土壤及地下水原位注入——高壓旋噴注射原位修復(fù)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種土壤及地下水原位注入——高壓旋噴注射原位修復(fù)系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括配藥站、高壓注漿泵、空氣壓縮機、旋噴鉆機、第二重管水流接頭、旋噴鉆機注漿鉆桿自動提升機構(gòu)、高壓噴射鉆桿、高壓噴射三重鉆桿內(nèi)管、高壓噴射三重鉆桿外管、藥劑噴射噴嘴、空氣噴射噴嘴、硬質(zhì)合金塊和鉆頭。方法：按照三角形法布點，布點參數(shù)保證藥劑擴散半徑范圍內(nèi)全部覆蓋修復(fù)區(qū)域，GPS測點定位后，引孔鉆機就位注入點的中心點；高壓注射修復(fù)采用二重管：利用氣、液流體，自下而上切割土體的同時在地層中擴散，實現(xiàn)修復(fù)藥劑與土壤及地下水的充分混合；現(xiàn)場快速結(jié)合實驗室檢測獲取修復(fù)藥劑殘留、pH值以及污染物濃度的參數(shù)，以檢驗原位修復(fù)效果及監(jiān)測藥劑殘留情況。
【專利說明】
±壤及地下水原位注入一-高壓旋噴注射原位修復(fù)系統(tǒng)及 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種±壤及地下水原位注入一-高壓旋噴注射原位修復(fù)系統(tǒng)及方法， 屬于±壤及地下水原位修復(fù)系統(tǒng)及修復(fù)方法技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] ±壤及地下水環(huán)境是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，近年來，隨著全球工業(yè)化進程，我 國±壤污染日益嚴重，其中有機污染、重金屬污染類污染成為兩大重要污染類型，不僅破壞 生態(tài)環(huán)境本身，直接或間接危及環(huán)境和人體健康安全。更為嚴重的是，揮發(fā)性及半揮發(fā)性有 機污染物、可溶性重金屬在不飽和區(qū)域(包氣帶)會遷移至深層飽和區(qū)域(含水層），尤其是 對地下水資源構(gòu)成威脅，造成嚴重后果。
[0003] 目前常用的±壤及地下水修復(fù)工程技術(shù)分為原位修復(fù)與異位修復(fù)兩類，按其修復(fù) 方法可分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。異位修復(fù)因設(shè)及污染±壤的清挖、運輸、異地 修復(fù)/處置W及地下水的抽出、暫存或原地異位處理，容易造成污染物的泄露和擴散。且處 置過程需進行嚴格監(jiān)督，對管理上要求較高。而原位修復(fù)不設(shè)及深基坑開挖與支護、基坑降 水與止水等基礎(chǔ)施工，有效避免二次污染的同時減少了安全事故發(fā)生的概率?！廊兰暗叵?水的原位修復(fù)技術(shù)近年來在國內(nèi)得到了青睞。
[0004] 由于污染場地存在修復(fù)介質(zhì)多樣化(±水復(fù)合污染、單獨±壤污染、單獨地下水污 染幾種情形）、水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性、污染類型多樣化(有機污染、重金屬等）、污染物的特 殊性及在±壤及地下水中的分布不均及差異性等因素，決定了±壤及地下水原位修復(fù)的難 度和挑戰(zhàn)性。因此，研究開發(fā)符合我國國情的上壤及地下水修復(fù)原位工程修復(fù)技術(shù)尤為迫 切。
[0005] 美國自上世紀80年代中期W來，已經(jīng)投入大量資金用于±壤及地下水修復(fù)，一些 新的原位修復(fù)技術(shù)應(yīng)運而生，如原位化學(xué)氧化、原位化學(xué)還原、原位微生物修復(fù)等。
[0006] 原位化學(xué)氧化、原位化學(xué)還原、原位微生物修復(fù)技術(shù)是指通過向地下環(huán)境中投加 修復(fù)藥劑(化學(xué)氧化劑、還原劑、微生物制劑），使其與污染物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或生物化學(xué)反 應(yīng)，降解為無毒或低毒物質(zhì)(如二氧化碳、水、Ξ價銘等），從而實現(xiàn)污染物去除凈化的目的， 該類技術(shù)可同時處理多種污染物，處理效率較高，其中微生物修復(fù)技術(shù)適合處理低濃度場 地，化學(xué)氧化/還原一般不受污染物濃度限制。
