一种基于原位化学氧化法修复地下水的装置及工艺的制作方法

1.本发明涉及地下水修复设备技术领域，具体涉及一种基于原位化学氧化法修复地下水的装置及工艺。


背景技术：

2.目前，常见典型的土壤及地下水修复技术主要有异位修复技术和原位修复技术。异位修复以p&t技术为主，p&t技术是最早出现的土壤地下水修复技术，即将地下水从原来的位置中抽出，在异地进行修复之后再灌回地下水所在的位置中。但由于毛细张力的作用，滞留在水层的非水相溶液几乎无法从泵中抽出，所以不太适合于石油及其副产品的污染修复。原位修复技术主要是在土壤及地下水内部进行，修复成本低、效果好、修复方法多种多样、对修复区域的扰动很低、适用范围广，因此，在未来的土壤和地下水污染修复过程中，原位修复技术将越来越多地应用于实际修复过程尤其是石油及其副产品所污染的场地。
3.原位修复技术以原位化学氧化技术为主，原位化学氧化技术通过向污染地下水输送化学氧化剂，利用氧化剂与污染物的氧化反应有效地破坏污染物，降低其对环境的危害。原位化学氧化技术适用于各种污染物，包括氯代烃类溶剂、石油烃、多环芳烃等，具有修复周期短、成本适中、可同时处理多种污染物、处理效率较高和处理效果彻底等优点，符合我国污染场地快速修复的要求，因而在污染地下水修复中具有广阔的应用前景。
4.然而，地下水污染修复过程中，应用原位注入方式进行化学氧化修复时，由于注入井数量有限以及水力传导系数分布的问题，通过水相注入系统控制氧化剂的用量非常困难。


技术实现要素：

5.针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种基于原位化学氧化法修复地下水的装置及工艺。
6.本发明的技术方案为：一种基于原位化学氧化法修复地下水的装置，包括设备箱、驱动组件、钻井组件、注射组件和plc控制器；设备箱上竖直贯穿设置有井管通道；设备箱上端设置有移动架，移动架上设置有电动缸；
7.驱动组件设置有两个，驱动组件包括导向筒、推动电机和旋转电机，两个导向筒分别设置在设备箱上端，且位于井管通道的两侧，其中一个导向筒与移动架滑动卡接，且与电动缸的输出端固定连接，两个导向筒的上端均设置有电机架，两个导向筒的内部两侧均设置有第一丝杠，第一丝杠的顶端贯穿对侧的导向筒且设置有小齿轮；同一导向筒内部的两个第一丝杠上均螺纹连接有安装台；两个推动电机分别设置在两个电机架上，两个推动电机的输出轴均贯穿对应侧的电机架，且设置有与对应侧的小齿轮啮合连接的驱动齿轮；两个旋转电机分别一一对应设置在两个安装台上；
8.钻井组件包括对接杆、出土套管和钻杆，对接杆设置在与设备箱固定连接的导向筒内部，且与旋转电机的输出轴连接，对接杆底端贯穿设备箱；出土套管固定设置在设备箱
内部，且出土套管的两端均贯穿设备箱；钻杆活动套设在出土套管内部，钻杆顶端与对接杆底端活动卡接，钻杆底端设置有破土钻头，钻杆外壁上均匀套设有数个提升盘；
9.注射组件包括药剂箱、安装管和注射头，药剂箱设置在设备箱内部，设备箱上设置有与药剂箱导通的注药管；安装管设置在与移动架活动卡接的向筒内部，且与安装台下底面固定连接，注射头固定设置在安装管下端，注射头上设置有与药剂箱连接的注射管；注射管与药剂箱连接处设置有增压泵；
10.plc控制器分别与电动缸、推动电机、旋转电机和增压泵电性连接。
11.进一步地，药剂箱内部设置有与plc控制器电性连接的搅拌器；通过在药剂箱内部设置搅拌器，有利于提高氧化药剂的混合均匀性，从而提高污染地下水化学氧化修复效果。
12.进一步地，出土管侧壁靠上位置设置有出土通槽，设备箱上设置有与出土通槽导通的导土斗；通过设置导土斗，便于对修复现场挖掘的土壤进行转移，为地下水修复工作提供可靠的场地条件。
