一种用于土壤修复的氧化药剂原位注入修复系统的制作方法

1.本实用新型涉及土壤、地下水修复领域，具体涉及一种用于土壤修复的氧化药剂原位注入修复系统。


背景技术：

2.原位注入修复技术即是在不移动修复目标情况下，借用一定的设备将空气、化学药剂、生物菌种等物质注入到地下水或土壤中，降低污染物质的迁移性，使得污染物毒性降低或变成无毒性的过程。
3.现有技术采用原位注入修复技术有三种注入方式：
4.一注入井注入，注入井注入通常将注入井与抽水井或循环井共用或连用，可在中等或更佳渗透性土壤中应用，该技术可通过调节注入压力达到不同的影响半径，可在单井反复多次注入药剂，保证修复效果，但其缺点是注入井前期准备开挖工作较复杂，无法较便利的优化注入点，辅助工艺相对复杂，费用以及人力投入较高。
5.二直推式注入，直推式通常将注入管道随注入机械下钻过程进行目标区域开挖，在垂直方向上根据污染深度分层设置注入介质扩散孔。注入药剂在注入泵的压力作用下经扩散孔进入地下水，在水平方向形成稀薄的药剂层，纵向同时渗透扩散迁移，进而覆盖整个污染区域。该方法虽然弥补了注入井注入法中调整注入点的缺点，但该方法不适用于地下岩石较多或管路较复杂的区域。直推式注入的缺点还在于工作重复度高，对同一注点多次注入药剂，且一个修复区域需要多个注入点，需要多台机器或者多次注入，工作效率低。
6.三高压旋喷注入，高压旋喷注入通常是利用高压设备使药剂浆液或水或空气形成高压射流从喷嘴喷射到土壤或地下水中，冲切、扰动、破坏土体，通过高压作用将药剂浆液与土粒或水分子强制搅拌混合，此方法能够更有效的提高药剂与低渗透性土壤的混合程度，药剂扩散半径大，覆盖面积广。但此方法对土层扰动性较大，药剂扩散途径难以控制，使用成本较高。
7.原位注入设备是原位修复技术中采用的，一般由药、药剂供应系统、注入系统、药剂注入系统等组成。现有的原位注入设备主要采用直推式以单体设备组装为主，在修复过程中，需要反复重复工作，集成自动化程度低，造成运行成本提高，修复效率低。常用氧化剂种类包括高锰酸钾、过氧化氢、臭氧、过硫酸钠、fenton试剂等，不同化学氧化剂对不同污染场地的适应性及选择性略有不同。根据有机污染场地中土壤及地下水中所含污染因子，通过比较不同化学氧化剂的氧化性能，选用不同场地中有机污染土壤及地下水最佳的修复药剂。氧化剂可以为气体和液体或者气液混合，以设计出有效的原位处理系统。


技术实现要素：

8.本实用新型旨在提供一种用于土壤修复的氧化药剂原位注入修复系统，为了避免上述问题，实现操作方便，可一次多井注入的自动化原位注入装置。
9.本实用新型采取的技术方案如下：
10.一种用于土壤修复的氧化药剂原位注入修复系统，包括承载车、设置在所述承载车内部的高压注药装置、连通所述高压注药装置出口的连通管路以及设置在所述高压注药装置下方的钻孔注入装置；
11.所述钻孔注入装置包括主动电机、固定连接在所述主动电机输出端的传动机构以及固定连接在所述传动机构上的第一钻杆和第二钻杆；
12.所述高压注药装置包括液体药剂部分以及气体药剂部分；
13.所述液体药剂部分以及气体药剂部分的出口连接到第一电磁阀上；
14.所述第一电磁阀分别与所述第一钻杆上端以及第二钻杆上端连通；
15.所述承载车包括外壳以及设置在外壳下端的升降杆。
16.进一步的：
17.所述高压注药装置包括第一药剂罐、设置在所述第一药剂罐一侧的第二药剂罐、设置在所述第一药剂罐和第二药剂罐之间的第三药剂罐、设置在所述第三药剂罐上端的空气压缩机以及包围在所述第一药剂罐和第二药剂罐、第三药剂罐外侧且隔离设置的空气药剂罐；
