CN111330969A - 用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于污染场地修复的撬装式注射‑曝气耦合装备及使用方法，通过在集装箱体内设置若干组预制药剂用的通路，包括顺次连接的药剂初配单元、第一动力传输单元、药剂暂存单元、第二动力传输单元，第二动力传输单元连接到药剂注射单元完成注射作业，以压缩空气供应装置为药剂暂存单元和药剂注射单元调节工作压力；整体设备运作的过程中，通过控制器控制，并通过传感单元反馈的信号数据进行控制调节。本发明主要用于污染场地的原位修复，可进行高压注射和中低压注射，适用于各类地质的污染场地，药剂混合性能强，可以对污染区注射液体、液气，以及曝气等多种修复操作，并具备疏通注射井功能，能够快速调整注射压力等功能，具有较好的应用前景。

Description

用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备及使用方法

技术领域

本发明属于固体废物的处理；被污染土壤再生的技术领域，特别涉及一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备及使用方法。

背景技术

近年来，随着我国城市化进程加快，以及国家“退二进三”、“退城进园”旧城改造政策的实施，出现了大量冶金、化工、石化、钢铁、农药、机械制造等重污染行业的企业搬迁而遗留的场地，其在多年的生产过程中排放了大量重金属、挥发性有机物、农药、多环芳烃、多氯联苯以及阻燃剂等污染物，严重污染了工业场地土壤和地下水，污染土层深度可达数米至数十米。随着越来越多的城市工业用地转变为居住用地和绿化、娱乐等公共用地，暴露的污染土壤对人居环境与人群健康构成严重威胁，由污染土壤引发的环境纠纷和人身危害事故时有发生和报道，污染土壤的治理工作成为中国不可避免的、关系民生的重要工作。

污染场地原位修复技术具有对场地干扰小、施工过程不易产生二次污染、施工成本低等优点，近些年来逐渐受到行业从业者和专家学者的关注，但是其也存在着不能忽视的问题，包括：

（1）不同污染场地，甚至同场地不同污染区域的地质条件差异较大，导致采用相同的注射压力，在高渗透性区域注药速度过快，而在低渗透性区域注药速度过慢，影响了设备的使用效果；

（2）在一些均质性较差的场地注射药剂，或者当注射井密封不严时，容易出现地表冒浆问题，即药剂从地表冒出，不仅浪费药剂，而且当冒浆时间较长时，对注射井有较大的破坏作用，甚至令其报废，影响了现场的修复进度；

（3）在一些低渗透性污染场地，注射井的筛孔容易被堵塞，影响了药剂的注射效率，通过在注射井外包裹纱布等措施也无法解决问题。

发明内容

本发明针对上述污染场地原位注射药剂时存在技术问题，提供了一种优化的用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备及使用方法。

本发明所采用的技术方案是，一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备，包括集装箱体，所述集装箱体内设有若干药剂初配单元，任一药剂初配单元通过第一动力传输单元连接到药剂暂存单元，所有的所述药剂暂存单元分别通过第二动力传输单元连接至药剂注射单元，所述药剂暂存单元和药剂注射单元配合设有压缩空气供应装置；所述药剂初配单元、第一动力传输单元、第二动力传输单元和药剂注射单元配合设有传感单元，所述药剂初配单元、第一动力传输单元、第二动力传输单元、药剂注射单元、压缩空气供应装置和传感单元连接至控制器。

优选地，任一所述药剂初配单元包括配置罐，所述配置罐内设有同轴的搅拌桨；所述搅拌桨通过电机连接至控制器。

优选地，所述第一动力传输单元包括与药剂初配单元连接的第一传输泵，所述第一传输泵的输出端通过管路连接至药剂暂存单元；所述第一传输泵为隔膜泵和/或离心泵。

优选地，所述药剂暂存单元包括对应药剂初配单元设置的若干储药箱，任一所述储药箱的一端连接至对应的第一动力传输单元，储药箱的另一端连接至对应的第二动力传输单元；所述储药箱连接有入水管。