13.进一步地，出土套管上套设与出土通槽导通的集土盒，集土盒内部转动卡接有输送盘，集土盒下底面设置有为输送盘提供动力的输送电机，输送电机与plc控制器电性连接；导土斗与集土盒导通；出土套管内部的土壤通过出土通槽进入输送盘内部，然后在输送盘的作用下通过导土斗排出设备箱，有利于提高地下水修复过程中的建井效率。
14.进一步地，安装管内部转动卡接有旋转轴，旋转轴与旋转电机的输出轴连接；注射头两侧滑动卡接有贯穿注射头的注射管，两个注射管相靠近的一端均设置有齿板，旋转轴底端贯穿注射头，且设置有分别与两个齿板啮合连接的齿辊；通过旋转轴带动齿辊旋转，利用齿辊和齿板的啮合作用使得两个注射管伸出注射头并最终插入受污染水层中，有利于提高污染地下水的修复可靠性。
15.进一步地，井管通道内部滑动卡接有活动井管，设备箱内部设置有用于将活动井管推入地下的推进组件；通过设置活动井管和推进组件，有利于提高化学氧化药剂注入时的有效性。
16.进一步地，推进组件包括压环、齿圈和推进电机，压环活动卡接在活动井管顶端，压环周向螺纹连接有数个导向螺杆，各个导向螺杆的两端分别与设备箱的内壁转动卡接，且各个导向螺杆的底端均套设有连接齿轮，齿圈套设在活动井管外部，且与设备箱的内底部转动卡接，齿圈与各个连接齿轮啮合连接，推进电机设置在设备箱内底部，且与plc控制器电性连接，推进电机为齿圈提供动力；利用推进电机带动齿圈和连接齿轮旋转，从而使得压环在导向螺杆的作用下将活动井管从井管通道内部推入地下，有利于提高污染地下水修复时的工作效率。
17.进一步地，设备箱底部设置有移动轮；通过设置移动轮，便于对装置进行移动和转移。
18.进一步地，注射管上设置有限位环，注射头内部设置有与限位环滑动卡接的限位块；通过限位环和限位块，有利于提高注射管在注射头上移动的稳定性和可靠性。
19.本发明还提供了一种基于原位化学氧化法修复地下水的工艺，包括以下步骤：
20.s1、分别将电动缸、推动电机、旋转电机和增压泵与外部电源连接，通过注药管向药剂箱内部注入化学氧化药剂；
21.s2、开启与设备箱固定连接的导向筒上的推动电机和旋转电机，利用旋转电机带
动对接杆和钻杆旋转，进行土层钻孔；同时，对接杆和钻杆旋转旋转过程中，在推动电机和第一丝杠的作用下不断沿设备箱向下移动，直至破土钻头到达污染水层，钻孔完毕；
22.s3、移动设备箱，使井管通道位于钻孔上方，然后开启电动缸，利用电动杠的输出端与移动架滑动卡接的导向筒在移动架上移动至井管通道上方；
23.s4、开启与移动架滑动卡接的导向筒上的推动电机，利用推动电机推动安装管和注射头沿井管通道向下移动，并最终进入钻孔中；
24.s5、开启增压泵，将药剂箱内部的化学氧化药剂通过注射头上的注射管注入地下水中，完成地下水的化学氧化修复处理。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几点：
26.第一、本发明装置结构设计合理，一体化的设备能够完成地下水修复过程中建井和药剂注射整个流程，降低了地下水修复过程中的设备投入，也降低了污染地下水的修复难度；
27.第二、本发明利用能够在导向筒上下移动的安装管将注射头推入地下，能够实现不同深度污染地下水的氧化修复，提高了本发明装置的可靠性；
28.第三、本发明建井过程中，利用出土套管和提升盘的作用将钻孔中的土壤排出设备箱，为地下水修复工作提供可靠的场地条件，同时也提高了建井效率。
附图说明
29.图1是本发明的纵剖图；
30.图2是本发明的俯视图；
31.图3是本发明的导向筒与移动架的连接示意图；
32.图4是本发明图1中a处的局部放大示意图；
33.图5是本发明的集土盒与出土套管的连接示意图；
34.图6是本发明图1中b处的局部放大示意图；
35.图7是本发明的注射头与安装管的连接示意图；
