CN115463957A - 一种原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统及安装方法，涉及污染处理技术领域，包括：地面注入与监测控制单元和多级注入井；多级注入井包括：井口，井口开设在土壤的表面，外管安装在井口内，外管的内部安装有内管；注药单元和管外封隔器通过管箍与上下井管相连接；地面注入与监测控制单元和多级注入井之间通过连接结构进行连通。本发明具备了通过直接将注药管与地层注入位置相连，实现了管内分层隔断，依据地层渗透性能，管外通过分层填砾、止水或使用外管封隔器等方式，实现了从内管‑环空‑地层等联合隔断，实现了原位不同深度分层注入液体药剂，增强了注药效率与效果，从而实现对不同污染地层重点治理、精确治理的目的效果。

Description

一种原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统及安装方法

技术领域

本发明涉及污染处理技术领域，具体为一种原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统及安装方法。

背景技术

原位土壤及地下水修复技术，通常都需要向土壤及地下水中注入修复药剂，将污染物降解、转化、去除，注入药剂的方式包括高压旋喷、固定注入井、直推式注入等，其中以注入井为主，由于其不需要开挖、环境扰动小、二次污染风险低等优势，近年来在土壤及地下水修复中越来越受到青睐。

原位注入井往往采用井排的方式，在一排井中同时注入反应试剂，在地下水含水层中成反应带，为此要进行多口注入井的建设，从而造成修复成本的增加，此外在低渗地层中，试剂的注入难度增大，需要考虑分段注入，有足够的压力保证注入效果，因此如何提高修复效率、强化修复效果和降低修复成本，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

注入井管外一般填石英砂或分层填砾止水(石英砂与黏土球)方式成井，该方法工艺较为繁琐、分层效果不佳、药剂修复效果差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统及安装方法，具备了通过直接将注药管与地层注入位置相连，实现了管内分层隔断，依据地层渗透性能，管外通过分层填砾、止水或使用外管封隔器等方式，实现了从内管-环空-地层等联合隔断，实现了原位不同深度分层注入液体药剂，增强了注药效率与效果，从而实现对不同污染地层重点治理、精确治理的目的效果，解决了上述背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统，包括：

地面注入与监测控制单元和多级注入井；

所述地面注入与监测控制单元包括：溶液箱，所述溶液箱通过安装架安装在土壤的上方，所述溶液箱的表面开设有加药口和排液口，所述溶液箱的表面固定连通有出液管；

所述溶液箱的表面安装有搅拌器、计量泵和控制器；

所述出液管的表面设置有流量压力传感器、流量传感器和阀门；

所述多级注入井包括：井口，所述井口开设在土壤的表面，外管安装在所述井口内，所述外管的内部安装有内管；

注药单元和管外封隔器，所述注药单元和所述管外封隔器通过管箍与上下井管相连接；

所述地面注入与监测控制单元和所述多级注入井之间通过连接结构进行连通。

可选的，所述井口通过锁紧装置对所述外管中穿出的所述内管进行固定，并标记层数或位置。

可选的，所述连接结构包括：

接头，所述出液管的表面固定连通有出液壳，所述接头设置在所述出液壳与所述内管之间；

所述接头为单向阀，实现所述内管在所述多级注入井内与各级所述注药单元相连接。

可选的，所述内管的材质为特氟龙硬管，所述外管使用一定通径的pvc塑料管；

所述外管能供所述内管穿越的空间与连接所述注药单元和所述管外封隔器。

可选的，所述注药单元包括：

不锈钢金属壳，所述不锈钢金属壳的表面开设有多个注药孔，所述不锈钢金属壳的表面设置有注药导管，所述注药导管的表面设置有快插接头，所述内管与所述注药导管之间通过所述快插接头进行连接，并使用管夹进行锁定，所述不锈钢金属壳的表面设置有环形腔体，所述注药孔的表面包裹一层金属网，所述不锈钢金属壳的表面设置有O型圈卡槽。

可选的，所述管外封隔器包括：

管体，所述管体的表面设置有O型密封圈和不锈钢卡子，所述管体的表面设置有外橡胶层，所述管体的表面设置有pvc内管、遇水膨胀橡胶筒和凯夫拉布，所述pvc内管的表面设置有筛孔。

可选的，所述外管的口径根据所述内管的数量进行确定，所述外管的连接方式为粘接和销钉连接。

一种原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统的安装方法，包括以下步骤：

步骤S1：设计阶段：包括注入井深度、外管与内管直径、注入层数、止水位置、药剂类型等，准备好施工相关材料，包括内管、外管、管箍、注药单元、管外封隔器、滤料、黏土球等；

