土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统的制作方法

本实用新型涉及一种土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，属于土壤及地下水修复系统技术领域。

背景技术：

土壤及地下水中的挥发性/半挥发性的有机污染是我国工业污染场地的主要污染形式之一。浅层污染土壤及地下水的有机污染普遍存在，异位修复技术由于开挖和运输容易造成二次污染，因此，原位修复技术逐步得到应用。

土壤及地下水的有机污染目前主要采用物理、化学及生物或组合技术，工程修复中首要解决的问题是如何有效地添加修复药剂至土壤及地下水环境。搅拌和注入/注射是目前修复药剂原位投加的主要方式。浅层污染的水文地质条件及污染特性为：土质以杂填土为主，污染物分布极不均匀，土层组成复杂，局部含有基础、建筑垃圾及粘土夹层等。因此，注射及深层搅拌技术在治理浅层污染领域应用受限。

美国环境保护署(EPA)最新的调查资料显示，原位化学氧化(In Situ Chemical Oxidation，ISCO)技术已被成功应用于数千个污染场地的修复，近年来的场地修复案例中，ISCO技术约占33％，并且有日益增加的趋势，成为目前发展最迅速的土壤/地下水主导修复技术。国内近年来也逐步开展了ISCO工程实践，该技术可同时修复土壤及地下水中的多种有机物，处理效果高。

专利号为US 2008/0174571A1的美国专利中公开了一种化学氧化原位注入井修复技术，该修复系统通过注入井向地下注入过氧化氢、臭氧及压缩空气氧化修复污染土壤和地下水。专利号为ZL201410387735.4(申请公布号CN104174643A、申请公布日2014年12月3日)的中国发明专利公开了“一种有机污染土壤和地下水原位修复装置及修复方法”，该系统通过PVC井注入过硫酸盐氧化剂。注射井技术对于浅层污染土质以杂填土为主的场地，存在渗漏严重，药剂注射不均匀的缺陷。

专利号为ZL201510108244.6(申请公布号CN104624634A、申请公布日2015年5月20日)的发明专利公开了“一种有机污染土壤的化学氧化修复方法”及申请号为201410831123.X(申请公布号CN104624629A、申请公布日2015年5月20日)的发明专利申请公开了“一种采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法”等专利技术，通过钻杆添加氧化剂和催化剂等药剂，实质为深层搅拌技术，对于浅层污染土壤及地下水存在布孔密度过大、不适宜钻头搅拌等缺陷。专利号为ZL201620630167.0(授权公告号CN205762952U、授权公告日2016年12月7日)的实用新型专利“一种土壤及地下水原位化学氧化高压旋喷注射修复系统”，提到了高压旋喷注射系统，适合修复深层污染，需要桩基机械作为搅拌机械，组装相对复杂，不适于浅层土壤及地下水的修复。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有原位修复系统的搅拌深度过大、注射井或高压注射难以保证浅层混合效果的问题。针对浅层地下水污染轻度，土水复合污染或单独土壤污染(非饱和及饱和)情形，进而提供一种土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，包括：一号配药站、二号配药站、二号支架、镀锌管接头、一号支架、第一挖机、第二挖机连接杆、回转式搅拌头和第二挖机；

所述一号配药站包括35％浓度C药剂罐、一号阀门、水表、一号配药罐、一号配药罐清水进水管路、二号阀门、一号防腐泵、三号阀门、一号三通和一号输出管路，35％浓度C药剂罐和一号配药罐之间由管路相连通，管路上依次串接有一号阀门和水表，一号配药罐的上部设有一号配药罐清水进水管路，二号阀门的一端与一号配药罐的下部相连通，二号阀门的另一端与一号防腐泵的入口相连通，三号阀门的一端与一号防腐泵的出口相连通，三号阀门的另一端与一号三通的第一端相连通，一号三通的第二端通过管路与一号配药罐的上部相连通，一号三通的第三端与一号输出管路的一端相连通，一号输出管路的另一端与镀锌管接头相连通，镀锌管接头设置在一号支架上；