[0007] 常用還原劑(如零價鐵、EHC、硫酸亞鐵藥劑），可修復(fù)±壤及地下水中的面代控、重 金屬(六價銘)等污染物。常用氧化劑(如過硫酸鹽、雙氧水、高儘酸鐘等），可修復(fù)±壤及地 下水中的苯系物、硝基苯類、石油控等有機污染物。微生物制劑，可修復(fù)±壤及地下水中的 苯系物、石油控等有機污染物。
[000引現(xiàn)有的修復(fù)藥劑原位投加主要有兩種方式:攬拌和注入/注射，其中原位注入/注 射分為:Geoprobe直壓式高壓注射、建井注入(PVC注入井）、化emgrout注漿技術(shù)、深層攬拌 原位注漿技術(shù)W及其它巖±注漿技術(shù)等。
[0009] 美國專利No. 5，639，182 "±壤原位修復(fù)方法"設(shè)及一種原位±壤攬拌方法，它通過 移動式履帶行進的鉆機，配備有可垂直鉆進的葉輪鉆頭，可實現(xiàn)污染±壤的原位攬拌。所采 用攬拌鉆頭為一體式葉輪鉆頭，因而攬拌深度受到了限制且阻力較大，其應(yīng)用具有一定的 局限性，僅適合于較松散地層的處理。
[0010] 申請?zhí)枮?01510159423.2的"一種銘污染的原位修復(fù)方法"中國發(fā)明專利中，提到 一種Geoprobe高壓注射方法(最高壓力僅18Mpa，實質(zhì)為單管注射，缺點為施工效率低，難W 滿足工程化應(yīng)用）、布點方法，并未考慮地下水流向，藥劑的擴散因素。申請?zhí)枮?201420009983.0的"一種±壤修復(fù)高壓注射旋噴鉆機"中國發(fā)明專利，實質(zhì)為單管注射。
[0011] 原位鉆頭直壓式注入是把配置好的藥劑W-定壓力通過注入鉆頭注入到污染± 層并不斷攬拌混勻污染上和氧化藥劑從而修復(fù)污染上壤和地下水。在專利號為US 2002/ 0143226A1和專利號為US006457905的美國專利中公開了兩種化學(xué)氧化原位鉆頭注入修復(fù) 系統(tǒng)，運兩種修復(fù)系統(tǒng)都通過螺旋鉆桿或注射鉆頭將化學(xué)氧化劑注入到污染±中。
[0012] 申請?zhí)枮?01410387735.4的"一種有機污染±壤和地下水原位修復(fù)裝置及修復(fù)方 法"、申請?zhí)枮?01410615166.4的"一種修復(fù)污染±壤和地下水的原位化學(xué)氧化注入裝置" 等建井注射技術(shù)相關(guān)中國發(fā)明專利中，提到一種建井注射原位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)，修復(fù)前 需在修復(fù)區(qū)域設(shè)置注射井的修復(fù)方法，該類方法一般采用PVC材質(zhì)井，注射累采用氣動隔膜 累，注射壓力偏低(小于1.6Mpa)。一方面建井費用較高，需要構(gòu)建大量注入井，基建費用高， 施工周期長，施工完成后，會在修復(fù)地塊殘留注入井，影響后續(xù)再開發(fā)利用。另一方面注射 壓力不足(采用自然流動或低壓注入），地層條件對注入效果影響很大，如遇到粘±層或地 層性質(zhì)不均一，藥劑無法均勻擴散，影響修復(fù)效果甚至無法完成修復(fù)。飽和層上壤注漿困 難，擴散半徑較小，且適用地層受限，粘±層幾乎失去擴散作用。
[0013] 原位注入井注入是通過在污染場地建設(shè)注入井，將氧化藥劑W-定壓力通過注入 井篩管擴散到污染±層中從而將污染物降解的一種化學(xué)氧化修復(fù)系統(tǒng)。專利號NO US 2003/0069142的美國專利中公開了一種化學(xué)氧化注入井注入系統(tǒng)，該裝置在裝有固體粉末 狀藥劑的篩管前段設(shè)置導(dǎo)流擋板，篩管內(nèi)的藥劑溶解后隨著地下水流向通過導(dǎo)流擋板擴散 到目標區(qū)域從而修復(fù)污染±壤和地下水。專利號為US 2008/0174571A1的美國專利中公開 了一種化學(xué)氧化原位注入井修復(fù)技術(shù)，該修復(fù)系統(tǒng)通過注入井向地下注入過氧化氨、臭氧 及壓縮空氣氧化修復(fù)污染±壤和地下水。注入井的建井目前多采用美國Geoprobe鉆機或國 內(nèi)地質(zhì)鉆機(如30鉆機、汽車鉆），多采用回轉(zhuǎn)或沖擊鉆進方法，大型污染場地建井需要一定 的周期。
