CN211803055U - 一种土壤原位修复系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及环境保护和土壤修复技术领域，尤其涉及一种土壤原位修复系统包括供药机构、空压机构、供水机构、高压旋喷机构和气体吸附机构；所述高压旋喷机构包括支撑架、旋转电机、高压旋喷管和抽提部；所述旋转电机设置在所述支撑架上；所述高压旋喷管设置在所述旋转电机的下端；所述抽提部设置在所述高压旋喷管远离所述旋转电机的一端；所述供药机构、所述空压机构和所述供水机构均与所述高压旋喷管连通；所述气体吸附机构与所述抽提部连通。本实用新型的土壤修复系统，通过控制高压旋喷管的旋喷速度及提升速度，不但提高药剂在土壤的扩散效果，而且可以降低旋喷返浆现象，进而节省药剂，提高土壤修复效果。

Description

一种土壤原位修复系统

技术领域

本实用新型涉及环境保护和土壤修复技术领域，尤其涉及一种土壤原位修复系统。

背景技术

随着经济的发展，农业对化学农药需求量越来越多，我国建设了大批量的从事开发与生产有机磷等农药的工厂，短期内，农药工厂呈现出了迅猛的发展势头；然而，随着我国环保意识的不断加强，一些农药污染企业逐渐由城市腹地进入郊区，且面临着拆迁的问题，已经关停的老旧企业和已经拆迁或将要拆迁的污染企业所在地亟待开发利用以满足城市化发展需要，而这些场地大多存在着土壤污染，严重威胁着周围居民的身体健康与环境状况，迫切需要有效措施加以处理。

挥发性和半挥发性有机污染物是污染企业所在地主要的污染物之一，这类污染物在土壤中存在时间长，对地上植物和地下生物均会造成严重危害，随着雨水冲刷还会进入浅表地下水，影响饮用水水源，进一步影响人类身体健康。当前的农药污染土壤修复技术主要有原位修复和异位修复，异位修复技术及治理系统成熟，工程案例较大，但农药污染大多属于有机污染，土壤存在较多的挥发性及半挥发性有机物，易对周边敏感地区造成二次污染。原位修复技术由于对污染物就地处置，不需要建设昂贵的地面环境工程基础设施和远程运输，且操作维护起来也比较简单，逐渐成为主流的处理工艺。

然而，农药生产使用的农药品种大多为有机农药，包含有机氯农药、有机磷农药、有机氮农药等120多种，常规的原位修复系统操作时经常出现药业在土壤中扩散慢、反应不彻底、工作效率低，对深层土壤修复效果不佳等问题。因此，开发一种简便有效的农药污染土壤原位修复技术，成为本领域亟待解决的一个技术难题。

本研究由中建股份科技研发项目“流域综合治理关键技术研究与应用 CSCEC-2019-Z-(11)”资助。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种土壤原位修复系统，解决现有原位土壤修复系统操作时经常出现药业在土壤中扩散慢、反应不彻底、工作效率低、修复效果不理想的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种土壤原位修复系统，其特征在于，包括供药机构、空压机构、供水机构、高压旋喷机构和气体吸附机构；

