CN107552555B - 电加热装置及原位修复超深有机污染土壤的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电加热装置及原位修复超深有机污染土壤的***和方法，所述电加热装置，包括导电芯及电阻丝，所述电阻丝为沿导电芯伸长方向独立设置的多段电阻丝，其中，每段电阻丝的两端焊接于导电芯上。本发明的原位修复超深有机污染土壤的***包括所述电加热装置，还包括无线温度控制***，该原位修复超深有机污染土壤的***能够实现超深加热和精准定位加热，使用寿命更长，且信号传导不再受线长的影响，信号传导距离不再受限，具有无可比拟的优势。

Description

电加热装置及原位修复超深有机污染土壤的***和方法

技术领域

本发明涉及一种有机污染土壤的原位修复***，具体涉及一种电加热装置及原位修复超深有机污染土壤的***和方法，属于环保技术领域。

背景技术

随着我国工业化、城市化及现代农业化的进程，土地污染日益严重，并逐步表现为多种污染物的复合污染，尤以重金属污染和高毒性、持久性有机污染最为突出，它们主要来自废厂矿区、生活垃圾、工业三废及农药、化肥的大量使用。这些污染物不仅会改变土壤的理化特征，导致土壤的退化、农作物产量和品质的降低，而且通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能通过直接接触、食物链等危及人类的生命和健康。因此，解决土壤污染修复的问题迫在眉睫。

热强化技术，即土壤原位加热，是指通过直接或间接热交换，将污染介质及其所含的有机污染物加热到足够的温度，使有机污染物从污染介质挥发或分离的过程。热强化技术包括微波加热、射频加热、电阻加热、热空气注入、高温蒸汽注射等，能明显降低净化时间，还可去除常规SEV技术不能清除的低挥发性有机物或半挥发性有机物。传统的电加热管内为一体的U型电阻丝，在长期高温加热的条件下，电阻丝易发生变形，与自身或外部保护钢管发生接触，从而导致短路或是接地现象，加热管损坏。尤其是电阻丝越长，加热温度越高，加热时间越长的情况下，电阻丝变形情况越严重。传统的温控***为有线信号传导***，场地上多线拖曳，且信号传导受到线长的影响，一般信号传导距离受限。目前常用的无线信号传导技术，往往又会受到建筑物等障碍物的阻隔，导致信号减弱或消失。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电加热装置及原位修复超深有机污染土壤的***和方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电加热装置，包括导电芯及电阻丝，所述电阻丝为沿导电芯伸长方向独立设置的多段电阻丝，其中，每段电阻丝的两端均焊接于导电芯上，电源通过导电芯给电阻丝供电，电阻丝为U型或缠绕型。

优选的，所述导电芯上套设有多个绝缘固定片，用于固定导电芯，防止电阻丝在加热过程中变形接触，造成短路，起到绝缘和支撑作用；

所述电阻丝上套设有绝缘支撑扣，相对设置的绝缘支撑扣之间通过绝缘支撑棒连接。

优选的，还包括一钢管保护套，该钢管保护套将电阻丝和导电芯包围在一个密闭腔体内，该密闭腔体内充有惰性气体，用于减缓电阻丝的氧化程度，延长其寿命。

优选的，所述导电芯顶部被一不锈钢保护套包围。

优选的，所述的多段电阻丝为并联。

优选的，所述导电芯的材质为不锈钢，所述电阻丝为铁络丝或镍络丝。

本发明还提供了一种原位修复超深有机污染土壤的***，包括测温、控温装置、地表保温装置及废气抽提装置，还包括以上所述的电加热装置。

优选的，所述测温、控温装置包括温度传感***、信号转换***、无线传输***、温度控制计算机及智能供电***；

所述温度传感***将所获得的数据转化为电信号，经信号转换***转换为无线信号，经无线传输***发送至温度控制计算机，温度控制计算机将指令经无线传输***发送至智能供电***，进而控制电加热装置的加热温度。

优选的，所述废气抽提装置包括抽提井及地上抽提尾气冷凝处理装置；

所述抽提井底部密封，于地下0.5m处至底部的井侧壁开缝，用以抽吸废水废气，抽提井的材质为碳钢或不锈钢；

所述电加热装置以3根或6根为一组，采用正三角形或正六边形方式排列，各电加热装置之间采用星接方式连接，抽提井位于电加热装置排列形成的正三角形或正六边形的中心；

所述抽提井底部的下方设有热电偶，用于实时测温；

所述地上抽提尾气冷凝处理装置包括依次连接的气液分离装置、多级风冷散热冷凝降温装置、低温等离子体和活性炭尾气联合处理装置及真空泵。

本发明进一步提供了一种原位修复超深有机污染土壤的方法，包括如下步骤：

(1)探测待修复土壤不同深度处的污染物成分，计算不同深度处的所需电加热功率，按实际需求焊接多段电阻丝；

(2)将若干电加热装置及抽提井***待修复土壤，并在待修复土壤表面铺设隔热层，开启电源；

(3)将测温装置***待修复土壤，将测得的温度转化为无线信号发射至温度控制计算机，温度控制计算机发出指令至智能供电***，调整输入电流，进而改变加热功率，调整加热温度；