[0014] 現(xiàn)有的高壓旋噴粧基技術(shù)是一種地基處理施工技術(shù)，在巖±領(lǐng)域主要用于止水帷 幕、護坡粧等工程，利用旋噴鉆機成孔后下入噴射鉆桿，通過噴嘴在地下噴射高壓水泥漿， 通過切割±體形成固化粧體或止水帷幕，達到地基加固或者止水的作用。
[0015] W上修復(fù)技術(shù)應(yīng)用過程需要一系列的原位修復(fù)系統(tǒng)和修復(fù)方法，實現(xiàn)修復(fù)藥劑的 投加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有原位修復(fù)系統(tǒng)的注射壓力不足、注射效率低、 藥劑擴散半徑偏小、飽和層修復(fù)注射難W保證注漿量影響擴散效果等問題。進而提供一種 ±壤及地下水原位注入一-高壓旋噴注射原位修復(fù)系統(tǒng)及方法。
[0017] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0018] -種±壤及地下水原位注入一一高壓旋噴注射原位修復(fù)系統(tǒng)，包括:配藥站、配藥 站出口閥口、配藥站出口不誘鋼快速接頭、高壓注漿累進口閥口、高壓注漿累、高壓注漿累 出口閥口、高壓注漿管、空氣壓縮機、空氣壓縮機出口閥口、壓縮空氣管路、旋噴鉆機、動力 頭、高壓水接頭、高壓水接頭藥劑液流進口、高壓水接頭空氣流進口、第二重管水流接頭、旋 噴鉆機注漿鉆桿自動提升機構(gòu)、高壓噴射鉆桿、高壓噴射Ξ重鉆桿內(nèi)管、高壓噴射Ξ重鉆桿 外管、藥劑噴射噴嘴、空氣噴射噴嘴、硬質(zhì)合金塊和鉆頭;所述配藥站的出口安裝有配藥站 出口閥口，配藥站出口閥口由配藥站出口不誘鋼快速接頭與高壓注漿累進口閥口相連接， 高壓注漿累進口閥口與高壓注漿累入口相連接，高壓注漿累的出口連接有高壓注漿累出口 閥口；旋噴鉆機的動力頭下端安裝有高壓水接頭，高壓水接頭上分別安裝有高壓水接頭藥 劑液流進口、高壓水接頭空氣流進口和第二重管水流接頭，高壓注漿管的一端與高壓注漿 累出口閥口相連接，高壓注漿管的另一端與高壓水接頭藥劑液流進口相連接;動力頭的下 部安裝有卷揚鋼絲繩與旋噴鉆機注漿鉆桿自動提升機構(gòu)連接，高壓水接頭的下部安裝有高 壓噴射鉆桿、高壓噴射鉆桿由高壓噴射Ξ重鉆桿內(nèi)管和高壓噴射Ξ重鉆桿外管組裝而成， 高壓噴射Ξ重鉆桿內(nèi)管上設(shè)有藥劑噴射噴嘴，高壓噴射Ξ重鉆桿外管上設(shè)有空氣噴射噴 嘴，高壓噴射鉆桿的底端安裝有鉆頭，鉆頭上安裝有硬質(zhì)合金塊;高壓水接頭藥劑液流進口 與高壓噴射Ξ重鉆桿內(nèi)管相連通，高壓水接頭空氣流進口與高壓噴射Ξ重鉆桿外管相連 通;空氣壓縮機的出口連接有空氣壓縮機出口閥口，壓縮空氣管路的一端與空氣壓縮機出 口閥口相連接，壓縮空氣管路的一端與高壓水接頭空氣流進口相連接，第二重管水流接頭 與高壓水接頭相連接。
[0019] -種±壤及地下水原位注入一-高壓旋噴注射原位修復(fù)方法，
[0020] 步驟一:布點及引孔：
[0021] 按照Ξ角形法布點，布點參數(shù)保證藥劑擴散半徑范圍內(nèi)全部覆蓋修復(fù)區(qū)域，GPS測 點定位后，引孔鉆機就位注入點的中屯、點，在回轉(zhuǎn)沖擊鉆進過程中始終開啟空氣壓縮機，壓 縮空氣作為動力源，空氣壓縮機的空氣壓力為0.7~0.8MPa，采用氣動潛孔鍵沖擊回轉(zhuǎn)鉆進 方法成孔，所述注入點的孔徑口徑為110mm，孔深為3~5m，穿透雜填±硬層或原場地混凝± 等基礎(chǔ)即可，遇卵堿石層破碎易巧塌地層則需跟管鉆進成孔，W保證高壓注射階段高壓注 射鉆桿的順利下鉆；
[0022] 步驟二:修復(fù)藥劑的原位注入一一高壓旋噴注射：
[0023] 高壓注射修復(fù)采用二重管:利用氣、液流體，自下而上切割±體的同時在地層中擴 散，實現(xiàn)修復(fù)藥劑與±壤及地下水的充分混合;噴射鉆桿下鉆至設(shè)計修復(fù)最大深度后，開啟 高壓注漿累，噴射高壓液流的同時噴射壓縮空氣，通過旋噴鉆機自帶的自動提升機構(gòu)自下 而上邊提升邊旋轉(zhuǎn)鉆桿;藥劑噴射至修復(fù)設(shè)計頂面標高后，停止高壓注漿累，壓縮空氣繼續(xù) 噴射至完全提鉆后停止供氣；所述藥劑噴射過程空氣壓縮機的空氣壓力保持在0.7~ 0.8Mpa，高壓注漿累注射壓力為25~30Mpa，注漿流量20~12化/min，提升速度：5~20cm/ min，藥劑擴散半徑達到0.8~3.5m;
