CN114054488B - 一种负压驱动流体地下均匀流动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程技术领域，一种负压驱动流体地下均匀流动方法，包括以下步骤：将抽吸装置和注入装置按设计给定的深度和间距竖向平行相间埋植于地下的土体中；将抽吸装置与流体抽取装置相连接；将注入装置与流体供给装置连接；同一平面上，抽吸装置和注入装置相间布置；在抽吸装置和注入装置的顶端布设隔绝两者间液流或气流的交流通路，使抽吸装置和注入装置间的液流或气流的交流通路只能通过土体，而不能通过比土体更便捷的通路进行；同时，也须隔绝抽吸装置与流体抽取装置之外的流体源的联系；以及隔绝注入装置与流体供给装置之外的流体源的联系。本发明的优点是实现对污染土的淋洗除污以及提高了污染物的清除效率。

Description

一种负压驱动流体地下均匀流动方法

技术领域

本发明涉及岩土工程领域和环境修复技术领域，尤其涉及一种负压驱动流体地下均匀流动方法。

背景技术

在岩土工程领域，有一些技术需要将某些物质以流体状态注入地下并使之均匀分布于土体中；同样，在污染土修复工程领域，很多污染土修复技术，特别是污染土原位修复技术，大多需要将某些物质以流体状态向污染土中输入并使之均匀分布于其中或将分布于污染土中的污染物均匀地输送出来。而在地下土体中构建流向可控、分布均匀的流体流场是一个没有很好解决的问题；现有的一些方法，例如注浆法，都存在注入的流体物质流向不可控、分布不均匀的问题，特别是对于低渗透性土，几乎没有办法能够构建流向可控、分布均匀的流体流场。正因为如此，使得很多以地下均匀流动浆液为载体的方法的应用范围受到了限制。

发明内容

本发明所要解决在地下土体中构建流向可控、分布均匀的流体流场的技术问题，提供了一种负压驱动流体地下均匀流动方法，该方法以分布均匀的流体流场为载体，可以将所欲注入的物质均匀的分布在土体中，或通过该流体将土体中的污染物清洗带出。

为本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种负压驱动流体地下均匀流动方法，包括以下步骤：

将在设计给定深度范围内能够施加均匀负压的抽吸装置和能够均匀地向外供给流体的注入装置按设计给定的深度和间距竖向平行相间埋植于地下的土体中，将抽吸装置与流体抽取装置相连接，将注入装置与流体供给装置连接；同一平面上，抽吸装置和注入装置相间布置；②在抽吸装置和注入装置的顶端布设隔绝两者间流体交流的设施，使抽吸装置和注入装置间的流体交流通路只能通过土体，而不能通过比土体更便捷的通路进行；同时，也须隔绝抽吸装置与流体抽取装置之外的流体源的联系，以及隔绝注入装置与流体供给装置之外的流体源的联系；③根据土体组成和结构与流体性质所限定的流体在土体中的迁移速率，选择与之匹配的负压值和抽吸流量及其施加节奏，以避免在通过抽吸装置抽取流体和通过注入装置注入流体的过程中，土体中产生压力不均匀或土体性质变化的不均匀，进而导致土体中产生裂隙，破坏流场的均匀性；在抽吸装置和注入装置之间的土体中形成均匀分布的定向流体流场。

作为优选，根据实际条件选择以下一个或多个组合的措施：（一）抽吸装置上端和注入装置上端必须保证与大气隔绝，这包括对植入抽吸装置或注入装置时在其上端遗留的空洞必须填充密实，保证其气液密闭；（二）在抽吸装置和注入装置之上的地表铺设覆盖层以隔绝与大气的联系，且地表与覆盖层间的界面需要有足够气密性和可靠性的结合；（三）在抽吸装置和注入装置之间并且在覆盖层下方，设置至少有一道与覆盖层密闭连接，并与覆盖层有30°-90°夹角的阻隔条，且阻隔条嵌入土体并与土体密闭贴合，以增加流体通过地表与覆盖层间的界面的难度和路径长度。

作为优选，具体实施方法包括以下步骤：首先开启流体抽取装置，将抽吸装置内的流体抽空，以使抽吸装置可在其深度范围内可同步同压施加抽吸力；在此基础上，以设计给定的初始压力值开始、以设计给定的负压级差及施加节奏逐步增加抽吸力，同时开启流体供给装置，使由流体供给装置供给的流体在抽吸力作用下，通过注入装置，流经土体后从抽吸装置流出，直至形成稳定的渗流；在每级抽吸力下，当注入装置端注入的流体量与抽吸装置端抽出的流体量持平或相近后，抽吸装置提供的抽吸力可以提高至下一级抽吸力水平；当对抽吸装置端施加的抽吸力值达到使注入装置端注入的流体量与抽吸装置端抽出的流体量持平所能达到的最大抽吸力值后，则不能再提高对抽吸装置端施加的抽吸力值；以后各时段抽吸装置端抽出的流体量则根据设计规定的抽吸装置抽出流体中所关注的物质浓度确定；当从抽吸装置抽出流体中所关注的物质浓度达到至设计要求后，即可关闭流体抽取装置和流体供给装置，结束向土体中注入物质或清除土中污染物的工作。

作为优选，利用所述在土体中形成均匀分布的定向流体流场做载体，能向地下土体均匀注入药剂、微生物、固化剂和热量物质，也能利用该均匀分布的定向流体流场将地下土体中的污染物淋洗清除。

作为优选，该方法连接电源用于去除土体中的带电污染物，将抽吸装置连接于直流电源上与拟清除的污染物电性相反的一极，将注入装置连接于直流电源上与拟清除的污染物电性相同的另一极；在抽吸装置和注入装置上施加电压，在抽吸装置和注入装置之间的土体中同时形成均匀分布的定向流体流场和电场，驱使带电污染物从注入装置排出土体。

作为优选，具体实施方法包括以下步骤：首先开启流体抽取装置，将抽吸装置内的流体抽空，以使抽吸装置在其深度范围内可同步同压施加真空负压；在此基础上，以设计给定的初始压力值开始、以设计给定的负压级差及其施加节奏逐步增加抽吸力，同时开启流体供给装置，使由流体供给装置供给的流体在抽吸力作用下，通过注入装置、流经土体后从抽吸装置流出；同时，对抽吸装置和注入装置施加电压；在每级抽吸力下，当注入装置端注入的流体量与抽吸装置端抽出的流体量持平或相近后，抽吸装置提供的抽吸力可以提高至下一级抽吸力水平；当对抽吸装置端施加的抽吸力值达到使注入装置端注入的流体量与抽吸装置端抽出的流体量持平所能达到的最大抽吸力值后，则不再提高对抽吸装置施加的抽吸力；以后各时段抽吸装置端抽出的流体量，以及对抽吸装置和注入装置采用何种供电参数，则根据设计规定的抽吸装置抽出流体中所关注的物质浓度确定；根据土体中污染物浓度、有害离子溶入流体的速率和电场驱动下离子的迁移速率，调整抽吸装置抽出的流体流量和注入装置的注入的流体流量以及供电参数，施加的电压和抽出流量两者相互匹配；当从抽吸装置抽出流体中所关注的物质浓度下降至设计要求后，即可关闭电源，关闭流体抽取装置和流体供给装置，结束土体的除污工作。

作为优选，当用其修复含离子型污染物的土体时，将抽吸装置分别连接于与流体抽取装置相连的管道和直流电源上与拟清除的有害离子电性相反的一极，将注入装置分别连接于与流体供给装置相连的管道和直流电源上与拟清除的有害离子电性相同的另一极，达到仅对污染物中的有害离子进行清除。

作为优选，当用其修复重金属污染的土体时，将抽吸装置分别连接于与流体抽取装置相连的管道和直流电源的负极，将注入装置分别连接于与流体供给装置相连的管道和直流电源的正极。如此可以降低土体中近阴极区域的pH值、优化体系的pH值分布，消除重金属在高pH值区域沉积的现象。

