CN205719868U - 污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的试验*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的示踪试验***。本实用新型包括原位注入布点及引孔单元、示踪剂及修复药剂注射单元和地下水示踪剂监测及快速检测单元。所述钢套管内设有钢筛管，钢筛管内设有机械膀胱泵，钢筛管的下端设有抛弃式钻头，气囊泵为机械膀胱泵供气，机械膀胱泵出水管与过滤器的入水口相连通，水质监测仪与过滤器相连接，过滤器与烧杯相连通，烧杯内分别设有溴电极、温度电极和参比电极，溴电极、温度电极和参比电极均通过万向电极架和pH/离子浓度快速检测仪相连接。本实用新型适用于土壤及地下水原位注入试验及修复施工中，扩散半径的确定及原位修复药剂扩散效果的监测和检验。

Description

污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的试验***

技术领域

本实用新型涉及一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的试验***，属于污染土壤及地下水修复***设计及修复监测***技术领域。

背景技术

土壤地下水污染及修复近年来受到了重视，诸多地下水原位修复技术，如可渗透性反应墙(PRB)、抽出-处理、原位化学修复、原位微生物修复等技术在国内得到了工程应用。原位注入技术相对于搅拌技术能耗较低，因而应用更广，尤其是地下水修复领域，含水层的良好的渗透性有利于水溶性强的修复药剂的添加。原位修复技术受到青睐的重要原因，是因其能解决深层土壤及地下水污染问题，避免了深基坑开挖、降水、二次污染等问题，安全性及经济性也大大提高。

修复药剂有效扩散半径的确定和优化设计是原位注入修复(原位化学氧化/还原、原位微生物修复)中的首要任务，有效扩散半径(R₀)是工程设计的最关键技术参数之一，设计是否合理直接影响修复工程的成败。设计值过大修复区域不能完全覆盖导致出现修复“死角”，设计值偏小造成返浆严重且机械成本大大增加。

岩土注浆领域(如旋喷桩)半径的确定，一般通过现场试验开挖实测或采用钻机取芯法、静力触探、超声波检测法等技术测试。由于其形成固化桩体，相对容易测量获得较为准确的半径数据。但该方法难以应用于以水溶性为主的修复药剂的扩散半径测试中。

注入井原位修复工艺中目前也多采用经验法设计药剂扩散半径，对于水文地质条件复杂污染场地未通过现场试验确定有效扩散半径参数，具有较大的盲目性。注入井本身对于粘土层的适应性差，也限制了其在粘土为主的场地的应用，注射压力的偏低难以应用观察法等方法。

申请号为201110314616.2的“基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷桩直径确定方法”的中国发明专利，公开了一种高压旋喷基础加固施工的固化体半径的确定方法，根据土层的临界破坏速度、喷嘴出口处的水泥浆流速及沿喷射距离的衰变系数，确定固化桩体直径。该方法较经验法有所改进，但仍无法解决原位注入高压注射条件下修复药剂的渗透扩散半径问题。

申请号为201510159423.2的“一种铬污染的原位修复方法”中国发明专利，存在布孔方式未根据土层渗透性的差异考虑修复药剂有效反应周期内地下水的流动影响，重叠区域过大不经济等缺点。

利用Geoprobe平台及其定深取样***进行直推式定深快速取样，技术成熟稳定，管径小，各配件均可冲洗后重复利用，成本低，对地层扰动小，取样效率、分辨率高，有利于真实准确的示踪剂数据捕获。而传统中空螺旋钻或预制式监测井设立，耗时长，成本高，管径大，需填料作业，对地层扰动较大，不利于获取真实准确的示踪剂数据捕获。

利用机械膀胱泵取样，手动操作，成本低，泵体自带筛管二次过滤，扰动小，易获得具有代表性的样品；小型不锈钢贝勒管取样，扰动较大，无二次筛滤，样品易浑浊；慢速洗井取样，***复杂，需电力驱动，安装繁琐，成本高不经济。

以上几种土壤及地下水的原位修复、监测及检测技术，其应用很大程度受到现场场地条件、污染物种类等诸多因素的制约，使得此类技术的适用范围、应用成本、控制及修复效率等仍有许多待改进和强化之处，尤其是原位注入方式、示踪剂的添加方式、地下水快速监测和取样、示踪剂的现场快速检测等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有原位注入修复***设计中药剂在土壤及地下水环境中的有效扩散半径确定难题，针对目前大多靠经验法确定药剂有效扩散半径准确性较差的问题。进而提供一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的试验***。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的试验***，包括：原位注入布点及引孔单元、示踪剂及修复药剂注射单元和地下水示踪剂监测及快速检测单元；