[0024] 步驟藥劑反應(yīng)后期監(jiān)測：
[0025] 完成修復(fù)藥劑注射待藥劑充分反應(yīng)后，在已完成一輪注射修復(fù)區(qū)域擴散半徑范圍 內(nèi)設(shè)立若干2英寸PVC的地下水監(jiān)測井及±樣采樣點，采取±壤及地下水樣品，現(xiàn)場快速結(jié) 合實驗室檢測獲取修復(fù)藥劑殘留、pH值W及污染物濃度的參數(shù)，W檢驗原位修復(fù)效果及監(jiān) 測藥劑殘留情況;該步驟作用在于指導(dǎo)藥劑投加參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，作為是否進行二輪或多 輪注射補充修復(fù)的依據(jù)。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是：
[0027] -、修復(fù)系統(tǒng)設(shè)計簡單、設(shè)備小、移動方便，優(yōu)越于其它如原位加熱、熱解吸或±壤 淋洗等技術(shù)需要復(fù)雜的設(shè)計或特殊的設(shè)備，如必要的尾氣或廢水系統(tǒng)。修復(fù)成本低于原位 加熱、熱解吸等技術(shù)?？勺罴训剡_到原位體系的修復(fù)效率及污染物的去除效果。
[002引二、相對于鉆頭高壓注射（如Geoprobe鉆機注射）等單管注射方式或化emgrout注 漿方式，本發(fā)明采用氣、液二重管高壓注射工藝，一方面注射壓力大(25~30Mpa)，而目前常 見的鉆頭注射最大壓力僅18Mpa，其注射壓力小修復(fù)藥劑的擴散半徑也相對較小且擴散不 均勻，加上單管注射遇淺層地下水修復(fù)場地返漿較為嚴重。另一方面注射修復(fù)藥劑液流過 程輔助高壓空氣流的作用使得修復(fù)藥劑在±壤及地下水環(huán)境的擴散效果明顯提升，擴散半 徑顯著增加。鉆頭高壓注射適應(yīng)地層少，對于低滲透性地層注射由于壓力不足及單管操作， 容易形成優(yōu)先壓裂等通道且注射效率偏低。另外，鉆頭注射系統(tǒng)由于配置注漿累流量較小， 存在注射效率低的問題。因此，本發(fā)明可克服鉆頭單管注射方法的擴散半徑小、返漿嚴重、 注射效率低等缺陷。
[0029] Ξ、本發(fā)明相對于建井注射技術(shù)，其應(yīng)用范圍極大地得到了擴展。現(xiàn)有技術(shù)僅適用 于中~高滲透性地層(如粉細砂、中粗砂等地層），而本發(fā)明的技術(shù)應(yīng)用地層范圍可擴展到 低~中滲透性地層(如粉質(zhì)粘±、粉±、渺泥質(zhì)粘±、粘±層）。注入井技術(shù)由于注射壓力很 小僅適宜于非飽和層或者地下水水位較深的場地，而本發(fā)明可適用于單獨±壤污染、±壤 和地下水復(fù)合污染(飽和層）、單獨地下水污染等情形，可解決原位注入過程的最大注漿量 及返漿問題，極大的提高了注射效率。同時，優(yōu)于注射井無法按深度延米控制藥劑注射參 數(shù)，可解決大型復(fù)雜污染場地±壤及地下水治理按深度分區(qū)優(yōu)化藥劑投加參數(shù)的需求。本 發(fā)明采用注入點（鉆孔）的方式替代了注射井，一方面節(jié)約了建井成本，一方面修復(fù)后場地 不存在PVC井等廢棄設(shè)施，完成藥劑注射施工后不用清理現(xiàn)場即可投入±地使用。本發(fā)明單 孔每延米注射量大，一般一輪注射(必要時采取復(fù)噴工藝）即可滿足工程設(shè)計需求，注入井 藥劑投加采用間歇式多次注射，因此注入井修復(fù)方式修復(fù)周期相對較長。
[0030] 四、使用本發(fā)明，在引孔階段采用氣動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進成孔方法，相對于注入井的建 井目前多采用美國Geoprobe鉆機或國內(nèi)地質(zhì)鉆機(如30鉆機、汽車鉆機等），多采用回轉(zhuǎn)或 沖擊鉆進方法，大型污染場地建井需要一定的周期。鉆進過程引入空氣流一方面提高了施 工效率及降低了成本，另一方面空氣流的引入有利于打開雜填±層±壤孔隙，為后期藥劑 注射非飽和層的藥劑均勻擴散提供了有利條件。該引孔方法成本較低、成本較低，為后續(xù)原 位注入一一高壓旋噴注射作業(yè)連續(xù)施工提供了時間保證。