(4)抽提井将加热后的气态污染物及污染地下水抽提至地上尾气冷凝处理装置后排放。

本发明的工作原理在于，在电加热装置加热形成的热矩阵温度场情况下，在特定温度下，有机污染物从与土壤结合的吸附态经高温、化学氧化等作用，挥发形成气态污染物，经废气抽提装置，将高温废气废水从土壤中抽提并处理为达标气体和液体排出，从而净化土壤。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的电阻丝采用多段并联组合方式，每段电阻丝的长度可以依据待修复土壤的实际情况而定，因此，相对于较长的电阻丝，变形情况更加可控，通用性强，且多段组合后，可以实现超深加热(1-35m)；定深加热(如在一个电加热装置中可以实现0-3m处加热，6-9m处不加热，9-12m处加热)；精准定位加热(如在一个电加热装置中，可以根据电压情况，焊接不同长度的电阻丝，以实现在0-3m处加热功率为10kw，3-6m处加热功率为5kw，6-9m处加热功率为20kw)。由于本发明的电阻丝和钢管保护套之间充有惰性气体，因此，可以减缓电阻丝的氧化程度，有效延长电阻丝的使用寿命，节约成本。另外，本发明的温度控制装置采用了基于蜂窝的窄带物联网无线通信技术，使得待修复土壤的场地监测温度数据能够传输的更远、能耗更低、可有效穿透障碍物，使其突破了场地规模的限制，可以适用于所有有机污染场地，尤其在大型和保留建筑物的污染场地有机污染土壤的修复中具有无可比拟的优势。

附图说明

图1为本发明的电加热装置结构示意图；

图2为本发明的原位修复超深有机污染土壤的***结构示意图；

图3为本发明的电加热装置及抽提井的分布示意图，其中，图3a为正三角形分布，图3b为正六边形分布。

附图标记说明：1-电加热装置；2-导电芯；3-电阻丝；4-绝缘支撑扣；41-绝缘棒；5-绝缘固定片；6-智能供电***；7-钢管保护套；8-密闭腔体；9-不锈钢保护套；10-测温、控温装置；11-废气抽提装置；12-抽提井；13-地上抽提尾气冷凝处理装置；131-气液分离装置；132-多级风冷散热冷凝降温装置；133-低温等离子体尾气处理装置；134-活性炭尾气处理装置；135-真空泵；14-隔热层。

具体实施方式

现结合实施例对本发明进一步详细的说明。应当理解，本实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。

如图1所示，为本实施例的电加热装置1：包括35m长的导电芯2及多段沿导电芯2伸长方向并联设置的独立的电阻丝3，每段电阻丝3长2-3m，电阻丝3为U型或者环形，其中，所述导电芯2被多个相间分布的绝缘固定片5套设固定，防止导电芯2晃动，同时可以防止电阻丝3在加热过程中变形接触，造成短路，起到绝缘和支撑作用。每段电阻丝3的两端焊接于导电芯2，智能供电***6通过导电芯2给电阻丝3供电。该电阻丝3上套设有绝缘支撑扣4，相对设置的绝缘支撑扣4之间通过绝缘棒41连接，实现固定功能。钢管保护套7将电阻丝3包围在一个密闭腔体8内，该密闭腔体8内充有惰性气体，用于减缓电阻丝3的氧化程度，延长其使用寿命。导电芯2顶部被一不锈钢保护套9包围；其中，导电芯2的材质为不锈钢，所述电阻丝3为铁络丝或镍络丝。

如图2所示为本实施例的原位修复超深有机污染土壤的***：包括如上所述的电加热装置1、测温、控温装置10及废气抽提装置11；

其中测温、控温装置10包括温度传感***、信号转换***、无线传输***、温度控制计算机及智能供电***6，工作过程中，温度传感***可以实时探测所在位置的加热温度，并将所获得的数据转化为电信号，经信号转换***转换为无线信号，再经无线传输***将该信号发送至温度控制计算机，温度控制计算机根据接收到的信号与原设定温度的差异，发出指令，并将指令经无线传输***发送至智能供电***6，智能供电***6改变加热电压，进而控制电加热装置1的加热温度；

