一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统及控制方法与流程

本发明涉及污染场地修复技术领域，公开了一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统及控制方法。

背景技术：

挥发与半挥发性有机污染物是污染场地中常见的高风险污染物，对场地内及周边人群健康带来严重影响。相关的污染场地土壤和下水控制修复技术开发已成为当环保领域热点。原位修复因其具有低扰动、二次污染风险较低、修复成本相对低廉等优势，已成为有机污染场地修复的优选。

多相抽提修复技术通过真空抽提设备/水泵将污染区域的气体和液体（包括土壤气、地下水和非水相液体）同时从地下抽出至地上处理，达到迅速控制并同步修复土壤与地下水污染的目的。该技术具有抽出处理、土壤气相抽提、自由相回收、真空强化、生物通风、自然衰减等多方面的协同作用，近年来在工程应用中发展迅速。目前，多相抽提系统的建立和工程化应用主要关注场地经抽提修复后的污染物去除效果，对于影响原位多相抽提工程实施效果的过程监测控制系统与控制方法还很缺乏。由于土壤和地下水系统的复杂性，原位多相抽提修复技术在实施过程中始终处于不透明状态，实施完成后如果未达到既定修复目标则需要返工再次实施修复措施，因此多相抽提修复的过程监控对于最终修复效果和工程成本控制具有至关重要的作用。

技术实现要素：

本发明针对传统污染场地原位多相抽提实施过程不透明状态造成修复目标可达性不足的缺点，提供了一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统及控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统，其特征在于所述智能多相抽提修复系统包括多相抽提单元、多相分离单元和污染净化单元，其中

多相抽提单元包括布设于地下水污染修复区域的若干多相抽提井，内置抽提细管，井头连接抽提管路，抽提管路设有抽提动力系统，所述多相抽提单元用于将地下污染物从多相抽提井内抽提至抽提管路；

多相分离单元包括与抽提管路连接的重力式气液分离器，重力式气液分离器底部设出水口，通过抽水泵连接油水分离器，重力式气液分离器顶部设排气口；重力式油水分离器下部设废水出口，连接至废水暂存罐，重力式油水分离器顶部设排油口，连接至储油池；地下污染物从抽提管路输送至重力式气液分离器，重力式气液分离器分离出的废气由顶部排气口排出，分离液体通过重力式油水分离器，油水分离器分离废水排入废水暂存罐，污染自由相则通过排油口排入储油池；

污染净化单元包括废气处理装置、废水处理装置；废水处理装置的输入端与废水暂存罐相连，且废水处理装置的加药口通过异位药剂投加控制器与药剂储存罐相连，对油水分离器分离出的废水进行处理；废气处理装置通过引风机与重力式气液分离器顶部排气口连接，对重力式气液分离器顶部排气口排出的废气进行处理；

在地下水污染修复区域周边或内部布设有地下水监测井，监测井中布设土壤气快速检测器、土壤含水率传感器、地下水水质在线检测器。

进一步地，所述智能多相抽提修复系统设有全过程动态监测装置，所述全过程动态监测装置包括多相抽提单元过程监测装置、多相分离单元过程监测装置和污染净化单元过程监测装置；

多相抽提单元过程监测装置包括安装于多相抽提井、抽提管路和修复范围包气带的真空度传感器，安装于多相抽提井及地下水监测井中地下水位和非水相液体界面传感器、抽出流体流量传感器和真空泵真空度/排气温度传感器；

多相分离单元过程监测装置包括设置于重力式油水分离器排气口的废气温度/湿度传感器，重力式气液分离器、重力式油水分离器中安装液位传感器和排水控制器，

污染净化单元过程监测装置包括设置于废气处理装置出口的气相污染浓度快速检测器和废气排放流量传感器，设置于废水处理装置出水口的废水污染浓度快速检测器和废水排放流量传感器。

进一步地，所述智能多相抽提修复系统还包括控制系统，所述控制系统分布于多相抽提修复过程各单元，包括位于多相抽提单元的抽提动力系统控制模块和井群控制模块；位于多相分离单元的排水排油控制模块；位于污染净化单元的废水处理控制模块、废气处理控制模块。

此外，一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统控制方法，其采用如以上所述系统，具体包括以下步骤：