步骤S2：下管阶段：依据设计的位置进行现场组装和调节，以达到能够控制分层注入的目的，内管安装的顺序是从下往上逐级安装；

步骤S3：成井阶段：钻孔口径稍大于井管直径就可，通过使用管外封隔器，一段时间后可发生自膨胀，从而封隔环空间隙；

步骤S4：内管与注药单元安装：使用热风枪预热注药导管20-30s，在注药导管的插头处涂抹润滑润滑脂，然后可顺利插入到内管底部，并使用管夹进行锁紧；

步骤S5：分层位置与数目的调整：根据现场施工要求对装置进行拼装组合，通过安装注药单元与管外封隔器位置和数量的不同，可实现分层位置与数目的调整，并且可通过地上注入设备调节每层注入压力和药剂量，实现不同深度位置的定向注入。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

一、本发明的第一个创新点是注药单元，注药管的位置位于管壁上，不占用内环空间，可允许更多内管穿过，现有的注药管一般是直接安装到内管里面的，而本装置是在内外径之间的圆环上做腔体。腔体结构可以从各个方向出药，不易堵塞，当一个出药点堵塞了就可能出现注不进去的情况，而本方式能进行多点注入效果更佳。直接将注药管与地层注入位置相连为第二创新点，改变了以往需要在管内分层止水的难题，使层与层之间的之间密封更加可靠、工艺更加简便、分层层数更多，大大降低了层与层之间注药时窜通的技术难题，管外封隔器是第三个创新点，可直接与上下管连接，取代以往使用黏土球止水的方式，方便快捷、止水有效，以上创新均考虑加工难度、材料成本与安装便捷性，通过现场试验施工，实用性好，易于实现；通过本发明专利的技术方案，实现了多层不同深度原位注入液体药剂，从而实现对不同污染地层(包括第四系松散层与基岩破碎地层)的重点治理、达到了精确治理的目的。

二、本发明通过设置注药单元，本方式的这种结构密封比较简单，内管内的药剂全程不与外管内的水接触，因此不存在分层失败的可能性，这里的外管可不用密封。

三、本发明可选用外管封隔器，现有的操作是分层填入滤料和黏土球用于分层，这种方式需要打钻时的孔径较大，而当遇到地层较深或层数较以及钻孔口径较小时需要用到外管分隔器，外管封隔器是一种管外自膨胀永久止水装置，使得外管与井壁之间的间隙中起到层间止水作用；多个筛孔可以让遇水膨胀橡胶筒充分接触水，也是承载骨架；遇水膨胀橡胶筒套在内管上，有多个导流通道，可以更大限度接触水从而发生自膨胀；凯夫拉布是一种芳纶纤维材料，具有密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，主要起到骨架作用，使内层橡胶筒横向膨胀，防止不均匀膨胀；外橡胶层具有耐摩擦、耐温、耐腐蚀等功能起到保护作用，三层结构保证了膨胀部分的密封与强度性能。O型密封圈起到增大接口摩擦力及密封止水作用。

附图说明

图1为本发明结构的主视图；

图2为本发明结构的轴测图；

图3为本发明外管处结构的剖视图；

图4为本发明注药单元处结构的剖视图；

图5为本发明不锈钢金属壳处结构的示意图；

图6为本发明管外封隔器处结构的第一示意图；

图7为本发明管外封隔器处结构的第二示意图。

图中：1、溶液箱；2、加药口；3、排液口；4、出液管；5、搅拌器；6、计量泵；7、压力传感器；8、阀门；9、井口；10、外管；11、内管；12、注药单元；13、管外封隔器；14、管箍；15、接头；16、出液壳；17、不锈钢金属壳；18、注药孔；19、注药导管；20、快插接头；21、管夹；22、环形腔体；23、金属网；24、管体；25、O型密封圈；26、不锈钢卡子；27、外橡胶层；28、pvc内管；29、遇水膨胀橡胶筒；30、凯夫拉布；31、控制器；32、O型圈卡槽；33、流量传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图7，本实施例提供一种原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统，包括：

地面注入与监测控制单元和多级注入井；

地面注入与监测控制单元包括：溶液箱1，溶液箱1通过安装架安装在土壤的上方，溶液箱1的表面开设有加药口2和排液口3，溶液箱1的表面固定连通有出液管4；

溶液箱1的表面安装有搅拌器5、计量泵6和控制器31，溶液箱1的作用是将水与药剂搅拌的容器，搅拌器5的作用是用于均匀混合药剂与水，计量泵6的作用是通过注药管向井内注入液体，提供压力；