18.所述第一药剂罐的出口、第二药剂罐的出口分别与第三药剂罐连通；
19.所述空气压缩机出口连接有第二电磁阀；
20.所述第三药剂罐入口与所述第二电磁阀出口连通；
21.所述空气药剂罐入口与所述第二电磁阀出口连通；
22.所述第三药剂罐出口、所述空气药剂罐出口分别连通在所述第一电磁阀入口。
23.进一步的：
24.所述钻孔注入装置还包括设置在所述主动电机和传动机构42外侧的外壳；所述外壳上固定连接有支架、第一导向座以及第二导向座；
25.第一钻杆44自上而下贯穿所述支架、第一导向座，并分别与所述支架以及第一导向座转动连接；
26.第二钻杆自上而下贯穿所述支架、第二导向座，并分别与所述支架以及第二导向座转动连接。
27.进一步的：
28.所述传动机构42包括键连接在所述主动电机上的第一输出轴、键连接在所述第一输出轴上的第一主动锥齿轮以及啮合连接在所述第一主动锥齿轮上的第一从动锥齿轮；
29.所述第一从动锥齿轮与所述第一钻杆固定连接；
30.所述传动机构42还包括键连接在所述主动电机上的第二输出轴、键连接在所述第二输出轴上的第二主动锥齿轮以及啮合连接在所述第二主动锥齿轮上的第二从动锥齿轮；
31.所述第二从动锥齿轮与所述第二钻杆固定连接。
32.进一步的：
33.所述第一钻杆44包括第一螺旋钻套、套设在所述第一螺旋钻套内侧的第一转轴、固定连接在所述第一转轴下端的第一钻头以及固定连接在所述第一钻头下端的第一导向钻；所述第一转轴内开设有沿轴线方向贯穿的第一轴孔；所述第一电磁阀与所述第一轴孔通过软管连通；
34.所述第二钻杆45包括第二螺旋钻套、套设在所述第二螺旋钻套内侧的第二转轴、
固定连接在所述第二转轴下端的第二钻头以及固定连接在所述第二钻头下端的第二导向钻；所述第二转轴内开设有沿轴线方向贯穿的第二轴孔；所述第一电磁阀与所述第二轴孔通过软管连通。
35.进一步的：
36.所述第一螺旋钻套外圆周自上而下设置有连贯的螺旋齿。
37.进一步的：
38.所述第一转轴与第一螺旋钻套转动连接；
39.所述第一转轴下端固定连接有钻孔电机。
40.进一步的：
41.所述第一螺旋钻套上均匀分布设置有贯穿壁厚的钻套喷药孔；
42.所述钻套喷药孔为圆锥孔；
43.所述钻套喷药孔的底面小的一端朝向第一螺旋钻套的外圆周面；
44.所述第二螺旋钻套上也均匀分布设置有贯穿壁厚的钻套喷药孔。
45.进一步的：
46.所述第一转轴内壁上均匀分布设置有贯穿壁厚的转轴喷药孔；
47.所述转轴喷药孔为圆锥孔；
48.所述转轴喷药孔的底面小的一端朝向第一转轴的外圆周面；
49.所述第二转轴上也均匀分布设置有贯穿壁厚的转轴喷药孔。
50.与现有技术相比，本实用新型所取得的有益效果如下：
51.1.本技术将结合注入井、直推式以及高压旋喷的优点，对现有设备进行了改良，采用履带式小车携带高压注药装置和钻孔注入装置，通过电磁阀、单向阀等阀类控制高压注药装置将氧化剂类药剂注入钻孔注入装置，通过钻孔注入装置的传动机构，实现边钻孔边喷射高压药剂的过程，本技术工作过程中采用自动控制，无需现场工人开凿注入井，无需现场连接管类，减少劳动力，缩短检修工期。
52.2.由于本技术将高压注药装置和钻孔注入装置结合放置在履带小车内，空间占有率低，且钻孔注入装置采用双钻杆方式，相较于直推式注入增加了钻孔注入效率，采用边钻孔边注药的方式，缩短了作业时间，节约了成本。