作为优选，所述的抽吸装置包括抽吸管、主管道和多个管壁与外界连通的连通部；所述抽吸管置于主管道之中，主管道的两端封闭，抽吸管的下端距主管道的底端面留有间隙，以保证水在两者之间流动；抽吸管的上端穿过主管道的顶端面与流体抽取装置连通，抽吸管在穿过主管道顶端面处的管壁与主管道顶端面气密封闭；所述的多个连通部并联连接于所述的主管道的管壁上，每个连通部与主管道相连通；连通部为管壁设置有多个微孔的管，连通部的管长为0~100cm；连通部的外侧包覆有滤层。

作为优选，所述的主管道两侧的管壁上分别设置有多个规则排列的主管孔，所述的连通部为两条由正反向的凹槽并列构成的条带；所述的两条条带设置在主管道有主管孔的两侧；每条条带上的每个凹槽端口与主管道上的一个主管孔连通；条带的外侧包覆有滤层。

基于上述技术方案的一种负压驱动流体地下均匀流动方法，对污染土修复领域提供了一类原位处理方法，并对岩土工程领域提供了一类均匀可控注浆的施工技术；该方法通过负压抽吸驱动的渗流可以以可控流量的横向定向渗流向土体中注入各种流体，包括岩土工程领域常用的固化剂、污染土修复领域常用的各种生物或化学药剂；或对污染土进行淋洗除污，包括利用注入不同温度的气体对可挥发污染物的清除，以及注入流体对不可挥发污染物的清除；而且在药液注入或除污过程可以监测药液注入或除污效果；因此，本发明可以较少的水流体量实现对污染土的淋洗除污，且不会使污染物下渗形成二次污染。同时本发明对大体量废渣浆体提供了一种经济的脱水方法。

该方法通过连接电源可以调控电动除污体系中污染土的pH值及其分布，可以消除电极附近的高pH区域或极低pH区域，并使整个体系的pH较为均衡，从而提高了污染物的清除效率，降低了处理技术的难度和成本；还可以对污染土中的有害物选择有害离子进行清除，从而减少了需清除物质的总量，提高了清除效率；同时也可以更多的保留有益物质，提高了废渣资源化利用率。

综上所述，本发明的优点是实现对污染土的淋洗除污，提高了污染物的清除效率以及提高了废渣资源化利用率，还实现调控电动除污体系中污染土的pH及其分布；同时对大体量废渣浆体也提供了一种经济适用的脱水方法。

附图说明

图1是本发明的负压驱动流体地下均匀流动方法的结构示意图。

图2是本发明所用的方法连接电源的结构示意图。

图3是本发明中抽吸装置的剖视图。

图4是本发明图3中抽吸装置A方向的剖视图。

图5是本发明图3中抽吸装置B方向的剖视图。

其中：1、抽吸装置；10、抽吸管；11、主管道；111、主管孔；12、连通部；121、滤层；13、条带； 2、注入装置；3、土体；4、流体抽取装置；5、流体供给装置；6、阻隔条；7、覆盖层；8、界面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的工作原理示意图如图1所示，一种负压驱动流体地下均匀流动方法，依次通过以下步骤：将在设计给定深度范围内能够施加均匀负压的抽吸装置1和能够均匀地向外供给流体的注入装置2按设计给定的间距（一般在50~200cm）和深度采用公知方法平行竖向植入地下土体3中；将抽吸装置1与流体抽取装置4相连接；将注入装置2与流体供给装置5连接；同一平面上，抽吸装置1和注入装置2相间布置；每个注入装置2周围至少有一个抽吸装置1，反之，每个抽吸装置1周围至少有一个注入装置2。在抽吸装置1和注入装置1的顶端须隔绝两者间液流或气流的交流通路，使抽吸装置1和注入装置2间的液流或气流的交流通路只能通过土体3，而不能通过比土体3更便捷的通路进行；同时，也须隔绝抽吸装置1与流体抽取装置4之外的流体源的联系，以及隔绝注入装置2与流体供给装置5之外的流体源的联系；根据土体结构和流体性质所限定的流体在土体中的迁移速率，选择与之匹配的负压和抽吸流量及其施加节奏，以避免在土体中产生压力的不均匀或土体性质的变化不均匀而导致土体中产生裂隙等破坏流体场的均匀性；通过抽吸装置1抽取流体，并通过注入装置2注入流体，使在抽吸装置1和注入装置2之间的土体3中形成均匀分布的定向流体流场；以该均匀分布的定向流体流场做载体，可以向地下土体均匀注入药剂、微生物、固化剂、热量等物质，也可以利用该均匀分布的定向流体流场将地下土体中的污染物等淋洗清除。

首先开启流体抽取装置4，将抽吸装置1内的流体抽空，以使抽吸装置1可在其深度范围内可同步同压施加抽吸力；在此基础上，以设计给定的初始压力值开始、以设计给定的负压级差及施加节奏逐步增加抽吸力，抽吸装置1起始提供的抽吸力宜为10kPa~50kPa，级差宜为10kPa~30kPa，视不同土的性质根据试验确定；同时开启流体供给装置5，使由流体供给装置5供给的流体在抽吸力作用下，通过注入装置2，流经土体3后从抽吸装置1流出，直至形成稳定的渗流；在每级抽吸力下，当注入装置2端注入的流体量与抽吸装置1端抽出的流体量持平或相近后，抽吸装置1提供的抽吸力可以提高至下一级抽吸力水平；当对抽吸装置1端施加的抽吸力值达到使注入装置2端注入的流体量与抽吸装置1端抽出的流体量持平所能达到的最大抽吸力值后，则不能再提高对抽吸装置端施加的抽吸力值；以后各时段抽吸装置1端抽出的流体量则根据设计规定的抽吸装置1抽出流体中所关注的物质浓度确定；当从抽吸装置1抽出流体中所关注的物质浓度达到设计要求后，即可关闭流体抽取装置4和流体供给装置5，结束向土体3中注入物质或清除土中污染物的工作。抽吸装置1施加的抽吸力，可以采用持续施加的抽吸力，也可以采用间歇施加的抽吸力；各时段采用何种抽吸力施加模式，针对具体情况由设计根据确定。

若拟向土体3中注入物质，例如氧化还原等药剂、微生物、稳定/固化剂等，可以将其制成流体，通过注入装置2注入，利用抽吸装置1和注入装置2在地下土体3中构建的均匀分布的定向流体流场，将其均匀注入地下土体3中；若拟向土体3中注入热量，通过注入装置2注入热气，可以是将热气注入注入装置2中，或在注入装置2中设置电热管加热注入的空气，利于抽吸装置1和注入装置2在地下土体3中构建的均匀分布的定向气体流场，将热量均匀分布地下土体3中；若拟对土体中的可挥发的污染物进行清除，通过注入装置2注入空气或热气，利于抽吸装置1和注入装置2在地下土体3中构建的均匀分布的定向气体流场的驱动，将土体3中可挥发的污染物气体通过抽吸装置1排出土体；若拟对土体3中的不可挥发的污染物进行清除，可以将适当的淋洗液通过注入装置2注入，利用抽吸装置1和注入装置2在地下土体3中构建的均匀分布的定向流体流场驱动，对污染土进行淋洗，然后将溶入淋洗液的污染物通过抽吸装置1排出土体。

所述的一种负压驱动流体地下均匀流动的方法可以与电动技术耦合。

在负压驱动浆液地下均匀流动的方法基础上，连接电源用于去除土体3中的带电污染物；将抽吸装置1连接于直流电源上与拟清除的污染物电性相反的一极，将注入装置2连接于直流电源上与拟清除的污染物电性相同的另一极；在抽吸装置1和注入装置2上施加电压，在抽吸装置1和注入装置2之间的土体3中同时形成均匀分布的定向流体流场和电场，驱使带电污染物从注入装置2排出土体3。

