原位药剂注入系统与方法与流程

本发明涉及土壤及地下水污染修复领域，特别是涉及一种原位药剂注入系统与方法。

背景技术：

原位注入技术采用化学药剂，在动力设备、管路系统及注入井系统的协同作用下将修复药剂注入至污染场地的地下污染区域，通过化学药剂与污染物的一系列地球化学反应，产生污染物降解、削减、固化、生物分解的作用，减少污染物的地下浓度负荷，降低污染物通过蒸散、挥发、地下水流动传导带来的人体健康风险及生态环境风险。

该技术能够实现高效修复目的的核心和关键在于修复药剂在土壤和地下水中的定向精准注入和均质高效传输，药剂的定向精准注入可依据对污染场地土壤和地下水污染状况的详细调查和对污染物运移规律的精确刻画来实施，而药剂的均质高效传输往往受到含水层介质的高度非均质性影响，使得修复药剂不能均匀的分散于需要修复的区域，甚至发生修复药剂在注入压力下形成的优先通道内垂向返流或地层间串流，进而造成原位药剂注入失败。现有技术中存在一种可在任意深度的土层实现修复药剂定点定量释放的装置，来避免土壤各层渗透系数不同导致的药剂分布不均的问题，但其需要采用止水段和填砂段多层交替的方式才能实现，操作较为繁琐，并且该方式在地下水原位注入修复技术中的应用受限。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种原位药剂注入系统与方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种原位药剂注入系统，包括压缩空气输送管道、修复药剂输送管道、注入调节阀门、注入管、第一密封单元和第二密封单元；其中：

压缩空气输送管道和修复药剂输送管道与注入管在同一处交汇连接，交汇连接处设置有注入调节阀门，所述注入调节阀门用于在注入压缩空气时截断修复药剂输送管道或在注入修复药剂时截断压缩空气输送管道；

注入管的另一端管壁外侧设置有第二密封单元，且在第二密封单元朝向远离另一端端口一侧的0.5～0.75m处的管壁外侧设置第一密封单元，所述第一密封单元和第二密封单元用于与所述原位药剂注入系统作业时的注入井的井壁形成密封；以及

所述第一密封单元和第二密封单元之间的注入管管壁上设置有若干开孔。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种原位药剂注入方法，包括如下步骤：

形成注入井；

将如上所述的原位药剂注入系统的注入管置入注入井，且使所述注入管的第一密封单元和第二密封单元之间的管体部分置于注入井内受污染地下水的上部，即，使第一密封单元位于受污染地下水水位以下5～10cm处；

自上而下重复实施压缩空气与修复药剂的依次阶段注入，直到注入管与第一密封单元和第二密封单元部分整体下移到受污染地下水底部，完成整个药剂注入过程。

基于上述技术方案可知，本发明的原位药剂注入系统及方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：

(1)可以实现修复药剂均质高效的传输；采用压缩空气缓压注入与修复药剂注入相间隔的注入方式可以有效避免由于含水层介质异质性导致药剂扩散不均匀的问题，同时可以利用压缩空气注入形成均匀优势孔道实现药剂在更大范围的传输扩散；

(2)可以保证修复药剂充分利用；由于采用自上而下的分段药剂注入方式，可以保证药剂的充分利用，即上层注入的药剂如果有剩余可在重力作用下向下层迁移，进而修复下层受污染地下水；

(3)注入设备的能耗低；由于采用了丁腈橡胶薄膜的设计，使得压缩空气和修复药剂一旦经注入管进入注入井后，压缩空气和修复药剂均只能向外扩散进入含水层，而不能逆向流动，重新回流至注入管，这样就有效地降低了注入设备的能耗；

(4)工艺简单，操作灵活；采用“y”字型的管道连接设计并安装注入调节阀门，可充分利用原本的注入压力实现注入管路的调节，此外，实际工程应用时可以通过监测地下水中目标污染物的浓度来控制各阶段的注入时间，从而达到充分且适当注入药剂的目的，提高污染物的去除效率。