出液管4的表面设置有流量压力传感器7、流量传感器33和阀门8；

多级注入井包括：井口9，井口9开设在土壤的表面，外管10安装在井口9内，外管10的内部安装有内管11，井口9用于均匀布置与悬挂注药管，外管10作用是支撑保护；

注药单元12和管外封隔器13，注药单元12和管外封隔器13通过管箍14与上下井管相连接；连接方式为pvc胶粘接或销钉连接；

地面注入与监测控制单元和多级注入井之间通过连接结构进行连通；

更为具体来说，在本实施例中：地面注入与监测控制单元作用是将药剂混合均匀后通过计量泵将药剂分层注入到不同内管11内，通过压力传感器7和流量传感器33测量注入时的压力与注入量，通过阀门8单独控制注入药剂的不同层位；

本发明的第一个创新点是注药单元，注药管的位置位于管壁上，不占用内环空间，可允许更多内管穿过。腔体结构可以从各个方向出药，不易堵塞。直接将注药管与地层注入位置相连为第二创新点，改变了以往需要在管内分层止水的难题，使层与层之间的之间密封更加可靠、工艺更加简便、分层层数更多，大大降低了层与层之间注药时窜通的技术难题，管外封隔器是第三个创新点，可直接与上下管连接，取代以往使用黏土球止水的方式，方便快捷、止水有效，以上创新均考虑加工难度、材料成本与安装便捷性，通过现场试验施工，实用性好，易于实现；

通过本发明专利的技术方案，实现了多层不同深度原位注入液体药剂，从而实现对不同污染地层(包括第四系松散层与基岩破碎地层)的重点治理、达到了精确治理的目的。

进一步的，在本实施例中：井口9通过锁紧装置对外管10中穿出的内管11进行固定，并标记层数或位置。

进一步的，在本实施例中：连接结构包括：

接头15，出液管4的表面固定连通有出液壳16，接头15设置在出液壳16与内管11之间；

接头15为单向阀，实现内管11在多级注入井内与各级注药单元12相连接。

更为具体来说，在本实施例中：内管11依据注入药剂的注入量、类型、其他条件确定管径及材质，一般选用特氟龙管和硅胶管，内管11在地面通过接头15与计量泵6相连，接头15也是一个单向阀，只能流入，不能流出。

进一步的，在本实施例中：内管11的材质为特氟龙硬管，外管10使用一定通径的pvc塑料管；

外管10能供内管11穿越的空间与连接注药单元12和管外封隔器13。

更为具体来说，在本实施例中：外管10一般选择PVC-U塑料管因为PE不环保而PP耐压耐温差。

内管11有一条或多条，用于单独注入药剂，外管10用于提供支撑保护的空间，内管11采用特氟龙硬管，因此其具有防腐不污染药剂等功能，

进一步的，在本实施例中：注药单元12包括：

不锈钢金属壳17，不锈钢金属壳17的表面开设有多个注药孔18，不锈钢金属壳17的表面设置有注药导管19，注药导管19的表面设置有快插接头20，内管11与注药导管19之间通过快插接头20进行连接，并使用管夹21进行锁定，不锈钢金属壳17的表面设置有环形腔体22，注药孔18的表面包裹一层金属网23，不锈钢金属壳17的表面设置有O型圈卡槽32。

更为具体来说，在本实施例中：注药单元是一个由多个注药孔18的不锈钢金属装置，药剂由内管11流入装置的注药导管19中，又流入环形腔体22内，从多个注药孔18中流出，注入到地层中；注药孔18外包裹一层一定孔径的金属网23，防止地层杂物进入注药孔18，防止堵塞；注药导管19上部有快插接头，通过管夹21锁紧密封，实现了药剂单独从内管中流入并进入地层；O型圈卡槽32的作用是给O型圈提供安装空间，还能给销钉提供一个订入的空间，因此通过O型圈卡槽32和O型圈的配合下，能起到增大接口摩擦力及“密封止水”作用；

常规的分层注入结构，首先需要管外是密封的，其次要求内管11层与层之间有胶塞之类的阻隔器，因此实现起来较为复杂，层与层之间容易串通，本方式的这种结构密封比较简单，内管11内的药剂全程不与外管10内的水接触，因此不存在分层失败的可能性，这里的外管10可不用密封。