36.图8是本发明的注射管与注射头的连接示意图；
37.图9是本发明的齿圈与连接齿轮的连接示意图；
38.其中，1-设备箱、10-井管通道、11-移动架、12-电动缸、2-驱动组件、20-导向筒、21-推动电机、210-驱动齿轮、22-旋转电机、23-电机架、24-第一丝杠、240-小齿轮、25-安装台、3-钻井组件、30-对接杆、31-出土套管、310-出土通槽、311-导土斗、32-钻杆、320-破土钻头、321-提升盘、33-集土盒、34-输送盘、35-输送电机、4-注射组件、40-药剂箱、400-搅拌器、41-安装管、410-旋转轴、411-齿辊、42-注射头、420-注射管、4200-限位环、4201-限位块、421-齿板、43-活动井管、44-推进组件、440-压环、441-齿圈、442-推进电机、443-导向螺杆、444-连接齿轮。
具体实施方式
39.实施例1
40.如图1所示的一种基于原位化学氧化法修复地下水的装置，包括设备箱1、驱动组件2、钻井组件3、注射组件4和plc控制器；设备箱1上竖直贯穿设置有井管通道10；设备箱1
上端设置有移动架11，移动架11上设置有电动缸12；
41.如图1、2、3、4所示，驱动组件2设置有两个，驱动组件2包括导向筒20、推动电机21和旋转电机22，两个导向筒20分别设置在设备箱1上端，且位于井管通道10的两侧，其中一个导向筒20与移动架11滑动卡接，且与电动缸12的输出端固定连接，两个导向筒20的上端均设置有电机架23，两个导向筒20的内部两侧均设置有第一丝杠24，第一丝杠24的顶端贯穿对侧的导向筒20且设置有小齿轮240；同一导向筒20内部的两个第一丝杠24上均螺纹连接有安装台25；两个推动电机21分别设置在两个电机架23上，两个推动电机21的输出轴均贯穿对应侧的电机架23，且设置有与对应侧的小齿轮240啮合连接的驱动齿轮210；两个旋转电机22分别一一对应设置在两个安装台25上；
42.如图1、6所示，钻井组件3包括对接杆30、出土套管31和钻杆32，对接杆30设置在与设备箱1固定连接的导向筒20内部，且与旋转电机22的输出轴连接，对接杆30底端贯穿设备箱1；出土套管31固定设置在设备箱1内部，且出土套管31的两端均贯穿设备箱1；钻杆32活动套设在出土套管31内部，钻杆32顶端与对接杆30底端活动卡接，钻杆32底端设置有破土钻头320，钻杆32外壁上均匀套设有7个提升盘321；
43.如图1、4所示，注射组件4包括药剂箱40、安装管41和注射头42，药剂箱40设置在设备箱1内部，设备箱1上设置有与药剂箱40导通的注药管；安装管41设置在与移动架11活动卡接的向筒20内部，且与安装台25下底面固定连接，注射头42固定设置在安装管41下端，注射头42上设置有与药剂箱40连接的注射管420；注射管420与药剂箱40连接处设置有增压泵；
44.plc控制器分别与电动缸12、推动电机21、旋转电机22和增压泵电性连接，plc控制器、电动缸12、推动电机21和旋转电机22均为市售产品，增压泵为qby-50型气动隔膜泵。
45.实施例2
46.本实施例记载的是实施例1的一种基于原位化学氧化法修复地下水的装置的修复工艺，包括以下步骤：
47.s1、分别将电动缸12、推动电机21、旋转电机22和增压泵与外部电源连接，通过注药管向药剂箱40内部注入双氧水；
48.s2、开启与设备箱1固定连接的导向筒20上的推动电机21和旋转电机22，利用旋转电机22带动对接杆30和钻杆32旋转，进行土层钻孔；同时，对接杆30和钻杆32旋转旋转过程中，在推动电机21和第一丝杠24的作用下不断沿设备箱1向下移动，直至破土钻头320到达污染水层，钻孔完毕；