所述高压旋喷机构包括支撑架、旋转电机、高压旋喷管和抽提部；

所述旋转电机设置在所述支撑架上；

所述高压旋喷管设置在所述旋转电机的下端；

所述抽提部设置在所述高压旋喷管远离所述旋转电机的一端；

所述供药机构、所述空压机构和所述供水机构均与所述高压旋喷管连通；所述气体吸附机构与所述抽提部连通。

本实用新型的土壤修复系统，空压机构、供水机构和供药机构均与高压旋喷管相连通，气体吸附机构与抽提部相连通。使用时，首先依次将空压机构、气体吸附机构、高压旋喷机构和供水机构打开，空压机构首先将管道中的杂质清除，防止系统运行期间管道的堵塞，高压旋喷机构不断深入土壤的同时，供水机构不断为高压旋喷管供水，进而防止泥沙堵塞喷嘴，直至高压旋喷管进入地下农药污染土壤最深处，然后，关闭供水机构，打开供药机构，将高压药剂和空气两种介质同时从高压旋喷管喷射出，由下向上旋喷，冲切、扰动、破坏土体，在高压浆液和它外围环绕气流的共同作用下加速药剂与污染土壤的反应，待喷浆口冒浆正常后，保证喷浆的同时，将高压旋喷管以一定的速度从农药污染土壤最深处逐渐提升至无污染区，最后，关闭所有机构，完成土壤的修复。本实用新型的土壤修复系统，通过控制高压旋喷管的旋喷速度及提升速度，不但提高药剂在土壤的扩散效果，而且可以降低旋喷返浆现象，进而节省药剂，提高土壤修复效果；其次，该系统有机污染土壤的原位化学氧化修复具有修复周期短、效果好、环境安全等特点，该系统同其他常规处理系统相比较，土壤修复成本低，投资和运行成本大幅度降低。

进一步，所述高压旋喷管包括提杆和旋转二重管；

所述提杆设置在所述旋转电机的下端，且所述提杆的外表面设置有螺纹钻刀；

所述旋转二重管设置在所述提杆远离所述旋转电机的一端，并与所述提杆连通；所述抽提部设置在所述旋转二重管的外侧。

高压旋喷管包括提杆和旋转二重管，提杆设置在旋转电机的下端，旋转二重管设置在提杆远离旋转电机的一端，并与提杆连通，此外，提杆的外表面还设置有螺纹钻刀。当启动高压旋喷机构时，旋转电机带动提杆，提杆带动旋转二重管，在螺纹钻刀的旋转导入作用下高压旋喷管深入土壤深处进行原位修复。抽提部设置在旋转二重管的外侧，一是可防止高压旋喷管的高压喷射力对工作人员的损伤，二是可以聚集土壤中易挥发的气体，便于气体吸附机构对易挥发气体的吸收去除。

进一步，所述供药机构包括配药箱、累计流量计、瞬时流量计、高压注浆泵和高压钢丝软管；

所述配药箱、所述累计流量计、所述瞬时流量计、所述高压注浆泵和所述高压钢丝软管依次首尾连通；

所述配药箱内部设置有搅拌器，所述配药箱外部设置有刻度；

所述高压钢丝软管与所述提杆相连通。

供药机构中的配药箱、累计流量计、瞬时流量计、高压注浆泵和高压钢丝软管依次首尾连通，高压钢丝软管与提杆相连通，为高压旋喷机构提供高压混合药剂。配药箱内部设置有搅拌器，搅拌器匀速搅拌，确保混合药剂均匀混合，配药箱的外部设置有刻度，便于工作人员实时观察药剂的注入量，既可实现土壤的最大修复程度，又在一定程度上节省了药剂用量，同时在配药箱与高压注浆泵之间连接在管道上设置累计流量计和瞬时流量计，以便精确掌握药剂注入量，实现土壤修复药剂使用的最大化。

进一步，自空气进口流入顺序，所述空压机构包括过滤器、空压机和高压输送管，并依次首尾连通；

所述高压输送管与所述提杆相连通。

过滤器、空压机和高压输送管依次首尾连通，其中高压输送管与提杆相连通，为高压旋喷机构提供高压气流，以防止管道中杂质的堵塞。

进一步，所述气体吸附机构包括抽吸泵和活性炭吸附器；

所述抽吸泵的进气口与所述抽提部相连通。

所述抽吸泵的出气口与所述活性炭吸附器的入口相连通。

气体吸附机构包括抽吸泵和活性炭吸附器，其中，抽吸泵的进气口与抽提部相连通，抽吸泵的出气口与活性炭吸附器的入口相连通，这样，抽吸泵可将土壤中易挥发的有机物质抽取到活性炭吸附器中，既可确保由地下农药污染的土壤挥发的有机物的吸收去除，又可避免有毒有害气体对工作人员的损伤，经活性炭吸附器处理后的气体达标后排放在大气中。此外，为确保系统连续运行，活性炭吸附器中的吸附介质应及时更换。

