CN115365290A - 一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置 - Google Patents

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刘晨
周宇健
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Abstract

本发明公开了一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，属于环境修复技术领域，所述注入外管的内部设置有注入内管，所述注入内管的内部设置有注气管，所述注入外管上设置有止回圈，多个所述止回圈同轴设置在注入外管上，所述上密封圈和下密封圈呈径向对称设置在注入内管上。本发明通过上密封圈和下密封圈的充气膨胀，封堵住止回阀区段的内注浆管，使得药剂仅能通过止回阀向外扩散，从而可以根据污染物的垂向浓度和类型分布，添加不同比例、不同类型的药剂，实现药剂的定深分层多次注入，保证修复效果，节约药剂成本。

Description

一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置
技术领域
本发明属于环境修复技术领域，具体涉及一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置。
背景技术
原位修复是指在不移动污染土壤和地下水的情况下，对污染地块的土壤和地下水进行修复的一种模式。在原位修复技术中，原位化学注入凭借修复效果好、环境敏感度低、投资少等优势成为原位修复中的主流技术。原位化学注入通过建井、直推、搅拌等方式将修复药剂输送至特定的污染范围，通过物理、化学、生物等一系列反应，将土壤和地下水中的污染物去除或稳定化，实现修复污染土壤和地下水的目标。
对于一个污染地块，通常存在不同的污染物。每种污染物在不同位置和不同深度的浓度分布也大不相同。而目前市面上的原位化学注入装置仅能进行单一的注入，使得每个深度的药剂量基本相同，致使轻污染深度范围的污染土壤和地下水过度修复，而重污染深度范围的污染土壤和地下水出现修复不达标的现象，最终导致工程返工。因此，有必要针对以上问题，研发一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，根据污染物的垂向浓度和类型分布，添加不同比例、不同类型的药剂，实现药剂的定深分层多次注入，保证修复效果，节约药剂成本。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，通过安装不同类型的注入管、密封圈、止回圈，控制药剂精准地在某个深度注入。
本发明的技术方案为：一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，包括：注入外管、注入内管、注气管、上密封圈、止回圈、下密封圈，所述注入外管的内部设置有注入内管，所述注入内管的内部设置有注气管，所述注入外管上设置有止回圈，多个所述止回圈同轴设置在注入外管上，所述上密封圈和下密封圈呈径向对称设置在注入内管上。
进一步地，所述注气管固定设置在注入内管的内壁上，所述注入内管可上下移动的设置在注入外管的内部，所述上密封圈和下密封圈均固定设置在注入内管的外壁上。
进一步地，所述上密封圈包括上气腔和上密封圈壁，所述上气腔与注气管通过短管连接，所述上气腔与注气管相连通，所述下密封圈包括下气腔和下密封圈壁，所述下气腔与注气管通过短管连接，所述下气腔与注气管相连通。
进一步地，所述上密封圈和下密封圈均由两个堆叠的空心圆台组成，所述上密封圈和下密封圈的间距为30-50cm。
进一步地，注气管未注气时，所述注入内管上的上密封圈和下密封圈与注入外管不连接，其中，上密封圈的上密封圈壁与注入外管的内壁不连接，下密封圈的下密封圈壁与注入外管的内壁不连接，注气管注气时，所述注入内管上的上密封圈和下密封圈与注入外管连接，其中，上密封圈的上密封圈壁与注入外管的内壁连接，下密封圈的下密封圈壁与注入外管的内壁连接。
进一步地，所述止回圈固定设置在注入外管的外壁上，多个所述止回圈等间距设置在注入外管的外壁上，两个相邻止回圈的间距为30-100cm，所述止回圈外部放置有石英砂，相邻止回圈之间的所述注入外管的外部放置有膨润土。