[0031] 五、相對于與傳統(tǒng)的旋噴粧施工技術(shù)，本發(fā)明采用的氣(空氣）、液(修復(fù)藥劑)二重 管高壓注射工藝，擴散半徑設(shè)計基于劈裂理論及滲透擴散理論，藥劑擴散半徑二攬拌半徑+ 滲透擴散區(qū)半徑;而旋噴粧一般采用氣（空氣）、液(水）、液(水泥漿）的Ξ重管工藝，基于劈 裂理論，其成粧半徑遠小于本發(fā)明設(shè)計的擴散半徑，同時，Ξ重管工藝返漿嚴重，難W應(yīng)用 于±壤及地下水修復(fù)。
[0032] 六、相當于攬拌技術(shù)，如熱空氣吹脫深層攬拌，修復(fù)方式是自上而下，無法解決夾 屯、層的修復(fù)問題，本發(fā)明采用定深度注射修復(fù)，可解決攬拌技術(shù)擾動上部非污染部位、造成 二次污染嚴重及破壞地基承載力等缺陷和矛盾，同時機械攬拌能耗遠大于本發(fā)明采用氣 流、液流進行有效擴散的設(shè)備能耗。定深度修復(fù)解決了夾屯、層±壤及地下水修復(fù)難題，施工 后保持原有承載力，尤其對于砂層±壤及地下水修復(fù)經(jīng)濟優(yōu)勢和高效施工顯著。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明±壤及地下水原位注入一一高壓旋噴注射原位修復(fù)系統(tǒng)及工作原理 示意圖。
[0034] 圖2為圖1的A處放大圖。
[0035] 圖3為圖2的B-B剖視圖。
[0036] 圖4為圖2的C-C剖視圖。
[0037] 圖中的附圖標記，1為配藥站、2為配藥站出口閥口、3為配藥站出口不誘鋼快速接 頭、4為高壓注漿累進口閥口、5為高壓注漿累、6為高壓注漿累壓力表、7為高壓注漿累出口 閥口、8為高壓注漿管(及液流注入流向）、9為空壓機新鮮空氣入口、10為空氣壓縮機入口閥 Π 、11為空氣壓縮機、12為空壓機壓力表、13為空氣壓縮機出口閥口、14為壓縮空氣管路(及 空氣注入流向）、15為旋噴鉆機、16為動力頭、17為高壓水接頭、18為高壓水接頭藥劑液流進 口、19為高壓水接頭空氣流進口、20為第二重管水流接頭(關(guān)閉）、21為旋噴鉆機注漿鉆桿自 動提升機構(gòu)、22為高壓噴射鉆桿(Ξ重管）、23為高壓噴射Ξ重鉆桿內(nèi)管、24為高壓噴射Ξ重 鉆桿外管、25為引孔段、26為未旋噴段、27為旋噴注射修復(fù)段、28為藥劑噴射噴嘴、29為藥劑 噴射液流、30為空氣噴射噴嘴、31為空氣噴射氣流、32為硬質(zhì)合金塊、33為鉆頭、34為藥劑滲 透擴散區(qū)、35為藥劑劈裂攬拌區(qū)、36為藥劑擴散方向、37為雜填±層、38為粉質(zhì)粘±層、39為 粉細砂層(含水層）、40為粉質(zhì)粘±層、41為地下水水位埋深、R1為劈裂攬拌半徑、R2為滲透 擴散半徑(R1+R2為藥劑有效擴散半徑）。
【具體實施方式】
[0038] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明：本實施例在W本發(fā)明技術(shù)方案為 前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。
[0039] 如圖1~圖4所示，本實施例所設(shè)及的一種±壤及地下水原位注入一一高壓旋噴注 射原位修復(fù)系統(tǒng)，包括:配藥站1、配藥站出口閥口 2、配藥站出口不誘鋼快速接頭3、高壓注 漿累進口閥口4、高壓注漿累5、高壓注漿累出口閥口7、高壓注漿管8、空氣壓縮機11、空氣壓 縮機出口閥口13、壓縮空氣管路14、旋噴鉆機15、動力頭16、高壓水接頭17、高壓水接頭藥劑 液流進口 18、高壓水接頭空氣流進口 19、第二重管水流接頭20、旋噴鉆機注漿鉆桿自動提升 機構(gòu)21、高壓噴射鉆桿22、高壓噴射Ξ重鉆桿內(nèi)管23、高壓噴射Ξ重鉆桿外管24、藥劑噴射 噴嘴28、空氣噴射噴嘴30、硬質(zhì)合金塊32和鉆頭33;所述配藥站1的出口安裝有配藥站出口 閥口2,配藥站出口閥口2由配藥站出口不誘鋼快速接頭3與高壓注漿累進口閥口4相連接， 高壓注漿累進口閥口4與高壓注漿累5入口相連接，高壓注漿累5的出口連接有高壓注漿累 出口閥口7;動力頭16的下端安裝有高壓水接頭17,高壓水接頭17上分別安裝有高壓水接頭 藥劑液流進口 18、高壓水接頭空氣流進口 19和第二重管水流接頭20,高壓注漿管8的一端與 高壓注漿累出口閥口 7相連接，高壓注漿管8的另一端與高壓水接頭藥劑液流進口 18相連 接;動力頭16的下部安裝有卷揚鋼絲繩與旋噴鉆機注漿鉆桿自動提升機構(gòu)21連接，高壓水 