一种污染场地原位注入固体药剂的系统

摘要

本发明提供了一种污染场地原位注入固体药剂的系统，包括移动平台(1)、钻头系统(2)、固体药剂注入系统(3)；其中，所述移动平台包括刚性支架(11)，通过该刚性支架支撑并控制所述钻头系统上下移动；所述钻头系统包括钻头(21)以及沿所述钻头向上延伸的中空杆(22)；所述固体药剂注入系统(3)包括高压空压机、中压空压机(32)以及进料口(33)，其中，所述中压空压机以及进料口(33)位于所述中空杆(22)下侧，所述中压空压机(32)将从所述进料口(33)进入的固体药剂送入所述中空杆；所述高压空压机(31)位于所述中空杆上侧，用于将所述固体药剂送入钻头。本申请能够便捷地调整各个工艺参数，节能、高效地修复复杂的污染场地。

权利要求

1.一种污染场地原位注入固体药剂的系统，其特征在于：包括移动平台(1)、钻头系统(2)、固体药剂注入系统(3)；

其中，所述移动平台(1)包括刚性支架(11)，通过该刚性支架(11)支撑并控制所述钻头系统(2)上下移动；

所述钻头系统(2)包括钻头(21)以及沿所述钻头(21)向上延伸的中空杆(22)；

所述固体药剂注入系统(3)包括高压空压机(31)、中压空压机(32)以及进料口(33)，其中，所述中压空压机(32)以及进料口(33)位于所述中空杆(22)下侧，所述中压空压机(32)将从所述进料口(33)进入的固体药剂送入所述中空杆(22)；所述高压空压机(31)位于所述中空杆(22)上侧，用于将所述固体药剂送入钻头(21)；

所述钻头(21)是中空的腔体式结构，在所述钻头(21)侧面上开设有多个孔(12)；

所述孔(12)内侧均安装有一个高压喷嘴，所述高压喷嘴与外部高压气囊通过软管连接；

在所述中空杆(22)内靠近钻头(21)一侧安装有分隔板(23)，所述分隔板(23)将所述中空杆(22)的中空截面分隔为多个孔洞，所述孔洞数量与所述孔(12)一致。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述孔洞沿所述分隔板(23)向下延伸一定距离，所述孔洞分别通过软管与所述孔(12)连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述腔体内部直径为1-60厘米；所述钻头(21)直径为0.3-3米,厚0.01-0.2米；所述孔间隔为1-6厘米，直径为0.8厘米。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述钻头(21)侧面上开设有凹槽，所述多个孔(12)内嵌于所述凹槽内。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括尾气收集系统(4)和尾气处理系统(5)，所述尾气收集系统(4)通过管道抽提和收集污染气体后进入所述尾气处理系统(5)，经过所述尾气处理系统(5)处理后排出。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：在所述孔(12)周边设置有压力传感器，当所述压力传感器值满足预设值时，启动所述高压喷嘴喷气。

说明书

一种污染场地原位注入固体药剂的系统

技术领域

[0001] 本发明涉及环境技术领域，具体涉及一种污染场地原位注入固体药剂的系统。

背景技术

[0002] 经过30多年的快速工业发展，大量污染物通过固废堆放与倾倒、污水渗漏、大气沉降等途径进入土壤与地下水，造成了大量的化工污染地块。这些化工污染地块随着城镇化发展的规划大量被纳入再开发利用范围。部分化工污染地块污染深度较深，达到地面下15米以下，因此不再适合采用开挖-处理的方式进行修复。大量原位修复技术被用于污染深度较深的污染地块，例如原位氧化技术、多相抽提技术、空气曝气技术以及原位加热技术等。

[0003] 土地资源是人类赖以生存的基础资源。2014年《全国土壤状况调查公报》指出，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。随着“退二进三”、“退城进园”及“产业转移”等城市发展策略的实施，大批企业关闭与搬迁，遗留了数量庞大的工业污染场地，亟待开展风险评估和修复治理。