进一步地，所述止回圈包括上止回圈和下止回圈，所述上止回圈的上部固定设置在注入外管上，所述上止回圈的下部与注入外管不固定连接，所述下止回圈的下部固定设置在注入外管上，所述下止回圈的上部与注入外管不固定连接，所述上止回圈和下止回圈仅能由内向外打开。
进一步地，所述注入外管上开设有外筛孔，所述外筛孔位于所述止回圈的上止回圈和下止回圈连接处，所述外筛孔的直径为6-10mm。
进一步地，所述注入内管上开设有内筛孔，所述内筛孔位于上密封圈和下密封圈之间，所述内筛孔的直径为6-10mm，所述注入内管的内筛孔与注入外管上的内筛孔的孔径相同，所述内筛孔与外筛孔需要处于统一水平面上。
本发明的工作过程如下：
(1)采用钻机钻取井孔，下放注入外管和提前固定的止回圈，在实管处下放膨润土，在止回圈处下放石英砂。
(2)向注入外管内下放提前安装好的注入内管、注气管、上密封圈、下密封圈至需要注入药剂的止回圈区段。
(3)向注气管内注入压缩空气，使得上密封圈和下密封圈的上气腔和下气腔膨胀，封堵住止回圈段的内注入管。
(4)通过管道和注入泵，将提前配置好的药剂输送到注入内管，并通过注入内管和注入外管上的内筛孔和外筛孔以及止回圈，扩散到污染土壤和地下水中，达到修复目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，注入内管在注入外管的内部可移动到达指定位置，注气管随着注入内管移动，通过注气管将上密封圈和下密封圈的充气膨胀，封堵住止回阀区段的内注浆管，使得药剂仅能通过止回阀向外扩散，从而可以根据污染物的垂向浓度和类型分布，添加不同比例、不同类型的药剂，实现药剂的定深分层多次注入，控制药剂精准地在某个深度注入，保证修复效果，节约药剂成本，可采用分层注入装置，巧妙地利用一个注入点同时注入不同类型的药剂，既保证了修复效果的有效性，同时又节省了建井成本；采用分层注入装置，在不同深度注入不同浓度的修复药剂，实现了药剂的精准添加，保证了修复效果，节约了药剂使用量。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置的系统示意图；
图2为本发明一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置的结构示意图。
附图标记说明：1、注入外管；2、注入内管；3、注气管；4、上密封圈；5、止回圈；6、下密封圈；11、外筛孔；21、内筛孔；41、上气腔；42、上密封圈壁；51、上止回圈；52、下止回圈；61、下气腔；62、下密封圈壁。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1-2所示，一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，包括：注入外管1、注入内管2、注气管3、上密封圈4、止回圈5、下密封圈6，所述注入外管1的内部设置有注入内管2，所述注入内管2的内部设置有注气管3，所述注入外管1上设置有止回圈5，多个所述止回圈5同轴设置在注入外管1上，所述上密封圈4和下密封圈6呈径向对称设置在注入内管2上。
所述注气管3固定设置在注入内管2的内壁上，所述注入内管2可上下移动的设置在注入外管1的内部，所述上密封圈4和下密封圈6均固定设置在注入内管2的外壁上。所述上密封圈4和下密封圈6均由两个堆叠的空心圆台组成，所述上密封圈4和下密封圈6的间距为30-50cm。所述上密封圈4包括上气腔41和上密封圈壁42，所述上气腔41与注气管3通过短管连接，所述上气腔41与注气管3相连通，所述下密封圈6包括下气腔61和下密封圈壁62，所述下气腔61与注气管3通过短管连接，所述下气腔61与注气管3相连通。
注气管3未注气时，所述注入内管2上的上密封圈4和下密封圈6与注入外管1不连接，其中，上密封圈4的上密封圈壁42与注入外管1的内壁不连接，下密封圈6的下密封圈壁62与注入外管1的内壁不连接，注气管3注气时，所述注入内管2上的上密封圈4和下密封圈6与注入外管1连接，其中，上密封圈4的上密封圈壁42与注入外管1的内壁连接，下密封圈6的下密封圈壁62与注入外管1的内壁连接。