优选地，压缩空气供应装置的输出端连接至主管的一端，所述主管的另一端贯穿储药箱且设于储药箱内；储药箱内的所述主管连接有若干PVC管，任一所述PVC管设有开孔，所述主管和PVC管空间连通。

优选地，所述第二动力传输单元包括与药剂暂存单元连接的第二传输泵，所述第二传输泵的输出端通过管路连接至药剂注射***；所述第二传输泵为柱塞泵和/或射流泵。

优选地，所述柱塞泵和/或射流泵配合连接有储气罐。

优选地，所述药剂注射***包括与所有的第二动力传输单元空间连通的混合器，所述混合器的输出端连接有若干注射口，任一所述注射口设于集装箱体的外侧。

优选地，所述传感单元包括分别与所有第一动力传输单元及第二动力传输单元配合的若干压力传感器和若干流量传感器，任一所述压力传感器和流量传感器连接至控制器，所述控制器连接至第一动力传输单元、第二动力传输单元及报警单元。

一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备的使用方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据需要被注射的一种或多种药剂选择作为第一动力传输单元和第二动力传输单元的隔膜泵或离心泵；装备初始化；

步骤2：在需要被用到的配置罐中加入预设量的水，将药剂根据性质加入到不同的配置罐中，启动电机，搅拌桨工作，将药剂配制成液态药剂；

步骤3：通过控制器开启第一动力传输单元，将配置完毕的液态药剂传输至对应的储药箱；同时，开启入水管，启动压缩空气供应装置，往储药箱底部注入空气，将药剂稀释均匀至预设的浓度；

步骤4：控制器获得注射命令，控制第二动力传输单元开启，以预设流量传输稀释后的药剂在第二传输泵内混合，再进入混合器充分混合，混合均匀后，通过注射口向污染场地注入；所述第二传输泵为柱塞泵和/或射流泵；

步骤5：控制器获得压力传感器和流量传感器的数据，通过控制电动阀调整注射流量始终处于预设范围内；

若压力突然下降，则启动警报，停止修复；

若在恒定压力下，药剂流量逐渐减小，则停止注射药剂，启动压缩空气供应装置，往相应的注射井内注射压缩空气，直至注射井恢复正常；

步骤6：重复步骤5，直至修复结束。

本发明提供了一种优化的用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备及使用方法，通过在集装箱体内设置若干组预制药剂用的通路，包括顺次连接的药剂初配单元、第一动力传输单元、药剂暂存单元、第二动力传输单元，最后所有的第二动力传输单元连接到药剂注射单元完成注射作业，同时，以压缩空气供应装置为药剂暂存单元和药剂注射单元调节工作压力；整体设备运作的过程中，通过控制器控制，并通过传感单元反馈的信号数据进行控制调节。

本发明具有如下有益效果：

（1）通过合理设置第二传输泵及其组合，实现液-液、液-气药剂混合均匀且高压注射，装备最终可以实现中低压注射和高压注射，对不同类型场地适用性好；

（2）注射功能齐全，可以对污染区注射液体、液气、曝气等多种修复操作，可用于强化生物修复以及化学氧化/还原处理工作，既可同时注射增溶剂和氧化/还原剂、催化剂和氧化/还原剂、调节剂和氧化/还原剂、调节剂和生物药剂、气液混合剂等，也可用于曝气注射，曝气气体类型可以是氧气、空气、微纳米气体或者臭氧，根据工艺要求，实现高效氧化/还原或者生物修复；

（3）具备疏通注射井功能；一些注射井在使用过程中会被淤泥堵塞，影响注射井的使用，当控制器锁定堵塞的注射井后，通过压缩空气供应装置往注射井内注入高压气体进行疏通，从而恢复注射井的性能；

（4）能够快速调整注射压力，适用于各类地质的污染场地；药剂注射过程中，控制器获得注射口的压力传感器和流量传感器数据，通过控制电动阀调整注射流量，使其在设计值上下波动；

