用于土壤及地下水污染的原位修复注射设备

1009 编辑：中冶有色技术网来源：生态环境部南京环境科学研究所

2023-12-18 13:59:20

权利要求书： 1.一种用于土壤及地下水污染的原位修复注射设备，包括钻机和注射泵，注射泵与钻机连接，其特征在于，钻机包括工作架体、冲击动力头、声频动力头、横移油缸、横移板、滑动组件和主缸；所述主缸与工作架体铰接；所述冲击动力头和声频动力头固定在横移板上，横移板通过横移油缸与滑动组件连接；所述滑动组件与主缸连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于土壤及地下水污染的原位修复注射设备，其特征在于，所述冲击动力头和声频动力头在横移板上呈左右形式布置。

3.根据权利要求1所述的一种用于土壤及地下水污染的原位修复注射设备，其特征在于，所述冲击动力头和声频动力头通过螺栓组固定在横移板上。

4.根据权利要求1所述的一种用于土壤及地下水污染的原位修复注射设备，其特征在于，所述横移油缸的一端与横移板铰接，另一端与滑动组件固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于土壤及地下水污染的原位修复注射设备，其特征在于，所述滑动组件设置在工作架体上，并通过螺栓组与主缸连接，主缸带动滑动组件沿工作架体上下移动。

6.根据权利要求5所述的一种用于土壤及地下水污染的原位修复注射设备，其特征在于，所述滑动组件上设有导向槽，所述工作架体上设有与导向槽配合的导轨。

7.根据权利要求1所述的一种用于土壤及地下水污染的原位修复注射设备，其特征在于，所述注射泵设有行走轮。

说明书：一种用于土壤及地下水污染的原位修复注射设备技术领域[0001] 本实用新型具体涉及一种用于基岩等复杂地层下层土壤及地下水污染的原位修复注射设备，属于环境修复技术领域。

背景技术[0002] 一般来说，土壤和地下水中的污染物主要分为有机物和重金属污染，如重金属(Pb、As、Cr等)、总石油烃、多氯联苯、农药等，这些污染物通常表现为高毒性、高致癌性、难

以自然降解，更为严重的是，挥发性及半挥发性有机污染物、可溶性重金属(如六价铬)会从

不饱和区域迁移至深层饱和区域，对地下水资源构成威胁，因此必须采取合理技术手段治

理修复受污染的土壤和地下水。目前，污染场地常用的修复方法为原位修复和异位修复，而

针对污染深度大、难开挖的有机物污染场地，越来越倾向于采用原位修复技术。

[0003] 目前，大多数原位修复技术均需采用原位化学药剂注射，比如原位化学氧化技术需要注射过硫酸钠等氧化剂，原位化学还原技术需要原位注射零价铁等还原剂，原位生物

修复也需向地下注射生物激活剂等试剂。无论是粘性土层、粉性土层还是砂性土层的污染

场地，均可根据需要选用原位化学药剂注射的方式修复可被氧化或还原的有机或无机污染

物、可被好氧或厌氧生物降解的有机污染物以及可被稳定化的重金属污染物等。

[0004] 常用的注射修复技术主要分为注射井注射、直推注射及高压旋喷注射技术。由于技术本身因素及土壤污染现状(早期偷排击穿岩层或是某些污染物历史悠久经沉积已透过

岩层)，因此当遇到某些极端地层条件(靠近基岩)时，往往会阻碍注射修复的进行。比如注

射井注射修复，当靠近基岩时，由于液压压力不足，往往无法钻穿基岩部分；同时，当地块污

染复杂，不同深度污染物、浓度不同时，该方法分层注射复杂，无法精准注射。高压旋喷注射

技术，当靠近基岩时，无法钻穿基岩；同时，其对土壤扰动性较大，对地层破坏性较强，易发

生塌孔。

[0005] 直接推进注射技术适用于污染物在不同的深度分层分布、一次注射难以满足污染物的去除要求或者其所在的位置不适合安装注射井的污染场地，适用于污染土壤和地下水

中的重金属类(如六价铬)、氯代有机物、石油烃、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、酚类、甲基叔丁基

醚(MTBE)、含氯有机溶剂、多环芳烃及农药等大部分有机物的修复处理。注射压力可控、灵

活性强、不会产生返浆现象，同时可以和高分辨原位检测工具联用，精确定位需要注射的深

度，减少药剂量，提高注射效率。但与注射井注射及高压旋喷注射相同，利用直推注射修复，

当靠近基岩时，注射钻头易发生折断，无法钻穿基岩部分。

实用新型内容

[0006] 为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本实用新型提供一种用于基岩等复杂地层下层土壤及地下水污染的原位修复注射设备。

[0007] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：[0008] 一种用于土壤及地下水污染的原位修复注射设备，包括钻机和注射泵，注射泵与钻机连接，钻机包括工作架体、冲击动力头、声频动力头、横移油缸、横移板、滑动组件和主

缸；所述主缸与工作架体铰接；所述冲击动力头和声频动力头固定在横移板上，横移板通过

横移油缸与滑动组件连接；所述滑动组件与主缸连接。

[0009] 进一步地，所述冲击动力头和声频动力头在横移板上呈左右形式布置。[0010] 进一步地，所述冲击动力头和声频动力头通过螺栓组固定在横移板上。[0011] 进一步地，所述横移油缸的一端与横移板铰接，另一端与滑动组件固定连接。[0012] 进一步地，所述滑动组件设置在工作架体上，并通过螺栓组与主缸连接，主缸带动滑动组件沿工作架体上下移动。