将可导电的抽吸装置1和注入装置2，竖向植入土体3至设计深度；将抽吸装置1与流体抽取装置4相连接，将注入装置2与流体供给装置5连接；同时将抽吸装置1和注入装置2分别于直流电源的两极相连，若拟清除土体3中的阳离子型污染物，则将抽吸装置1与直流电源的负极相连接，而将注入装置2与直流电源的正极相连接；反之，若拟清除土体3中的阴离子型污染物，则将抽吸装置1与直流电源的正极相连接，而将注入装置2与直流电源的负极相连接。通过抽吸装置1抽取流体，并通过注入装置2按设计的流量注入流体时，在抽吸装置1和注入装置2上施加电压，则在抽吸装置1和注入装置2之间的土体3中同时建立电压差和流体压差，进而在土体3中同时形成均匀分布的定向液体流场和均布的电场。带电污染物在流体流场和电场的驱动下，从抽吸装置1排除出土体3，从而实现污染物从土体3中的清除。

将负压驱动技术与电动技术耦合可以取得如下技术效果：

1、实现选择清除离子类型的淋洗除污。

对于仅有负压驱动液流流场的淋洗，是将溶于液体的物质不加区别的全部淋洗出去；但是在很多情况下，有些以离子型化合物存在的有害物，可能只希望脱除其中的一类造成有害影响的离子，而保留另一部分离子。如果采用传统的淋洗法处理含这类有害物的污染土，则污染物的有害和有益的离子都会被清除出去。例如：碱渣中氯盐（氯化钙）被认为有害物质，如果用传统淋洗方法，氯化钙溶于水而被全部清洗出去。但有害成分实质上只是氯离子，而钙离子不仅无害，还是后续进行资源化利用所需要的离子。传统的淋洗法不仅因所需清除量大导致清除成本高，而且降低了有益物质留存量。而本发明则可选择脱除离子的类型。

若拟清除土体3中的阳离子污染物，将抽吸装置1分别连接于与流体抽取装置4相连的管道和直流电源的负极，将注入装置2分别连接于与流体供给装置5相连的管道和直流电源的正极；反之，若拟清除土体3的阴离子污染物，则将液体抽吸装置1分别连接于与流体抽取装置4相连的管道和电源的正极，而将液体注入装置2分别连接于与流体供给装置5相连的管道和直流电源的负极。

当在抽吸装置1和注入装置2上施加电压，同时由抽吸装置1按设计的流量与压力抽取流体，由注入装置2按设计的流量与压力注入液体；从而在抽吸装置1和注入装置2之间的土体3中建立电位差和液压差，进而在土体3中形成均匀分布的定向液体流场和均布的电场。在液流和电场的驱动下，污染物中拟清除的有害离子，随被抽吸装置1所抽出液体而被清除；而与其电性相反的离子，则在电场作用下，向液流逆向运动，又因在该方向没有出口，故而被保留在土体3中；以实现将污染土中特定离子的清除的技术效果。

2、可调整电动除污体系中pH环境

本方法也可以对污染土实现电动除污；当抽吸装置1和注入装置2不与流体抽取装置4或流体供给装置5连通，仅连接于直流电源时，即可实现传统电动除污的功能。但与负压流体场耦合，与传统的电动除污技术相比，则可以显著提高清污效果和降低技术难度。

电动技术是处理低渗透性污染土的最有效的方法，特别是对低渗透性污染土的原位处理，甚至可以说是原位清除低渗透性污染土中重金属污染物的唯一方法。电动技术的工作原理主要是：1）电迁移作用，驱使带电粒子向与其电性相反的电极迁移，从而可将带电的污染物清除；2）在电极处发生水的电解，在阳极产生氢离子，在阴极产生氢氧根离子。

在采用电动技术对重金属污染土处理过程中，阴极水解产生氢氧根离子，提高了阴极附近区域的pH值；而被电场驱动向阴极迁移的重金属离子在高pH值环境下，往往形成氢氧化物沉淀于阴极附近的污染土中，造成脱污失败。此外，因产生氢离子而导致在阳极附近形成过低的pH值环境，在很多情况下也同样造成不利的影响。目前，多采用向污染土电动处理系统中注入额外的药剂等化学方法以调整系统的pH值分布。这不仅加剧了本已非常复杂的电化学反应环境的复杂性、提高了调控污染土中除污的化学反应环境的技术难度，而且提高了药剂和人工等处理成本。致使该技术难以推广普及。

而本发明所述技术，在连接电源负极的抽吸装置1上产生的氢氧根离子随即便随液流被抽出，既不会在阴极聚集也不易向正极迁移，因此不能在污染土中建立高pH值环境；而连接电源正极的流体注入装置2上产生的氢离子，除受电场的驱动力外，还受到液流产生的额外的驱动力，因此向负极迁移的速率加快，从而阻止在阳极附近形成pH值过低的酸性环境，并可使整个污染土处于pH不高的较为均衡的环境中，消除了重金属沉积的条件；重金属离子则在电场和液流的驱动下向负极迁移，被抽吸装置1所抽出液流带出，这些效果将显著提高重金属的清除效率；此外，由于整个污染土中pH值是大体均衡的，而且可以通过电场强度和液体流量的调控，使得pH值维持在一个希望的范围；这将整个化学反应环境变得简单，从而使得药剂选择等化学反应过程调控的技术难度和处理成本进一步降低。

同理，如果对某些污染土的除污，需要清除的是负离子型污染物并需要碱性的环境，也可以将抽水电极连接于直流电源的正极，而将注水电极连接与直流电源的负极。

具体实施工艺可参照如下：将在设计给定深度范围内能够施加均匀负压的导电的抽吸装置1和能够均匀地向外供给流体的导电的注入装置2按设计给定的间距（一般在50~200cm）和深度采用公知方法平行竖向植入地下土体3中；将抽吸装置1与流体抽取装置4相连接；将注入装置2与流体供给装置5连接；同时将抽吸装置1和注入装置2连接于直流电源；同一平面上，抽吸装置1和注入装置2相间布置；每个注入装置2周围至少有一个抽吸装置1，反之，每个抽吸装置1周围至少有一个注入装置2。在抽吸装置1和注入装置1的顶端须隔绝两者间液流或气流的交流通路，使抽吸装置1和注入装置2间的液流或气流的交流通路只能通过土体3，而不能通过比土体3更便捷的通路进行；同时，也须隔绝抽吸装置1与流体抽取装置4之外的流体源的联系，以及隔绝注入装置2与流体供给装置5之外的流体源的联系；根据土体结构和流体性质所限定的流体在土体中的迁移速率，选择与之匹配的负压和抽吸流量及其施加节奏，以避免在土体中产生压力的不均匀或土体性质的变化不均匀而导致土体中产生裂隙等破坏流体场的均匀性；

首先开启流体抽取装置4，逐步增加抽吸力，同时开启流体供给装置5，使由流体供给装置5供给的液体在抽吸力作用下，通过注入装置2，流经土体3后从抽吸装置1流出，直至形成稳定的渗流；初始阶段从抽吸装置1提供的负压宜逐步提高，在每一级抽吸力条件下，当注入装置2端注入的流体量与抽吸装置1端抽出的流体量持平或相近后，抽吸装置1提供的负压可以提高至下一级负压；抽吸装置1起始提供的抽吸力宜为10kPa~50kPa，级差宜为10kPa~30kPa，视不同土的性质根据试验确定。当对抽吸装置1端施加的抽吸力值达到使注入装置2端注入的水量与抽吸装置1端抽出的流体量持平所能达到的最大抽吸力值（或流量）后，则不可再提高对抽吸装置1施加的抽吸力；以后各时段抽吸装置1端抽出的流体量则根据设计规定的抽吸装置1所抽出液体的污染物浓度确定。抽吸装置1施加的抽吸力，可以采用持续施加的抽吸力，也可以采用间歇施加的抽吸力；各时段采用何种抽吸力施加模式，针对具体的拟除有害物由设计根据抽吸装置1所抽出的液体的污染物浓度确定。