[0004] 目前污染场地修复主要侧重原位修复技术，主要包括原位氧化、原位热脱附、原位稳定化/固化、原位微生物修复、Air Sparging、多相抽提、抽出-处理、PRB以及强化生物衰减等技术，其中原位氧化、原位还原、原位稳定化/固化、PRB、原位微生物修复等技术均涉及向污染场地的一定深度范围内注入药剂、营养药剂和/或微生物菌剂。通常考虑到注入的实施方便，注入的药剂、营养药剂和/或微生物菌剂均为液态形式药剂，只有PRB需要设定固态形式的反应墙，工程实施是需要先使用挖机挖出沟槽，然后重新填入混合了一定药剂的渗透性介质，建成渗透性反应墙。使用挖机挖沟槽建PRB有诸多困难，首先是挖机挖出的沟槽的宽度受到一定限制，其次，挖机挖出的沟槽深度极难实现较深的深度。

[0005] 对于重金属污染场地，目前常用稳定化药剂进行稳定化处理，而常用的稳定化药剂均为不易溶于水的矿物质，如凹土、磷酸盐、多羟基磷酸盐、铁矿石、石灰等。传统的液态药剂注入方式与设备系统不再适用于注入这类固体药剂，因此需要探索新型的原位注入固体药剂的设备系统。

[0006] 对于常用的氧化药剂如高锰酸盐与过硫酸盐如果可以以固体方式的形式被有效地注入到污染场地中，其使用过程会更加安全(液体氧化药剂的运输、储存及注入均存在较大安全隐患)，使用效率也可以大大提高，同时可引起修复效率的提升和修复周期的缩短。对于部分化学还原剂，如多硫化钙、焦硫酸盐以及亚铁盐等，如果可以直接以固体形态被注入到污染场地中发挥其还原作用，其结果也同样是可以大大提高注入效率，提高药剂使用效率，提高整体的修复效率。

[0007] 对于原位微生物修复也同样如此：直接有效地注入固体菌剂和固体营养碳源，可以极大地简化修复施工流程并提高修复效率。

发明内容

[0008] 为了解决上述这些技术弊端，本申请设计了一套污染场地原位注入固体药剂系统，可以克服原位注药过程和PRB修建过程中遇到的诸多问题，使得注入的固体药剂可以发挥更好的修复效果。

[0009] 本发明提供了一种污染场地原位注入固体药剂的系统，包括移动平台1、钻头系统2、固体药剂注入系统3；其中，所述移动平台1包括刚性支架11，通过该刚性支架11支撑并控制所述钻头系统2上下移动；所述钻头系统2包括钻头21以及沿所述钻头21向上延伸的中空杆22；所述固体药剂注入系统3包括高压空压机31、中压空压机32以及进料口33，其中，所述中压空压机32以及进料口33位于所述中空杆22下侧，所述中压空压机32将从所述进料口33进入的固体药剂送入所述中空杆22；所述高压空压机31位于所述中空杆22上侧，用于将所述固体药剂送入钻头21。

[0010] 优选的，所述钻头21是中空的腔体式结构，在所述钻头21侧面上开设有多个孔12。

[0011] 优选的，所述孔12内侧均安装有一个高压喷嘴，所述高压喷嘴与外部高压气囊通过软管连接。

[0012] 优选的，在所述中空杆22内靠近钻头21一侧安装有分隔板23，所述分隔板23将所述中空杆22的中空截面分隔为多个孔洞，所述孔洞数量与所述孔12一致。

[0013] 优选的，所述孔洞沿所述分隔板23向下延伸一定距离，所述孔洞分别通过软管与所述孔12连接。

[0014] 优选的，所述腔体内部直径为1-60厘米；所述钻头21直径为0.3-3米,厚0.01-0.2米；所述孔间隔为1-6厘米，直径为0.8厘米。

[0015] 优选的，所述钻头21侧面上开设有凹槽，所述多个孔12内嵌于所述凹槽内。

[0016] 优选的，还包括尾气收集系统4和尾气处理系统5，所述尾气收集系统4通过管道抽提和收集污染气体后进入所述尾气处理系统5，经过所述尾气处理系统5处理后排出。