附图说明

图1是本发明的原位药剂注入系统的结构示意图；

图2是本发明的原位药剂注入系统中注入管及孔洞布设的示意图；

图3是本发明的原位药剂注入系统中注入管孔洞的剖面图。

上述附图中，附图标记含义说明如下：

1、压缩空气储罐，2、修复药剂储罐，3、注入管，4、注入调节阀门，5、注入井井管，6、下部密封装置，7、上部密封装置，8、管体孔洞，9、丁腈橡胶薄膜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种原位药剂注入系统与方法，该系统包括压缩空气输送管道、修复药剂输送管道、注入调节阀门、注入管和上下两个密封装置。在具体实施药剂注入时，其在修复药剂注入之前首先注入压缩空气，利用气压扩充技术增加含水层介质孔隙度并形成相对均匀的优势通道，随后注入修复药剂实现药剂的均质高效传输。本发明的原位药剂注入系统与方法能够实现修复药剂均质高效传输，并保证修复药剂充分利用，且注入设备能耗低、工艺简单、操作灵活，按照上述步骤自上而下分段实施注入，有效提高原位药剂注入效率，进而提高修复效率。

具体地，本发明的原位药剂注入系统，包括压缩空气输送管道、修复药剂输送管道、注入调节阀门、注入管、第一密封单元和第二密封单元；其中：

压缩空气输送管道和修复药剂输送管道与注入管在同一处交汇连接，交汇连接处设置有注入调节阀门，该注入调节阀门用于在注入压缩空气时截断修复药剂输送管道或在注入修复药剂时截断压缩空气输送管道；

注入管的另一端管壁外侧设置有第二密封单元，且在第二密封单元朝向远离另一端端口一侧的0.5～0.75m处的管壁外侧设置第一密封单元，该第一密封单元和第二密封单元用于与该原位药剂注入系统作业时的注入井的井壁形成密封；以及

第一密封单元和第二密封单元之间的注入管管壁上设置有若干开孔。

作为优选，该压缩空气输送管道具有气压调节功能；

作为优选，注入调节阀门的直径为连接修复药剂储存单元管道的内径；

作为优选，注入调节阀门为厚度为1～3mm的圆形pvc薄片。

作为优选，注入管的半径为注入井井管半径的1/4～1/2。

作为优选，注入管采用厚度为2～4mm的聚氯乙烯、聚乙烯或聚丙烯管。

作为优选，注入管在第一密封单元和第二密封单元之间管体的管壁上设置有4～12排开孔，开孔均匀设置；进一步优选地，开孔的半径为2～4mm，每排开孔沿注入管母线等距布设，孔间距为3～5mm。

作为优选，注入管在第一密封单元和第二密封单元之间的管体部分的内部贴有一层丁腈橡胶、天然橡胶或丙烯酸酯橡胶的薄膜，并在对应若干开孔位置处分别在该薄膜上形成若干条缝。

作为优选，第一密封单元和第二密封单元均为直径等于注入井井管的内径、厚度为3～5cm的橡胶圆柱体。

本发明还公开了一种原位药剂注入方法，包括如下步骤：

形成注入井；

将如上所述的原位药剂注入系统的注入管置入注入井，且使注入管的第一密封单元和第二密封单元之间的管体部分置于注入井内受污染地下水的上部，即，使第一密封单元位于受污染地下水水位以下5～10cm处；

自上而下重复实施压缩空气与修复药剂的依次阶段注入，直到注入管与第一密封单元和第二密封单元部分整体下移到受污染地下水底部，完成整个药剂注入过程。

作为优选，上述自上而下重复实施压缩空气与修复药剂的依次阶段注入的步骤中，首先注入压缩空气5～10分钟，并随着注入时间的延长逐渐增加空气注入压力，压缩空气注入结束后，注入修复药剂3～5分钟。

作为优选，上述自上而下重复实施压缩空气与修复药剂的依次阶段注入的步骤中，每执行完一个循环的压缩空气和修复药剂的注入，即将注入管与第一密封单元和第二密封单元部分整体向下移动0.5～0.75m。

在一个优选实施方式中，本发明的原位药剂注入系统包括压缩空气输送管道、修复药剂输送管道、注入调节阀门、注入管和上下两个密封装置；其中：

压缩空气输送管道带有自动调节气压功能，其地面上连接一压缩空气储罐，实现注入空气的压力控制，或者也可以通过可变功率的空气压缩机，临时形成不同压力的压缩空气。压缩空气输送管道和修复药剂输送管道与注入管交汇于一处，例如呈“y”字连接，并在“y”字交叉处设置注入调节阀门。该注入调节阀门优选为直径为连接修复药剂储罐管道的内径、厚度为1～3mm的圆形pvc薄片。