53.3.本技术高压注药装置设置第一药剂罐、第二药剂罐和第三药剂罐，第三药剂罐采用空气压缩机进行加压，再将带有高压的液体注入到钻孔注入装置。另外，空气药剂罐可以盛放臭氧等空气氧化剂对适宜的待修复土壤或地下水进行氧化修复，采用电磁阀对液体和气体氧化物进行切换注入，提高本技术户外作业操作灵活性。
54.4.本技术第一钻杆内设置有第一螺旋钻套，采用螺旋钻攻的方式对土壤进行钻孔，螺旋钻攻的方法可以使土壤边钻边出，无需再增加清理孔内土壤的工艺工作，减少了工艺步骤，提高效率，并且采用螺旋套钻攻的方式比较直推式安全，避免了直推式钻入容易塌方的缺点。
55.5.本技术结构简单，施工方便，在没有增加成本的前提下，提高了对修复土壤的修复效果，弥补了传统修补工艺的不足。
附图说明
56.附图1为本实用新型的结构示意图；
57.附图2为本实用新型高压注药装置结构示意图；
58.附图3为本实用新型钻孔注入装置结构示意图；
59.附图4为本实用新型实施例1第一钻杆的剖面结构示意图；
60.附图5为本实用新型实施例2第一钻杆的结构示意图。
61.在附图中：1承载车；11升降杆；12行走履带；2高压注药装置；21第一药剂罐；22第二药剂罐；23第三药剂罐；24空气压缩机；25空气药剂罐；3连通管路；31第一电磁阀；32第二电磁阀；33第一传输管；34第二传输管；4钻孔注入装置；41主动电机；42传动机构；421第一输出轴；422第一主动锥齿轮；423第一从动锥齿轮；424第二输出轴；425第二主动锥齿轮；426第二从动锥齿轮；43支架；44第一钻杆；441第一螺旋钻套；4411钻套喷药孔；442第一转轴；4421第一轴孔；4422转轴喷药孔；443第一钻头；444第一导向钻；45第二钻杆；46第一导向座；47第二导向座；48钻孔电机。
具体实施方式
62.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0063] 需要解释的是，术语“高度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于本技术附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的显示。
[0064]
实施例1
[0065]
如图1-4所示，一种用于土壤修复的氧化药剂原位注入修复系统包括承载车1、设置在所述承载车1内部的高压注药装置2、连通所述高压注药装置2出口的连通管路3以及设置在所述高压注药装置2下方的钻孔注入装置4；所述钻孔注入装置4包括主动电机41、固定连接在所述主动电机41输出端的传动机构42以及固定连接在所述传动机构(42)上的第一钻杆44和第二钻杆45；所述高压注药装置2包括液体药剂部分以及气体药剂部分；所述液体药剂部分以及气体药剂部分的出口连接到第一电磁阀31上；所述第一电磁阀31分别与所述第一钻杆44上端以及第二钻杆45上端连通。承载车1包括设置在所述承载车1下端的四个角上的升降杆11、行走履带12以及小车外壳。
[0066]
所述高压注药装置2包括第一药剂罐21、设置在所述第一药剂罐21一侧的第二药剂罐22、设置在所述第一药剂罐21和第二药剂罐22之间的第三药剂罐23、设置在所述第三药剂罐23上端的空气压缩机24以及包围在所述第一药剂罐21和第二药剂罐22、第三药剂罐23外侧且隔离设置的空气药剂罐25；所述第一药剂罐21的出口、第二药剂罐22的出口分别与第三药剂罐23连通；所述空气压缩机24出口连接有第二电磁阀32；所述第三药剂罐23入口与所述第二电磁阀32出口连通；所述空气药剂罐25入口与所述第二电磁阀32出口连通；所述第三药剂罐23出口、所述空气药剂罐25出口分别连通在所述第一电磁阀31入口。第一药剂罐21和第二药剂罐22出口均分别设置有截止阀。