进一步，所述高压输送管和所述高压钢丝软管外部均设置有保护罩。

高压输送管和高压钢丝软管外部均设置有保护罩，可有效防止高压气体和高压液体的喷射。

使用上述修复系统修复土壤的方法，包括以下步骤：

S1、依次启动所述空压机构、所述气体吸附机构、所述高压旋喷机构和所述供水机构，直至将所述高压旋喷管深入污染土壤最深处；

S2、关闭所述供水机构，开启所述供药机构，将药剂和空气同时从所述高压旋喷管中喷出；

S3、待喷浆孔口冒浆后，使药剂和空气持续从所述高压旋喷管中喷出的同时，将所述高压旋喷管从土壤深处逐渐提升至无污染区，最后关闭所有机构。

使用上述修复系统修复土壤时，首先依次将空压机构、气体吸附机构、高压旋喷机构和供水机构打开，空压机构首先将管道中的杂质清除，防止系统运行期间管道的堵塞，高压旋喷机构不断深入土壤的同时，供水机构不断为高压旋喷管供水，进而防止泥沙堵塞喷嘴，直至高压旋喷管进入地下农药污染土壤最深处，然后，关闭供水机构，打开供药机构，将高压药剂和空气两种介质同时从高压旋喷管喷射出，由下向上旋喷，冲切、扰动、破坏土体，在高压浆液和它外围环绕气流的共同作用下加速药剂与污染土壤的反应，待喷浆口冒浆正常后，保证喷浆的同时，将高压旋喷管以一定的速度从农药污染土壤最深处逐渐提升至无污染区，最后，关闭所有机构，完成土壤的修复。该方法通过控制高压旋喷管的旋喷速度及提升速度，不但可以提高药剂在土壤中的扩散效果，而且可以降低旋喷返浆现象，进而节省药剂，提高土壤修复效果。此外，该方法具有修复周期短、效果好、环境安全等特点，因此，相比与其他常规处理方法，该方法成本低，投资和运行成本大幅度降低。

进一步，步骤S1中，所述高压旋喷管深入土壤速度为0.4-0.9m/min。

高压旋喷管以0.4-0.9m/min的速度从开始进入农药污染土壤直至深入污染土壤最深处，可有效防止高压旋喷管的孔径被地下污染土壤堵塞，又可实现对土壤的充分扰动和破坏。

进一步，步骤S2中，

所述药剂为氧化剂和活化剂；

所述氧化剂为高锰酸钾、过硫酸钠或硫酸亚铁中的任意一种；

所述活化剂为氢氧化钠或双氧水中的任意一种；

所述喷出压力为20-40MPa。

利用氧化剂和活化剂对受污染土壤进行化学处理，使土壤中的污染物转化为无毒或毒性较小的物质，该方法中所用的氧化剂为高锰酸钾、过硫酸钠或硫酸亚铁中的任意一种，活化剂为氢氧化钠或双氧水中的任意一种。混和药剂和空气喷出压力在20-40MPa，在该压力气流的作用下，可加速药剂与污染土壤的反应。

进一步，步骤S3中，所述提升速度为0.15-0.22m/min。

待喷浆口冒浆后，再将高压旋喷管提升，以防止扭断高压旋喷管，保证桩低质量，使高压旋喷管以0.15-0.22m/min的提升速度从农药污染土壤最深处逐渐提升至无污染区。