同时，按设计给定的供电模式对抽吸装置1和注入装置2施加电压，可以采用持续供电，也可以采用间歇供电，电压梯度为0.1V/cm~3V/cm；各时段采用何种供电模式，针对具体的拟除有害物由设计根据抽吸装置1所抽出的液体的污染物浓度确定；同时调整抽吸装置1和注入装置2的流量，使从1流出的液体达到设计给定的流量，该流量系根据污染土中有害离子溶入液体的速率和电场驱动下离子的迁移速率确定，施加的电压和抽出流量两者需相互匹配，通过实际试验决定。一般控制在从抽吸装置1中流出的液体中的有害离子饱和度在50%~80%为宜，且拟除离子的反离子含量不超过设计允许值；当污染土渗透系数较小时，除流体抽取装置4增加抽吸力外，流体供给装置5也可以提高液体供给压力，以提高液体的流速；监测从抽吸装置1中流出的液体中的有害物含量，当其中有害物含量下降至满足设计要求后，即可关闭电源及流体抽取装置4和流体供给装置5，结束土体3的除污工作。将从抽吸装置1中流出的含有害物液体收集到蓄液池后，按公知方法进行处理。

如图3至图5所示，所述在设计给定深度范围内能够施加均匀负压的抽吸装置1包括抽吸管10、主管道11和多个与外界连通的连通部12；抽吸管10置于主管道11之中，主管道11两端封闭，抽吸管10的下端距主管道11的底端面留有1mm-10cm间隙，或抽吸管10的下端与主管道11的底端连接但抽吸管的下端留有孔洞，以保证水在两者之间流动；抽吸管10的上端穿过主管道11的顶端面，连接于与流体抽取装置4连通的抽吸管道或与流体供给装置5连接的注入管道，抽吸管10在穿过主管道11顶端面处的管壁与主管道11顶端面气密封闭；主管道11的直径或短边尺寸为0.5cm~10cm，多个连通部12规则排列设置、并联连接于主管道11的管壁上；每个连通部12与主管道11相连通，连通部12可以是管壁设置有多个微孔的直径或短边尺寸为0.1mm至50mm的管，也可以是最小边长为1mm至50mm的矩形凹槽，也可以是横截面圆弧部分的直径为1mm至50mm的凹槽，还可以是横截面呈矩形与部分弧形组合的凹槽，还可以是横截面呈任意几何形状的凹槽。连通部12的管、槽长为0~100cm，连通部12外侧包覆有滤层121。当连通部12的管、槽长为0cm时，即为抽吸装置1上的主管道11的管壁上规则排列设置有多个与外界连通的孔，且主管道11外侧包覆有滤层121。如此构造的在设计给定深度范围内能够施加均匀负压的抽吸装置1，在植入土体3后，当向抽吸管10注入液体时，液体可以从与主管道11相连通的连通部12流出；当抽吸管10连接于流体抽取装置并施加负压后，抽吸管10可以将主管道11内的水吸出，导致主管道11内地下水位下降直至主管道11的底端，从而在整条抽吸装置1周围（至少在主管道11内）形成负压；在负压作用下，土体3中的水流向抽吸装置1，随后通过连通部12经主管道11流向抽吸管10而被流体抽取装置吸出；如此可以始终保证在全深度范围内整条抽吸装置1周围维持负压，从而在抽吸装置1长度范围内的土体都可以形成同流量的均匀细密的渗流。

在设计给定深度范围内能够施加均匀负压的抽吸装置1的优选形式之一的示意图如图3至图5所示，抽吸装置1的主管道11的两侧的管壁上分别设置有多个规则排列的主管孔111，连通部12为两条呈波浪形排列的条带13，波浪形排列即为一系列正反方向相间的凹槽并列排列，两条条带13设置在主管道11有主管孔111的两侧；每条条带13上的每个凹槽端口与主管道11管壁上对应的每个连通主管孔111相连通；条带13的外侧还包覆有滤层121。

所述的抽吸装置1和注入装置2视用途不同，可以是用非导电材料做的，也可以是全部由导电材料作的或部分用导电材料作的可以导电的抽吸装置1和注入装置2；前述抽吸装置1也可以作为注入装置2使用。

所述土体3包括天然的土体，也包括工业生产排出的类似土体2的工业废渣；所述地下包括真实的地下，也包括大体量渣土堆积体的表面以下。

本发明所述技术成败的关键之一是：需要保证在抽吸装置1和注入装置2之间建立的水平向压力差，并能够在抽吸装置1和注入装置2全长度范围内均匀地分布在土体3中，进而在土体3中形成均匀分布的定向流体流场。但是，在该体系临空的界面（在地表面），在抽吸装置1和注入装置2之间建立的水平向压力差，更易于优先从比土体3更便捷的通路导通。例如：1）抽吸装置1上端没有封闭，则将优先与大气连通，而不会将抽吸力通过土体3传递到注入装置2；针对此种情况，抽吸装置1上端和注入装置2上端必须采取气液密闭的措施，包括抽吸装置1和注入装置2自身上端需要封闭，且植入该装置后在其上端土中遗留的孔洞也需要封闭；

2）虽然抽吸装置1上端和注入装置2上端已经封闭，但是当抽吸装置1和注入装置2上向外传递流体的孔隙距地表的距离远低于两者的间距时，抽吸装置1和注入装置2输出的抽吸力或流体也将优先与大气连通；针对此种情况，抽吸装置1和注入装置2上端地表须铺设覆盖层以隔绝与大气的联系；

3）即便在地表铺设了覆盖层隔绝了体系与大气的联系，但对于抽吸装置1输出的抽吸力与注入装置2输出的流体之间的流通而言，地表与覆盖层的界面通常可能是薄弱层，流体将优先由此界面优先通过，而不能在土体3中形成均匀分布的定向流体流场；针对于此，或者提高地表与覆盖层的界面结合的密实性和可靠性，例如采用有机或无机胶凝材料构成的水泥砂浆做覆盖层使其与地表形成密实的胶结结合；或者增加流体通过该界面层的路径长度，使流体经该界面通过的难度大于从土体3中通过的难度；例如在抽吸装置1和注入装置2之间设置一个或多个与覆盖层密闭连接并与之垂直的（可以不垂直）、嵌入污染土3且与之密闭贴合的阻隔条。

综上所述，在抽吸装置1和注入装置2的顶端须隔绝两者间液流或气流的交流通路，使抽吸装置1和注入装置2间的液流或气流的交流只能通过土体3，而不能通过比土体3更便捷的通路进行；同时，也须隔绝抽吸装置1或注入装置2与流体抽取装置4或流体供给装置5之外的流体源的联系；具体措施可根据实际场地条件选择以下措施的一个或多个组合：（一）抽吸装置1上端和注入装置2上端必须保证与大气隔绝，这包括对植入抽吸装置1或注入装置2时在其上端遗留的空洞也必须填充密实，保证其气液密闭；（二）在抽吸装置1和注入装置2之上的地表铺设覆盖层7以隔绝与大气的联系，且地表与覆盖层间的界面8需要有足够气密性和可靠性的结合；（三）在抽吸装置1和注入装置2之间并且在覆盖层7下方，设置至少一道与覆盖层7密闭连接并与之垂直的阻隔条6，且阻隔条嵌入土体3并与土体3密闭贴合，以增加流体通过地表与覆盖层7间的界面层8的难度和路径长度；该隔阻条可以采用在土体3中开挖沟槽，然后采用有机或无机胶凝材料填充并与前述覆盖层一体浇筑的方法。

本发明所述技术成败的关键是需要保证在抽吸装置1和注入装置2之间建立的水平向压力差，能够均匀地分布在土体3中，进而在土体3中形成均匀分布的定向流体流场。实现这一要求，除上述须隔绝液流或气流在抽吸装置1和注入装置2的顶端间优先交流外，实施过程中各阶段抽吸装置1抽吸流体的流量控制是另一个技术关键。