[0067]
本次修复地选用了三种氧化剂，在第一药剂罐21盛放高锰酸钾药剂溶液，通过水溶液的形式导入土壤的受污染区，适宜的浓度一般为 0.1%~2%，通常不超过4% 。第二药剂
罐22盛放过硫酸盐溶液，其在水中电离产生过硫酸根离子s2o82-，其标准氧化还原电位为2.01 v（相对于标准氢电极），接近于臭氧（2.07 v），是氧化性较强的氧化剂。其标准氧化还原电位为2.5 v~2.60 v，远高于s2o82-（2.01 v），接近于羟基自由基（e0 =+2.80 v），从而对有机污染物有很强的降解能力。将第一药剂罐21上的截止阀打开，将高锰酸钾药剂溶液灌注到第三药剂罐23内，通过空气压缩机24对第三药剂罐23内的药剂进行加压。当使用硫酸盐溶液时，第二药剂罐22上的截止阀打开，将硫酸盐溶液时灌注到第三药剂罐23内，通过空气压缩机24对第三药剂罐23内的药剂进行加压。在空气药剂罐25内注入臭氧。气态的臭氧易于在土壤和地下水中进行输送，其扩散速率比一般液态氧化剂的扩散速率要大。臭氧分解产生的氧气有利于有机污染物的微生物降解，因此可以与生物通风等技术结合应用来修复污染场地。高压注药装置2结合了液体和气体三种药剂罐，利用截止阀和电磁阀进行管路开启和切换，实现多种药剂一机操作，减少现场工作人员的劳动强度，减少更换药剂的工艺，更适用于户外作业。
[0068]
所述钻孔注入装置4还包括设置在所述主动电机41和传动机构42外侧的外壳；所述外壳上固定连接有支架43、第一导向座46以及第二导向座47；第一钻杆44自上而下贯穿所述支架43、第一导向座46，并分别与所述支架43以及第一导向座46转动连接；第二钻杆45自上而下贯穿所述支架43、第二导向座47，并分别与所述支架43以及第二导向座47转动连接。所述传动机构42包括键连接在所述主动电机41上的第一输出轴421、键连接在所述第一输出轴421上的第一主动锥齿轮422以及啮合连接在所述第一主动锥齿轮422上的第一从动锥齿轮423；所述第一从动锥齿轮423与所述第一钻杆44固定连接；所述传动机构42还包括键连接在所述主动电机41上的第二输出轴424、键连接在所述第二输出轴424上的第二主动锥齿轮425以及啮合连接在所述第二主动锥齿轮425上的第二从动锥齿轮426；所述第二从动锥齿轮426与所述第二钻杆45固定连接。
[0069]
所述第一钻杆(44)包括第一螺旋钻套441、套设在所述第一螺旋钻套441内侧的第一转轴442、固定连接在所述第一转轴442下端的第一钻头443以及固定连接在所述第一钻头443下端的第一导向钻444；第一转轴442上端与第一从动锥齿轮螺栓固定连接。所述第一转轴442内开设有沿轴线方向贯穿的第一轴孔4421；所述第一电磁阀31连接有第一传输管33，第二传输管34，第二传输管34与所述第一轴孔4421通过软管连通；第一传输管33连接到第一螺旋钻套441与第一转轴442之间的间隙里。
[0070]
所述第二钻杆45包括第二螺旋钻套、套设在所述第二螺旋钻套内侧的第二转轴、固定连接在所述第二转轴下端的第二钻头以及固定连接在所述第二钻头下端的第二导向钻；所述第二转轴内开设有沿轴线方向贯穿的第二轴孔；第二转轴螺栓固定连接在第二从动锥齿轮426下端面。所述第一电磁阀31与所述第二轴孔通过软管连通。第二传输管34还与第二轴孔通过软管连通；第一传输管33连接到第二螺旋钻套与第二转轴之间的间隙里。
[0071]