49.s3、移动设备箱1，使井管通道10位于钻孔上方，然后开启电动缸12，利用电动杠12的输出端与移动架11滑动卡接的导向筒20在移动架11上移动至井管通道10上方；
50.s4、开启与移动架11滑动卡接的导向筒20上的推动电机21，利用推动电机21推动安装管41和注射头42沿井管通道10向下移动，并最终进入钻孔中；
51.s5、开启增压泵，将药剂箱40内部的化学氧化药剂通过注射头42上的注射管420注入地下水中，注射量为20l/min，增压泵最大流量为200l/min，完成地下水的化学氧化修复处理。
52.实施例3
53.如图1所示的一种基于原位化学氧化法修复地下水的装置，包括设备箱1、驱动组
件2、钻井组件3、注射组件4和plc控制器；设备箱1上竖直贯穿设置有井管通道10；设备箱1上端设置有移动架11，移动架11上设置有电动缸12；
54.如图1、2、3、4所示，驱动组件2设置有两个，驱动组件2包括导向筒20、推动电机21和旋转电机22，两个导向筒20分别设置在设备箱1上端，且位于井管通道10的两侧，其中一个导向筒20与移动架11滑动卡接，且与电动缸12的输出端固定连接，两个导向筒20的上端均设置有电机架23，两个导向筒20的内部两侧均设置有第一丝杠24，第一丝杠24的顶端贯穿对侧的导向筒20且设置有小齿轮240；同一导向筒20内部的两个第一丝杠24上均螺纹连接有安装台25；两个推动电机21分别设置在两个电机架23上，两个推动电机21的输出轴均贯穿对应侧的电机架23，且设置有与对应侧的小齿轮240啮合连接的驱动齿轮210；两个旋转电机22分别一一对应设置在两个安装台25上；
55.如图1、4、5、6所示，钻井组件3包括对接杆30、出土套管31和钻杆32，对接杆30设置在与设备箱1固定连接的导向筒20内部，且与旋转电机22的输出轴连接，对接杆30底端贯穿设备箱1；出土套管31固定设置在设备箱1内部，且出土套管31的两端均贯穿设备箱1；钻杆32活动套设在出土套管31内部，钻杆32顶端与对接杆30底端活动卡接，钻杆32底端设置有破土钻头320，钻杆32外壁上均匀套设有7个提升盘321；出土管31侧壁靠上位置设置有出土通槽310，设备箱1上设置有与出土通槽310导通的导土斗311；出土套管31上套设与出土通槽310导通的集土盒33，集土盒33内部转动卡接有输送盘34，集土盒33下底面设置有为输送盘34提供动力的输送电机35，导土斗311与集土盒33导通；
56.如图1、6、7、8、9所示，注射组件4包括药剂箱40、安装管41和注射头42，药剂箱40设置在设备箱1内部，设备箱1上设置有与药剂箱40导通的注药管；安装管41设置在与移动架11活动卡接的向筒20内部，且与安装台25下底面固定连接，注射头42固定设置在安装管41下端，注射头42上设置有与药剂箱40连接的注射管420；注射管420与药剂箱40连接处设置有增压泵；安装管41内部转动卡接有旋转轴410，旋转轴410与旋转电机22的输出轴连接；注射头42两侧滑动卡接有贯穿注射头42的注射管420，两个注射管420相靠近的一端均设置有齿板421，旋转轴410底端贯穿注射头42，且设置有分别与两个齿板421啮合连接的齿辊411；井管通道10内部滑动卡接有活动井管43，设备箱1内部设置有用于将活动井管43推入地下的推进组件44；推进组件44包括压环440、齿圈441和推进电机442，压环440活动卡接在活动井管43顶端，压环440周向螺纹连接有4个导向螺杆443，各个导向螺杆443的两端分别与设备箱1的内壁转动卡接，且各个导向螺杆443的底端均套设有连接齿轮444，齿圈441套设在活动井管43外部，且与设备箱1的内底部转动卡接，齿圈441与各个连接齿轮444啮合连接，推进电机442设置在设备箱1内底部，推进电机442为齿圈441提供动力；
