污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的試驗系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的示蹤試驗系統(tǒng)。本實用新型包括原位注入布點及引孔單元、示蹤劑及修復藥劑注射單元和地下水示蹤劑監(jiān)測及快速檢測單元。所述鋼套管內設有鋼篩管，鋼篩管內設有機械膀胱泵，鋼篩管的下端設有拋棄式鉆頭，氣囊泵為機械膀胱泵供氣，機械膀胱泵出水管與過濾器的入水口相連通，水質監(jiān)測儀與過濾器相連接，過濾器與燒杯相連通，燒杯內分別設有溴電極、溫度電極和參比電極，溴電極、溫度電極和參比電極均通過萬向電極架和pH/離子濃度快速檢測儀相連接。本實用新型適用于土壤及地下水原位注入試驗及修復施工中，擴散半徑的確定及原位修復藥劑擴散效果的監(jiān)測和檢驗。
【專利說明】
污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的試驗系統(tǒng)
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及一種污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的試驗系統(tǒng)，屬于污染土壤及地下水修復系統(tǒng)設計及修復監(jiān)測系統(tǒng)技術領域。
【背景技術】
[0002]土壤地下水污染及修復近年來受到了重視，諸多地下水原位修復技術，如可滲透性反應墻(PRB)、抽出-處理、原位化學修復、原位微生物修復等技術在國內得到了工程應用。原位注入技術相對于攪拌技術能耗較低，因而應用更廣，尤其是地下水修復領域，含水層的良好的滲透性有利于水溶性強的修復藥劑的添加。原位修復技術受到青睞的重要原因，是因其能解決深層土壤及地下水污染問題，避免了深基坑開挖、降水、二次污染等問題，安全性及經濟性也大大提高。
[0003]修復藥劑有效擴散半徑的確定和優(yōu)化設計是原位注入修復(原位化學氧化/還原、原位微生物修復)中的首要任務，有效擴散半徑(Ro)是工程設計的最關鍵技術參數(shù)之一，設計是否合理直接影響修復工程的成敗。設計值過大修復區(qū)域不能完全覆蓋導致出現(xiàn)修復“死角”，設計值偏小造成返漿嚴重且機械成本大大增加。
[0004]巖土注漿領域(如旋噴粧)半徑的確定，一般通過現(xiàn)場試驗開挖實測或采用鉆機取芯法、靜力觸探、超聲波檢測法等技術測試。由于其形成固化粧體，相對容易測量獲得較為準確的半徑數(shù)據(jù)。但該方法難以應用于以水溶性為主的修復藥劑的擴散半徑測試中。
[0005]注入井原位修復工藝中目前也多采用經驗法設計藥劑擴散半徑，對于水文地質條件復雜污染場地未通過現(xiàn)場試驗確定有效擴散半徑參數(shù)，具有較大的盲目性。注入井本身對于粘土層的適應性差，也限制了其在粘土為主的場地的應用，注射壓力的偏低難以應用觀察法等方法。
[0006]申請?zhí)枮?01110314616.2的“基于圓形自由紊動射流理論的高壓旋噴粧直徑確定方法”的中國發(fā)明專利，公開了一種高壓旋噴基礎加固施工的固化體半徑的確定方法，根據(jù)土層的臨界破壞速度、噴嘴出口處的水泥漿流速及沿噴射距離的衰變系數(shù)，確定固化粧體直徑。該方法較經驗法有所改進，但仍無法解決原位注入高壓注射條件下修復藥劑的滲透擴散半徑問題。
[0007]申請?zhí)枮?01510159423.2的“一種鉻污染的原位修復方法”中國發(fā)明專利，存在布孔方式未根據(jù)土層滲透性的差異考慮修復藥劑有效反應周期內地下水的流動影響，重疊區(qū)域過大不經濟等缺點。
[0008]利用Geoprobe平臺及其定深取樣系統(tǒng)進行直推式定深快速取樣，技術成熟穩(wěn)定，管徑小，各配件均可沖洗后重復利用，成本低，對地層擾動小，取樣效率、分辨率高，有利于真實準確的示蹤劑數(shù)據(jù)捕獲。而傳統(tǒng)中空螺旋鉆或預制式監(jiān)測井設立，耗時長，成本高，管徑大，需填料作業(yè)，對地層擾動較大，不利于獲取真實準確的示蹤劑數(shù)據(jù)捕獲。