进一步的，在本实施例中：管外封隔器13包括：

管体24，管体24的表面设置有O型密封圈25和不锈钢卡子26，管体24的表面设置有外橡胶层27，管体24的表面设置有pvc内管28、遇水膨胀橡胶筒29和凯夫拉布30，pvc内管28的表面设置有筛孔。

更为具体来说，在本实施例中：可选用外管封隔器，现有的操作是分层填入滤料和黏土球用于分层，这种方式需要打钻时的孔径较大，而当遇到地层较深或层数较以及钻孔口径较小时需要用到外管分隔器，外管封隔器是一种管外自膨胀永久止水装置，其原理是通过渗入管内的水或者注水方式，使水通过筛孔与遇水膨胀橡胶筒29接触，橡胶在接触水一定时间内均匀膨胀，带动凯夫拉布30和外橡胶层27膨胀从而在环形空间，也就是外管与井壁之间的间隙中起到层间止水作用；

本管外封隔器13的膨胀部分主要分为三层，外橡胶层27，起到保护作用；凯夫拉布30起到骨架层的作用；遇水膨胀橡胶筒29，起到膨胀作用；

pvc内管28是有多个筛孔的一端pvc管，多个筛孔可以让遇水膨胀橡胶筒29充分接触水，也是承载骨架；遇水膨胀橡胶筒29套在内管上，有多个导流通道，可以更大限度接触水从而发生自膨胀；凯夫拉布30是一种芳纶纤维材料，具有密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，主要起到骨架作用，使内层橡胶筒横向膨胀，防止不均匀膨胀，因为若上下不加约束，膨胀橡胶会优先上下端膨胀，进而失去止水的效能；外橡胶层27具有耐摩擦、耐温、耐腐蚀等功能起到保护作用，三层结构保证了膨胀部分的密封与强度性能。O型密封圈25起到增大接口摩擦力作用。

进一步的，在本实施例中：外管10的口径根据内管11的数量进行确定，外管10的连接方式为粘接和销钉连接。

更为具体来说，在本实施例中：外管连接方式为粘接或销钉连接，因为螺纹丝扣连接转动时，里面的内管容易混乱所以一般不采用螺纹连接方式,而注药金属头和塑料管可通过销钉连接。

一种原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统的安装方法，包括以下步骤：

步骤S1：设计阶段：包括注入井深度、外管10与内管11直径、注入层数、止水位置、药剂类型等，准备好施工相关材料，包括内管11、外管10、管箍14、注药单元12、管外封隔器13、滤料、黏土球等。注入井在施工前需要做好施工设计与材料准备工作。设计主要依据场地水文地质条件、污染物分布及深度范围、污染物类型、注入井布局等合理设计井身结构。

步骤S2：下管阶段：依据设计的位置进行现场组装和调节，以达到能够控制分层注入的目的，内管11安装的顺序是从下往上逐级安装。如安装四层注药井，首先下入管底，在第四级注药位置安装注入单元四号，并安装好内管11，锁紧后在内管11的另一头标记四，防止错乱。然后继续下入并安装井管，将第四号内管11依次从要下入井的外管10中穿出，至止水位置安装三、四层之间的管外封隔器13；下至第三级注药位置，安装三号注入单元，并安装好内管11，锁紧后在内管11的另一头标记三，其后将三、四号两个内管11从外管10中穿出，至止水位置安装三、二层之间的管外封隔器；依次类推，直至外管下至预定深度，将一、二、三、四号内管11全部从外管10中穿出并固定于井口上；

外管10为PVC材质的实管，管径优选为75mm、壁厚6mm，内管11为特氟龙材质硬管，管径优选为12mm、壁厚2mm。

步骤S3：成井阶段：钻孔口径稍大于井管直径就可，通过使用管外封隔器13，一段时间后可发生自膨胀，从而封隔环空间隙。从而封隔间隙，实现了管内-环空-地层间实现联合封隔止水，注入药剂难以窜通到其他层可较为集中注入与修复某一层，实现精确修复的目的；

因当井管安装完毕后，一般注入井都是分层填砾止水或只填滤料，这样工序繁琐，施工时间长，尤其是当井分层较多时，很容易填高填冒，造成位置不正确或分层混乱。因为注入井只需在原位向地层地层注入药剂即可，应该尽可能少扰动地层原有结构。

步骤S4：内管与注药单元安装：使用热风枪预热注药导管20-30s，在注药导管19的插头处涂抹润滑脂，然后可顺利插入到内管11底部，并使用管夹21进行锁紧。

步骤S5：分层位置与数目的调整：根据现场施工要求对装置进行拼装组合，通过安装注药单元12与管外封隔器13位置和数量的不同，可实现分层位置与数目的调整，并且可通过地上注入设备调节每层注入压力和药剂量，实现不同深度位置的定向注入。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统，其特征在于：包括：