57.plc控制器分别与电动缸12、推动电机21、旋转电机22、输送电机35、推进电机442和增压泵电性连接，plc控制器、电动缸12、推动电机21、旋转电机22、输送电机35和推进电机442均为市售产品，增压泵为qby-50型气动隔膜泵。
58.实施例4
59.本实施例记载的是实施例3的一种基于原位化学氧化法修复地下水的装置的修复工艺，包括以下步骤：
60.s1、分别将电动缸12、推动电机21、旋转电机22和增压泵与外部电源连接，通过注药管向药剂箱40内部注入双氧水；
61.s2、开启与设备箱1固定连接的导向筒20上的推动电机21和旋转电机22，利用旋转电机22带动对接杆30和钻杆32旋转，进行土层钻孔；同时，对接杆30和钻杆32旋转旋转过程中，在推动电机21和第一丝杠24的作用下不断沿设备箱1向下移动，直至破土钻头320到达污染水层，钻孔过程中，土壤通过出土通槽310进入输送盘34内部，然后在输送盘34的作用下通过导土斗311排出设备箱1，钻孔完毕；
62.s3、移动设备箱1，使井管通道10位于钻孔上方，然后开启电动缸12，利用电动杠12的输出端与移动架11滑动卡接的导向筒20在移动架11上移动至井管通道10上方；然后利用推进电机442带动齿圈441和连接齿轮444旋转，从而使得压环440在导向螺杆443的作用下将活动井管43从井管通道10内部推入钻孔中；
63.s4、开启与移动架11滑动卡接的导向筒20上的推动电机21和旋转电机22，利用推动电机21推动安装管41和注射头42沿井管通道10向下移动，并最终进入钻孔中；利用旋转电机22带动旋转轴410旋转，通过旋转轴410带动齿辊411旋转，利用齿辊411和齿板421的啮合作用使得两个注射管420伸出注射头42并贯穿活动井管43，最终插入受污染水层中；
64.s5、开启增压泵，将药剂箱40内部的化学氧化药剂通过注射头42上的注射管420注入地下水中，注射量为20l/min，增压泵最大流量为200l/min，完成地下水的化学氧化修复处理。
65.实施例5
66.如图1所示的一种基于原位化学氧化法修复地下水的装置，包括设备箱1、驱动组件2、钻井组件3、注射组件4和plc控制器；设备箱1上竖直贯穿设置有井管通道10；设备箱1上端设置有移动架11，移动架11上设置有电动缸12；设备箱1底部设置有移动轮；
67.如图1、2、3、4所示，驱动组件2设置有两个，驱动组件2包括导向筒20、推动电机21和旋转电机22，两个导向筒20分别设置在设备箱1上端，且位于井管通道10的两侧，其中一个导向筒20与移动架11滑动卡接，且与电动缸12的输出端固定连接，两个导向筒20的上端均设置有电机架23，两个导向筒20的内部两侧均设置有第一丝杠24，第一丝杠24的顶端贯穿对侧的导向筒20且设置有小齿轮240；同一导向筒20内部的两个第一丝杠24上均螺纹连接有安装台25；两个推动电机21分别设置在两个电机架23上，两个推动电机21的输出轴均贯穿对应侧的电机架23，且设置有与对应侧的小齿轮240啮合连接的驱动齿轮210；两个旋转电机22分别一一对应设置在两个安装台25上；
68.如图1、4、5、6所示，钻井组件3包括对接杆30、出土套管31和钻杆32，对接杆30设置在与设备箱1固定连接的导向筒20内部，且与旋转电机22的输出轴连接，对接杆30底端贯穿设备箱1；出土套管31固定设置在设备箱1内部，且出土套管31的两端均贯穿设备箱1；钻杆32活动套设在出土套管31内部，钻杆32顶端与对接杆30底端活动卡接，钻杆32底端设置有破土钻头320，钻杆32外壁上均匀套设有7个提升盘321；出土管31侧壁靠上位置设置有出土通槽310，设备箱1上设置有与出土通槽310导通的导土斗311；出土套管31上套设与出土通槽310导通的集土盒33，集土盒33内部转动卡接有输送盘34，集土盒33下底面设置有为输送盘34提供动力的输送电机35，导土斗311与集土盒33导通；