步骤a：设置多相抽提过程工作参数；

步骤b：启动多相抽提系统，地下污染物在多相抽提单元作用下进入位于地表的多相分离单元及污染净化单元；

步骤c：全过程动态监测装置收集多相抽提修复系统各单元工作参数及过程评价参数并数字化传输至控制系统；

步骤d：控制系统通过监测数据阈值分析进行修复过程自评，并根据监测数据实现多相抽提单元、多相分离单元、污染净化单元运行状态和工作参数的自动化调整。

进一步地，步骤d又包括以下步骤：

1）抽提动力系统控制模块根据全过程动态监测装置结果，控制多相抽提单元的自动启动/关闭及调节功率、流量，设置真空泵真空度/排气温度设定警报阈值，在达到阈值时抽提动力系统自动关闭；

2）井群控制模块根据井中真空度传感器、地下水位和非水相液体界面传感器、流量传感器的在线监测结果对比设定阈值，自动调节各井真空度和抽提动力系统的抽提流量；

3）排水排油控制模块根据重力式油水分离器中液位传感器结果，对比液位上下限阈值自动控制多相分离单元的排水排油；

4）废水处理控制模块设定自动操作程序，根据废水污染浓度快速检测器和废水排放流量传感器、液位传感器监测结果，控制废水处理装置的进水、排水、加药的程序；

5）废气处理控制模块控制废气处理过程，根据气相污染浓度快速检测器和废气排放流量传感器监测结果与设定阈值比较，控制废气处理装置的引风机开启关闭和风量，设置废气温度/湿度传感器，超过阈值系统关闭。

本发明实现了挥发性和半挥发性有机污染场地土壤地下水的高效修复。

本发明与传统的多相抽提修复装置相比有如下优点：

（1）本发明的一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统，能够实现多相抽提修复过程的动态监测，收集修复过程各种工作参数并实时调整，保证了修复目标可达性。

（2）本发明的一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统，弥补传统多相抽提修复过程监测技术直观性、实时性差的不足。

（3）本发明的一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统，能用于控制修复实施的设备投资和人力成本，具有一定的经济效益。

（4）本发明的一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统，实现了远程控制化、自动化，具有极大的市场价值和社会价值。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统的结构示意图。

附图1中主要组件符号说明：

1.多相抽提井；2.数字化真空度传感器；3.水位传感器；4.油相检测器；5.抽提管路；6.真空泵；7.真空度控制器；8.温度传感器；9.透明视窗；10.流量传感器；11.流量控制器；12.气液分离器；13.液位传感器；14.抽水泵；15.废气温度/湿度传感器；16.引风机；17.废气处理装置；18.油水分离器；19.排水控制器；20.废水处理装置；21.储油池；22.计时器；23.气相浓度快速检测器；24.废水暂存罐；25.进水泵控制器；26.排水泵控制器；27.药剂储存罐；28.药剂投加控制器；29.废水污染快速检测器；30.地下水监测井；31.水质在线检测器；32.现场分布式基站；33.总控系统；34.个人电脑；35.通信模块。

具体实施方式

一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统，包括多相抽提单元、多相分离单元和污染净化单元，其中

参照附图1与实施例，对本发明作进一步详细描述：

在一具体实施例中，该基于过程监控的智能多相抽提修复系统及控制方法应用于某有机污染场地地下水修复工程。

一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统，包括多相抽提单元、多相分离单元和污染净化单元，其中

系统组成多相抽提单元包括：在地下水污染修复区域布设若干多相抽提井1，井深统一为11m，井间距3m，采用90mmpvc井管，内置抽提细管；抽提井井头安装数字化真空度传感器2监测井头真空度，井内设置水位传感器3和油相检测器4；井头连接抽提管路5，抽提动力系统为油封式真空泵6，真空泵设置数字化真空表、真空度控制器7和温度传感器8，抽提管路设置透明视窗9、流量传感器10及流量控制器11。

系统组成多相分离单元包括：真空泵抽出管路连接重力式气液分离器12，内设挡板、高低差液位传感器13，连通管道抽水泵14，排气口设置废气温度/湿度传感器15，废气通过引风机16抽至废气处理装置17，分离液体通过重力式油水分离器18，油水分离器中安装液位传感器和排水控制器19，分离废水排入废水处理装置20，污染自由相进入储油池21。

系统组成污染净化单元包括：废气处理装置为活性炭吸附收集装置，废气活性炭吸附装置设置定时计时器22，通过控制系统记录消耗时间和填料更换提醒，定时更换吸附剂填料，废气排放口安装废气流量传感器和气相浓度快速检测器23；废水处理装置采用异位化学氧化处理工艺，投加芬顿氧化剂，前置废水暂存罐24，安装废水液位传感器、进水泵控制器25、排水泵控制器26、药剂储存罐27、异位药剂投加控制器28、废水污染快速检测器29、排水流量传感器。