进一步，所述供水机构3包括水箱24和输送泵25，所述输送泵25的一端与水箱24连通，另一端与提杆9连通。

本实用新型与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的土壤修复系统，使用时，首先依次将空压机构、气体吸附机构、高压旋喷机构和供水机构打开，空压机构首先将管道中的杂质清除，防止系统运行期间管道的堵塞，高压旋喷机构不断深入土壤的同时，供水机构不断为高压旋喷管供水，进而防止泥沙堵塞喷嘴，直至高压旋喷管进入地下农药污染土壤最深处，然后，关闭供水机构，打开供药机构，将高压药剂和空气两种介质同时从高压旋喷管喷射出，由下向上旋喷，冲切、扰动、破坏土体，在高压浆液和它外围环绕气流的共同作用下加速药剂与污染土壤的反应，待喷浆口冒浆正常后，保证喷浆的同时，将高压旋喷管以一定的速度从农药污染土壤最深处逐渐提升至无污染区，最后，关闭所有机构，完成土壤的修复。本实用新型的土壤修复系统，通过控制高压旋喷管的旋喷速度及提升速度，不但提高药剂在土壤的扩散效果，而且可以降低旋喷返浆现象，进而节省药剂，提高土壤修复效果；其次，该系统有机污染土壤的原位化学氧化修复具有修复周期短、效果好、环境安全等特点，该系统同其他常规处理系统相比较，土壤修复成本低，投资和运行成本大幅度降低。

附图说明

图1为本实用新型土壤修复系统的简易图；

图2为本实用新型土壤修复系统的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、供药机构，2、空压机构，3、供水机构，4、高压旋喷机构，5、气体吸附机构，6、支撑架，7、旋转电机，8、抽提部，9、提杆，10、旋转二重管，11、螺纹钻刀，12、配药箱，13、累计流量计，14、瞬时流量计，15、高压注浆泵，16、高压钢丝软管，17、搅拌器，18、过滤器，19、空压机，20，高压输送管，21、抽吸泵，22、活性炭吸附器，23、保护罩，24、水箱， 25、输送泵。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面将对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1-2所示，本实用新型的一种土壤原位修复系统，包括供药机构1、空压机构2、供水机构3、高压旋喷机构4和气体吸附机构5；所述高压旋喷机构4包括支撑架6、旋转电机7、高压旋喷管和抽提部8；所述旋转电机7 设置在所述支撑架6上；所述高压旋喷管设置在所述旋转电机7的下端；所述抽提部8设置在所述高压旋喷管远离所述旋转电机7的一端；所述供药机构1、所述空压机构2和所述供水机构3均与所述高压旋喷管连通；所述气体吸附机构5与所述抽提部8连通。

本实用新型的土壤修复系统，空压机构2、供水机构3和供药机构1均与高压旋喷管相连通，气体吸附机构5与抽提部8相连通。使用时，首先依次将空压机构2、气体吸附机构5、高压旋喷机构4和供水机构3打开，空压机192首先将管道中的杂质清除，防止系统运行期间管道的堵塞，高压旋喷机构4不断深入土壤的同时，供水机构3不断为高压旋喷管供水，进而防止泥沙堵塞喷嘴，直至高压旋喷管进入地下农药污染土壤最深处，然后，关闭供水机构3，打开供药机构1，将高压药剂和空气两种介质同时从高压旋喷管喷射出，由下向上旋喷，冲切、扰动、破坏土体，在高压浆液和它外围环绕气流的共同作用下加速药剂与污染土壤的反应，提高药剂在土壤中的扩散，喷射时，先达到预定喷射压力，待喷浆口冒浆正常后，保证喷浆的同时，将高压旋喷管以一定的速度从农药污染土壤最深处逐渐提升至无污染区，最后，关闭所有机构，完成土壤的修复。高压旋喷管为二重管，其对称的两个圆孔直径大小均为1-2mm，该结构的高压旋喷管喷射范围更广，可提高土壤修复效果。高压旋喷机构4的支撑架6底端还设置滚轮，可便于系统的移动。

在上述技术方案的基础上，进一步所述高压旋喷管包括提杆9和旋转二重管10；所述提杆9设置在所述旋转电机7的下端，且所述提杆9的外表面设置有螺纹钻刀11；所述旋转二重管10设置在所述提杆9远离所述旋转电机7的一端，并与所述提杆9连通；所述抽提部8设置在所述旋转二重管10 的外侧。