所述第一螺旋钻套441外圆周设置有自上下的螺旋齿。所述第一转轴442与第一螺旋钻套441转动连接；第一转轴442长度比第一螺旋钻套441长。
[0072]
所述第一螺旋钻套441上均匀分布设置有贯穿壁厚的钻套喷药孔4411；所述钻套喷药孔4411为圆锥孔；所述钻套喷药孔4411的底面小的一端朝向第一螺旋钻套441的外圆周面；所述第二螺旋钻套上也均匀分布设置有贯穿壁厚的锥形喷药孔4411。所述第一转轴442内壁上均匀分布设置有贯穿壁厚的转轴喷药孔4422；所述转轴喷药孔4422为圆锥孔；所
述转轴喷药孔4422的底面小的一端朝向第一转轴442的外圆周面；所述第二转轴上也均匀分布设置有贯穿壁厚的转轴喷药孔4422，第二转轴长度比第二螺旋钻套长。
[0073]
下面根据本次现场修复工程对本技术进行说明。
[0074]
在室温条件下，将采集污染水样（污染因子：苯，污染因子浓度：637 ug/l）放入棕色玻璃瓶中，分别加入一定量的feso4和两种不同有机酸搅拌均匀，再缓慢加入h2o2密封振荡2h（反应时间）。反应后抽取少量降解后水样上机测试水中所含有机污染物的含量。测量好有机物含量，测定适用的氧化剂为使用修复药剂改良fenton试剂和高锰酸钾试剂，确定氧化剂后，确定修复范围，设置最近两点的钻孔位置，依次确定传动机构4上的第一输出轴421、第二输出轴424的长度，将本装置各分部安装完整后，放置到污染地区，高锰酸钾试剂试剂注入第一药剂罐21，fenton试剂注入第二药剂罐22。先使用fenton试剂，开启第二药剂罐22出口上的截止阀，fenton试剂灌注到第三药剂罐23内，通过空气压缩机24对第三药剂罐23内的药剂进行加压。fenton试剂通过第二传输管34与第一轴孔、第二轴孔通过软管连通；还通过第一传输管33连接到第二螺旋钻套与第二转轴之间的间隙里以及第一螺旋钻套与第一转轴之间的间隙里。开启主动电机41，通过互相啮合的第一主动锥齿轮422、第一从动锥齿轮423带动第一螺旋钻套441转动，第一螺旋钻套441上的依据下钻高度，可以控制截止阀和第一电磁阀31将高压的fenton试剂通过钻套喷药孔4411喷出，同时带动第一转轴442转动，第一转轴442长度比第一螺旋钻套441长，第一钻头443下端的第一导向钻444先对地面土壤进行螺旋钻削，再通过第一螺旋钻套441的螺旋齿将孔内的土带出，双重钻削利于清理孔内多余的土，第一转轴442在旋转的同时通过转轴喷药孔（4422）喷出药液，可以在较深的孔洞内喷射，由于高压的作用，可以延长药剂的传播范围。第二钻杆45与第一钻杆44的运动过程相同。
[0075]
实施例2
[0076]
在其他实施例中，对于钻孔深的土壤中，可以在所述第一转轴442下端固定连接有钻孔电机48，第一转轴442贯穿设置在第一螺旋钻套441的孔内，可上下移动，不与第一从动锥齿轮423固定连接。对于较深或者石块较多的土壤，钻孔电机48可以带动第一转轴442向下方钻削，遇到较硬石块时，由于钻孔电机48的作用，可以带动第一转轴442改变运动方向，从而形成与地面高度呈角度设置的轨迹运动，增加了不同高度层的药剂水平方向喷洒。提高药剂喷洒效果。
[0077]
以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本实用新型可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下，对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。