[發明專利]基于電壓變頻調節的污染土壤電阻加熱運行自優化系統和方法

在審

• 申請號: 202110438962.5
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113102479A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 焦文濤;詹明秀;鄔劉濤;籍龍杰;王世玉;陳芒;田青山;張晨琛
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B09C1/06
• 分類號: B09C1/06;B09C1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種基于電壓變頻調節的污染土壤電阻加熱運行自優化系統，其特征在于，所述的土壤電阻加熱運行自優化系統包括新型電阻加熱調壓柜(1)、電極(2)、抽提井(3)、高密度電法測試電極(4)、高密度電法測試儀(5)、熱交換器(6)、冷卻水塔(7)、氣液分離罐(8)、風機(9)、蒸汽處置裝置(10)、活性炭吸附裝置(11)、水泵(12)、廢液處置裝置(13)。

所述電極(2)插入污染土壤中，所述新型電阻加熱調壓柜(1)與電極(2)相連，對污染土壤施加電場，通過電阻效應加熱污染土壤，使其脫附、揮發的污染物從土壤中逸散，通過抽提井(3)抽提；

所述高密度電法測試電極(4)根據現場土壤污染物的濃度布置在電極(2)的周圍，所述高密度電法測試電極(4)與高密度電法測試儀(5)相連，高密度電法測試電極(4)測量得到土壤的電阻率信息，高密度電法測試儀(5)采集并存儲污染地塊的土壤電阻率信息；所述高密度電法測試儀(5)與新型電阻加熱調壓柜(1)相連，將采集得到的電阻率信息反饋給新型電阻加熱調壓柜(1)，實現系統的變頻、調壓和功率控制。

所述抽提井(3)與熱交換器(6)相連，污染物從土壤中抽提出來后進入熱交換器(6)；所述熱交換器(6)分別與冷卻水塔(7)和氣液分離罐(8)相連，其中冷卻水塔(7)對進入熱交換器(6)的污染物進行冷卻處理，且冷卻水重新流回冷卻水塔(7)，被冷卻后的污染物進入氣液分離罐(8)；氣液分離罐(8)分別與風機(9)和水泵(12)相連，污染物通過氣液分離罐(8)后被分為氣態污染物和液態污染物，其中氣態污染物進入風機(9)，液態污染物進入水泵(12)。

所述風機(9)與蒸汽處置裝置(10)相連，蒸汽處置裝置(10)對氣態污染物進行處理，一部分氣態污染物在蒸汽處置裝置(10)中被吸附；蒸汽處置裝置(10)與活性炭吸附裝置(11)相連，活性炭吸附裝置(11)吸附未被處理完全的一部分氣態污染物，并將最后達標的氣體排入大氣；

所述水泵(12)與廢液處置裝置(13)相連，廢液處置裝置(13)對液態污染物進行處置，并將最后達標的液體排放。

2.根據權利要求1所述的一種基于電壓變頻調節的污染土壤電阻加熱運行自優化系統，其特征在于，所述新型電阻加熱調壓柜(1)可以根據高密度電法測試儀(5)的電阻率反饋信息，實現系統的變頻、調壓和功率控制，其中輸入電壓、相數與頻率為三相380V線電壓/50Hz，與電網供電兼容；最高輸出三相交流電壓為900V；最大輸出直流電流為40A；輸出電壓的頻率范圍為0.5-10000Hz；具備GPS授時功能，可根據GPS時間對輸出電壓電流進行編程控制。

3.根據權利要求1所述的一種基于電壓變頻調節的污染土壤電阻加熱運行自優化系統，其特征在于，所述高密度電法測試電極(4)布置在一定間隔的測點上，高密度電法測試電極(4)之間可以自由組合，現場布設一次性完成，每一個測點的采集速度在2-5s。

4.根據權利要求1所述的一種基于電壓變頻調節的污染土壤電阻加熱運行自優化系統，其特征在于，所述高密度電法測試儀(5)的數據采集和存儲全部實現自動化，不僅采集速度快，而且可以避免由于人工操作引起的誤差和錯誤，智能化程度高，還可以對采集的數據進行預處理并顯示剖面曲線形態，高密度電法測試儀(5)在脫機處理后還可自動繪制和打印各種成果圖件。

5.根據權利要求1所述的一種基于電壓變頻調節的污染土壤電阻加熱運行自優化系統，其特征在于，所述風機(9)采用旋渦式離心鼓風機，流量為400-600m³/h，功率為5-10KW。

6.根據權利要求1所述的一種基于電壓變頻調節的污染土壤電阻加熱運行自優化系統，其特征在于，所述水泵(12)采用離心泵，流量為45-60m³/h，揚程為30-35m。

7.一種基于權利要求1-6任一項所述的基于電壓變頻調節的污染土壤電阻加熱運行自優化系統的污染土壤電阻加熱運行自優化方法，其特征在于，該方法具體步驟為：

(1)新型電阻加熱調壓柜(1)對電極(2)供電，在電場的作用下，污染土壤由于自身的電阻效應產生熱量，當土壤達到一定溫度后，揮發性、半揮發性的污染物在土壤中遷移轉化，發生脫附、揮發等反應從土壤中逸散，抽提井(3)對逸散出來的污染物進行抽提；

(2)高密度電法測試電極(4)能檢測污染區塊土壤的電阻率，高密度電法測試儀(5)采集高密度電法測試電極(4)所測得的土壤電阻率信息，并將該信息實時地反饋給新型電阻加熱調壓柜(1)，新型電阻加熱調壓柜(1)能根據反饋得到的信息進行變頻、調壓和功率控制，從而提高覆蓋區域土壤的加熱效率，減少系統能耗；

(3)抽提井(3)抽提出來的污染物進入熱交換器(6)，經過冷卻后污染物進入氣液分離罐(8)，在氣液分離罐(8)中污染物被分成氣態污染物和液態污染物；

(4)從氣液分離罐(8)分離出來的氣態污染物通過風機(9)鼓入蒸汽處置裝置(10)，蒸汽處置裝置(10)處理了大部分氣態污染物，其中小部分未被處理完全的污染物進入活性炭吸附裝置(11)后被活性炭吸附，從氣液分離罐(8)分離出來的液態污染物通過水泵(12)進入廢液處置裝置(13)，處理合格達標后排放。