例如，在低渗透性土中，孔隙液流动的速率非常缓慢。在抽吸装置1端抽出的流量必须与土体中孔隙液的流速相匹配；特别是在抽吸装置1和注入装置2之间的土体3中尚未形成均匀分布的定向流体流场前，此点尤为重要。如果在抽吸装置1端抽出的流量大于土体中低流速孔隙液的补给量，则可能在近抽吸装置1端，土体中的孔隙液被抽出后，所形成的孔隙不能被后续的孔隙液补充，由此将造成两方面后果：一方面，近抽吸装置1端土体中的孔隙在负压的压迫下闭合，将影响后续渗流的通过；另一方面，近抽吸装置1端土体脱水干燥、体积收缩，将与后面土体间产生裂隙，这裂隙将形成流体优先通道，将导致均匀流场不能建立。在土体中，孔隙液流动的难易程度与如下因素有关：a）土体的渗透系数（孔隙孔径和数量），b）土体孔隙的饱和度（孔隙中被液体占据的空间），c）土体中矿物颗粒和其它构成物质的吸附性，d）液体自身性质产生的粘质阻力。因此，在抽吸装置1端抽出的流量必须与土体中孔隙液的流速相匹配，是本发明的另一个技术关键。抽吸装置1端各阶段抽出的适宜流量需根据拟处理土体的特性，通过试验进行确定。

实施例1

某废渣堆场下的污染土，为粉质黏土，渗透系数 1.24

10^-5cm/s；含水率46%。污染土中含有机污染物：苯586mg/kg、TCE 2678mg/kg、PCE 1422mg/kg、二甲苯27mg/kg；和重金属Cr，全Cr含量为21036（mg/kg）、Cr（VI）含量为3464（mg/kg）。污染土深度达5m，地下水位在地表下0.5m。由于该场地存在多种污染物，且为低渗透系数、高含水率的饱和污染土，用单一的现有原位污染土处理技术难以完成污染场地修复。故采用本发明进行污染土修复。

在污染场地上，采用锚杆钻机钻孔后插入抽吸装置1和注入装置2，插入深度6m；抽吸装置1行和注入装置2行相间排列，抽吸装置1行和注入装置2行之间距离100cm，各行中各抽吸装置1或注入装置2间距为80cm；抽吸装置1行和注入装置2行平行布置，并平行错开40cm。

抽吸装置1的构造为：外径2cm的管壁波谷带有众多小孔的铁皮波纹管，铁皮波纹管上下两端封闭；一根直径1cm的铁管穿过波纹管上端，铁管下端与波纹管下端相连但铁管下端留有4个0.5cm直径的通水的小孔；铁管上端与抽吸装置1连接于与流体抽取装置4连接的管路；每条波谷上带有18个直径1mm小孔；注入装置2与抽吸装置1的构造相似，即将抽吸装置1中的铁管改为市售电发热管，电发热管与波纹管上端密封，波纹管上端留出导水管，电发热管引出电线连接电源。

各注入装置2与抽吸装置1植入土中完毕后，将注入装置2或抽吸装置1与钻孔的孔壁间的孔隙用中砂填满作为滤层，但在各注入装置2或抽吸装置1的顶端距地表10cm的空洞暂时保留。分别在抽吸装置1行两侧和注入装置2行两侧，距抽吸装置1行和距注入装置2行20cm处，各开5cm宽10cm深的槽；将该槽和各注入装置2或抽吸装置1的顶端暂时保留的距地表10cm的空洞采用水泥砂浆浇筑填满，并同时将整个污染场地地表浇筑10cm混凝土，在污染场地边缘混凝土浇筑范围扩大到距最外边的各注入装置2或抽吸装置11m。

将每行各抽吸装置1连接于一根支管，各行抽吸装置1的支管连接于总管后与流体抽取装置4（射流泵）连接，并采用公知的方法进行气液分离；分离的含污染物的气体与流体按公知的方法进行处理。将每行注入装置2连接于一根支管，各行注入装置2的支管连接于总管后与一个三通连接，三通的另两通道分别连接于供液源和供气源。在连接供液源的管道上和连接供气源的管道上分别设有阀门开关。根据设计选定的典型位置和数量，采用公知的技术在抽吸装置1与支管连接处设置取样装置，在设计确定的时间点对排出的气体和流体取样检测，以掌握污染物清除的进程和效果。

首先开启流体抽取装置4，将抽吸装置1中的水抽净；同时将注入装置2连接供气源的阀门打开。在抽吸装置1输出的抽吸力下首先是污染土孔隙中的流体和气体被吸出，同时将可挥发的有机污染物带出。然后开启注入装置2中的电加热管提供热量，加热周围的土壤和由注入装置2进入的空气；加热的空气在抽吸装置1输出的抽吸力下向抽吸装置1迁移，将电加热管产生的热量均匀的分布到整个污染土中，这不仅加快了热量传递速率，而且使得整个污染土的温度大体均匀；控制土中的温度不低于160℃。污染土中的可挥发和难挥发的有机污染物在高温作用下逐步蒸发，随气流向抽吸装置1迁移，并被吸出。通过调整抽吸装置1的抽气量可以调控蒸汽的被吸出速率使之与有机污染物的蒸发速率相匹配。经过20天，经对各取样点所取气体的测定，已达到设计给定的浓度指标。关闭电热管的电源，将注入装置2切换到供液源。采用浓度为0.01mol/L的EDTA作为清洗剂，pH值为7.0。先将抽吸装置1输出的抽吸力控制在30kPa，以20kPa的级差逐步提高抽吸装置1输出的抽吸力，在抽吸装置1抽出的液量平稳且与注入装置2输入的液量持平后，抽吸装置1即可提高下一级抽吸力，直至抽吸力达到90kPa；此后当抽吸装置1抽出的流体量明显降低，将抽吸力降低至70kPa；由供液源注入EDTA清洗剂，供液量由真空负压吸入量控制；当抽吸装置1抽出的流体量再度明显降低，则采用间歇淋洗工艺：将抽吸装置1抽吸1小时，中止0.5小时，重复按此工艺进行淋洗。总计历经24天淋洗，经对各取样点所取流体的测定，已达到设计给定的浓度指标。结束全部污染土修复工作。

实施例2

某工厂原污泥池下为黏土，渗透系数 3.78

10^-6cm/s；含水率52%，地下水位在地表下0.2m；已被多氯联苯（PCBs）污染，土中PCBs含量68mg/kg，污染土深度达7m。拟对污染土采用铁钯双金属纳米颗粒进行还原脱氯无害化处理，采用本发明的负压驱动浆液地下均匀流动的方法进行药剂注入。

所用抽吸装置1和注入装置2均选择图2至图4所示形式的抽吸装置1，图中所示条带13上的一系列正反方向的凹槽的高、宽均为2mm，主管道11直径2cm，该管相对的两侧管壁有一系列主管孔111；在主管道11有主管孔111的两侧分别与一条条带13的一侧凹槽端连接，条带13的每个凹槽与主管道11上的一个主管孔111连通。条带13外包覆有无纺布作为滤层121。抽吸装置1和注入装置2体长7.5m，主管道11的上下两端面密闭，抽吸管10为直径1.2cm的导管，其上端口穿过主管道11的上端面与流体抽取装置4连接，抽吸管10下端口与主管道11的下端面相接，抽吸管10下端口侧壁留有直径5mm的孔与主管道11导通。

将抽吸装置1行和注入装置2行以1m间距相间交替排列，各行中各抽吸装置1间隔1.0m，各行中各注入装置2间隔1.0m，抽吸装置1行和注入装置2行平行错动0.5m；采用类似插排水板的机械将抽吸装置1和注入装置2插入到地下7.5m深；将抽吸装置1和注入装置2上端至地表的孔洞用膨润土稠浆封闭，在每个抽吸装置1和注入装置2上端加盖“帽”以隔绝其与外界气液的联系，并使气液从抽吸装置1和注入装置2顶端地面通过的路径延长，以消除气液从抽吸装置1和注入装置2顶端地面优先通过的可能。所述“帽”有一直径30cm的顶板、其周边有与之垂直且密闭连接的高20cm环带，环带为表面毛糙的铁皮所制；抽吸装置1和注入装置2的水管穿过帽的顶板，在该穿过处采用密封胶密封；将该“帽”压入污染土中使抽吸装置1和注入装置2顶端相互气水隔绝以及与外界气水隔绝；在处理范围（即设置有抽吸装置1和注入装置2的范围）的地表面表面浇筑一层厚10cm的膨润土泥浆，在其上铺设塑料薄膜并使之与膨润土泥浆贴合，并将塑料薄膜边缘埋入土中，以隔绝大气影响。