接頭17的下部安裝有高壓噴射鉆桿22、高壓噴射鉆桿22由高壓噴射Ξ重鉆桿內(nèi)管23和高壓 噴射Ξ重鉆桿外管24組裝而成，高壓噴射Ξ重鉆桿內(nèi)管23上設(shè)有藥劑噴射噴嘴28,高壓噴 射Ξ重鉆桿外管24上設(shè)有空氣噴射噴嘴30,高壓噴射鉆桿22的底端安裝有鉆頭33,鉆頭33 上安裝有硬質(zhì)合金塊32;高壓水接頭藥劑液流進口 18與高壓噴射Ξ重鉆桿內(nèi)管23相連通， 高壓水接頭空氣流進口 19與高壓噴射Ξ重鉆桿外管24相連通;空氣壓縮機11的出口連接有 空氣壓縮機出口閥口13,壓縮空氣管路14的一端與空氣壓縮機出口閥口13相連接，壓縮空 氣管路14的一端與高壓水接頭空氣流進口 19相連接，高壓水接頭17上連接有第二重管水流 接頭20,第二重管水流接頭20封閉或外接水累(本實施例中封閉該接口）。
[0040] 所述藥劑噴射噴嘴28設(shè)置為兩個，兩個藥劑噴射噴嘴28水平180°分布;所述空氣 噴射噴嘴30設(shè)置為Ξ個，Ξ個空氣噴射噴嘴30水平120°分布，所述空氣噴射噴嘴30設(shè)置于 藥劑噴射噴嘴28下方100~200mm位置。
[0041] 所述高壓注漿累5的注漿壓力（藥劑注射壓力）為:25~30Mpa，空氣壓縮機11的空 氣壓力為:〇.7~O.SMpa。
[0042] 所述空氣壓縮機11為螺桿式空氣壓縮機。
[0043] 本實施例所設(shè)及的是一種±壤及地下水原位注入一一高壓旋噴注射原位修復(fù)方 法，包括如下步驟：
[0044] 步驟一:布點及引孔：
[0045] 按照Ξ角形法布點，布點參數(shù)保證藥劑擴散半徑范圍內(nèi)全部覆蓋修復(fù)區(qū)域，GPS測 點定位后，引孔鉆機就位注入點（鉆孔）的中屯、點，在回轉(zhuǎn)沖擊鉆進過程中始終開啟空氣壓 縮機，壓縮空氣作為動力源，空氣壓縮機的空氣壓力為0.7~0.8M化，采用氣動潛孔鍵沖擊 回轉(zhuǎn)鉆進方法成孔貓入點），所述注入點的孔徑口徑為110mm，孔深為3~5m，穿透雜填±硬 層或原場地混凝±等基礎(chǔ)即可，遇卵堿石層、破碎易巧塌地層則需跟管鉆進成孔(如采用鋼 套管），W保證高壓注射階段高壓注射鉆桿的順利下鉆；
[0046] 步驟二:修復(fù)藥劑的原位注入一一高壓旋噴注射：
[0047] 高壓注射修復(fù)采用二重管:利用氣(壓縮空氣）、液(修復(fù)藥劑溶液/漿液)流體，自 下而上切割±體的同時在地層中擴散，實現(xiàn)修復(fù)藥劑與±壤及地下水的充分混合;噴射鉆 桿下鉆至設(shè)計修復(fù)最大深度后，開啟高壓注漿累，噴射高壓液流(修復(fù)藥劑溶液/漿液)的同 時噴射壓縮空氣，通過旋噴鉆機自帶的自動提升機構(gòu)自下而上邊提升邊旋轉(zhuǎn)鉆桿;藥劑噴 射至修復(fù)設(shè)計頂面標高后，停止高壓注漿累，壓縮空氣繼續(xù)噴射至完全提鉆后停止供氣;所 述藥劑噴射過程空氣壓縮機的空氣壓力保持在0.7~0.8Mpa，高壓注漿累注射壓力為25~ 30Mpa，注漿流量20~120L/min，提升速度:5~20cm/min，藥劑擴散半徑達到0.8~3.5m;
[004引步驟Ξ:藥劑反應(yīng)后期監(jiān)測：
[0049]完成修復(fù)藥劑注射待藥劑充分反應(yīng)后，在已完成一輪注射修復(fù)區(qū)域擴散半徑范圍 內(nèi)設(shè)立若干2英寸PVC的地下水監(jiān)測井及±樣采樣點，采取±壤及地下水樣品，現(xiàn)場快速結(jié) 合實驗室檢測獲取修復(fù)藥劑殘留、pH值W及污染物濃度的參數(shù)，W檢驗原位修復(fù)效果及監(jiān) 測藥劑殘留情況;該步驟作用在于指導(dǎo)藥劑投加參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，作為是否進行二輪或多 輪注射補充修復(fù)的依據(jù)。
[(Κ)加 ]實施例1