废气抽提装置11主要包括抽提井12及地上抽提尾气冷凝处理装置13，其中，抽提井12底部密封，于地下0.5m处至底部的井侧壁开缝，用以抽吸废水废气，抽提井12的材质为碳钢或不锈钢，电加热装置1以3根或6根为一组，采用正三角形或正六边形方式排列，如图3所示，各电加热装置1之间采用星接方式连接，抽提井12位于电加热装置1排列形成的正三角形(图3a)或正六边形(图3b)的中心。抽提井12底部的下方设有热电偶，用于实时测温。地上抽提尾气冷凝处理装置13包括依次连接的气液分离装置131、多级风冷散热冷凝降温装置132、低温等离子体尾气处理装置133和活性炭尾气处理装置134及真空泵135，所述真空泵135抽气使抽提井12内形成负压，电阻丝3高温加热后，吸附在土壤上的有机污染物及土壤中的水被吸收到抽提井12中，经气液分离装置131分离气液两相，气相部分经多级风冷散热冷凝降温装置132变为低温气体，再经低温等离子体尾气处理装置133及活性炭尾气处理装置134处理变为可排放气体。

利用上述***进行原位修复超深有机污染土壤的方法，包括如下步骤：

(1)某待修复土壤的污染物种类和地下垂直分布情况为：0-8m处主要为多环芳烃污染和多氯联苯，所需温度为100-200℃，8-16m主要为氯代烃有机污染，所需温度为300-500℃，可在同一根电加热装置上0-8m处焊接合适的电阻丝，使其加热功率为20kw，8-16m处焊接合适的电阻丝，使该段电阻丝的加热功率为8kw；

(2)将若干电加热装置及抽提井***待修复土壤，各电加热装置采用星形连接，呈正六边形分布，并在待修复土壤表面铺设隔热层14，开启电源；

(3)将测温装置***待修复土壤，将测得的温度转化为无线信号发射至温度控制计算机，当0-8m处测得的温度高于200℃或者低于100℃时，8-16m处测得的温度高于500℃或低于300℃时，温度控制计算机发出指令至智能供电***，调整供电电压，进而改变不同加热处的加热功率，调整加热温度；

(4)抽提井将加热后的气态污染物及污染地下水抽提至地上尾气冷凝处理装置后排放。

本发明的实施例内容揭露如上，然而本实施例并非用以限定本发明实施的范围，依据本发明的权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种电加热装置，包括导电芯及电阻丝，其特征在于：

所述导电芯为35m长；

所述电阻丝为沿导电芯伸长方向独立设置的多段电阻丝，每段电阻丝为U型或缠绕型且长度相同或不同，每段电阻丝的两端均焊接于导电芯上且每段电阻丝之间为并联，电源通过导电芯给电阻丝供电；

所述导电芯上套设有多个绝缘固定片并隔离每段电阻丝，用于固定导电芯，防止电阻丝在加热过程中变形接触，造成短路，起到绝缘和支撑作用；

所述电阻丝上套设有绝缘支撑扣，相对设置的绝缘支撑扣之间通过绝缘支撑棒连接。

2.如权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，还包括一钢管保护套，该钢管保护套将电阻丝和导电芯包围在一个密闭腔体内，该密闭腔体内充有惰性气体，用于减缓电阻丝的氧化程度，延长其寿命。

3.如权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，所述导电芯顶部被一不锈钢保护套包围。

4.如权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，所述导电芯的材质为不锈钢，所述电阻丝为铁络丝或镍络丝。

5.一种原位修复超深有机污染土壤的***，包括测温、控温装置、地表保温装置及废气抽提装置，其特征在于，还包括权利要求1-4任一项所述的电加热装置，所述测温、控温装置包括温度传感***、信号转换***、无线传输***、温度控制计算机及智能供电***；

所述温度传感***将所获得的数据转化为电信号，经信号转换***转换为无线信号，经无线传输***发送至温度控制计算机，温度控制计算机将指令经无线传输***发送至智能供电***，进而控制电加热装置的加热温度；

所述废气抽提装置包括抽提井及地上抽提尾气冷凝处理装置；

所述抽提井底部密封，于地下0.5m处至底部的井侧壁开缝，用以抽吸废水废气，抽提井的材质为碳钢或不锈钢；

所述电加热装置以3根或6根为一组，采用正三角形或正六边形方式排列，各电加热装置之间采用星接方式连接，抽提井位于电加热装置排列形成的正三角形或正六边形的中心；

所述抽提井底部的下方设有热电偶，用于实时测温；

所述地上抽提尾气冷凝处理装置包括依次连接的气液分离装置、多级风冷散热冷凝降温装置、低温等离子体和活性炭尾气联合处理装置及真空泵。

6.一种原位修复超深有机污染土壤的方法，其特征在于，通过权利要求5所述的***实现，包括如下步骤：

(1)探测待修复土壤不同深度处的污染物成分，计算不同深度处的所需电加热功率，按实际需求焊接多段电阻丝；

(2)将若干电加热装置及抽提井***待修复土壤，并在待修复土壤表面铺设隔热层，开启电源；

(3)将测温装置***待修复土壤，将测得的温度转化为无线信号发射至温度控制计算机，温度控制计算机发出指令至智能供电***，调整输入电流，进而改变加热功率，调整加热温度；

(4)抽提井将加热后的气态污染物及污染地下水抽提至地上尾气冷凝处理装置后排放。

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