（5）储药箱药剂混合性能强，通过药剂暂存单元与压缩空气供应装置间的配合，利用气泡上浮对储药箱的液体进行搅拌，特别适用于悬浮液的搅拌。

综上，本发明主要用于污染场地的原位修复，可进行高压注射和中低压注射，适用于各类地质的污染场地，药剂混合性能强，可以对污染区注射液体、液气，以及曝气等多种修复操作，并具备疏通注射井功能，能够快速调整注射压力等功能，具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中，药剂暂存单元内端底部的主管和PVC管的结构示意图，其中，箭头所示为气体传输的方向。

具体实施方式

下面结合实施案例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的实施范围并不限于此。

本发明涉及一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备，包括集装箱体1，所述集装箱体1内设有若干药剂初配单元，任一药剂初配单元通过第一动力传输单元2连接到药剂暂存单元，所有的所述药剂暂存单元分别通过第二动力传输单元3连接至药剂注射单元，所述药剂暂存单元和药剂注射单元配合设有压缩空气供应装置4；所述药剂初配单元、第一动力传输单元2、第二动力传输单元3和药剂注射单元配合设有传感单元，所述药剂初配单元、第一动力传输单元2、第二动力传输单元3、药剂注射单元、压缩空气供应装置4和传感单元连接至控制器。

本发明中，装备的工作部件均设置在集装箱体1内，显而易见地，为了便于操作，药剂注射单元的部分用于注射的部件可以设置在集装箱体1外侧。

本发明中，原则上来说，集装箱体1内设置若干隔板5，用于对不同的单元间安全隔离，如控制器外侧、药剂注射单元和药剂暂存单元间。

本发明中，集装箱体1内设置多路药剂预制通路，基于不同的通路、不同的零部件，可以用于1种或多种药剂的预先配置，并在最后整体混合后输出。一般情况下，药剂预制通路为2路。

本发明中，药剂初配单元用于溶解固体药剂、稀释液体药剂或配制非液体药剂；药剂暂存单元用于将初步配制后的药剂稀释到注射浓度并进行临时保存；药剂注射单元用于将配制好的药剂导出并注入地下；药剂初配单元和药剂暂存单元间、药剂暂存单元和药剂注射单元间分别通过第一动力传输单元2、第二动力传输单元3辅以动力进行导通和运输；以压缩空气供应装置4为药剂暂存单元和药剂注射单元调节工作压力。

本发明中，传感单元用于监测设备内的运作情况，并反馈到可编程序控制器，由可编程序控制器进行合理的控制；通过控制电动阀调整注射流量，使其在设计值上下波动，若压力突然下降，则启动警报；注射过程中，如果恒定压力下，药剂流量逐渐减小，则停止注射药剂，启动压缩空气供应装置，往相应的注射井内注射压缩空气，直至注射井恢复正常。

本发明中，控制器的设置为本领域技术人员容易理解的内容，本领域技术人员可以依据需求及装备完成的功能自行选择，图中未显示。

任一所述药剂初配单元包括配置罐6，所述配置罐6内设有同轴的搅拌桨；所述搅拌桨通过电机连接至控制器。

本发明中，配置罐6设置于集装箱体1相对于药剂注射单元的一端，以电机带动搅拌桨搅拌其内加入的药剂，搅拌桨支架通过法兰固定于配置罐6上。

本发明中，在配置罐6内设置搅拌桨并连接电机为本领域常见的安装方式，本领域技术人员可依据需求自行设计。

所述第一动力传输单元2包括与药剂初配单元连接的第一传输泵，所述第一传输泵的输出端通过管路连接至药剂暂存单元；所述第一传输泵为隔膜泵和/或离心泵。

本发明中，由于置入的药剂存在性质差异，为了提升设备整体的使用寿命、提高设备的使用效率，故在药剂初配单元和药剂暂存单元间设置第一传输泵，且第一传输泵为隔膜泵或离心泵；一般来说，可以根据需求自行选择第一传输泵的属性，即第一动力传输单元2可以均为隔膜泵、均为离心泵或隔膜泵和离心泵的组合，以满足不同的药剂注入需求。