[0013] 进一步地，所述滑移组件上设有导向槽，所述工作架体上设有与导向槽配合的导轨。

[0014] 进一步地，所述注射泵设有行走轮。[0015] 相比现有设备，本实用新型具有以下优点：[0016] (1)更好的地层适应性。现有的原位注射修复钻机在基岩附近注射时常会遇到钻头折断、无法钻穿等一系列问题，导致该处污染土壤无法进行修复注射，阻碍修复进程。本

实用新型改进后的设备，解决了基岩下方原位注射的难题，拓宽了原位修复技术的应用范

围，提高了其对复杂地层的适应性。

[0017] (2)更高的修复效率。本实用新型的设备解决了基岩类复杂地层下方土壤及地下水的原位注射的难题。利用声频钻在最难钻进地层仍可取得连续钻进的优势，在基岩等复

杂地层中开辟一条注射通道，之后通过横移油缸切换冲击动力头，修复药剂可以沿注射通

道通过直推注射到达指定的污染深度，与污染土壤及地下水充分接触反应。与钢索冲击钻

等地勘钻机相比，修复效率显著提升，并在一定程度上改善了修复效果。

[0018] (3)更高的经济效益。基于同样的地层问题，相比于实施其他几种修复技术(比如传统地勘钻进+高压旋喷修复技术)的设备，本实用新型设备实施的修复方法成本较低，修

复效率较高，具有较高的社会经济效益。

[0019] (4)更低的二次污染。本实用新型的钻进和直推注射扰动性较小，不需泥浆辅助钻进，且通道一旦形成，立即使用膨润土封孔，阻隔了污染的扩散与下渗，能够有效地防控二

次污染。

附图说明[0020] 图1是本实用新型设备的结构示意图。[0021] 图2是图1的后视图。[0022] 图3是本实用新型设备在基岩等坚硬地层注射通道建设的示意图。[0023] 图4是本实用新型设备实施直推注射工艺的示意图。[0024] 图中：1为工作架体；2为冲击动力头；3为声频动力头；4为横移油缸；5为横移板；6为滑动组件；7为主缸；8为外套管；9为非固结土壤；10为基岩类复杂地层(砾石或卵石层)；

11为直推注射钻杆；12为注射泵。

具体实施方式[0025] 附图非限制性的公开了本实用新型的具体实施方式，下面结合附图和具体实例对本实用新型作进一步的描述。

[0026] 本实用新型的注射设备包括钻机和注射泵12，钻机通过挂架运输注射泵12，到达场地之后，可人力将注射泵抬12到地上，注射泵12自带行走轮，根据需要推到适当位置。本

实施例注射泵12为液压驱动的注射泵，动力来自于钻机，注射泵12通过快换接头及与钻机

连接。

[0027] 如图1和2所示，本实施例的钻机包括工作架体1、冲击动力头2、声频动力头3、横移油缸4、横移板5、滑动组件6和主缸7。其中，主缸7通过铰接的方式与工作架体1连接。冲击动

力头2和声频动力头3通过螺栓组固定在横移板5上，横移板5通过横移油缸4与滑动组件6连

接。滑动组件6设置在工作架体1上，并通过螺栓组与主缸7连接，在滑动组件6上设有导向

槽，工作架体1上设有导轨，导向槽与导轨配合，主缸7可带着滑动组件6沿工作架体1上下移

动，从而实现冲击动力头2和声频动力头3沿着工作架体1上下移动。

[0028] 横移油缸4的一端与横移板5铰接，另一端与滑动组件6固定连接。冲击动力头2和声频动力头3在横移板上呈左右布置形式。通过横移油缸4切换两种动力头的工作模式。

[0029] 实施例[0030] 某地区某工厂在进行详细调查与风险评估后发现其所在地块土壤及地下水存在石油烃及多环芳烃污染，由于地层结构较为复杂，且调查后发现污染物已渗透至基岩以下，

常用的修复注射方法无法穿透基岩进行注射，因此采用本实用新型的注射设备对该地块进

行修复。该设备修复实施方法主要分为以下两个步骤：一是利用声频动力头3开拓一条注射

通道；二是通过冲击动力头2将修复药剂通过注射通道达到指定污染深度，与土壤及地下水

充分接触，从而达到修复的目的。

[0031] 首先，根据前期场地详细调查与风险评估结论，确定该场地的修复范围、修复深度及修复目标值，并在场地内确定注射点位坐标及深度。之后，根据场地污染物的种类及浓

度，确定合适的修复药剂及用量。

[0032] 在基岩或砾石卵石等坚硬地层存在的点位架设本实用新型的注射设备，如图3所示，利用声频动力头3产生可以调节的高频振动力和低速回转作用，再加上向下的压力，高

频振动力、低速回转、下压三者结合在一起使钻头切入岩土，进行回转振动钻进钻探施工，

直至穿透基岩，到达指定深度地层。

[0033] 边向外套管(护壁)内填充膨润土和清洁水，边提升外套管，直至地面处。待膨润土固化完成，即完成注射通道建设。

[0034] 如图4所示，在注射通道上方架设本实用新型注射设备，将选定的修复药剂稀释或溶解，在注射泵12的作用下通过直推注射钻杆11将药剂注射至指定深度，注射药剂通过自

身的流动以及地下水的带动，与污染地下水充分接触，从而达到土壤及地下水污染修复的

目的。