一种用于应急探测和注射修复土壤中VOCs的装置及方法与流程

本发明涉及环境修复技术领域，尤其涉及一种用于应急探测和注射修复土壤中vocs的装置及方法。

背景技术：

21世纪以来，随着经济的快速发展，大量化学物质的使用已造成土壤和地下水不同程度的污染，土地承受的环境压力越来越大。而由于雨水的淋滤和地下水位的波动，还会造成土壤和地下水的交叉污染。

一般来说，土壤和地下水中的污染主要分为无机污染物和有机污染物。而其中的挥发性有机污染物长期以来一直备受重视，作为一类特殊的土壤污染，由于其成分复杂且危险性大，并具有隐蔽性、潜伏性、长期性、挥发性等特点，因此被列为环境中应优先控制的毒害性污染物。这些污染物释放到环境中后，会带来严重的影响，如：威胁地下水源的水质安全；污染大气环境；改变土壤特性，影响农业生产等。同时挥发性有机污染物中的石油烃气体积累于建筑物地下会造成爆炸危险；公用地下管网设施与泄漏烃类接触，也会加速其老化。正是由于这些污染物具有高危害性和易扩散性，因此在发现污染时，必须在第一时间通过合理的技术手段将其污染范围和污染程度调查清楚并采取有效的修复手段进行修复。

常规的污染场地调查工作主要包括：土壤采样、建立地下水监测井、地下水采样、土壤气采样、实验室分析等。这些方法相对较为耗时，所得结果为点状信息且不能现场确定，因此无法快速有效确定污染范围。在面对一些突发性的污染爆发场地(主要为挥发性有机性污染物vocs)，常规的调查修复方式难以及时的将污染第一时间加以控制，为适应这类突发性污染爆发场地的调查及修复的需要，现场快速调查及修复技术的开发迫在眉睫。

为了解土壤污染程度和范围，及时有效地防止污染加剧和扩散，需要设计一种探测挥发性有机污染物并能及时进行应急修复的装置和工艺，在突发性的污染爆发场地，能够第一时间初步确定污染程度和污染分布并及时进行修复。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于应急探测和注射修复土壤中vocs的装置及方法，能实现在在突发性的污染爆发场地第一时间初步确定污染程度和污染分布并及时进行修复。

本发明采用以下技术方案实现：

一种用于应急探测和注射修复土壤中vocs的装置，包括：原位修复钻杆装置和膜界面探测器，所述的原位修复钻杆装置包括钻头组件和钻杆，所述钻杆为双层空心套管结构，钻头组件安装于钻杆的底部，所述钻头组件内设有中心空腔，且所述中心空腔与钻杆连通，所述膜界面探测器包括线束总成、加热取气模块和导电度感应器，其中，所述线束总成贯穿于钻杆的外层空腔中，所述线束总成包括分别用于与加热取气模块和导电度感应器连接的加热块电线和导电度感应器电极线，所述线束总成内设有用于输入氮气的进气管和用于外接分析设备的出气管；所述加热取气模块和导电度感应器均位于钻头组件内部，所述导电度感应器位于加热取气模块的下方，所述加热取气模块内设有氮气循环系统，所述出气管和进气管均与所述氮气循环系统连通。

进一步的，所述出气管的出气口至少与火焰离子化检测器fid、电子捕获检测器ecd和光离子化检测器pid中的一种分析设备连通。

进一步的，所述的双层空心套管结构包括外套管和内管，外套管和内管均为空心结构，所述外套管和内管之间的封闭空间形成药剂容腔，所述外套管上端设有用于注射药剂的直通接头，所述内管顶端设有用于注射液体的直角接头。

进一步的，所述外套管包括从上往下依次连通的顶外杆和加长外杆，所述内管包括从上往下依次连通的液压管、顶内杆和加长内杆，所述加长外杆的内壁底部与加长内杆的外壁顶部均封合，所述顶外杆与顶内杆的封闭空间形成上药剂容腔，所述加长外杆与加长内杆的封闭空间形成下药剂容腔。

进一步的，所述线束总成的的外层为耐腐蚀电线保护软管。

进一步的，所述原位修复钻杆装置和膜界面探测器间的工艺孔填有密封胶。

进一步的，所述进气管的进气口安装有流量计。

一种用于应急探测和注射修复土壤中vocs的方法，包括以下步骤：

将钻头组件钻入待探测和修复地的地底，使加热取气模块和导电度感应器均位于地底；

在线束总成的进气管输入氮气，通过加热取气模块得到气化后的地底有机物；

加热取气模块内设有氮气循环系统，所述出气管和进气管均与氮气循环系统连通，通过分析出气管的气体组成确定待探测和修复地的污染信息；

根据污染信息，确定修复方案；

通过原位修复钻杆装置对待探测和修复地进行原位修复。

通过原位修复钻杆装置对待探测和修复地进行原位修复的步骤包括：进气管的进气口安装有流量计，所述原位修复钻杆装置配合流量计对待探测和修复地进行原位修复。

在待探测和修复地的地底每隔1.5cm深度，通过导电度感应器记录地底有机物的电压反应强度与土壤导电度数值数据。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过膜界面探测器快速实时记录挥发性有机物vocs相对浓度(半定量)和土壤电导率随深度的变化，提供土壤中vocs相对浓度的二维分布信息，快速初步确定污染物的总浓度(半定量)和空间分布，同时第一时间设计修复方案，通过混合注射修复装置进行原位修复，及时有效地防止污染加剧和扩散，避免传统钻探调查中产生的污染土壤、地下水的处理和由此产生的费用，或因其不当处置导致污染扩散转移，以及现场调查人员污染暴露等风险。同时，通过每隔1.5cm深度，记录地底有机物的电压反应强度与土壤导电度数值数据可直接呈现污染物质在地表下的连续纵向分布与相对应的土壤质地变化，并且不受地下水位影响。汇总数个连续测点的土壤有机物检测值与导电度数值，可得到污染物质在不同水平距离与深度的反应值空间变化趋势。

