第一控制閥通過加熱管端部導管與空壓機連接，抽提取管出口通過導管與抽提取泵連接，并將工業加熱棒和各傳感器導線通過管端引出地表，工業加熱棒通過控制器與供電站連接，為了檢測和控制方便，第一壓力表、第一控制閥、第二壓力表和第二控制閥也可以設置于地表；

步驟三、安裝調試供電站、控制器、空壓機、蒸汽鍋爐、抽提取泵和污染物處理器，打開供電站、控制器、空壓機、蒸汽鍋爐、抽提取泵和污染物處理器，確保各設備安全運行良好，檢測各深度土壤溫度、濕度和污染物濃度的初始值；

步驟四、加熱管端的第一控制閥和抽提取管端的第二控制閥開啟，加熱管進行通電對土壤加熱，空壓機泵入高壓氣體，加壓壓力大于1Mpa，且隨著土壤深度增加，壓力逐漸增大，通過高壓氣體切割疏通土壤孔隙，擴大土壤與熱空氣接觸面積，加熱管與抽提取管配合，在加熱管和抽提取管間實現熱空氣攜帶污染物的擴散通道，形成微小循環，加速熱對流，加快污染物擴散；

步驟五、啟動控制器實時檢測土壤溫度、濕度、污染物濃度，當溫度傳感器檢測到某深度土壤溫度低于控制器中數顯控制柜設置的加熱溫度閾值時，數顯控制柜分別通過加熱管控制指令提高加熱管功率，空壓機持續向加熱管供給高壓氣體，使污染物快速揮發擴散，當濕度傳感器檢測到某深度土壤濕度低于數顯控制柜設置的濕度閾值時，控制器通過蒸汽鍋爐控制指令調節蒸氣供應量以增大土壤熱傳導效率，使加熱管保持較高的熱傳導性；

步驟六、脫附出的污染物由抽提取泵經水平向抽提取管引出地表，污染物通過余熱交換站進行余熱回收，熱交換后的熱空氣通入空壓機，熱量回收后的污染物由污染物處理器無害化處理后排放；

步驟七、隨著熱脫附時間推移，通過污染物檢測傳感器獲取的某深度土壤污染物濃度信息傳送到控制器的輸入端，當污染物濃度低于控制器中數顯控制柜設置的污染濃度閾值時，由數顯控制柜根據設置好的污染物閾值，控制器輸出控制指令將該深度加熱管中的工業加熱棒斷路，該深度第一控制閥和第二控制閥不再受第一壓力表和第二壓力表傳入控制器的信息控制，并且關閉該深度加熱管端的第一控制閥和抽提取管端的第二控制閥，降低能源消耗，防止其他區域污染物向該區域遷移，實現土壤污染物精準熱脫附。