所述二号配药站包括F、N1、N2药剂混合溶液进药管路、二号配药罐清水进水管路、二号配药罐、四号阀门、二号防腐泵、五号阀门、二号三通和二号输出管路，二号配药罐的上部分别设有F、N1、N2药剂混合溶液进药管路和二号配药罐清水进水管路，四号阀门的一端与二号配药罐的下部相连通，四号阀门的另一端与二号防腐泵的入口相连通，五号阀门的一端与二号防腐泵的出口相连通，五号阀门的另一端与二号三通的第一端相连通，二号三通的第二端通过管路与二号配药罐的上部相连通，二号三通的第三端与二号输出管路的一端相连通，二号输出管路的另一端与镀锌管接头相连通，镀锌管接头设置在二号支架上；

回转式搅拌头与第二挖机上的第二挖机连接杆相连接。

本实用新型的有益效果是：

一、修复设备系统简单，安装快捷，搅拌头设计巧妙，优越于其它如原位加热、热解吸或土壤淋洗等技术需要复杂设计或尾气或废水处理单元等。修复成本远低于原位加热、热解吸等技术。可最佳地达到原位体系的修复效率及污染物的去除效果。

二、本实用新型所采用的双液药剂体系设计合理、安全，一号配药站为强还原剂体系、二号配药站为催化剂+缓释剂+pH调节剂溶液体系，一号配药站、二号配药站设置有安全距离，两配药站均采用循环回流使得修复药剂充分混合均匀。一号配药站通过水表对氧化剂C药剂用量进行精确计量，而稀释后的C药剂用量及催化剂+缓释剂+pH调节剂混合溶液用量则通过配药罐刻度直接读取，一号配药站、二号配药站双液配置好分别通过各自管路注入修复区块，操作简单。

三、回转式浅层搅拌设备操作可在第一挖机添加固体药剂后搅拌一遍后，采用本实用新型的专业搅拌头设备进行复搅，可有效解决粘土质土层采用滚筒式强力搅拌头容易出现包死钻头打滑现场的问题，有助于搅拌过程打散粘土胶结块，保证修复药剂与污染介质的充分混合效果，从而保证反应条件。同时固体药剂直接通过挖机添加，避免了存在因钻头管路堵塞引发安全事故的隐患。

四、相对于深层搅拌、Geoprobe钻头高压注射、高压旋喷注射，需要钻机设备，安装调试相对繁琐，且设备能耗高。本实用新型采用挖机+专业搅拌头的搅拌设备及双液配药系统，可实现药剂溶液添加同时进行原位搅拌，反应周期短，可解决土壤及地下水的浅层污染问题。

附图说明

图1为本实用新型土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统的工作原理示意图。

图2为回转式搅拌头28的结构示意图。

图3为回转式搅拌头的侧视图。

图4为回转式搅拌头的主视图。

图中的附图标记，1为一号配药站、2为35％浓度C药剂罐、3为一号阀门、4为水表、5为一号配药罐、6为一号配药罐清水进水管路、7为二号阀门、8为一号防腐泵、9为三号阀门、10为一号三通、11为一号输出管路、12为二号配药站、13为F、N1、N2药剂混合溶液进药管路、14为二号配药罐清水进水管路、15为二号配药罐、16为四号阀门、17为二号防腐泵、18为五号阀门、19为二号三通、20为二号输出管路、21为二号支架、22为镀锌管接头、23为二号药剂注入污染地块、24为一号支架、25为一号药剂注入污染地块、26为第一挖机(带铲斗)、27为第二挖机连接杆、28为回转式搅拌头、29为地下水位线、30为已破碎土壤作业区域、31为未破碎土壤作业区域、32为第二挖机、33为杂填土(污染层)、34为粉质粘土(污染层)、35为粉细砂(非污染层)、36为污染土壤及地下水与药剂混合、41为连接杆、42为主体钢结构、43为主动链轮、44为液压马达、45为张紧轮、46为齿耙、47为链条、48为耐磨钢片切削头、49为被动链轮、50为搅拌方向。

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土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，包括：一号配药站1、二号配药站12、二号支架21、镀锌管接头22、一号支架24、第一挖机26、第二挖机连接杆27、回转式搅拌头28和第二挖机32；