所述原位注入布点及引孔单元包括步履式引孔钻机、第一螺杆式空压机、第一压力表、第一阀门、气压管、钻杆和空气潜孔锤钻具，所述步履式引孔钻机上安装有钻杆，钻杆的下端安装有空气潜孔锤钻具，气压管的一端与第一螺杆式空压机的出口相连通，气压管的另一端与钻杆相连通，气压管上安装有第一压力表，气压管上串接有第一阀门；

所述示踪剂及修复药剂注射单元包括旋喷钻机、药剂罐、第二阀门、高压注浆泵、第二压力表、第三阀门、第二螺杆式空压机、第三压力表和第四阀门，所述高压注浆泵的入口端通过管路与药剂罐相连通，高压注浆泵和药剂罐之间的管路上设有第二阀门，高压注浆泵的出口端通过管路与旋喷钻机相连通，高压注浆泵和旋喷钻机之间的管路上设有第二压力表和第三阀门，第二螺杆式空压机通过管路与旋喷钻机相连通，第二螺杆式空压机和旋喷钻机之间的管路上设有第三压力表和第四阀门；

所述地下水示踪剂监测及快速检测单元包括Geoprobe钻机、钢套管、钢筛管、机械膀胱泵、抛弃式钻头、气囊泵、水质监测仪、过滤器、溴电极、温度电极、参比电极、烧杯、万向电极架和pH/离子快速检测仪，所述Geoprobe钻机的下部设有钢套管，钢套管内设有钢筛管，钢筛管内设有机械膀胱泵，钢筛管的下端设有抛弃式钻头，气囊泵为机械膀胱泵供气，机械膀胱泵出水管与过滤器的入水口相连通，水质监测仪与过滤器相连接，过滤器与烧杯相连通，烧杯内分别设有溴电极、温度电极和参比电极，溴电极、温度电极和参比电极均通过万向电极架和pH/离子快速检测仪相连接。

本实用新型的有益效果是：

一、原位注入后扩散效果检验，地下水的采样采用了直推式定深快速取样，技术成熟稳定，管径小，成本低，对地层扰动小，取样效率、分辨率高，有利于真实准确的示踪剂数据捕获。而传统中空螺旋钻或预制式监测井设立，耗时长，成本高，管径大，需填料作业，对地层扰动较大，不利于获取真实准确的示踪剂数据捕获。利用机械膀胱泵取样，手动操作，成本低，泵体自带筛管二次过滤，扰动小，易获得具有代表性的样品；而小型不锈钢贝勒管取样，扰动较大，无二次筛滤，样品易浑浊；慢速洗井取样，***复杂，需电力驱动，安装繁琐，成本高不经济。

二、本实用新型的污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的示踪试验***，其注入点布点与引孔、修复药剂与示踪剂高压注射***、地下水示踪剂监测及快速定深取样***、地下水溴离子快速监测及检测单元构成了完善的原位注入过程修复药剂扩散情况的试验及监测***。相对于建井注射、旋喷桩施工等过程的扩散半径的经验法或现场实测法，本实用新型是具有设计合理、设备相对简单、操作方便可行、易于维护、运行过程参数容易控制的土壤及地下水原位修复监测体系，可应用于原位修复工程修复药剂的扩散效果监测。

附图说明

图1为污染土壤及地下水的原位注入修复示踪试验***示意图(原位注入布点及引孔单元)。

图2为污染土壤及地下水的原位注入修复示踪试验***示意图(示踪剂及修复药剂注射单元)。

图3为污染土壤及地下水的原位注入修复示踪试验***示意图(地下水示踪剂监测及快速检测单元)。

图4为图3的A处放大图。

图5为原位注入点及示踪剂监测点布点示意图。

图中的附图标记：1为杂填土层，2为粘土层，3为砂层，4为粘土层，5为地下水水位埋深，6为步履式引孔钻机，7为空气进口，8为第一螺杆式空压机，9为第一压力表，10为第一阀门，11为气压管，12为钻杆，13为空气潜孔锤钻具，14为引孔段，15为旋喷钻机，16为修复药剂，17为示踪剂(溴化钠)，18为药剂罐，19为第二阀门，20为高压注浆泵，21为第二压力表，22为第三阀门，23为新鲜空气进口，24为第二螺杆式空压机，25为第三压力表，26为第四阀门，27为旋喷段(注入修复药剂及示踪剂)，28为Geoprobe钻机，29为钢套管，30为钢筛管，31为机械膀胱泵(抽水)，32为抛弃式钻头，33为气囊泵(供气)，34为水质监测仪，35为过滤器，36为溴电极，37为温度电极，38为参比电极，39为烧杯(待测地下水样品)，40为万向电极架，41为pH/离子浓度快速检测仪，42为设计注入点药剂扩散半径(R)，43为原位注入点(钻孔)中心，44为地下水示踪剂监测点(C1～C4，C4为背景点)，45为地下水流动方向，R为药剂扩散半径，L为孔距(垂直地下水流向)，B为排距(沿着地下水流动方向)。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。