所述药剂暂存单元包括对应药剂初配单元设置的若干储药箱7，任一所述储药箱7的一端连接至对应的第一动力传输单元2，储药箱7的另一端连接至对应的第二动力传输单元3；所述储药箱7连接有入水管14。

压缩空气供应装置4的输出端连接至主管8的一端，所述主管8的另一端贯穿储药箱7且设于储药箱7内；储药箱7内的所述主管8连接有若干PVC管9，任一所述PVC管9设有开孔10，所述主管8和PVC管9空间连通。

所述第二动力传输单元3包括与药剂暂存单元连接的第二传输泵，所述第二传输泵的输出端通过管路连接至药剂注射***；所述第二传输泵为柱塞泵和/或射流泵。

所述柱塞泵和/或射流泵配合连接有储气罐11。

本发明中，储药箱7内侧的PVC管9均匀设置在底部；通过压缩空气供应装置4注入空气，并根据供药速度调整空气流速，实现单个储药箱7内药剂的混匀。

本发明中，压缩空气供应装置4向主管8供气，气体通过PVC管9上的开孔10释出，保证了供气的均匀。

本发明中，由于置入的药剂存在性质差异，为了提升设备整体的使用寿命、提高设备的使用效率等，故在药剂暂存单元和药剂注射单元间设置第二传输泵，且第二传输泵为柱塞泵和/或射流泵；一般来说，生产过程中可以根据需求自行选择第二传输泵的运行属性，即第二动力传输单元3可以只运行柱塞泵或射流泵或射流泵与柱塞泵配合运行，射流泵的射流器负压口前端设置有气相管路和液相管路切换功能，以满足不同需求下气、液药剂的导出、注射需求。

本发明中，可以以射流泵和/或柱塞泵搭配使用，实现液-液、液-气药剂混合均匀且高压注射；射流泵是一种集吸气/液和混合反应于一体的设备，其混合气室的设计可以实现强劲的水流与空气或液体混合喷射，使搅拌均匀、完全，产生的气泡多而细腻，促使气体溶解效率提高，可用于液-气相混合、液-液相混合，还可以用于气-气相混合以及气-液相混合，结构简单、工作可靠、噪音低、无污染、使用寿命长、极少维修、管理简便；而柱塞泵的最大注射压力可达20 MPa，远高于直推注射设备的0.6 MPa~0.8 MPa，更有利于药剂扩散，在渗透性系数较低的粉土、粉粘土层注射效果更好。

本发明中，具体来说，射流泵和/或柱塞泵的配合包括：

（1）采用射流泵进行药剂混合和注射，具有一定压力的工作流体通过喷嘴高速喷出，使压力能转化速度能，在喷嘴出口区域形成真空，从而将被抽介质吸引出来，两股介质在扩压管内进行混合及能量交换，并使速度能还原成压力能，最后以高于大气压力而排出；

（2）以柱塞泵与射流泵串联或并联，因而设备可中低压注射和高压注射，对不同类型场地适用性好；

射流泵和/或柱塞泵组合使得注射功能齐全，可以对污染区注射液体、液气，以及曝气等多种修复操作，可用于强化生物修复以及化学氧化/还原处理工作，可同时注射增溶剂和氧化/还原剂、催化剂和氧化/还原剂、调节剂和氧化/还原剂、调节剂和生物药剂、气液混合剂等，也可用于曝气注射，曝气气体类型可以是氧气、空气、微纳米气体或者臭氧，根据工艺要求，实现高效氧化/还原或者生物修复。

本发明中，在射流泵的射流器负压口前端设置一储气罐11，储气罐11可接微纳米曝气泵、臭氧泵、氧气泵或者常规曝气泵，实现污染区域微纳米气、臭氧、氧气或者空气曝气功能。