所述一号配药站1包括35％浓度C药剂罐2、一号阀门3、水表4、一号配药罐5、一号配药罐清水进水管路6、二号阀门7、一号防腐泵8、三号阀门9、一号三通10和一号输出管路11，35％浓度C药剂罐2和一号配药罐5之间由管路相连通，管路上依次串接有一号阀门3和水表4，一号配药罐5的上部设有一号配药罐清水进水管路6，二号阀门7的一端与一号配药罐5的下部相连通，二号阀门7的另一端与一号防腐泵8的入口相连通，三号阀门9的一端与一号防腐泵8的出口相连通，三号阀门9的另一端与一号三通10的第一端相连通，一号三通10的第二端通过管路与一号配药罐5的上部相连通，一号三通10的第三端与一号输出管路11的一端相连通，一号输出管路11的另一端与镀锌管接头22相连通，镀锌管接头22设置在一号支架24上；

所述二号配药站12包括F、N1、N2药剂混合溶液进药管路13、二号配药罐清水进水管路14、二号配药罐15、四号阀门16、二号防腐泵17、五号阀门18、二号三通19和二号输出管路20，二号配药罐15的上部分别设有F、N1、N2药剂混合溶液进药管路13和二号配药罐清水进水管路14，四号阀门16的一端与二号配药罐15的下部相连通，四号阀门16的另一端与二号防腐泵17的入口相连通，五号阀门18的一端与二号防腐泵17的出口相连通，五号阀门18的另一端与二号三通19的第一端相连通，二号三通19的第二端通过管路与二号配药罐15的上部相连通，二号三通19的第三端与二号输出管路20的一端相连通，二号输出管路20的另一端与镀锌管接头22相连通，镀锌管接头22设置在二号支架21上；

回转式搅拌头28与第二挖机32上的第二挖机连接杆27相连接。

所述回转式搅拌头28包括：连接杆41、主体钢结构42、主动链轮43、液压马达44、张紧轮45、齿耙46、链条47、耐磨钢片切削头48和被动链轮49，所述主体钢结构42的顶端固定有连接杆41，主体钢结构42的上端设置有主动链轮43，主体钢结构42的下端设置有被动链轮49，主动链轮43和被动链轮49之间由链条47传动连接，链条47上均布有齿耙46，齿耙46上固定有耐磨钢片切削头48，液压马达44固定在主体钢结构42的上部，液压马达44的输出端与主动链轮43传动连接，主体钢结构42上设有张紧轮45，张紧轮45与链条47转动连接，连接杆41用于与第二挖机连接杆27相连接。

所述连接杆41与第二挖机连接杆27通过铰销直接连接。

所述链条47上均布有6～12组齿耙46。

所述每组齿耙46上安装有4～6个耐磨钢片切削头48。

所述一号配药罐5和二号配药罐15的有效容积均为5m3。

所述第一防腐泵8和第二防腐泵17的流量均为10～15m3/h。

所述第一防腐泵8和第二防腐泵17均为防腐真空泵或离心泵。

使用本实施例所涉及的一种有机污染土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，修复过程通过以下步骤实现：

步骤一：场地平整、分区及测量放线

土壤/地下水地块进行场地平整，按5m×5m网格精细化分区后测量放线定位，各搅拌分区依次编号，分为已破碎土壤搅拌作业区域30和未破碎土壤搅拌作业区域31。

步骤二：表层破碎筛分、设置围堰

第一挖机26用于破碎筛分修复区域表层混凝土地面或建筑物基础，清理筛分表层后，在搅拌分区四周构筑0.8m高度围堰，防止原位搅拌过程中药剂及泥浆外流，待区块内部搅拌结束时，对围堰进行挖除搅拌处理。

步骤三：浅层搅拌机械设备组装及调试

第二挖机连接杆27与回转式搅拌头28直接连接，构成第二挖机32+回转式搅拌头28的浅层搅拌成套设备，通过液压马达驱动，回转式搅拌头可在垂直方向做回转式运动。挖机在步骤二所设置围堰外围行驶，在其操作半径范围内实现浅层搅拌操作。