将抽吸装置1与射流泵连接、注入装置2与流体供给装置5连接；将纳米颗粒制成25g/L的药剂。Ⅰ、首先开启流体抽取装置4，将抽吸装置1中水抽净；然后从低压缓慢的逐步增加抽吸力，同时开启流体供给装置5，使由流体供给装置5供给的药剂在抽吸力作用下，通过注入装置2，流经土体3后从抽吸装置1流出，直至形成稳定的渗流；起始控制抽吸装置1输出的抽吸力在20kPa，每当注入装置2注入的药液量与抽吸装置1抽出的流体量基本平衡后，将抽吸装置1输出的负压按20kPa的级差逐步提升；直至抽吸装置1输出的抽吸力达到80kPa；持续4小时，关闭注入装置2，0.5小时后关闭抽吸装置1；Ⅱ、将抽吸装置1改接于流体供给装置5、将注入装置2改接于射流泵；Ⅲ、中止0.5小时后，再次按上述工艺进行药剂注入；4）重复Ⅰ-Ⅲ的工艺步骤，持续14d，直至注入的药液量满足设计要求。

实施例3

某一段建筑在盐渍土地基上的高速公路，经多年使用后，由于盐分随地下水的迁移，富集在公路道面之下的土层中，由于盐分的结晶膨胀，造成公路道面凹凸不平，并且情况在继续恶化，影响高速公路的行车速度和安全。为恢复公路的平整度并遏制后续可能的盐分结晶膨胀，利用本发明的技术，对公路道面之下的土层进行强制洗盐并做注浆封闭处理。

对公路隆起的区域，根据隆起量对含盐量进行估算。在各隆起区域，在公路道面上钻孔，孔径5cm；孔深5m。抽吸装置1和注入装置2的构造为：外径4.5cm管壁波纹谷底带有众多小孔的波纹管长4.2m（路面结构厚80cm），波纹管上下两端封闭；一根直径1cm的水管，穿过波纹管顶端至其底面，且与波纹管顶面交接处密封，在波纹管底面该水管留有与波纹管间通水的间隙；用于抽吸装置1的再外包80目尼龙绸。波纹管在管壁每条环形波谷凹槽上均布有10小孔，孔径2mm。抽吸装置1自成一行，连接流体抽取装置4（真空泵）；注入装置2也自成一行，连接流体供给装置5；抽吸装置1行和注入装置2行相间排列，间隔1m；各抽吸装置1行中抽吸装置1间隔0.8m，各注入装置2行中注入装置2间隔0.8m，抽吸装置1行和注入装置2行平行错开0.4m。在抽吸装置1和注入装置2顶端处与其中水管的交界点上（路面下0.8m处）套有一直径5cm的圆盘用于阻隔从其上钻孔落下之物。

抽吸装置1和注入装置2设置完毕，将抽吸装置1和注入装置2的引出的导水管分别与射流泵或流体供给装置5连接。采用常规注浆方法在路面下0.8m处注入水泥浆用以封闭路面基层与地基界面处抽吸装置1和注入装置2间可能的优先通道，以及与外界大气的联系。待水泥浆层硬化后，开启射流泵，将抽吸装置1中水抽净；然后从低压缓慢的逐步增加抽吸力，同时开启流体供给装置5，使由流体供给装置5供给的自来水在抽吸力作用下，通过注入装置2，流经土体3后从抽吸装置1流出，直至形成稳定的渗流；起始控制抽吸装置1输出的抽吸力在20kPa，每当注入装置2注入的药液量与抽吸装置1抽出的流体量基本平衡后，将抽吸装置1输出的负压按20kPa的级差逐步提升；直至抽吸装置1输出的抽吸力达到80kPa，然后维持抽吸力不低于85kPa。采用电导率仪测定射流泵抽出的水的电导率，当电导率下降趋势已趋于平缓且与自来水的电导率相近后，关闭射流泵和供液源；经24h之后，按上述工艺进行第二次洗盐处理。当电导率下降趋势再次趋于平缓且与自来水的电导率相近后，关闭射流泵和供液源，结束洗盐工作。

为避免公路修复后再次因盐分聚集产生隆起变形，对该场地进行注浆封堵工艺，以切断盐渍土后续盐分的迁移路径。采用市售KDYT-E耐盐缓凝固化剂，按水灰比1：1制备固化剂浆液；开启射流泵，使抽吸力不低于85kPa；射流泵抽出的流体量明显降低并平稳后，将抽吸力降低至65kPa；由供液源注入固化剂浆液，供浆量由抽吸装置1吸入量控制；在连接射流泵的管道上的气液分离器，观察到有固化剂浆液颜色起，每一个小时增加真空度5kPa，最后维持在90 kPa，直至注浆量低于10L/h，结束注浆。

综上所述，能够实现在原位污染土中进行分布均匀、流向可控的气、液、热等物质的传递；而且由于采用抽吸力驱动，首先清空了污染土孔隙中原有的流体和气体，消除了其对注入流体流迁移的阻碍，增加了注入流体流可流经的孔隙数量，增大了污染物与流体流的接触面积；从而大大提高了污染物清除的效果和效率。采用抽吸力驱动，在中低渗透性土中在较高的抽吸力下也不会造成土体破坏，故而可以杂中低渗透性土中产生足够的流体流量，因此本发明可以应用于中低渗透性污染土修复。可以对含可挥发有机污染物的污染土、含难挥发有机污染物的污染土和含无机污染物的污染土、以及含混杂上述各种污染物的污染土进行修复，并可以用于。岩土工程的注浆加固。由于本发明流体流向可以控制，因此消除了因注入的新增流体使污染物流体向外随机扩散，导致污染范围扩大及二次污染的潜在危险。

实施例4

碱厂生产过程排弃的碱渣，堆积于碱渣库中；其成分为：干物质中：碳酸钙65%、氯化钙6、氯化钠4%、氢氧化钙10%、硫酸钙2%、氧化铝2%。颗粒细度：50%<13μm，94%<25μm；渗透系数 7.81

10^-6cm/s；pH值 10.8。含水率197%。拟脱除氯盐后作为制作建筑材料的原料。

采用本发明清除碱渣中氯离子，并尽可能的保留钙离子。采用逐层处理的方法，每层约8m深。所用抽吸装置1和注入装置2均选择图2至图4所示形式的导电聚合物抽吸装置1，图中所示抽吸管10置于主管道11之中，主管道11的两端封闭，抽吸管10的下端口与主管道11的下端面相接，抽吸管10的下端口侧壁留有直径5mm的孔与主管道11导通，以保证水在两者之间流动；抽吸管10的上端穿过主管道11的顶端面与流体抽取装置4连通，抽吸管10在穿过主管道11顶端面处的管壁与主管道11顶端面气密封闭；条带13上的一系列正反方向的凹槽的高、宽均为2mm，主管道11直径2cm，该管相对的两侧管壁有一系列主管孔111；在主管道11有主管孔111的两侧分别与一条条带13的凹槽端一侧连接，条带13的每个凹槽与主管道11上的一个主管孔111连通。条带13外包覆有无纺布作为滤层121。抽吸装置1和注入装置2体长8.5m。