提杆9设置在旋转电机7的下端，旋转二重管10设置在提杆9远离旋转电机7的一端，并与提杆9连通，此外，提杆9的外表面还设置有螺纹钻刀11。当启动高压旋喷机构4时，旋转电机7带动提杆9，提杆9带动旋转二重管10，边下管边射水，在螺纹钻刀11的旋转导入作用下高压旋喷管深入土壤深处进行原位修复。抽提部8设置在旋转二重管10的外侧，一方面可防止高压旋喷管的高压喷射力对工作人员的损伤，其次可以聚集土壤中易挥发的气体，便于气体吸附机构5对易挥发气体的吸收去除。

在上述技术方案的基础上，进一步优选的，所述供药机构1包括配药箱 12、累计流量计13、瞬时流量计14、高压注浆泵15和高压钢丝软管16；所述配药箱12、所述累计流量计13、所述瞬时流量计14、所述高压注浆泵15 和所述高压钢丝软管16依次首尾连通；所述配药箱12内部设置有搅拌器17，所述配药箱12外部设置有刻度；所述高压钢丝软管16与所述提杆9相连通。

供药机构1中的配药箱12、累计流量计13、瞬时流量计14、高压注浆泵15和高压钢丝软管16依次首尾连通，高压钢丝软管16与提杆9相连通，为高压旋喷机构4提供高压混合药剂。使用时，将调配均匀的氧化剂和活化剂通过防腐蚀泵输送至配药箱12，配药箱12内设置有搅拌器17，搅拌器17 的搅拌速度为0.5-1.5rpm/min，确保混合药剂均匀混合，搅拌均匀的混合药剂通过输送泵25或通过重力经过PV管流入至高压注浆泵15，混合药剂通过高压注浆泵15提升压力，高压注浆泵15出口压力在30MPa以上。配药箱12外部设置有刻度，便于工作人员实时观察药剂的注入量，既可实现土壤的最大修复程度，又在一定程度上节省了药剂用量。在配药箱12与高压注浆泵15之间连接在管道上设置累计流量计13和瞬时流量计14，以便精确掌握药剂注入量，实现土壤修复药剂使用的最大化。配药箱12设置多个，可为土壤修复提供充足的药剂。

在上述技术方案的基础上，更为优选的，自空气进口流入顺序，所述空压机构2包括过滤器18、空压机19和高压输送管20，并依次首尾连通；所述高压输送管20与所述提杆9相连通。

过滤器18、空压机19和高压输送管20依次首尾连通，其中高压输送管 20与提杆9相连通，为高压旋喷机构4提供高压气流，以防止管道中杂质的堵塞。保持空压机19连续运行及过滤器18及时更换清洗，以防止损坏空压机19，正常运行时高压输送管20压力大于50MPa。

在上述技术方案的技术上，进一步，所述气体吸附机构5包括抽吸泵21 和活性炭吸附器22；所述抽吸泵21的进气口与所述抽提部8相连通；所述抽吸泵21的出气口与所述活性炭吸附器22的入口相连通。

抽吸泵21的进气口与抽提部8相连通，抽吸泵21的出气口与活性炭吸附器22的入口相连通，这样，抽吸泵21可将土壤中易挥发的有机物质抽取到活性炭吸附器22中，既可确保由地下农药污染的土壤挥发的有机物的吸收去除，又可避免有毒有害气体对工作人员的损伤，经活性炭吸附器22处理后的气体达标后排放在大气中。为确保系统连续运行，活性炭吸附器22 中的吸附介质应及时更换，系统连续运行时，吸附介质更换频率为1-2次/2 天。

在上述技术方案的基础上，进一步，所述供水机构3包括水箱24和输送泵25，所述输送泵25设置在所述水箱24和所述高压旋喷管之间。这样水箱24中的水可通过输送泵25被持续供应至高压旋喷管中。