优选回转式搅拌头作为粘土为主地层的搅拌作业。

步骤四：双液药剂配置

本实施例的双液药剂组成及配置要求如下，

a)一号配药站药剂溶液配置：优选35％浓度的C药剂(双氧水)作为入场氧化剂，现场稀释配置10％～15％的浓度；配置过程记录，配置每罐(优选5方)配药罐的C药剂(35％)用量(L)，并计算所配置5方配药罐的C药剂稀释浓度(％)。

b)二号配药站药剂溶液配置：优选七水硫酸亚铁(F药剂)、二水檬酸钠(N1药剂)及一水柠檬酸(N2药剂)溶配成混合溶液，配置浓度上限为20％～40％。配置过程记录，配置每罐(优选2方)配药罐所用的F、N1、N2药剂的实际用量(kg)。

现场工程施工中一号配药站和二号配药站设置安全距离＞10m。

步骤五：双液药剂投加及浅层搅拌作业

如步骤二所述，第一挖机26对所施工区块破碎及设置围堰后，通过泵送投加二号配药站药剂溶液的同时，使用第二挖机32+回转式搅拌头28组装的浅层搅拌设备进行搅拌，单个区块搅拌0.5～1.0h，至粘土块基本打散，开始泵送一号配药站药剂溶液，浅层搅拌设备继续搅拌1.0～1.5h，至充分搅拌均匀。每个区块原位搅拌完成后，记录一号配药站、二号配药站实际用量(L)。

搅拌完毕四周用警戒带标识。

步骤六：表层固化

完成浅层搅拌作业4～8h后，第一挖机清洗挖斗后进行表层固化施工，固化深度范围为0～1.5m，固化材料采用普通硅酸盐防尘水泥+粉状膨润土，普通硅酸盐防尘水泥投加量为5％～10％(土壤湿重)，粉状膨润土投加量为5％～10％(土壤湿重)。

实施例1

本项目为南京某化工厂土壤及地下水修复工程，土壤修复工程量25.8万方，地下水修复工程量17万平，工期要求150天。本场地土壤浅层污染最大深度4m，主要分布有杂填土及粉质粘土层，地下水埋藏浅(约1m左右)且丰富。浅层土壤/地下水中的目标污染物为氯苯、苯、对/邻硝基氯化苯等VOCs/SVOCs类有机物。

为了解决原位化学氧化修复工程中的浅层污染难题，该工程中土壤修复工程量的11％、地下水修复工程量的8％采用了浅层搅拌原位化学氧化工艺，其中浅层搅拌工艺中土壤及地下水修复工程量约87％采用了本实用新型的双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统。实践表明，本实施例可有效解决浅层土壤污染、浅层地下水轻度有机污染问题。

系统优势：

(1)修复深度范围：适用于0～3m、0～4m、1～2m、1～3m、1～4m、2～3m、2～4m诸多浅层污染，人工回填土或原始土层非饱和及饱和区域情形，最大修复深度不宜超过4m；

(2)修复周期短：氧化剂采用C药剂及缓释药剂，SOD值较高，但反应周期较短，一轮搅拌不超过2周反应时间，对土壤及地下水中的苯、氯苯、苯胺、氯苯、对/邻硝基等VOCs/SVOCs具有高效性。

(4)机械施工效率高：本实施例的单套浅层搅拌设备处理能力：土壤修复为400～800m3，地下水修复为100～200m2，最大修复深度4m。

本实施例中，土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化工艺系统应用情况见下表。

表1土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化工艺系统应用情况统计

注：表中具体应用地块均为土壤/地下水复合污染，同时修复。

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。

技术特征：

1.一种土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，包括：一号配药站(1)、二号配药站(12)、二号支架(21)、镀锌管接头(22)、一号支架(24)、第一挖机(26)、第二挖机连接杆(27)、回转式搅拌头(28)和第二挖机(32)，其特征在于，

所述一号配药站(1)包括35％浓度C药剂罐(2)、一号阀门(3)、水表(4)、一号配药罐(5)、一号配药罐清水进水管路(6)、二号阀门(7)、一号防腐泵(8)、三号阀门(9)、一号三通(10)和一号输出管路(11)，35％浓度C药剂罐(2)和一号配药罐(5)之间由管路相连通，管路上依次串接有一号阀门(3)和水表(4)，一号配药罐(5)的上部设有一号配药罐清水进水管路(6)，二号阀门(7)的一端与一号配药罐(5)的下部相连通，二号阀门(7)的另一端与一号防腐泵(8)的入口相连通，三号阀门(9)的一端与一号防腐泵(8)的出口相连通，三号阀门(9)的另一端与一号三通(10)的第一端相连通，一号三通(10)的第二端通过管路与一号配药罐(5)的上部相连通，一号三通(10)的第三端与一号输出管路(11)的一端相连通，一号输出管路(11)的另一端与镀锌管接头(22)相连通，镀锌管接头(22)设置在一号支架(24)上；