将抽吸装置1行和注入装置2行以1m间距相间交替排列，各行中各抽吸装置1间隔1.0m，各行中各注入装置2间隔1.0m，抽吸装置1行和注入装置2行平行错动0.5m；采用类似插排水板的机械将抽吸装置1和注入装置2插入到土体3中8.5m深；将抽吸装置1和注入装置2上端至地表的孔洞用碱渣封闭，在每个抽吸装置1和注入装置2上端加盖以“帽”以隔绝其与外界气液的联系，并使气液从抽吸装置1和注入装置2顶端碱渣面通过的路径延长，以消除气液从抽吸装置1和注入装置2顶端土体3的临空面优先通过的可能。所述“帽”有一直径30cm的顶板、其周边有与之垂直且密闭连接的高20cm环带，环带为表面毛糙的铁皮所制；抽吸装置1和注入装置2的气水管和电线穿过帽的顶板，在该穿过处采用密封胶密封；将该“帽”压入土体3中使抽吸装置1和注入装置2顶端相互气水隔绝以及与外界气水隔绝；在处理范围（即将设置有抽吸装置1和注入装置2的范围）的土体3表面浇筑一层厚10cm的膨润土泥浆，在其上铺设塑料薄膜，使薄膜与膨润土泥浆贴合，并将塑料薄膜边缘埋入碱渣，以隔绝大气影响。

将抽吸装置1与流体抽取装置4连接、注入装置2与流体供给装置5连接；同时将抽吸装置1与电源的正极相连接，而将注入装置2与直流电源的负极相连接。首先开启流体抽取装置4，以-90kPa的负压值将抽吸装置1中的水抽空；随后降至低负压值再缓慢的逐步增加抽吸力，同时开启流体供给装置5，使由流体供给装置5供给的水在抽吸力作用下，通过注入装置2，流经土体3后从抽吸装置1流出，直至形成稳定的渗流；起始控制抽吸装置1输出的负压在-20kPa，每当注入装置2注入的流体量与抽吸装置1抽出的流体量基本平衡后，将抽吸装置1输出的负压按-10kPa的级差逐步提升；直至抽吸装置1输出的负压达到-80kPa；同时，开启电源，根据设计要求采用供电10min和停电15min交替的间歇供电方式，控制电压梯度为0.2V/cm；该流体流量和供电模式系根据抽吸装置1端提取的流体中的氯盐浓度确定，即使氯盐在溶液中的饱和度在80%左右，同时控制从抽吸装置1端流出的溶液中不出现钙离子；随着脱盐的进行，土体3中氯盐含量的降低，逐步降低负压值以调整流量同时增加供电间歇时间；在60d之后氯离子清除率达到98%已满足设计要求，关闭直流电源及流体抽取装置4和流体供给装置5，即完成土体3氯盐清除工作。从抽吸装置1中流出的含有害物流体收集到蓄液池后，按公知方法进行处理。

实施例5

一场地地表下1.5m~6.7m存在一污染土层，渗透系数1.05

10^-5cm/s；含水率54.6%。Cd 548.63mg/kg（有效态362.79 mg/kg）；地下水位在地表下0.5m。

若采用传统的电动技术，需对接电源正极的电极经进水管滴注0.01M氢氧化钠，并对连接电源负极的电极经进水管滴注0.01M EDTA，以使各电极附近的pH值维持在适当的水平，从而保证重金属的清除。

采用本发明进行污染土的除污修复。所用抽吸装置1是一竖向表面均匀分布有众多透水小孔的闭合腔体，采用碳纤维导电材料做成；该腔体长5.5m、宽15cm、厚2cm；腔体内一端侧边有一直径1.2cm的导水管，闭合腔体的上下两端面密闭，导水管上端口穿过闭合腔体的上端面与真空泵连接，导水管下端口与闭合腔体的下端面相接，导水管下端口侧壁留有直径5mm的孔与闭合腔体导通。在闭合腔体两侧壁板上，纵横间距为2cm分布有孔径0.2cm的小孔，同时在闭合腔体两侧壁板间，按纵横间距为2cm分布设置有支撑板，以使闭合腔体在置于污染土中时可以承受侧向土压力；在闭合腔体外包覆一层市售无纺土工布作为滤层；将闭合腔体壁板上的碳纤维导电材料连接于直流电源的负极。

注入装置2可以是一竖向表面均匀分布有众多透水小孔的闭合腔体，采用碳纤维导电材料做成；该腔体长5.5m、宽15cm、厚2cm；闭合腔体的上下两端面密闭，闭合腔体内上端面下横向有一直径1.2cm导水管，导水管的两端密闭，其上面管壁上连接一水管，水管穿过闭合腔体的上端面与流体供给装置5连接，导水管下面管壁上以间距2cm分布有孔径0.2cm的透水小孔。在闭合腔体两侧壁板上，纵横间距为1.5cm分布有孔径0.2cm的小孔，竖向相间各行水平错位0.75cm，同时在闭合腔体两侧壁板间，各小孔下边设置有V型支撑板，以使闭合腔体在置于污染土中时可以承受侧向土压力；在闭合腔体外包覆一层市售无纺土工布作为滤层；将闭合腔体壁板上的碳纤维导电材料连接于直流电源的正极。将注入装置竖直植入污染土中后，从导水管下面管壁上一系列透水小孔流出的流体，降落在V型支撑板上，而后从闭合腔体表面透水小孔流入污染土中。

将抽吸装置1行和注入装置2行以1m间距相间交替排列，各行中各抽吸装置1间隔0.8m，各行中各注入装置2间隔0.8m；采用类似插排水板的机械将抽吸装置1和注入装置2插入到6.8m深，将抽吸装置1和注入装置2顶至地表的孔隙用膨润土稠泥浆封闭。由于抽吸装置1和注入装置2顶端距地表距离远大于两者之间距，且位于地下水位之下，因此，不影响气液流在抽吸装置1和注入装置2间形成均匀渗流。

将抽吸装置1与流体抽取装置4连接、注入装置2与流体供给装置5连接；同时将抽吸装置1与电源的负极相连接，而将注入装置2与直流电源的正极相连接。首先开启流体抽取装置4，将抽吸装置1中的水抽净；然后流体供给装置5，使由流体供给装置5供给的流体在抽吸力作用下，通过注入装置2流经土体3后从抽吸装置1流出，直至形成稳定的渗流；起始控制抽吸装置1输出的抽吸力在-10kPa，每当注入装置2注入的流体量与抽吸装置1抽出的流体量基本平衡后，将抽吸装置1输出的负压按-10kPa的级差逐步提升；直至抽吸装置1输出的负压达到-80kPa；同时开启电源，根据设计要求采用供电30min和停电15min交替的间歇供电方式，控制电压梯度为1.0V/cm；该流体流量和供电模式系根据维持阴极处污染土中pH<8、以及土中Cd溶入流体的速率和在电场驱使下其迁移速率匹配为原则，经试验确定；此后，根据监测从抽吸装置1流出的流体中pH值和污染物浓度，采用降低抽吸装置1输出的负压值或提高停电时长对工作参数进行调控，以适应随着污染土中污染物减少，迁移至液流中的污染物减少的状态；在48d之后Cd清除率达到95%，已满足设计要求，关闭直流电源及流体抽取装置4和流体供给装置5，即完成污染土重金属清除工作。从抽吸装置1中流出的含污染物流体收集到蓄液池后，按公知方法进行处理。

综上所述，通过负压驱动技术与电动技术耦合可以调控电动除污体系中污染土的pH及其分布，可以消除电极附近的高pH区域或极低pH区域，并使整个体系的pH较为均衡；从而提高了污染物的清除效率，降低了处理技术的难度和成本。本发明可以对污染土中的有害物选择有害离子进行清除，从而减少了需清除物质的总量，提高了清除效率；同时也可以更多的保留有益物质，提高了废渣资源化利用率。

Claims (7)

1.一种负压驱动流体地下均匀流动方法，其特征在于，包括以下步骤：

将在设计给定深度范围内能够施加均匀负压的抽吸装置（1）和能够均匀地向外供给流体的注入装置（2）按设计给定的深度和间距竖向平行相间埋植于地下的土体（3）中，将抽吸装置（1）与流体抽取装置（4）相连接，将注入装置（2）与流体供给装置（5）连接；同一平面上，抽吸装置（1）和注入装置（2）相间布置；