如图1～图4所示，本实施例所涉及的一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的试验***，包括：原位注入布点及引孔单元、示踪剂及修复药剂注射单元和地下水示踪剂监测及快速检测单元；

所述原位注入布点及引孔单元包括步履式引孔钻机6、第一螺杆式空压机8、第一压力表9、第一阀门10、气压管11、钻杆12和空气潜孔锤钻具13，所述步履式引孔钻机6上安装有钻杆12，钻杆12的下端安装有空气潜孔锤钻具13，气压管11的一端与第一螺杆式空压机8的出口相连通，气压管11的另一端与钻杆12相连通，气压管11上安装有第一压力表9，气压管11上串接有第一阀门10；

所述示踪剂及修复药剂注射单元包括旋喷钻机15、药剂罐18、第二阀门19、高压注浆泵20、第二压力表21、第三阀门22、第二螺杆式空压机24、第三压力表25和第四阀门26，所述高压注浆泵20的入口端通过管路与药剂罐18相连通，高压注浆泵20和药剂罐18之间的管路上设有第二阀门19，高压注浆泵20的出口端通过管路与旋喷钻机15相连通，高压注浆泵20和旋喷钻机15之间的管路上设有第二压力表21和第三阀门22，第二螺杆式空压机24通过管路与旋喷钻机15相连通，第二螺杆式空压机24和旋喷钻机15之间的管路上设有第三压力表25和第四阀门26；

所述地下水示踪剂监测及快速检测单元包括Geoprobe钻机28、钢套管29、钢筛管30、机械膀胱泵31、抛弃式钻头32、气囊泵33、水质监测仪34、过滤器35、溴电极36、温度电极37、参比电极38、烧杯39、万向电极架40和pH/离子浓度快速检测仪41，所述Geoprobe钻机28的下部设有钢套管29，钢套管29内设有钢筛管30，钢筛管30内设有机械膀胱泵31，钢筛管30的下端设有抛弃式钻头32，气囊泵33为机械膀胱泵31供气，机械膀胱泵31出水管与过滤器35的入水口相连通，水质监测仪34与过滤器35相连接，过滤器35与烧杯39相连通，烧杯39内分别设有溴电极36、温度电极37和参比电极38，溴电极36、温度电极37和参比电极38均通过万向电极架40和pH/离子浓度快速检测仪41相连接。

所述钢套管(29)的公称直径为2.25英寸。

所述钢筛管(30)的公称直径为1.25英寸，钢筛管(30)的长度为1.5米。

所述地下水示踪剂监测及快速检测单元检测示踪剂的浓度范围：0.4～7990mg/L，检测pH值范围2～11，检测溶液温度范围5～40℃。

试验方法

如图5所示，按地下水流动方向45布设原位注入点(钻孔)中心43位置，步履式引孔钻机6就位布设试验点，如图1所示，依次连接空气进口7、第一螺杆式空压机8、第一压力表9、第一阀门10、气压管11、钻杆12和空气潜孔锤钻具13，检查气路畅通后，进行引孔作业，穿透杂填土层1，完成引孔段14的作业，成孔直径110mm，深度3～5m。

如图2所示，完成所有原位注入点的引孔作业后，步履式引孔钻机6移机，旋喷钻机15就位原位注入点(钻孔)中心43位置，修复药剂16与一定比例的示踪剂(溴化钠)17在药剂罐18中溶配成混合溶液且搅拌均匀后，待原位注入地下。原位注入(高压注射)采用气、液二重管法注射含有示踪剂(溴化钠)的修复药剂溶液，气路按新鲜空气进口23、第二螺杆式空压机24、第三压力表25和第四阀门26依次连接，液体按药剂罐18出口、第二阀门19、高压注浆泵20、第二压力表21、第三阀门22依次连接，下钻至试验最大深度后，同时开启气、液阀门，将修复药剂和示踪剂溶液自下而上注入污染含水层(砂层)3中，形成了旋喷段(注入修复药剂及示踪剂)27，试验药剂扩散半径为R。