所述二号配药站(12)包括F、N1、N2药剂混合溶液进药管路(13)、二号配药罐清水进水管路(14)、二号配药罐(15)、四号阀门(16)、二号防腐泵(17)、五号阀门(18)、二号三通(19)和二号输出管路(20)，二号配药罐(15)的上部分别设有F、N1、N2药剂混合溶液进药管路(13)和二号配药罐清水进水管路(14)，四号阀门(16)的一端与二号配药罐(15)的下部相连通，四号阀门(16)的另一端与二号防腐泵(17)的入口相连通，五号阀门(18)的一端与二号防腐泵(17)的出口相连通，五号阀门(18)的另一端与二号三通(19)的第一端相连通，二号三通(19)的第二端通过管路与二号配药罐(15)的上部相连通，二号三通(19)的第三端与二号输出管路(20)的一端相连通，二号输出管路(20)的另一端与镀锌管接头(22)相连通，镀锌管接头(22)设置在二号支架(21)上；

回转式搅拌头(28)与第二挖机(32)上的第二挖机连接杆(27)相连接。

2.根据权利要求1所述的土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，其特征在于，所述回转式搅拌头(28)包括：连接杆(41)、主体钢结构(42)、主动链轮(43)、液压马达(44)、张紧轮(45)、齿耙(46)、链条(47)、耐磨钢片切削头(48)和被动链轮(49)，所述主体钢结构(42)的顶端固定有连接杆(41)，主体钢结构(42)的上端设置有主动链轮(43)，主体钢结构(42)的下端设置有被动链轮(49)，主动链轮(43)和被动链轮(49)之间由链条(47)传动连接，链条(47)上均布有齿耙(46)，齿耙(46)上固定有耐磨钢片切削头(48)，液压马达(44)固定在主体钢结构(42)的上部，液压马达(44)的输出端与主动链轮(43)传动连接，主体钢结构(42)上设有张紧轮(45)，张紧轮(45)与链条(47)转动连接，连接杆(41)用于与第二挖机连接杆(27)相连接。

3.根据权利要求2所述的土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，其特征在于，所述连接杆(41)与第二挖机连接杆(27)通过铰销直接连接。

4.根据权利要求3所述的土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，其特征在于，所述链条(47)上均布有6～12组齿耙(46)。

5.根据权利要求4所述的土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，其特征在于，所述每组齿耙(46)上安装有4～6个耐磨钢片切削头(48)。

6.根据权利要求5所述的土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，其特征在于，所述一号配药罐(5)和二号配药罐(15)的有效容积均为5m3。

7.根据权利要求6所述的土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，其特征在于，所述第一防腐泵(8)和第二防腐泵(17)的流量均为10～15m3/h。

8.根据权利要求7所述的土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，其特征在于，所述第一防腐泵(8)和第二防腐泵(17)均为防腐真空泵或离心泵。

技术总结

本实用新型提供了一种土壤及地下水双液浅层搅拌原位化学氧化修复系统，属于土壤及地下水修复系统技术领域。本实用新型包括：一号配药站、二号配药站、第一挖机、第二挖机连接杆、回转式搅拌头和第二挖机；一号配药站包括35％浓度C药剂罐、一号配药罐、一号配药罐清水进水管路、一号防腐泵和一号输出管路；二号配药站包括F、N1、N2药剂混合溶液进药管路、二号配药罐清水进水管路、二号配药罐、二号防腐泵和二号输出管路。本实用新型采用挖机+专业搅拌头的搅拌设备及双液配药系统，可实现药剂溶液添加同时进行原位搅拌，反应周期短，可解决土壤及地下水的浅层污染问题。

技术研发人员：杨乐巍;刘鹏;王艳伟;张岳;崔双超;李书鹏;谢倩;宋晓威;陈凡;尹鹏程

受保护的技术使用者：北京建工环境修复股份有限公司

文档号码：201720194215

技术研发日：2017.03.01

技术公布日：2017.11.10