注入管为半径为注入井井管半径的1/4～1/2、厚度为2～4mm的聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)管，底端与下部密封装置(第二密封单元)固定连接，并在高于下部密封装置0.5～0.75m处设置上部密封装置(第一密封单元)并与注入管固定连接。该注入管在上、下两个密封装置之间的管体部分的管壁上均匀设置孔洞。管壁上孔洞例如可以设置为八排，八排孔洞一一交错设置，相邻两排孔洞之间的弧形管壁所对应的圆心角为45°，孔洞半径为2～4mm，每排孔洞沿注入管母线等距布设，孔间距为3～5mm。注入管在上、下两个密封装置之间的管体部分内部贴一层丁腈橡胶、天然橡胶或丙烯酸酯橡胶的薄膜，并在孔洞处沿直径垂直切开。该密封装置为直径为注入井井管的内径、厚度为3～5cm的橡胶圆柱体。

在具体实施药剂注入时，将注入管在上、下两个密封装置之间的管体部分置于受污染地下水的上部，即上部密封装置位于受污染地下水水位以下5～10cm，自上而下实施压缩空气与修复药剂的注入。首先注入压缩空气5～10分钟，并随着注入时间的延长逐渐增加空气注入压力，压缩空气注入结束后，注入修复药剂3～5分钟，随后将注入管与上、下两个密封装置整体向下移动0.5～0.75m，并重复上述注入步骤，直到注入管与上下两个密封装置整体下移到受污染地下水底部，完成整个药剂注入过程。

下面结合具体实施例和附图对本发明的方案作进一步阐述说明。

如图1所示，本发明的基于气压扩充技术的分段缓压式原位药剂注入系统，由压缩空气储罐1、修复药剂储罐2、注入调节阀门4、注入管3和上下两个密封装置7、6组成。

该压缩空气储罐1为带有自动调节气压功能的压缩空气储罐，以实现注入空气的压力控制，在实际操作过程中先注入压力较小的压缩空气逐渐打开含水层介质孔道，随后逐渐增加空气压力，以避免瞬时空气压力过大导致不均匀优势通道的产生。压缩空气储罐1和修复药剂储罐2通过管道与注入管3呈“y”字连接，并在“y”字交叉处设置注入调节阀门4。注入调节阀门4为直径为连接修复药剂储罐管道内径，厚度为1～3mm的圆形pvc薄片，用于在注入压缩空气时封闭连接修复药剂储罐2的管道或在注入修复药剂时封闭连接压缩空气储罐1的管道。

注入管3为半径为注入井井管5半径的1/4～1/2、厚度为2～4mm的聚氯乙烯(pvc)管，上端与连接压缩空气储罐1和修复药剂储罐2的管道连接，底端与下部密封装置6固定连接，并在高于下部密封装置6的0.5～0.75m处设置上部密封装置7并与注入管3固定连接。注入管3在上、下两个密封装置7、6之间的管体部分侧壁上均匀设置孔洞8。管体侧壁上的孔洞8设置为八排，八排孔洞一一对应设置，相邻两排孔洞之间的弧形管壁所对应的圆心角为45°，孔洞半径为2～4mm，每排孔洞沿注入管母线等距布设，孔间距为3～5mm。注入管3在上、下两个密封装置7、6之间的管体部分内部贴一层丁腈橡胶薄膜9，并在孔洞处沿直径垂直切开，以避免通过注入管3注入的压缩空气或修复药剂回流至注入管3。密封装置7、6为直径为注入井井管5内径、厚度为3～5cm的橡胶圆柱体。

在具体实施药剂注入时，将注入管3在上、下两个密封装置7、6之间的管体部分置于受污染地下水的上部，即上部密封装置7位于受污染地下水水位以下5～10cm处，自上而下实施压缩空气与修复药剂的注入。首先注入压缩空气5～10分钟，并随着注入时间的延长逐渐增加空气注入压力，压缩空气注入结束后，注入修复药剂3～5分钟，随后将注入管3与上下两个密封装置7、6整体向下移动0.5～0.75m，并重复上述注入步骤，直到注入管3与上下两个密封装置7、6整体下移到受污染地下水底部，完成整个药剂注入过程。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。