[0009]利用機械膀胱栗取樣，手動操作，成本低，栗體自帶篩管二次過濾，擾動小，易獲得具有代表性的樣品；小型不銹鋼貝勒管取樣，擾動較大，無二次篩濾，樣品易渾濁;慢速洗井取樣，系統(tǒng)復雜，需電力驅動，安裝繁瑣，成本高不經濟。
[0010]以上幾種土壤及地下水的原位修復、監(jiān)測及檢測技術，其應用很大程度受到現(xiàn)場場地條件、污染物種類等諸多因素的制約，使得此類技術的適用范圍、應用成本、控制及修復效率等仍有許多待改進和強化之處，尤其是原位注入方式、示蹤劑的添加方式、地下水快速監(jiān)測和取樣、示蹤劑的現(xiàn)場快速檢測等問題。
【實用新型內容】
[0011]本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有原位注入修復系統(tǒng)設計中藥劑在土壤及地下水環(huán)境中的有效擴散半徑確定難題，針對目前大多靠經驗法確定藥劑有效擴散半徑準確性較差的問題。進而提供一種污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的試驗系統(tǒng)。
[0012]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0013]一種污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的試驗系統(tǒng)，包括:原位注入布點及引孔單元、示蹤劑及修復藥劑注射單元和地下水示蹤劑監(jiān)測及快速檢測單元；
[0014]所述原位注入布點及引孔單元包括步履式引孔鉆機、第一螺桿式空壓機、第一壓力表、第一閥門、氣壓管、鉆桿和空氣潛孔錘鉆具，所述步履式引孔鉆機上安裝有鉆桿，鉆桿的下端安裝有空氣潛孔錘鉆具，氣壓管的一端與第一螺桿式空壓機的出口相連通，氣壓管的另一端與鉆桿相連通，氣壓管上安裝有第一壓力表，氣壓管上串接有第一閥門；
[0015]所述示蹤劑及修復藥劑注射單元包括旋噴鉆機、藥劑罐、第二閥門、高壓注漿栗、第二壓力表、第三閥門、第二螺桿式空壓機、第三壓力表和第四閥門，所述高壓注漿栗的入口端通過管路與藥劑罐相連通，高壓注漿栗和藥劑罐之間的管路上設有第二閥門，高壓注漿栗的出口端通過管路與旋噴鉆機相連通，高壓注漿栗和旋噴鉆機之間的管路上設有第二壓力表和第三閥門，第二螺桿式空壓機通過管路與旋噴鉆機相連通，第二螺桿式空壓機和旋噴鉆機之間的管路上設有第三壓力表和第四閥門；
[0016]所述地下水示蹤劑監(jiān)測及快速檢測單元包括Geoprobe鉆機、鋼套管、鋼篩管、機械膀胱栗、拋棄式鉆頭、氣囊栗、水質監(jiān)測儀、過濾器、溴電極、溫度電極、參比電極、燒杯、萬向電極架和PH/離子快速檢測儀，所述Geoprobe鉆機的下部設有鋼套管，鋼套管內設有鋼篩管，鋼篩管內設有機械膀胱栗，鋼篩管的下端設有拋棄式鉆頭，氣囊栗為機械膀胱栗供氣，機械膀胱栗出水管與過濾器的入水口相連通，水質監(jiān)測儀與過濾器相連接，過濾器與燒杯相連通，燒杯內分別設有溴電極、溫度電極和參比電極，溴電極、溫度電極和參比電極均通過萬向電極架和PH/離子快速檢測儀相連接。
[0017]本實用新型的有益效果是:
[0018]—、原位注入后擴散效果檢驗，地下水的采樣采用了直推式定深快速取樣，技術成熟穩(wěn)定，管徑小，成本低，對地層擾動小，取樣效率、分辨率高，有利于真實準確的示蹤劑數(shù)據(jù)捕獲。而傳統(tǒng)中空螺旋鉆或預制式監(jiān)測井設立，耗時長，成本高，管徑大，需填料作業(yè)，對地層擾動較大，不利于獲取真實準確的示蹤劑數(shù)據(jù)捕獲。利用機械膀胱栗取樣，手動操作，成本低，栗體自帶篩管二次過濾，擾動小，易獲得具有代表性的樣品；而小型不銹鋼貝勒管取樣，擾動較大，無二次篩濾，樣品易渾濁;慢速洗井取樣，系統(tǒng)復雜，需電力驅動，安裝繁瑣，成本高不經濟。