附图说明

图1为本发明的一种用于应急探测和注射修复土壤中vocs的装置的结构示意图；

图2为本发明的加热取气模块与导电度感应器安装在钻头组件内部的结构示意图；

图3为本发明一种用于应急探测和注射修复土壤中vocs的装置的钻头组件1中的a处的放大图。

其中：1、钻头组件；2、加长内杆；3、加长外杆；4、顶内杆；5、顶外杆；6、液压管；7、直通接头；8、直角接头；9、线束总成；10、加热取气模块；11、导电度感应器；12、进气管；13、出气管；14、加热块电线；15、导电度感应器电极线。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例：

本发明提供了一种用于应急探测和注射修复土壤中vocs的装置及方法，为使更好理解本发明，现通过实施例对本发明进行描述：

请参照图1所示，一种用于应急探测和注射修复土壤中vocs的装置，包括：原位修复钻杆装置和膜界面探测器，膜界面探测器(membraneinterfaceprobe，mip)技术可实时提供挥发性有机物(vocs)三维半定量污染信息，从而初步快速确定污染物的总浓度(半定量)和空间分布。但其不能对污染进行及时的修复，遏制污染扩散。

原位修复钻杆装置包括钻头组件1和钻杆，钻杆为双层空心套管结构，钻头组件1安装于钻杆的底部，钻头组件1内设有中心空腔，且所述中心空腔与钻杆连通，膜界面探测器包括线束总成9、加热取气模块10和导电度感应器11，其中，线束总成9贯穿于钻杆的外层空腔中，线束总成9包括分别用于与加热取气模块10和导电度感应器11连接的加热块电线14和导电度感应器电极线15，如图3所示，线束总成9内设有用于输入氮气的进气管12和用于外接分析设备的出气管13；线束总成9的外层可设置为耐腐蚀电线保护软管，原位修复钻杆装置和膜界面探测器间的工艺孔填有密封胶。如图2所示，加热取气模块10和导电度感应器11均位于钻头组件1内部，导电度感应器11设于加热取气模块10的下方，加热取气模块10包括加热块和半透膜，加热块用于加热地底有机物，地底有机物经半透膜渗入加热取气模块10，地底有机物经加热气化后渗出加热取气模块10，加热取气模块10内设有氮气循环系统，出气管13和进气管12均与氮气循环系统连通。

进气管12与氮气瓶相连，氮气瓶上设有阀门，且进气管12的进气口安装有流量计，出气管13的出气口可与火焰离子化检测器fid、电子捕获检测器ecd和光离子化检测器pid等分析设备连通，氢火焰离子化检测器fid可用于现场检测低碳链的石油类污染物质(如甲烷、丁烷等)，电子捕获检测器ecd可用于检测含氯挥发性有机污染物质(如三氯乙烯、四氯乙烯等)，光离子化检测器pid可用于检测芳烃化合物污染物质(如苯系物)，通过检测初步确定各类有机污染物的浓度(半定量)和空间分布。

通过分析设备，可探测绝大多数的挥发性有机污染物质，实现快速初步确定污染物的总浓度(半定量)，再配合导电度感应器11，每隔1.5cm深度，即记录一笔有机污染物质的电压反应强度与土壤导电度数值数据，可直接呈现污染物质在地表下的连续纵向分布与相对应的土壤质地变化，并且不受地下水位影响。汇总数个连续测点的土壤有机物检测值与导电度数值，可得到污染物质在不同水平距离与深度的反应值空间变化趋势。

具体的，双层空心套管结构包括外套管和内管，外套管和内管均为空心结构，外套管和内管之间的封闭空间形成药剂容腔，外套管上端设有用于注射药剂的直通接头7，所述内管顶端设有用于注射液体的直角接头8。外套管具体可包括从上往下依次连通的顶外杆5和加长外杆3，内管包括从上往下依次连通的液压管6、顶内杆4和加长内杆2，加长外杆3的内壁底部与加长内杆2的外壁顶部均封合，顶外杆5与顶内杆4的封闭空间形成上药剂容腔，加长外杆3与加长内杆2的封闭空间形成下药剂容腔，通过o圈保证密封性。这样，在原位修复时，形成的上、下药剂容腔可用于输送a、b两种药剂，增强修复效果。

一种用于应急探测和注射修复土壤中vocs的方法，包括以下步骤：

将钻头组件1钻入待探测和修复地的地底，使加热取气模块10和导电度感应器11均位于地底；

在线束总成9的进气管12输入氮气，通过加热取气模块10得到气化后的地底有机物；

加热取气模块10内设有氮气循环系统，氮气循环系统与所述出气管13和进气管12均连通，通过分析出气管13的气体组成确定待探测和修复地的污染信息；

根据污染信息，确定修复方案；

进气管12的进气口安装有流量计，原位修复钻杆装置配合流量计对待探测和修复地进行原位修复，可于不同的区域输送合适剂量，在污染扩散的途径上将其遏制，把突发事故的损失减到最小。

进一步的，可在待探测和修复地的地底每隔1.5cm深度，通过导电度感应器11记录地底有机物的电压反应强度与土壤导电度数值数据，可直接呈现污染物质在地表下的连续纵向分布与相对应的土壤质地变化，并且不受地下水位影响。汇总数个连续测点的土壤有机物检测值与导电度数值，可得到污染物质在不同水平距离与深度的反应值空间变化趋势。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。