一种电阻加热-蒸汽注入耦合土壤修复技术评估系统及评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电阻加热

【技术实现步骤摘要】
一种电阻加热
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蒸汽注入耦合土壤修复技术评估系统及评估方法


[0001]本专利技术涉及土壤原位修复领域，具体涉及一种电阻加热
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蒸汽注入耦合土壤修复技术评估系统及评估方法。

技术介绍

[0002]土壤是人类社会赖以生存和物质发展的基础。随着我国经济高速发展的同时，土壤和地下水环境的污染问题也日益严重。我国环境保护部与国土资源部2014年发布《全国土壤污染状况调查公报》后，我国土壤污染程度之深已受到社会各界的重视。土壤污染物中，有机物污染物比如DNAPL、PAHs等，因其具有高迁移性和高毒性给人类健康和生态环境带来严重威胁。而由于其具有水溶性差、修复目标值低和迁移性大(污染深度可达地下几十米)等特点给修复工作带来严重的技术和经济挑战。年来，因其修复周期短、无需挖掘污染土壤、修复效果好等特点，原位热脱附技术被国内外日益广泛应用于修复受有机物污染的土壤。根据加热方式的不同，ISTD主要包括蒸汽强化抽提(SEE)、电阻加热(ERH)、热传导加热(TCH)和射频加热(RFH)。其中，SEE和ERH都是相对低温(～100℃)的加热技术，可以看作是去除有机物的一种土壤友好修复方法。
[0003]ERH技术是以一个个插入土壤的电极形成回路的电极阵并对土壤进行放电，具有导电性的土壤将电能转换成热能升温，土壤中水分逐渐转化成热蒸汽，驱使易挥发性有机污染物从土壤中脱附进入更易渗透的蒸汽流动区域，汽水混合有机污染物经蒸汽抽提装置捕获后进行无害化处理。土壤的导电性是ERH运用的关键。土壤水分损失会影响ERH的加热效果，因为随着土壤升温，水分蒸发，土壤的电阻将增加(电导率降低)，从而导致向目标区域较干燥部分输送的能量减少。在土壤的渗流带，电极周围一般需要配置加湿系统提供水和盐分，防止电极周围土壤变干后电导率降低。SEE是依靠注入土壤的高温蒸汽经液化放热的物理反应实现土壤中有机污染物的脱附。蒸汽热强化气相抽提技术从90年代开始使用，国外的工程实践表明，高温水蒸汽方式来加热土壤，通过解吸、溶解和蒸发地下污染物质，可加速有机物脱附，修复效果良好。另外，其独特优势在于能够治理处于高流速地下水的土壤环境，但其对渗透性较差的土壤修复效果不够理想。
[0004]土层的异质性对SEE修复效率具有显著的影响。当高渗透地层中有低渗透区时，DANPL易于在低渗透上方积累，同时低渗透性层不利于VOC的扩散。加热渗透性不同的土层时，渗透率越低的区域，该区域的温度就必须更高的温度才能使DANPL蒸发。然而，蒸汽注入将优先在渗透性更高的地层中流动，渗透率较低的区域将通过来自蒸汽区域的热传导加热，这使的低渗透区加热缓慢。同时，随着土层渗透率的差异增加和蒸汽注入的速率增加，发生优势通道程度增加，加剧了蒸汽绕过低渗透区中污染物。当处理异质性较大土层时，上述问题限制了SEE修复效果，加剧了能耗问题。
[0005]因为电流会寻找传导的路径，所以导电性更好的区域首先加热，随着导电性较高的区域中的水加热并被煮沸，导电性较差的区域随后会变热。低渗透区(例如淤泥和粘土)
比高渗透区(例如沙土)导电性更高。当ERH加热土层时，具有较高导电性的低渗透性淤泥和粘土以及氯化溶剂源区域被优先加热。
[0006]工程实践发现，单一原位加热技术在修复复杂污染场地存在能耗高、处理能力有限的问题。因此，目前尚缺乏根据场地中不同渗透性土壤的分布在一个加热井中实现蒸汽
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电阻耦合加热的技术方案，以解决现有技术在应用中的局限性，提高加热效率，缩短加热时间，减少成本，更是无法对耦合的能耗做出详细评估。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术提供了一种电阻加热
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蒸汽注入耦合土壤修复技术评估系统，详细研究耦合过程热场分布规律及影响因素、土壤污染物脱附效果和能效评估，阐明耦合机制和明确耦合最佳运行参数，加深对SEE和ERH的耦合的理解，为原位电阻加热
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蒸汽强化抽提耦合修复技术研发与应用提供科学指导。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0009]本专利技术第一方面提供一种电阻加热
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蒸汽注入耦合土壤修复技术评估系统，包括土柱、蒸汽注入单元、吹扫气气提单元、电阻加热单元、温度和压力监测单元和尾气监测单元；