[0051 ]本項目為南京某化工廠±壤及地下水修復(fù)工程，±壤修復(fù)工程量25.8萬方，地下 水修復(fù)工程量17萬平，工期要求150天。本場地±壤最大修復(fù)深度12m，存在兩層粉質(zhì)粘± 層、含水層為粉細砂層(分布在3~6m或4~7m)，地下水埋藏淺（約Im左右)且豐富?！廊兰暗?下水中的目標污染物為氯苯、苯、對/鄰硝基氯化苯等VOCs/SVOCs類有機物。修復(fù)介質(zhì)分為 ±壤及地下水復(fù)合污染、單獨地下水污染區(qū)域兩類。前期中試采用了注入井注入氧化劑的 試驗工作，存在成本高、擴散半徑小、不適宜粉質(zhì)粘±層及飽和層注射、施工進度慢、難W保 證注射量、返漿嚴重等缺陷。修復(fù)技術(shù)主要采用原位化學(xué)氧化技術(shù)。為了解決原位修復(fù)工程 中的復(fù)雜難題，該工程中±壤修復(fù)的61%、地下水修復(fù)工程量的66%采用了本發(fā)明作為原 位化學(xué)氧化的具體工藝，實踐表明單一工藝技術(shù)無法解決復(fù)雜污染場地的工程修復(fù)，高比 例的應(yīng)用情況也表明本發(fā)明的優(yōu)勢所在。
[0化2]系統(tǒng)施工效率：
[0053] (1)單套引孔設(shè)備引孔效率:50~70個孔/天(單孔按3m深度計，日工作8小時）。
[0054] (2)單套高壓旋噴設(shè)備處理能力:±壤修復(fù)為500~900方±壤/天;地下水修復(fù)為 500~700平地下水/天。
[0化日]方法優(yōu)勢：
[0056] (1)適用±層范圍廣:粉±、砂±、粉質(zhì)粘±等原始±層均可；
[0057] (2)可實現(xiàn)定深度修復(fù)，修復(fù)深度大、效率高；
[0058] (3)對地表無擾動，修復(fù)后對地基承載力基本無影響；
[0059] (4)注射壓力高，擴散半徑大，含水層效果尤為顯著；
[0060] (5)可同時修復(fù)±壤及地下水或單獨地下水。
[0061] ±壤及地下水原位注入一-高壓旋噴注射原位化學(xué)氧化修復(fù)方法應(yīng)用情況統(tǒng)計 表見表1。
[0062] 表1±壤及地下水應(yīng)用情況統(tǒng)計
[0063]
[0064] ±壤及地下水修復(fù)效果見表2、表3。
[0065] 表壤修復(fù)效果(原位注入一一高壓旋噴注射原位化學(xué)氧化修復(fù)工藝）
[0066]
[0069] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，運些【具體實施方式】都是基于本發(fā)明 整體構(gòu)思下的不同實現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域 的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該W權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種土壤及地下水原位注入一一高壓旋噴注射原位修復(fù)系統(tǒng)，包括:配藥站（1 )、配 藥站出口閥門（2)、配藥站出口不銹鋼快速接頭(3)、高壓注漿栗進口閥門（4)、高壓注漿栗 (5)、高壓注漿栗出口閥門（7)、高壓注漿管（8)、空氣壓縮機（11)、空氣壓縮機出口閥門 (13)、壓縮空氣管路(14)、旋噴鉆機(15)、動力頭（16)、高壓水接頭（17)、高壓水接頭藥劑液 流進口（ 18)、高壓水接頭空氣流進口（ 19)、第二重管水流接頭(20)、旋噴鉆機注漿鉆桿自動 提升機構(gòu)（21 )、高壓噴射鉆桿（22 )、高壓噴射三重鉆桿內(nèi)管（23 )、高壓噴射三重鉆桿外管 (24)、藥劑噴射噴嘴(28)、空氣噴射噴嘴(30)、硬質(zhì)合金塊(32)和鉆頭(33);其特征在于，所 述配藥站（1)的出口安裝有配藥站出口閥門（2)，配藥站出口閥門（2)由配藥站出口不銹鋼 快速接頭(3)與高壓注漿栗進口閥門（4)相連接，高壓注漿栗進口閥門（4)與高壓注漿栗(5) 入口相連接，高壓注漿栗(5)的出口連接有高壓注漿栗出口閥門（7);旋噴鉆機（15)的動力 頭（16)下部連接有高壓水接頭（17 )，高壓水接頭（17)上分別安裝有高壓水接頭藥劑液流進 口（ 18)、高壓水接頭空氣流進口（ 19)和第二重管水流接頭(20)，高壓注漿管(8)的一端與高 壓注漿栗出口閥門（7)相連接，高壓注漿管(8)的另一端與高壓水接頭藥劑液流進口（18)相 連接;動力頭（16)的下部安裝有卷揚鋼絲繩與旋噴鉆機注漿鉆桿自動提升機構(gòu)（21)連接， 高壓水接頭（17)的下部安裝有高壓噴射鉆桿(22 )，高壓噴射鉆桿(22)由高壓噴射三重鉆桿 內(nèi)管(23)和高壓噴射三重鉆桿外管(24)組裝而成，高壓噴射三重鉆桿內(nèi)管(23)上設(shè)有藥劑 噴射噴嘴(28)，高壓噴射三重鉆桿外管(24)上設(shè)有空氣噴射噴嘴(30)，高壓噴射鉆桿(22) 