69.如图1、6、7、8、9所示，注射组件4包括药剂箱40、安装管41和注射头42，药剂箱40设置在设备箱1内部，设备箱1上设置有与药剂箱40导通的注药管；药剂箱40内部设置有搅拌器400，安装管41设置在与移动架11活动卡接的向筒20内部，且与安装台25下底面固定连
接，注射头42固定设置在安装管41下端，注射头42上设置有与药剂箱40连接的注射管420；注射管420与药剂箱40连接处设置有增压泵；安装管41内部转动卡接有旋转轴410，旋转轴410与旋转电机22的输出轴连接；注射头42两侧滑动卡接有贯穿注射头42的注射管420，两个注射管420相靠近的一端均设置有齿板421，旋转轴410底端贯穿注射头42，且设置有分别与两个齿板421啮合连接的齿辊411；井管通道10内部滑动卡接有活动井管43，设备箱1内部设置有用于将活动井管43推入地下的推进组件44；推进组件44包括压环440、齿圈441和推进电机442，压环440活动卡接在活动井管43顶端，压环440周向螺纹连接有4个导向螺杆443，各个导向螺杆443的两端分别与设备箱1的内壁转动卡接，且各个导向螺杆443的底端均套设有连接齿轮444，齿圈441套设在活动井管43外部，且与设备箱1的内底部转动卡接，齿圈441与各个连接齿轮444啮合连接，推进电机442设置在设备箱1内底部，推进电机442为齿圈441提供动力；注射管420上设置有限位环4200，注射头42内部设置有与限位环4200滑动卡接的限位块4201；
70.plc控制器分别与电动缸12、推动电机21、旋转电机22、输送电机35、搅拌器400、推进电机442和增压泵电性连接，plc控制器、电动缸12、推动电机21、旋转电机22、输送电机35、搅拌器400和推进电机442均为市售产品，增压泵为qby-50型气动隔膜泵。
71.实施例6
72.本实施例记载的是实施例5的一种基于原位化学氧化法修复地下水的装置的修复工艺，包括以下步骤：
73.s1、分别将电动缸12、推动电机21、旋转电机22和增压泵与外部电源连接，通过注药管向药剂箱40内部注入双氧水，并开启搅拌器400；
74.s2、开启与设备箱1固定连接的导向筒20上的推动电机21和旋转电机22，利用旋转电机22带动对接杆30和钻杆32旋转，进行土层钻孔；同时，对接杆30和钻杆32旋转旋转过程中，在推动电机21和第一丝杠24的作用下不断沿设备箱1向下移动，直至破土钻头320到达污染水层，钻孔过程中，土壤通过出土通槽310进入输送盘34内部，然后在输送盘34的作用下通过导土斗311排出设备箱1，钻孔完毕；
75.s3、移动设备箱1，使井管通道10位于钻孔上方，然后开启电动缸12，利用电动杠12的输出端与移动架11滑动卡接的导向筒20在移动架11上移动至井管通道10上方；然后利用推进电机442带动齿圈441和连接齿轮444旋转，从而使得压环440在导向螺杆443的作用下将活动井管43从井管通道10内部推入钻孔中；
76.s4、开启与移动架11滑动卡接的导向筒20上的推动电机21和旋转电机22，利用推动电机21推动安装管41和注射头42沿井管通道10向下移动，并最终进入钻孔中；利用旋转电机22带动旋转轴410旋转，通过旋转轴410带动齿辊411旋转，利用齿辊411和齿板421的啮合作用使得两个注射管420伸出注射头42并贯穿活动井管43，最终插入受污染水层中；
77.s5、开启增压泵，将药剂箱40内部的化学氧化药剂通过注射头42上的注射管420注入地下水中，注射量为20l/min，增压泵最大流量为200l/min，完成地下水的化学氧化修复处理。