所述止回圈5固定设置在注入外管1的外壁上，多个所述止回圈5等间距设置在注入外管1的外壁上，两个相邻止回圈5的间距为30-100cm，所述止回圈5外部放置有石英砂，相邻止回圈5之间的所述注入外管1的外部放置有膨润土。所述止回圈5包括上止回圈51和下止回圈52，所述上止回圈51的上部固定设置在注入外管1上，所述上止回圈51的下部与注入外管1不固定连接，所述下止回圈52的下部固定设置在注入外管1上，所述下止回圈52的上部与注入外管1不固定连接，所述上止回圈51和下止回圈52仅能由内向外打开。
所述注入外管1上开设有外筛孔11，所述外筛孔11位于所述止回圈5的上止回圈51和下止回圈52连接处，所述外筛孔11的直径为6-10mm。所述注入内管2上开设有内筛孔21，所述内筛孔21位于上密封圈4和下密封圈6之间，所述内筛孔21的直径为6-10mm，所述注入内管2的内筛孔21与注入外管1上的内筛孔21的孔径相同，所述内筛孔21与外筛孔11需要处于统一水平面上，修复药剂通过内筛孔21和外筛孔11和止回圈5扩散到地下水中。
本发明的工作过程如下：
(1)采用钻机钻取井孔，下放注入外管1和提前固定的止回圈5，在实管处下放膨润土，在止回圈5处下放石英砂。
(2)向注入外管1内下放提前安装好的注入内管2、注气管3、上密封圈4、下密封圈6至需要注入药剂的止回圈5区段。
(3)向注气管3内注入压缩空气，使得上密封圈4和下密封圈6的上气腔41和下气腔61膨胀，封堵住止回圈5段的内注入管。
(4)通过管道和注入泵，将提前配置好的药剂输送到注入内管2，并通过注入内管2和注入外管1上的内筛孔21和外筛孔11以及止回圈5，扩散到污染土壤和地下水中，达到修复目的。
通过注入内管2在注入外管1的内部可移动到达指定位置，注气管3随着注入内管2移动，通过注气管3将上密封圈4和下密封圈6的充气膨胀，封堵住止回阀区段的内注浆管，使得药剂仅能通过止回阀向外扩散，从而可以根据污染物的垂向浓度和类型分布，添加不同比例、不同类型的药剂，实现药剂的定深分层多次注入，控制药剂精准地在某个深度注入，保证修复效果，节约药剂成本，可采用分层注入装置，巧妙地利用一个注入点同时注入不同类型的药剂，既保证了修复效果的有效性，同时又节省了建井成本；采用分层注入装置，在不同深度注入不同浓度的修复药剂，实现了药剂的精准添加，保证了修复效果，节约了药剂使用量。
下面结合具体实施例对本发明提供的一种修复土壤和地下水的原位化学注入装置做更进一步地描述。
实施例1
中南某金属加工厂退役地块地下水受到氯代烯烃污染，其中1-3m地下水中污染物以二氯乙烯为主，3-7m为粉质粘土相对隔水层，7-12m地下水中污染物以四氯乙烯为主。
本项目采用原位化学注入进行对地下水中的氯代烯烃进行修复，根据污染物的化学性质，1-3m地下水选用过硫酸盐(氧化剂)作为修复药剂，7-12m地下水选用生物药剂(还原剂)作为修复药剂。
本项目一共布设了103个注入点，间距2.2m，深度12.5m。注入外管1选用DN63的UPVC管，其中0-1m为白管，1-3m每隔50cm设置1个止回圈5，3-7m为白管，7-12m每隔50cm设置1个止回圈5。注入内管2选用DN40的不锈钢管，上密封圈4和下密封圈6间距50cm。止回圈5、上密封圈4和下密封圈6均采用抗氧化橡胶材质。注入外管1和注入内管2在止回圈5区段均匀地开设有直径6mm的外筛孔11和内筛孔21。
装置安装完毕并调试后，通过注气管3向上密封圈4和下密封圈6内的上气腔41和下气腔61内注入压缩空气，上气腔41和下气腔61在充气后膨胀封堵住止回圈5区段的内注浆管，再根据深度的不同向内注浆管输送不同类型的修复药剂，并通过内筛孔21和外筛孔11和止回圈5扩散到地下水中。
本项目1-3m共计注入过硫酸盐(氧化剂)10.6吨，7-12m共计注入生物药剂(还原剂)14.8吨。在注入药剂3个月后，对污染区域的地下水进行采样检测，结果表明地下水中污染物已经降低至修复目标已下。具体结果如表1所示。
表1实施例1地下水中污染物浓度变化趋势
Figure BDA0003859323970000081
本项目采用分层注入装置，巧妙地利用1个注入点同时注入不同类型的药剂，既保证了修复效果的有效性，同时又节省了建井成本。
实施例2
华东某药物生产企业退役地块土壤受到总石油烃的污染，污染深度6m，其中0-2m污染物平均超标3倍，2-4m污染物平均超标1.8倍，4-6m污染物平均超标1.1倍。
由于项目需要保留建筑遗址，不能进行异位开挖修复，因此采用原位化学氧化技术对污染土壤进行修复，氧化药剂为过硫酸盐，其中0-2m药剂添加量为2.5％，2-4m药剂添加量为1.5％，4-6m药剂添加量为0.8％。