所述药剂注射***包括与所有的第二动力传输单元3空间连通的混合器12，所述混合器12的输出端连接有若干注射口13，任一所述注射口13设于集装箱体1的外侧。

本发明中，药剂注射***自第二动力传输单元3获得1种或多种药剂后，由混合器12进行混合并由注射口13对已经在污染场地中设置完毕的注射井进行注射。

本发明中，药剂注射单元与压缩空气供应装置4配合，是因为一些注射井在使用过程中会被淤泥堵塞，影响注射井的使用，当控制器锁定堵塞的注射井后，通过压缩空气供应装置4往注射井内注入高压气体进行疏通，从而恢复注射井的性能。

所述传感单元包括分别与所有第一动力传输单元2及第二动力传输单元3配合的若干压力传感器和若干流量传感器，任一所述压力传感器和流量传感器连接至控制器，所述控制器连接至第一动力传输单元2、第二动力传输单元3及报警单元。

本发明中，以与药剂初配单元与第一动力传输单元2，如离心泵的配合为例，其设置于配置罐6的侧边，与配置罐6下方侧壁的出药口通过管道连接，离心泵的输出端设置流量传感器、压力传感器，其本身配置有电动阀门；在药剂传输过程中，流量传感器和压力传感器的数据会传输至控制器，如果药剂传输参数与设计不一致，则控制器通过电动阀门对当前离心泵进行调节。

本发明中，隔膜泵、柱塞泵、射流泵同理。

本发明还涉及一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备的使用方法，所述方法包括以下步骤。

步骤1：根据需要被注射的一种或多种药剂选择作为第一动力传输单元2和第二动力传输单元3的隔膜泵或离心泵；装备初始化。

本发明中，严格来说，当使用的药剂均为液态时，可以选择多条通路共同作业，也可以顺次往同一条通路中注入不同的药剂，仅达到混合的效果即可；而若涉及非液态药剂，则应尽可能将药剂分开进行配置并导入。

步骤2：在需要被用到的配置罐6中加入预设量的水，将药剂根据性质加入到不同的配置罐6中，启动电机，搅拌桨工作，将药剂配制成液态药剂；

步骤3：通过控制器开启第一动力传输单元2，将配置完毕的液态药剂传输至对应的储药箱7；同时，开启入水管14，启动压缩空气供应装置4，往储药箱7底部注入空气，将药剂稀释均匀至预设的浓度；

步骤4：控制器获得注射命令，控制第二动力传输单元3开启，以预设流量传输稀释后的药剂在第二传输泵内混合，再进入混合器12充分混合，混合均匀后，通过注射口13向污染场地注入；所述第二传输泵为柱塞泵和/或射流泵；

本发明中，在步骤4中，当采用射流泵作为第二传输泵时，可以直接实现液-液、液气药剂混合，实现两种药剂同步注射或药剂注射及曝气耦合功能；而对于低渗透性场地，无法通过射流泵将药剂按设计要求注入污染区的场地，则启动柱塞泵，通过切换阀门，提高注射压力，使之与射流泵串联或者直接利用柱塞泵将药剂注入到污染区。

步骤5：控制器获得压力传感器和流量传感器的数据，通过控制电动阀调整注射流量始终处于预设范围内；

若压力突然下降，则启动警报，停止修复；

若在恒定压力下，药剂流量逐渐减小，则停止注射药剂，启动压缩空气供应装置4，往相应的注射井内注射压缩空气，直至注射井恢复正常；

本发明中，突然下降是指压力在预设的时间内以超过预设的速度下降。

步骤6：重复步骤5，直至修复结束。

本发明装备可用于各类地质的污染场地，药剂混合性能强，可以对污染区注射液体、液气，以及曝气等多种修复操作，并具备疏通注射井功能，能够快速调整注射压力等功能；同时，移动方便、使用高效、使用寿命长、施工过程安全性高、施工作业环境好，具有较好的应用前景。

Claims (10)