[0019]二、本實用新型的污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的示蹤試驗系統(tǒng)，其注入點布點與引孔、修復藥劑與示蹤劑高壓注射系統(tǒng)、地下水示蹤劑監(jiān)測及快速定深取樣系統(tǒng)、地下水溴離子快速監(jiān)測及檢測單元構成了完善的原位注入過程修復藥劑擴散情況的試驗及監(jiān)測系統(tǒng)。相對于建井注射、旋噴粧施工等過程的擴散半徑的經驗法或現(xiàn)場實測法，本實用新型是具有設計合理、設備相對簡單、操作方便可行、易于維護、運行過程參數(shù)容易控制的土壤及地下水原位修復監(jiān)測體系，可應用于原位修復工程修復藥劑的擴散效果監(jiān)測。
【附圖說明】

[0020]圖1為污染土壤及地下水的原位注入修復示蹤試驗系統(tǒng)示意圖(原位注入布點及引孔單元)。
[0021]圖2為污染土壤及地下水的原位注入修復示蹤試驗系統(tǒng)示意圖(示蹤劑及修復藥劑注射單元)。
[0022]圖3為污染土壤及地下水的原位注入修復示蹤試驗系統(tǒng)示意圖(地下水示蹤劑監(jiān)測及快速檢測單元)。
[0023]圖4為圖3的A處放大圖。
[0024]圖5為原位注入點及示蹤劑監(jiān)測點布點示意圖。
[0025]圖中的附圖標記:I為雜填土層，2為粘土層，3為砂層，4為粘土層，5為地下水水位埋深，6為步履式引孔鉆機，7為空氣進口，8為第一螺桿式空壓機，9為第一壓力表，10為第一閥門，11為氣壓管，12為鉆桿，13為空氣潛孔錘鉆具，14為引孔段，15為旋噴鉆機，16為修復藥劑，17為示蹤劑(溴化鈉)，18為藥劑罐，19為第二閥門，20為高壓注漿栗，21為第二壓力表，22為第三閥門，23為新鮮空氣進口，24為第二螺桿式空壓機，25為第三壓力表，26為第四閥門，27為旋噴段(注入修復藥劑及示蹤劑)，28為Geoprobe鉆機，29為鋼套管，30為鋼篩管，31為機械膀胱栗(抽水)，32為拋棄式鉆頭，33為氣囊栗(供氣)，34為水質監(jiān)測儀，35為過濾器，36為溴電極，37為溫度電極，38為參比電極，39為燒杯(待測地下水樣品)，40為萬向電極架，41為pH/離子濃度快速檢測儀，42為設計注入點藥劑擴散半徑(R)，43為原位注入點(鉆孔)中心，44為地下水示蹤劑監(jiān)測點(Cl?C4，C4為背景點)，45為地下水流動方向，R為藥劑擴散半徑，L為孔距(垂直地下水流向)，B為排距(沿著地下水流動方向)。
【具體實施方式】
[0026]下面將結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明:本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本實用新型的保護范圍不限于下述實施例。
[0027]如圖1?圖4所示，本實施例所涉及的一種污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的試驗系統(tǒng)，包括:原位注入布點及引孔單元、示蹤劑及修復藥劑注射單元和地下水示蹤劑監(jiān)測及快速檢測單元；
[0028]所述原位注入布點及引孔單元包括步履式引孔鉆機6、第一螺桿式空壓機8、第一壓力表9、第一閥門10、氣壓管11、鉆桿12和空氣潛孔錘鉆具13，所述步履式引孔鉆機6上安裝有鉆桿12，鉆桿12的下端安裝有空氣潛孔錘鉆具13，氣壓管11的一端與第一螺桿式空壓機8的出口相連通，氣壓管11的另一端與鉆桿12相連通，氣壓管11上安裝有第一壓力表9，氣壓管11上串接有第一閥門10;
[0029]所述示蹤劑及修復藥劑注射單元包括旋噴鉆機15、藥劑罐18、第二閥門19、高壓注漿栗20、第二壓力表21、第三閥門22、第二螺桿式空壓機24、第三壓力表25和第四閥門26，所述高壓注漿栗20的入口端通過管路與藥劑罐18相連通，高壓注漿栗20和藥劑罐18之間的管路上設有第二閥門19，高壓注漿栗20的出口端通過管路與旋噴鉆機15相連通，高壓注漿栗20和旋噴鉆機15之間的管路上設有第二壓力表21和第三閥門22，第二螺桿式空壓機24通過管路與旋噴鉆機15相連通，第二螺桿式空壓機24和旋噴鉆機15之間的管路上設有第三壓力表25和第四閥門26;