防止高压气体和高压液体的喷射，所述高压输送管20和所述高压钢丝软管16外部均设置有保护罩23。

使用上述优选技术方案的土壤修复系统修复某个农药厂搬迁遗留旧址。农药的生产工艺中的遗留及药剂储存导致农药厂旧址受到严重污染，该厂污染物主要为：苯、二甲苯、氯仿、乙苯、甲苯、1,2,4-三甲基苯、1,3,5-三甲基苯、1,2,4-三氯苯和氯苯；SVOCs有10种污染物超标，分别为萘、苯并(a) 蒽、苯并(b)荧蒽、茚并(1,2,3-cd)芘、苯并(g,h,i)苝、苯并(a)芘、二苯并(a,h) 蒽、2-甲基萘、1,4-二氯苯和六氯苯，主要为多环芳烃类物质。

采用上述修复系统，首先，依次启动空压机构2、气体吸附机构5、高压旋喷机构4和供水机构3，直至将高压旋喷管以0.4-0.9m/min的速度深入污染土壤最深处；然后，关闭供水机构3，开启供药机构1，将药剂和空气同时从高压旋喷管中喷出，控制喷出压力为20-40MPa；待喷浆孔口冒浆后，使药剂和空气持续从高压旋喷管中喷出的同时，将高压旋喷管从土壤深处以 0.15-0.22m/min的速度提升至无污染区，最后关闭所有机构。

使用上述方法处理后，该农场旧址土壤中的污染物均达到了标准要求，可满足城市化用地需要。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种土壤原位修复系统，其特征在于，包括供药机构(1)、空压机构(2)、供水机构(3)、高压旋喷机构(4)和气体吸附机构(5)；

所述高压旋喷机构(4)包括支撑架(6)、旋转电机(7)、高压旋喷管和抽提部(8)；

所述旋转电机(7)设置在所述支撑架(6)上；

所述高压旋喷管设置在所述旋转电机(7)的下端；

所述抽提部(8)设置在所述高压旋喷管远离所述旋转电机(7)的一端；

所述供药机构(1)、所述空压机构(2)和所述供水机构(3)均与所述高压旋喷管连通；所述气体吸附机构(5)与所述抽提部(8)连通。

2.根据权利要求1所述的修复系统，其特征在于，所述高压旋喷管包括提杆(9)和旋转二重管(10)；

所述提杆(9)设置在所述旋转电机(7)的下端，且所述提杆(9)的外表面设置有螺纹钻刀(11)；

所述旋转二重管(10)设置在所述提杆(9)远离所述旋转电机(7)的一端，并与所述提杆(9)连通；所述抽提部(8)设置在所述旋转二重管(10)的外侧。

3.根据权利要求2所述的修复系统，其特征在于，所述供药机构(1)包括配药箱(12)、累计流量计(13)、瞬时流量计(14)、高压注浆泵(15)和高压钢丝软管(16)；

所述配药箱(12)、所述累计流量计(13)、所述瞬时流量计(14)、所述高压注浆泵(15)和所述高压钢丝软管(16)依次首尾连通；

所述配药箱(12)内部设置有搅拌器(17)，所述配药箱(12)外部设置有刻度；

所述高压钢丝软管(16)与所述提杆(9)相连通。

4.根据权利要求3所述的修复系统，其特征在于，自空气进口流入顺序，所述空压机构(2)包括过滤器(18)、空压机(19)和高压输送管(20)，并依次首尾连通；

所述高压输送管(20)与所述提杆(9)相连通。

5.根据权利要求1所述的修复系统，其特征在于，所述气体吸附机构(5)包括抽吸泵(21)和活性炭吸附器(22)；

所述抽吸泵(21)的进气口与所述抽提部(8)相连通；

所述抽吸泵(21)的出气口与所述活性炭吸附器(22)的入口相连通。

6.根据权利要求4所述的修复系统，其特征在于，所述高压输送管(20)和所述高压钢丝软管(16)外部均设置有保护罩(23)。

7.根据权利要求4所述的修复系统，其特征在于，所述供水机构(3)包括水箱(24)和输送泵(25)，所述输送泵(25)的一端与水箱(24)连通，另一端与提杆(9)连通。

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