[0017] 优选的，在所述孔周边设置有压力传感器，当所述压力传感器值满足预设值时，启动所述高压喷嘴喷气。

[0018] 本发明实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

[0019] (1)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统可以快速、自由调整注药深度，最大深度可以达到30米；

[0020] (2)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统所涉及的钻头可以根据地层结构的不同自由转换，共有3种不同的钻头选择，可以分别适用于粘土地层、砂土地层和壤土土层；

[0021] (3)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统所涉及的固体药剂输送是采用气力输送方式输送的，如此可以有效调整输送速度与输送量；

[0022] (4)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统所涉及固体药剂注入是采用高压空压机作为注入动力；

[0023] (5)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统所涉及的固体药剂注入的末端是采用高压喷头(喷嘴大小可调)的模式注入的，如此可以有效避免注入药剂阻塞在输送及注入管道里；

[0024] (6)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统所涉及的固体药剂注入末端的高压喷头上均设置有压力探头，时时监测压力，压力过高发生阻塞时，调整高压，吹扫阻塞喷头，消除阻塞；

[0025] (7)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统可以注入的固体药剂可以是以颗粒形态的固体，也可以是以粉末形态的固体；

[0026] (8)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统可以快速、有效地将固体药剂混合到污染区域内，实现高效、经济的修复目标；

[0027] (9)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统可以注入的固体药剂可以快速、有效地将固体药剂混合到污染区域内，形成有效的污染羽下游的反应区，代替PRB，避免修建PRB所遇到的各种困难。

附图说明

[0028] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

[0029] 图1为本发明实施例所示污染场地原位注入固体药剂的系统结构示意图；

[0030] 图2为本发明实施例所示污染场地原位注入固体药剂的系统钻头结构示意图。

[0031] 附图标记说明：1移动平台；2钻头系统；3固体药剂注入系统；4尾气收集系统；5尾气处理系统；11刚性支架；12孔；21钻头；22中空杆；31高压空压机；32中压空压机；33进料口；23隔板。

具体实施方式

[0032] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

[0034] 应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0035] 应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一……也可以被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。

[0036] 取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

[0037] 还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

[0038] 下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

[0039] 如图1所示，本发明提供了一种污染场地原位注入固体药剂的系统，包括移动平台1、钻头系统2、固体药剂注入系统3；其中，所述移动平台1包括刚性支架11，通过该刚性支架
11支撑并控制所述钻头系统2上下移动；所述钻头系统2包括钻头21以及沿所述钻头21向上延伸的中空杆22；所述固体药剂注入系统3包括高压空压机31、中压空压机32以及进料口
33，其中，所述中压空压机32以及进料口33位于所述中空杆22下侧，所述中压空压机32将从所述进料口33进入的固体药剂送入所述中空杆22；所述高压空压机31位于所述中空杆22上侧，用于将所述固体药剂送入钻头21。

[0040] 具体的，图1所示的注入固体药剂系统中，移动平台1为履带式结构，方便在凹凸不平的场地间移动，支撑架11可以在移动平台1中自由升降，根据需要高度升降到预定高度后固定，通过铁链的连接控制钻头的上下移动。高压空压机13，提供足够的空气动力，鼓入足够压力的空气进入中空钻杆；中空钻杆22中具有气体压力和气体流量监测与控制系统，能够反馈吹入气体的状况并实时调整。中压空压机32串联下料口33，当大量药剂从下料口33进入输送系统后，开启中压空压机32，药剂被吹入中空杆。中空钻头接头处布设的分隔板23，药剂从隔板孔洞注入钻头。

[0041] 优选的，所述钻头21是中空的腔体式结构，在所述钻头21侧面上开设有多个孔12。孔的数量2-15为宜，优选10-12个。

[0042] 特别优选的，所述孔12内侧均安装有一个高压喷嘴，所述高压喷嘴与外部高压气囊通过软管连接。当有药剂不能从小孔12吹出，可能是药剂本身堵塞了小孔，也可能是泥土堵塞了小孔，这时可以通过高压喷嘴吹高压气体，实现小孔的通畅。优选的，在所述孔周边设置有压力传感器，当所述压力传感器值满足预设值时，启动所述高压喷嘴喷气。