[0030]所述地下水示蹤劑監(jiān)測及快速檢測單元包括Geoprobe鉆機28、鋼套管29、鋼篩管30、機械膀胱栗31、拋棄式鉆頭32、氣囊栗33、水質監(jiān)測儀34、過濾器35、溴電極36、溫度電極37、參比電極38、燒杯39、萬向電極架40和pH/離子濃度快速檢測儀41，所述Geoprobe鉆機28的下部設有鋼套管29，鋼套管29內設有鋼篩管30，鋼篩管30內設有機械膀胱栗31，鋼篩管30的下端設有拋棄式鉆頭32，氣囊栗33為機械膀胱栗31供氣，機械膀胱栗31出水管與過濾器35的入水口相連通，水質監(jiān)測儀34與過濾器35相連接，過濾器35與燒杯39相連通，燒杯39內分別設有溴電極36、溫度電極37和參比電極38，溴電極36、溫度電極37和參比電極38均通過萬向電極架40和pH/離子濃度快速檢測儀41相連接。
[0031 ]所述鋼套管(29)的公稱直徑為2.25英寸。
[0032]所述鋼篩管(30)的公稱直徑為1.25英寸，鋼篩管(30)的長度為1.5米。
[0033]所述地下水示蹤劑監(jiān)測及快速檢測單元檢測示蹤劑的濃度范圍:0.4?7990mg/L，檢測pH值范圍2?11，檢測溶液溫度范圍5?40 0C。
[0034]試驗方法
[0035]如圖5所示，按地下水流動方向45布設原位注入點(鉆孔)中心43位置，步履式引孔鉆機6就位布設試驗點，如圖1所示，依次連接空氣進口7、第一螺桿式空壓機8、第一壓力表
9、第一閥門10、氣壓管11、鉆桿12和空氣潛孔錘鉆具13，檢查氣路暢通后，進行引孔作業(yè)，穿透雜填土層I，完成引孔段14的作業(yè)，成孔直徑110mm，深度3?5m。
[0036]如圖2所示，完成所有原位注入點的引孔作業(yè)后，步履式引孔鉆機6移機，旋噴鉆機15就位原位注入點(鉆孔)中心43位置，修復藥劑16與一定比例的示蹤劑(溴化鈉)17在藥劑罐18中溶配成混合溶液且攪拌均勻后，待原位注入地下。原位注入(高壓注射)采用氣、液二重管法注射含有示蹤劑(溴化鈉)的修復藥劑溶液，氣路按新鮮空氣進口 23、第二螺桿式空壓機24、第三壓力表25和第四閥門26依次連接，液體按藥劑罐18出口、第二閥門19、高壓注漿栗20、第二壓力表21、第三閥門22依次連接，下鉆至試驗最大深度后，同時開啟氣、液閥門，將修復藥劑和示蹤劑溶液自下而上注入污染含水層(砂層)3中，形成了旋噴段(注入修復藥劑及示蹤劑)27，試驗藥劑擴散半徑為R。
[0037]完成修復藥劑及示蹤劑的原位注入作業(yè)后，旋噴鉆機15移機，待24h后進行地下水監(jiān)測點設置及快速取樣，如圖3所示。按原位注入點平面布點位置在設計有效擴散半徑內、雙孔效應、單孔效應、三孔效應、擴散半徑之外(背景值點)各代表性位置至少布設I個地下水快速監(jiān)測點，即地下水示蹤劑監(jiān)測點(Cl?C4，C4為背景點)44。單個監(jiān)測點的施工作業(yè)為，Geoprobe鉆機28就位設計監(jiān)測點中心位置，將內部裝有1.25英寸、長度為1.5m的鋼篩管30的2.25英寸的鋼套管29壓人預定試驗含水層最大深度位置后，起拔外套管29約1.5m左右，其下部的拋棄式鉆頭被留在了地下，而鋼篩管30暴露與含水層直接接觸。鋼篩管30內部放入機械膀胱栗31用于抽取預定深度的地下水，地面上采用氣囊栗33進行供氣，加快了地下水的采集速度，所采集地下水經地面的水質監(jiān)測儀34、過濾器35后統(tǒng)一收集，作為待測地下水樣品。裝有待測地下水樣品的燒杯39內插入溴電極36、溫度電極37和參比電極38，電極固定使用萬向電極架40后采用pH/離子濃度快速檢測儀41進行校準和測量，可直接讀出所測地下水樣品中示蹤劑(溴離子)的濃度(mg/L)數(shù)據(jù)。所測地下水中溴離子濃度數(shù)據(jù)(mg/L)可與試驗場地的背景值進行比較分析，從而獲得試驗含水層的藥劑有效擴散半徑數(shù)據(jù)。
[0038]本實施例可用于飽和層原位注入修復過程示蹤劑試驗確定擴散半徑參數(shù)或原位注入修復過程修復藥劑的擴散效果檢驗或監(jiān)測。