过程评价监测装置包括在修复区域周边及内部布设包气带真空度传感器、少量地下水监测井30，监测井中布设地下水水质在线检测器31，本实施例地下水位较浅，未设置土壤气监测装置。

以上多相抽提单元、多相分离单元、污染净化单元及现场过程监测装置和控制器、监测数据发送和指令接收传输单元和集成智能控制系统组成基于过程监控的智能多相抽提修复系统，各系统通过地面管路和光纤连接。监测与控制器通过光纤连接至现场分布式基站32，基站连接至总控系统33，控制系统基于plc自动控制系统，连接至个人电脑34，收集系统工作运行参数并分析，对抽提系统控制单元、多相分离控制单元、污染净化控制单元（异位处理进水控制、异位处理排水控制、异位处理加药控制）进行反馈调节。控制系统通过通信模块35的移动网络将数据上传云端保存。

现场过程监测装置就地现场进行监测数据采集，所述监测数据发送和指令接收传输单元通过光纤传输至现场分布式基站，汇总动态智能控制系统，所述控制器接收控制系统工作参数指令。控制系统通过位于多相抽提单元的抽提动力系统控制模块和井群控制模块、位于多相分离单元的排水排油控制模块和位于污染净化单元的废水处理控制模块、废气处理控制模块调整多相抽提修复过程工作参数。

集成动态智能控制系统通过plc控制系统和个人计算机进行数据处理和控制，包括数据存储单元、数据统计分析单元、数据离场存储单元、监测数据录入单元、控制指令发送单元。控制系统安装通信模块，完成监测数据和控制指令的远程接收和发送。通过通信模块移动网络将数据上传云端，工程技术人员和工程管理人员通过登录云端远程获得现场过程状态数据并执行修复系统控制操作。

本发明提供的一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统控制方法具体包括以下步骤：

（1）通过个人电脑和集成动态智能控制系统设置多相抽提过程工作参数；

（2）地下污染物在多相抽提单元作用下进入地表多相分离单元及污染净化单元；

（3）全过程动态监测装置收集多相抽提修复系统各单元工作状态和工作参数及污染场地现状参数并数字化传输至集成智能控制系统；

（4）集成智能控制系统通过监测数据阈值分析和实施反馈信息实现多相抽提单元、多相分离单元、污染净化单元运行时间和周期的自动化控制。

在某有机污染场地地下水修复工程应用中目标污染物为总石油烃，多相抽提修复地下水污染面积约1500m²。使用单台真空泵功率为7.5kw，真空度在-0.09mpa以下，单井最大抽提水量约1.0m³/h，单井最大抽提气量约20m³/h。通过中央控制系统设置系统真空度控制范围为-0.04~-0.07mpa，井头真空度控制范围为-0.03~-0.06mpa，抽提气流量控制范围10-20m³/h，抽提水流量控制范围0.2-0.5m³/h，运行周期设置2小时/单口井/日定时计划。监测真空泵运行温度，设置报警阈值为45℃，监测多相分离废气温度湿度，设置报警阈值为40℃、30%。通过抽提管路透明视窗观察抽提出流体直观状态。气液分离器、油水分离器中液位传感器控制相关设备启停，废气废水检测器指标按对应相关排放标准控制废气废水排放。修复工程共运行抽提系统30天，共抽出地下水465m³，气体106200m³，自由相收集180l，各抽提井抽出水量随抽提时间逐渐减小。运行过程中通过监测抽提井真空度、监测井水位、出水量、出气量和废气污染浓度、废水污染浓度，智能判断抽提修复效果并进行了过程工艺调整。初始地下水污染浓度最高达到17920μg/l，基于过程监控的智能多相抽提修复系统运行30天后，地下水污染浓度最高710μg/l，最终过程评价监测结果表明，修复区域监测井内地下水中有机污染物浓度达到修复目标。

本发明实现了挥发性和半挥发性有机污染场地土壤地下水的高效修复。

综上，本发明的一种基于过程监控的智能多相抽提修复系统及控制方法既能用于监控多相抽提修复过程并实时调整多相抽提修复工艺参数保证修复目标可达性，又能用于控制修复实施的设备投资和人力成本，实现了挥发性和半挥发性有机污染场地土壤地下水的高效修复以及一定的经济效益。