[0043] 如图2所示，优选的，在所述中空杆22内靠近钻头21一侧安装有分隔板23，所述分隔板23将所述中空杆22的中空截面分隔为多个孔洞，所述孔洞数量与所述孔12一致。特别的，所述孔洞沿所述分隔板23向下延伸一定距离，所述孔洞分别通过软管与所述孔12连接，其中软管连接到向下延伸的孔洞壁上。

[0044] 如图2所示，为了能使固体药剂顺畅的注入泥土，优选的，所述腔体内部直径为1-60厘米；所述钻头21为圆筒型，直径为0.3-3米,厚0.01-0.2米；所述孔间隔为1-6厘米，直径为0.8厘米。

[0045] 优选的，所述钻头21侧面上开设有凹槽，所述多个孔12内嵌于所述凹槽内。该结构有利于防止泥土堵塞小孔12。

[0046] 优选的，还包括尾气收集系统4和尾气处理系统5，所述尾气收集系统4通过管道抽提和收集污染气体后进入所述尾气处理系统5，经过所述尾气处理系统5处理后排出。

[0047] 使用时，首先将高出地面约20cm的密闭空间置于污染场地设定点位上并压实，以防止注入药剂喷溅出地面。随后启动钻头21搅拌土壤与注药系统。向下料口33下固体药剂，启动中压空压机32，通过气力输送将固体药剂输送到中空钻杆中，同时启动高压空压机31，高压气压将中空钻杆中的固体药剂输送到中空钻头21与中空钻杆的接口处的分隔板23中，在此，固体颗粒气流被均匀分布到12个软管中并备继续输送到接有高压喷嘴的钻头侧面上的注药孔12。如此，固体药剂即可随着钻头搅拌土壤的同时被均匀混入污染土壤中。在中空钻杆中设有高压气流的压力与流速监测与控制系统，用于监控高压气流，保证高压气流可以有效将固体药剂输送到土壤中。同时在每个注药孔12中都设置有一个高压喷嘴，每个高压喷嘴上都设有压力传感器，用于监控气流压力，气流压力过高时，说明该喷嘴被阻塞，需要启动额外的高压喷射系统将阻塞喷射消除。通过钻杆下钻，可以一直钻到地面下30米，在此区域，均可有效混入固体药剂。注入药剂结束后关停注药系统，钻头翻钻到地面。如此，及完成了一次注药。移动移动平台1到下一个点位，再次启动注药流程。如此反复，在多个点位注药后，及可实现预期的污染场地修复效果。需要强调的是，完成一次注药大约需要10-30分钟，注药效率极高。

[0048] 可以预见的，本发明所述注药系统不但可以注入固体药剂，也可以注入液体药剂，对此不做特别限定。

[0049] 本发明实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

[0050] (1)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统可以快速、自由调整注药深度，最大深度可以达到30米；

[0051] (2)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统所涉及的钻头可以根据地层结构的不同自由转换，共有3种不同的钻头选择，可以分别适用于粘土地层、砂土地层和壤土土层；

[0052] (3)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统所涉及的固体药剂输送是采用气力输送方式输送的，如此可以有效调整输送速度与输送量；

[0053] (4)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统所涉及固体药剂注入是采用高压空压机作为注入动力；

[0054] (5)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统所涉及的固体药剂注入的末端是采用高压喷头(喷嘴大小可调)的模式注入的，如此可以有效避免注入药剂阻塞在输送及注入管道里；

[0055] (6)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统所涉及的固体药剂注入末端的高压喷头上均设置有压力探头，时时监测压力，压力过高发生阻塞时，调整高压，吹扫阻塞喷头，消除阻塞；

[0056] (7)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统可以注入的固体药剂可以是以颗粒形态的固体，也可以是以粉末形态的固体；

[0057] (8)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统可以快速、有效地将固体药剂混合到污染区域内，实现高效、经济的修复目标；

[0058] (9)本申请所述的原位注入固体药剂设备系统可以注入的固体药剂可以快速、有效地将固体药剂混合到污染区域内，形成有效的污染羽下游的反应区，代替PRB，避免修建PRB所遇到的各种困难。

[0059] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。