在抽吸装置（1）和注入装置（2）的顶端布设隔绝两者间流体交流的设施，使抽吸装置（1）和注入装置（2）间的流体交流通路只能通过土体（3），而不能通过比土体（3）更便捷的通路进行；同时，也须隔绝抽吸装置（1）与流体抽取装置（4）之外的流体源的联系，以及隔绝注入装置（2）与流体供给装置（5）之外的流体源的联系；③根据土体组成和结构与流体性质所限定的流体在土体中的迁移速率，选择与之匹配的负压值和抽吸流量及其施加节奏，以避免在通过抽吸装置（1）抽取流体和通过注入装置（2）注入流体的过程中，土体（3）中产生压力不均匀或土体性质变化的不均匀，进而导致土体中产生裂隙，破坏流场的均匀性；从而保证在抽吸装置（1）和注入装置（2）之间的土体（3）中形成均匀分布的定向流体流场；

根据实际条件选择以下一个或多个组合的措施：（一）抽吸装置（1）上端和注入装置（2）上端必须保证与大气隔绝，这包括对植入抽吸装置（1）或注入装置（2）时在其上端遗留的空洞必须填充密实，保证其气液密闭；（二）在抽吸装置（1）和注入装置（2）之上的地表铺设覆盖层（7）以隔绝与大气的联系，且地表与覆盖层（7）间的界面（8）需要有足够气密性和可靠性的结合；（三）在抽吸装置（1）和注入装置（2）之间并且在覆盖层（7）下方，设置至少有一道与覆盖层（7）密闭连接，并与覆盖层（7）有30°-90°夹角的阻隔条（6），且阻隔条（6）嵌入土体（3）并与土体（3）密闭贴合，以增加流体通过地表与覆盖层（7）间的界面（8）的难度和路径长度；

所述的抽吸装置（1）包括抽吸管（10）、主管道（11）和多个管壁与外界连通的连通部（12）；所述抽吸管（10）置于主管道（11）之中，主管道（11）的两端封闭，抽吸管（10）的下端距主管道（11）的底端面留有间隙，以保证水在两者之间流动；抽吸管（10）的上端穿过主管道（11）的顶端面与流体抽取装置（4）连通，抽吸管（10）在穿过主管道（11）顶端面处的管壁与主管道（11）顶端面气密封闭；所述的多个连通部（12）并联连接于所述的主管道（11）的管壁上，每个连通部（12）与主管道（11）相连通；所述的主管道（11）两侧的管壁上分别设置有多个间隔排列的主管孔（111），所述的连通部（12）为两条由正反向的凹槽并列构成的条带（13）；所述的两条条带（13）设置在主管道（11）有主管孔（111）的两侧；每条条带（13）上的每个凹槽端口分别与主管道（11）上的其中一个主管孔（111）连通；条带（13）的外侧包覆有滤层（121）。

2.根据权利要求1所述的一种负压驱动流体地下均匀流动方法，其特征在于，具体实施方法包括以下步骤：首先开启流体抽取装置（4），将抽吸装置（1）内的流体抽空，以使抽吸装置（1）可在其深度范围内可同步同压施加抽吸力；在此基础上，以设计给定的初始压力值开始、以设计给定的负压级差及施加节奏逐步增加抽吸力，同时开启流体供给装置（5），使由流体供给装置（5）供给的流体在抽吸力作用下，通过注入装置（2），流经土体（3）后从抽吸装置（1）流出，直至形成稳定的渗流；在每级抽吸力下，当注入装置（2）端注入的流体量与抽吸装置（1）端抽出的流体量持平或相近后，抽吸装置（1）提供的抽吸力可以提高至下一级抽吸力水平；当对抽吸装置（1）端施加的抽吸力值达到使注入装置（2）端注入的流体量与抽吸装置（1）端抽出的流体量持平所能达到的最大抽吸力值后，则不能再提高对抽吸装置端施加的抽吸力值；以后各时段抽吸装置（1）端抽出的流体量则根据设计规定的抽吸装置（1）抽出流体中所关注的物质浓度确定；当从抽吸装置（1）抽出流体中所关注的物质浓度达到设计要求后，即可关闭流体抽取装置（4）和流体供给装置（5），结束向土体（3）中注入物质或清除土中污染物的工作。

3.根据权利要求1所述的一种负压驱动流体地下均匀流动方法，其特征在于，利用所述在土体（3）中形成均匀分布的定向流体流场做载体，能向地下土体（3）均匀注入药剂、微生物、固化剂和热量物质，也能利用该均匀分布的定向流体流场将地下土体中的污染物淋洗清除。

4.根据权利要求1所述的一种负压驱动流体地下均匀流动方法，其特征在于，该方法连接电源用于去除土体（3）中的带电污染物，将抽吸装置（1）连接于直流电源上与拟清除的污染物电性相反的一极，将注入装置（2）连接于直流电源上与拟清除的污染物电性相同的另一极；在抽吸装置（1）和注入装置（2）上施加电压，在抽吸装置（1）和注入装置（2）之间的土体（3）中同时形成均匀分布的定向流体流场和电场，驱使带电污染物从注入装置（2）排出土体（3）。

5.根据权利要求4所述的一种负压驱动流体地下均匀流动方法，其特征在于，具体实施方法包括以下步骤：首先开启流体抽取装置（4），将抽吸装置（1）内的流体抽空，以使抽吸装置（1）在其深度范围内可同步同压施加真空负压；在此基础上，以设计给定的初始压力值开始、以设计给定的负压级差及其施加节奏逐步增加抽吸力，同时开启流体供给装置（5），使由流体供给装置（5）供给的流体在抽吸力作用下，通过注入装置（2）、流经土体（3）后从抽吸装置（1）流出；同时，对抽吸装置（1）和注入装置（2）施加电压；在每级抽吸力下，当注入装置（2）端注入的流体量与抽吸装置（1）端抽出的流体量持平或相近后，抽吸装置（1）提供的抽吸力可以提高至下一级抽吸力水平；当对抽吸装置（1）端施加的抽吸力值达到使注入装置（2）端注入的流体量与抽吸装置（1）端抽出的流体量持平所能达到的最大抽吸力值后，则不再提高对抽吸装置（1）施加的抽吸力；以后各时段抽吸装置（1）端抽出的流体量，以及对抽吸装置（1）和注入装置（2）采用何种供电参数，则根据设计规定的抽吸装置（1）抽出流体中所关注的物质浓度确定；根据土体（3）中污染物浓度、有害离子溶入流体的速率和电场驱动下离子的迁移速率，调整抽吸装置（1）抽出的流体流量和注入装置（2）的注入的流体流量以及供电参数，施加的电压和抽出流量两者相互匹配；当从抽吸装置（1）抽出流体中所关注的物质浓度下降至设计要求后，即可关闭电源，关闭流体抽取装置（4）和流体供给装置（5），结束土体（3）的除污工作。

6.根据权利要求4所述的一种负压驱动流体地下均匀流动方法，其特征在于，当用其修复含离子型污染物的土体（3）时，将抽吸装置（1）分别连接于与流体抽取装置（4）相连的管道和直流电源上与拟清除的有害离子电性相反的一极，将注入装置（2）分别连接于与流体供给装置（5）相连的管道和直流电源上与拟清除的有害离子电性相同的另一极，达到仅对污染物中的有害离子进行清除。

7.根据权利要求4所述的一种负压驱动流体地下均匀流动方法，其特征在于，当用其修复重金属污染的土体（3）时，将抽吸装置（1）分别连接于与流体抽取装置（4）相连的管道和直流电源的负极，将注入装置（2）分别连接于与流体供给装置（5）相连的管道和直流电源的正极，达到降低土体（3）中近阴极区域的pH值、优化体系的pH值分布，消除重金属在高pH值区域沉积的现象。

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