[0039]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，這些【具體實施方式】都是基于本實用新型整體構思下的不同實現(xiàn)方式，而且本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的試驗系統(tǒng)，包括:原位注入布點及引孔單元、示蹤劑及修復藥劑注射單元和地下水示蹤劑監(jiān)測及快速檢測單元;其特征在于， 所述原位注入布點及引孔單元包括步履式引孔鉆機(6)、第一螺桿式空壓機(8)、第一壓力表(9)、第一閥門(10)、氣壓管(11)、鉆桿(12)和空氣潛孔錘鉆具(13)，所述步履式引孔鉆機(6)上安裝有鉆桿(12)，鉆桿(12)的下端安裝有空氣潛孔錘鉆具(13)，氣壓管(I I)的一端與第一螺桿式空壓機(8)的出口相連通，氣壓管(11)的另一端與鉆桿(12)相連通，氣壓管(11)上安裝有第一壓力表(9)，氣壓管(11)上串接有第一閥門(10); 所述示蹤劑及修復藥劑注射單元包括旋噴鉆機(15)、藥劑罐(18)、第二閥門(19)、高壓注漿栗(20)、第二壓力表(21)、第三閥門(22)、第二螺桿式空壓機(24)、第三壓力表(25)和第四閥門(26)，所述高壓注漿栗(20)的入口端通過管路與藥劑罐(18)相連通，高壓注漿栗(20)和藥劑罐(18)之間的管路上設有第二閥門(19)，高壓注漿栗(20)的出口端通過管路與旋噴鉆機(15)相連通，高壓注漿栗(20)和旋噴鉆機(15)之間的管路上設有第二壓力表(21)和第三閥門(22)，第二螺桿式空壓機(24)通過管路與旋噴鉆機(15)相連通，第二螺桿式空壓機(24)和旋噴鉆機(15)之間的管路上設有第三壓力表(25)和第四閥門(26); 所述地下水示蹤劑監(jiān)測及快速檢測單元包括Geoprobe鉆機(28)、鋼套管(29)、鋼篩管(30)、機械膀胱栗(31)、拋棄式鉆頭(32)、氣囊栗(33)、水質監(jiān)測儀(34)、過濾器(35)、溴電極(36)、溫度電極(37)、參比電極(38)、燒杯(39)、萬向電極架(40)和pH/離子快速檢測儀(41)，所述Geoprobe鉆機(28)的下部設有鋼套管(29)，鋼套管(29)內設有鋼篩管(30)，鋼篩管(30)內設有機械膀胱栗(31)，鋼篩管(30)的下端設有拋棄式鉆頭(32)，氣囊栗(33)為機械膀胱栗(31)供氣，機械膀胱栗(31)出水管與過濾器(35)的入水口相連通，水質監(jiān)測儀(34)與過濾器(35)相連接，過濾器(35)與燒杯(39)相連通，燒杯(39)內分別設有溴電極(36)、溫度電極(37)和參比電極(38)，溴電極(36)、溫度電極(37)和參比電極(38)均通過萬向電極架(40)和pH/離子快速檢測儀(41)相連接。2.根據(jù)權利要求1所述的污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述鋼套管(29)的公稱直徑為2.25英寸。3.根據(jù)權利要求1所述的污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述鋼篩管(30)的公稱直徑為1.25英寸，鋼篩管(30)的長度為1.5米。4.根據(jù)權利要求1所述的污染土壤及地下水原位注入修復擴散半徑確定的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述地下水示蹤劑監(jiān)測及快速檢測單元檢測示蹤劑的濃度范圍:0.4?7990mg/L，檢測pH值范圍2?11，檢測溶液溫度范圍5?40 °C。
【文檔編號】G01N13/00GK205719868SQ201620628483
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】楊樂巍, 李書鵬, 張岳, 張曉斌, 郭麗莉, 崔雙超, 宋曉威, 陳凡, 尹鵬程, 劉鵬, 劉巖, 牛強
【申請人】北京建工環(huán)境修復股份有限公司