[0010]所述蒸汽注入单元和吹扫气气提单元汇聚后通过导管连接到土柱一端；电阻加热单元设置于土柱上，对土壤加热；温度和压力监测单元与土柱连接，监测土柱中温度和压力；土柱的另一端连接有尾气监测单元，对尾气中的有机物浓度进行检测。
[0011]进一步，所述土柱为聚四氟乙烯，土柱尺寸大小(内径，外径，长度)可根据实验需要确定。
[0012]进一步，所述蒸汽注入单元由计量泵和蒸汽发生器组成；计量泵连接到蒸汽发生器，计量泵以设定的流速将水注入到蒸汽发生器中，再连接到土柱。
[0013]进一步，所述吹扫气气提单元包括气罐和流量计；气罐连接到流量计再连接到土柱。吹扫气为氮气、二氧化碳等惰性气体。
[0014]进一步，所述蒸汽注入单元和吹扫气气提单元汇聚后连接到土柱的导管外披加热带，温度设置在100℃以确保蒸汽进入土柱前不会冷凝。
[0015]进一步，所述电阻加热单元包括电源、电表和电极；电极设置于土柱内壁，并与电表和电源相连。电表可以实现电压、功率、电流的实时检测和记录。
[0016]进一步，所述温度和压力监测单元包括热电偶、压力探头和数据监测记录仪；在土柱的顶部、中部和底部设置多个热电偶用于监测温度；在土柱顶部和底部设置压力传感器监测进口和出口压力；热电偶和压力探头与数据监测记录仪连接，对温度和压力数据实时记录。
[0017]进一步，所述尾气监测单元包括热交换器、冷水恒温槽、冷凝液收集罐和VOCs检测仪；冷水恒温槽连接到热交换器以提供冷凝水；土柱出来的尾气经热交换器冷凝后流入到收集罐中；收集罐与VOCs检测仪连接，便携式VOCs检测仪与对尾气中VOCs浓度检测。
[0018]本专利技术第二方面提供利用第一方面所述评估系统进行土壤修复技术评估的方法，包括以下步骤：
[0019]以耦合能耗Q与有机物的质量M的比值作为评价指标，该比值越低脱附单位质量的
有机物消耗的能耗越低；
[0020]其中，回收有机物总质量M由尾气中的有机物质量M1以及冷凝液中的有机物质量M2组成；
[0021]耦合能耗Q由蒸汽注入的能量输入Q
s
和电阻加热Q
e
的能量输入组成。
[0022]进一步，所述回收回收有机物质量M由下式计算：
[0023]M＝M1+M2[0024][0025]M2＝V2C2[0026]式中，V1为抽提速率；C1是尾气中的有机物浓度；t是脱附时间；M2为冷凝液中的有机物质量；V2为冷凝水体积；C2是冷凝水中的有机物浓度。
[0027]进一步，所述耦合方式的能耗Q由SEE的能量输入Q
s
和ERH Q<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电阻加热
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蒸汽注入耦合土壤修复技术评估系统，其特征在于，包括土柱、蒸汽注入单元、吹扫气气提单元、电阻加热单元、温度和压力监测单元和尾气监测单元；所述蒸汽注入单元和吹扫气气提单元汇聚后通过导管连接到土柱一端；电阻加热单元设置于土柱上，对土壤加热；温度和压力监测单元与土柱连接，监测土柱中温度和压力；土柱的另一端连接有尾气监测单元，对尾气中的有机物浓度进行检测。2.根据权利要求1所述的电阻加热
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蒸汽注入耦合土壤修复技术评估系统，其特征在于，所述蒸汽注入单元由计量泵和蒸汽发生器组成；计量泵连接到蒸汽发生器，再连接到土柱。3.根据权利要求1所述的电阻加热
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蒸汽注入耦合土壤修复技术评估系统，其特征在于，所述吹扫气气提单元包括气罐和流量计；气罐连接到流量计再连接到土柱。4.根据权利要求1所述的电阻加热
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蒸汽注入耦合土壤修复技术评估系统，其特征在于，所述蒸汽注入单元和吹扫气气提单元汇聚后连接到土柱的导管外披加热带。5.根据权利要求1所述的电阻加热
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蒸汽注入耦合土壤修复技术评估系统，其特征在于，所述电阻加热单元包括电源、电表和电极；电极设置于土柱内壁，并与电表和电源相连。6.根据权利要求1所述的电阻加热
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蒸汽注入耦合土壤修复技术评估系统，其特征在于，所述温度和压力监测单元包括热电偶、压力探头和数据监测记录仪；在土柱的顶部、中部和底部设置多个热电偶用于监测温度；在土柱顶部和底部设置压力传感器监测进口和出口压力；热电偶和压力探头与数据监测记录仪连接，对温度和...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛旭辉，岳瑞，刘柳君，陈智康，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：