1.一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备，包括集装箱体，其特征在于：所述集装箱体内设有若干药剂初配单元，任一药剂初配单元通过第一动力传输单元连接到药剂暂存单元，所有的所述药剂暂存单元分别通过第二动力传输单元连接至药剂注射单元，所述药剂暂存单元和药剂注射单元配合设有压缩空气供应装置；所述药剂初配单元、第一动力传输单元、第二动力传输单元和药剂注射单元配合设有传感单元，所述药剂初配单元、第一动力传输单元、第二动力传输单元、药剂注射单元、压缩空气供应装置和传感单元连接至控制器。

2.根据权利要求1所述的一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备，其特征在于：任一所述药剂初配单元包括配置罐，所述配置罐内设有同轴的搅拌桨；所述搅拌桨通过电机连接至控制器。

3.根据权利要求1所述的一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备，其特征在于：所述第一动力传输单元包括与药剂初配单元连接的第一传输泵，所述第一传输泵的输出端通过管路连接至药剂暂存单元；所述第一传输泵为隔膜泵和/或离心泵。

4.根据权利要求1所述的一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备，其特征在于：所述药剂暂存单元包括对应药剂初配单元设置的若干储药箱，任一所述储药箱的一端连接至对应的第一动力传输单元，储药箱的另一端连接至对应的第二动力传输单元；所述储药箱连接有入水管。

5.根据权利要求4所述的一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备，其特征在于：压缩空气供应装置的输出端连接至主管的一端，所述主管的另一端贯穿储药箱且设于储药箱内；储药箱内的所述主管连接有若干PVC管，任一所述PVC管设有开孔，所述主管和PVC管空间连通。

6.根据权利要求1所述的一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备，其特征在于：所述第二动力传输单元包括与药剂暂存单元连接的第二传输泵，所述第二传输泵的输出端通过管路连接至药剂注射***；所述第二传输泵为柱塞泵和/或射流泵。

7.根据权利要求6所述的一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备，其特征在于：所述柱塞泵和/或射流泵配合连接有储气罐。

8.根据权利要求1所述的一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备，其特征在于：所述药剂注射***包括与所有的第二动力传输单元空间连通的混合器，所述混合器的输出端连接有若干注射口，任一所述注射口设于集装箱体的外侧。

9.根据权利要求1所述的一种用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备，其特征在于：所述传感单元包括分别与所有第一动力传输单元及第二动力传输单元配合的若干压力传感器和若干流量传感器，任一所述压力传感器和流量传感器连接至控制器，所述控制器连接至第一动力传输单元、第二动力传输单元及报警单元。

10.一种权利要求1~9之一的用于污染场地修复的撬装式注射-曝气耦合装备的使用方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据需要被注射的一种或多种药剂选择作为第一动力传输单元和第二动力传输单元的隔膜泵或离心泵；装备初始化；

步骤2：在需要被用到的配置罐中加入预设量的水，将药剂根据性质加入到不同的配置罐中，启动电机，搅拌桨工作，将药剂配制成液态药剂；

步骤3：通过控制器开启第一动力传输单元，将配置完毕的液态药剂传输至对应的储药箱；同时，开启入水管，启动压缩空气供应装置，往储药箱底部注入空气，将药剂稀释均匀至预设的浓度；

步骤4：控制器获得注射命令，控制第二动力传输单元开启，以预设流量传输稀释后的药剂在第二传输泵内混合，再进入混合器充分混合，混合均匀后，通过注射口向污染场地注入；所述第二传输泵为柱塞泵和/或射流泵；

步骤5：控制器获得压力传感器和流量传感器的数据，通过控制电动阀调整注射流量始终处于预设范围内；

若压力突然下降，则启动警报，停止修复；

若在恒定压力下，药剂流量逐渐减小，则停止注射药剂，启动压缩空气供应装置，往相应的注射井内注射压缩空气，直至注射井恢复正常；

步骤6：重复步骤5，直至修复结束。

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