本项目一共布设有218个注入点，间距2.5m，深度6.5m。采用分层注入装置进行过硫酸盐的注入。注入外管1选用DN63的UPVC管，0-6m每隔30cm设置1个止回圈5。注入内管2选用DN40的HDPE管，上密封圈4和下密封圈6间距50cm。止回圈5和密封圈均采用聚四氟乙烯材质。注入外管1和注入内管2在止回圈5区段均匀地开设有直径8mm的外筛孔11和内筛孔21。
本项目0-2m共计注入过硫酸盐95吨，2-4m共计注入过硫酸盐57吨，4-6m共计注入过硫酸盐30吨，合计注入过硫酸盐183吨。在药剂注入15天后，对该区域采集了3个点位1m、3m、5m深度的土壤样品检测总石油烃浓度，结果表明检测数据均已合格。
表2实施例2土壤中总石油烃浓度变化趋势
Figure BDA0003859323970000091
本项目采用分层注入装置，在不同深度注入不同浓度的修复药剂，实现了药剂的精准添加，保证了修复效果，节约了药剂使用量。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，包括：注入外管、注入内管、注气管、上密封圈、止回圈、下密封圈，其特征在于，所述注入外管的内部设置有注入内管，所述注入内管的内部设置有注气管，所述注入外管上设置有止回圈，多个所述止回圈同轴设置在注入外管上，所述上密封圈和下密封圈呈径向对称设置在注入内管上。
2.根据权利要求1所述的一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，其特征在于，所述注气管固定设置在注入内管的内壁上，所述注入内管可上下移动的设置在注入外管的内部，所述上密封圈和下密封圈均固定设置在注入内管的外壁上。
3.根据权利要求1所述的一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，其特征在于，所述上密封圈包括上气腔和上密封圈壁，所述上气腔与注气管通过短管连接，所述上气腔与注气管相连通，所述下密封圈包括下气腔和下密封圈壁，所述下气腔与注气管通过短管连接，所述下气腔与注气管相连通。
4.根据权利要求1所述的一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，其特征在于，所述上密封圈和下密封圈均由两个堆叠的空心圆台组成，所述上密封圈和下密封圈的间距为30-50cm。
5.根据权利要求3所述的一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，其特征在于，注气管未注气时，所述注入内管上的上密封圈和下密封圈与注入外管不连接，其中，上密封圈的上密封圈壁与注入外管的内壁不连接，下密封圈的下密封圈壁与注入外管的内壁不连接，注气管注气时，所述注入内管上的上密封圈和下密封圈与注入外管连接，其中，上密封圈的上密封圈壁与注入外管的内壁连接，下密封圈的下密封圈壁与注入外管的内壁连接。
6.根据权利要求1所述的一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，其特征在于，所述止回圈固定设置在注入外管的外壁上，多个所述止回圈等间距设置在注入外管的外壁上，两个相邻止回圈的间距为30-100cm，所述止回圈外部放置有石英砂，相邻止回圈之间的所述注入外管的外部放置有膨润土。
7.根据权利要求1所述的一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，其特征在于，所述止回圈包括上止回圈和下止回圈，所述上止回圈的上部固定设置在注入外管上，所述上止回圈的下部与注入外管不固定连接，所述下止回圈的下部固定设置在注入外管上，所述下止回圈的上部与注入外管不固定连接，所述上止回圈和下止回圈仅能由内向外打开。
8.根据权利要求1所述的一种修复污染土壤和地下水的原位化学分层注入装置，其特征在于，所述注入外管上开设有外筛孔，所述外筛孔位于所述止回圈的上止回圈和下止回圈连接处，所述外筛孔的直径为6-10mm，所述注入内管上开设有内筛孔，所述内筛孔位于上密封圈和下密封圈之间，所述内筛孔的直径为6-10mm，所述注入内管的内筛孔与注入外管上的内筛孔的孔径相同，所述内筛孔与外筛孔需要处于统一水平面上。
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