地面注入与监测控制单元和多级注入井；

所述地面注入与监测控制单元包括：溶液箱(1)，所述溶液箱(1)通过安装架安装在土壤的上方，所述溶液箱(1)的表面开设有加药口(2)和排液口(3)，所述溶液箱(1)的表面固定连通有出液管(4)；

所述溶液箱(1)的表面安装有搅拌器(5)、计量泵(6)和控制器(31)；

所述出液管(4)的表面设置有流量压力传感器(7)、流量传感器(33)和阀门(8)；

所述多级注入井包括：井口(9)，所述井口(9)开设在土壤的表面，外管(10)安装在所述井口(9)内，所述外管(10)的内部安装有内管(11)；

注药单元(12)和管外封隔器(13)，所述注药单元(12)和所述管外封隔器(13)通过管箍(14)与上下井管相连接；

所述地面注入与监测控制单元和所述多级注入井之间通过连接结构进行连通。

2.根据权利要求1所述的原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统，其特征在于：所述井口(9)通过锁紧装置对所述外管(10)中穿出的所述内管(11)进行固定，并标记层数或位置。

3.根据权利要求1所述的原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统，其特征在于：所述连接结构包括：

接头(15)，所述出液管(4)的表面固定连通有出液壳(16)，所述接头(15)设置在所述出液壳(16)与所述内管(11)之间；

所述接头(15)为单向阀，实现所述内管(11)在所述多级注入井内与各级所述注药单元(12)相连接。

4.根据权利要求1所述的原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统，其特征在于：所述内管(11)的材质为特氟龙硬管，所述外管(10)使用一定通径的pvc塑料管；

所述外管(10)能供所述内管(11)穿越的空间与连接所述注药单元(12)和所述管外封隔器(13)。

5.根据权利要求1所述的原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统，其特征在于：所述注药单元(12)包括：

不锈钢金属壳(17)，所述不锈钢金属壳(17)的表面开设有多个注药孔(18)，所述不锈钢金属壳(17)的表面设置有注药导管(19)，所述注药导管(19)的表面设置有快插接头(20)，所述内管(11)与所述注药导管(19)之间通过所述快插接头(20)进行连接，并使用管夹(21)进行锁定，所述不锈钢金属壳(17)的表面设置有环形腔体(22)，所述注药孔(18)的表面包裹一层金属网(23)，所述不锈钢金属壳(17)的表面设置有O型圈卡槽(32)。

6.根据权利要求1所述的原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统，其特征在于：所述管外封隔器(13)包括：

管体(24)，所述管体(24)的表面设置有O型密封圈(25)和不锈钢卡子(26)，所述管体(24)的表面设置有外橡胶层(27)，所述管体(24)的表面设置有pvc内管(28)、遇水膨胀橡胶筒(29)和凯夫拉布(30)，所述pvc内管(28)的表面设置有筛孔。

7.根据权利要求1所述的原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统，其特征在于：所述外管(10)的口径根据所述内管(11)的数量进行确定，所述外管(10)的连接方式为粘接和销钉连接。

8.一种根据权利要求1所述的原位土壤及地下水污染修复多级注入井系统的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：设计阶段：包括注入井深度、外管(10)与内管(11)直径、注入层数、止水位置、药剂类型等，准备好施工相关材料，包括内管(11)、外管(10)、管箍(14)、注药单元(12)、管外封隔器(13)、滤料、黏土球等；

步骤S2：下管阶段：依据设计的位置进行现场组装和调节，以达到能够控制分层注入的目的，内管(11)安装的顺序是从下往上逐级安装；

步骤S3：成井阶段：钻孔口径稍大于井管直径就可，通过使用管外封隔器(13)，一段时间后可发生自膨胀，从而封隔环空间隙；.

步骤S4：内管与注药单元安装：使用热风枪预热注药导管(19)20-30s，在注药导管(19)的插头处涂抹润滑润滑脂，然后可顺利插入到内管(11)底部，并使用管夹(21)进行锁紧；

步骤S5：分层位置与数目的调整：根据现场施工要求对装置进行拼装组合，通过安装注药单元(12)与管外封隔器(13)位置和数量的不同，可实现分层位置与数目的调整，并且可通过地上注入设备调节每层注入压力和药剂量，实现不同深度位置的定向注入。

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