完成修复药剂及示踪剂的原位注入作业后，旋喷钻机15移机，待24h后进行地下水监测点设置及快速取样，如图3所示。按原位注入点平面布点位置在设计有效扩散半径内、双孔效应、单孔效应、三孔效应、扩散半径之外(背景值点)各代表性位置至少布设1个地下水快速监测点，即地下水示踪剂监测点(C1～C4，C4为背景点)44。单个监测点的施工作业为，Geoprobe钻机28就位设计监测点中心位置，将内部装有1.25英寸、长度为1.5m的钢筛管30的2.25英寸的钢套管29压人预定试验含水层最大深度位置后，起拔外套管29约1.5m左右，其下部的抛弃式钻头被留在了地下，而钢筛管30暴露与含水层直接接触。钢筛管30内部放入机械膀胱泵31用于抽取预定深度的地下水，地面上采用气囊泵33进行供气，加快了地下水的采集速度，所采集地下水经地面的水质监测仪34、过滤器35后统一收集，作为待测地下水样品。装有待测地下水样品的烧杯39内***溴电极36、温度电极37和参比电极38，电极固定使用万向电极架40后采用pH/离子浓度快速检测仪41进行校准和测量，可直接读出所测地下水样品中示踪剂(溴离子)的浓度(mg/L)数据。所测地下水中溴离子浓度数据(mg/L)可与试验场地的背景值进行比较分析，从而获得试验含水层的药剂有效扩散半径数据。

本实施例可用于饱和层原位注入修复过程示踪剂试验确定扩散半径参数或原位注入修复过程修复药剂的扩散效果检验或监测。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的试验***，包括：原位注入布点及引孔单元、示踪剂及修复药剂注射单元和地下水示踪剂监测及快速检测单元；其特征在于，

所述原位注入布点及引孔单元包括步履式引孔钻机(6)、第一螺杆式空压机(8)、第一压力表(9)、第一阀门(10)、气压管(11)、钻杆(12)和空气潜孔锤钻具(13)，所述步履式引孔钻机(6)上安装有钻杆(12)，钻杆(12)的下端安装有空气潜孔锤钻具(13)，气压管(11)的一端与第一螺杆式空压机(8)的出口相连通，气压管(11)的另一端与钻杆(12)相连通，气压管(11)上安装有第一压力表(9)，气压管(11)上串接有第一阀门(10)；

所述示踪剂及修复药剂注射单元包括旋喷钻机(15)、药剂罐(18)、第二阀门(19)、高压注浆泵(20)、第二压力表(21)、第三阀门(22)、第二螺杆式空压机(24)、第三压力表(25)和第四阀门(26)，所述高压注浆泵(20)的入口端通过管路与药剂罐(18)相连通，高压注浆泵(20)和药剂罐(18)之间的管路上设有第二阀门(19)，高压注浆泵(20)的出口端通过管路与旋喷钻机(15)相连通，高压注浆泵(20)和旋喷钻机(15)之间的管路上设有第二压力表(21)和第三阀门(22)，第二螺杆式空压机(24)通过管路与旋喷钻机(15)相连通，第二螺杆式空压机(24)和旋喷钻机(15)之间的管路上设有第三压力表(25)和第四阀门(26)；

所述地下水示踪剂监测及快速检测单元包括Geoprobe钻机(28)、钢套管(29)、钢筛管(30)、机械膀胱泵(31)、抛弃式钻头(32)、气囊泵(33)、水质监测仪(34)、过滤器(35)、溴电极(36)、温度电极(37)、参比电极(38)、烧杯(39)、万向电极架(40)和pH/离子快速检测仪(41)，所述Geoprobe钻机(28)的下部设有钢套管(29)，钢套管(29)内设有钢筛管(30)，钢筛管(30)内设有机械膀胱泵(31)，钢筛管(30)的下端设有抛弃式钻头(32)，气囊泵(33)为机械膀胱泵(31)供气，机械膀胱泵(31)出水管与过滤器(35)的入水口相连通，水质监测仪(34)与过滤器(35)相连接，过滤器(35)与烧杯(39)相连通，烧杯(39)内分别设有溴电极(36)、温度电极(37)和参比电极(38)，溴电极(36)、温度电极(37)和参比电极(38)均通过万向电极架(40)和pH/离子快速检测仪(41)相连接。

2.根据权利要求1所述的污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的试验***，其特征在于，所述钢套管(29)的公称直径为2.25英寸。

3.根据权利要求1所述的污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的试验***，其特征在于，所述钢筛管(30)的公称直径为1.25英寸，钢筛管(30)的长度为1.5米。

4.根据权利要求1所述的污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定的试验***，其特征在于，所述地下水示踪剂监测及快速检测单元检测示踪剂的浓度范围：0.4～7990mg/L，检测pH值范围2～11，检测溶液温度范围5～40℃。