的底端安裝有鉆頭（33)，鉆頭（33)上安裝有硬質(zhì)合金塊（32);高壓水接頭藥劑液流進口 (18)與高壓噴射三重鉆桿內(nèi)管(23)相連通，高壓水接頭空氣流進口（19)與高壓噴射三重鉆 桿外管(24)相連通;空氣壓縮機（11)的出口連接有空氣壓縮機出口閥門（13)，壓縮空氣管 路（14)的一端與空氣壓縮機出口閥門（13)相連接，壓縮空氣管路(14)的一端與高壓水接頭 空氣流進口（19)相連接，第二重管水流接頭(20)與高壓水接頭（17)相連接，第二重管水流 接頭(20)處于封閉狀態(tài)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤及地下水原位注入一一高壓旋噴注射原位修復(fù)系統(tǒng)，其 特征在于，所述藥劑噴射噴嘴(28)設(shè)置為兩個，兩個藥劑噴射噴嘴(28)水平180°分布;所述 空氣噴射噴嘴（30)設(shè)置為三個，三個空氣噴射噴嘴（30)水平120°分布，所述空氣噴射噴嘴 (30)設(shè)置于藥劑噴射噴嘴(28)下方100~200_位置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤及地下水原位注入一一高壓旋噴注射原位修復(fù)系統(tǒng)，其 特征在于，所述高壓注漿栗(5)的注漿壓力為:25~30Mpa，空氣壓縮機（11)的空氣壓力為： 0·7~0·8Mpa〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤及地下水原位注入一一高壓旋噴注射原位修復(fù)系統(tǒng)，其 特征在于，所述空氣壓縮機(11)為螺桿式空氣壓縮機。5. -種土壤及地下水原位注入一一高壓旋噴注射原位修復(fù)方法，其特征在于， 步驟一:布點及引孔： 按照三角形法布點，布點參數(shù)保證藥劑擴散半徑范圍內(nèi)全部覆蓋修復(fù)區(qū)域，GPS測點定 位后，引孔鉆機就位注入點的中心點，在回轉(zhuǎn)沖擊鉆進過程中始終開啟空氣壓縮機，壓縮空 氣作為動力源，空氣壓縮機的空氣壓力為〇. 7~0.8MPa，采用氣動潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法 成孔，所述注入點的孔徑口徑為110mm，孔深為3~5m，穿透雜填土硬層或原場地混凝土等基 礎(chǔ)即可，遇卵礫石層、破碎易坍塌地層則需跟管鉆進成孔，以保證高壓注射階段高壓注射鉆 桿的順利下鉆； 步驟二:修復(fù)藥劑的原位注入一一高壓旋噴注射： 高壓注射修復(fù)采用二重管：利用氣、液流體，自下而上切割土體的同時在地層中擴散， 實現(xiàn)修復(fù)藥劑與土壤及地下水的充分混合;噴射鉆桿下鉆至設(shè)計修復(fù)最大深度后，開啟高 壓注漿栗，噴射高壓液流的同時噴射壓縮空氣，通過旋噴鉆機自帶的自動提升機構(gòu)自下而 上邊提升邊旋轉(zhuǎn)鉆桿;藥劑噴射至修復(fù)設(shè)計頂面標高后，停止高壓注漿栗，壓縮空氣繼續(xù)噴 射至完全提鉆后停止供氣;所述藥劑噴射過程空氣壓縮機的空氣壓力保持在0.7~0.8Mpa， 高壓注漿栗注射壓力為25~30Mpa，注漿流量20~120L/min，提升速度：5~20cm/min，藥劑 擴散半徑達到0.8~3.5m; 步驟三:藥劑反應(yīng)后期監(jiān)測： 完成修復(fù)藥劑注射待藥劑充分反應(yīng)后，在已完成一輪注射修復(fù)區(qū)域擴散半徑范圍內(nèi)設(shè) 立若干2英寸PVC的地下水監(jiān)測井及土樣采樣點，采取土壤及地下水樣品，現(xiàn)場快速結(jié)合實 驗室檢測獲取修復(fù)藥劑殘留、pH值以及污染物濃度的參數(shù)，以檢驗原位修復(fù)效果及監(jiān)測藥 劑殘留情況;該步驟作用在于指導(dǎo)藥劑投加參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，作為是否進行二輪或多輪注 射補充修復(fù)的依據(jù)。
【文檔編號】C02F1/74GK105964678SQ201610464626
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】楊樂巍, 李書鵬, 郭麗莉, 劉鵬, 張岳, 宋曉威, 陳凡, 尹鵬程, 汪福旺, 劉巖, 牛強, 卜凡陽
【申請人】北京建工環(huán)境修復(fù)股份有限公司