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一种用于零价 铁活化过 硫酸盐的原位药剂注入系统与方法

阅读：936发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统与方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中：修复药剂储罐包括零价铁固体药剂储罐和过硫酸盐溶液储罐；双层空心套管注入管由外管和设置在外管中间的内管组成，外管和内管的底部均为密封，内管的底部距离外管底部有一间距，内管管体和外管管体上沿管壁均匀地设有孔洞；外管和内管的顶部均设有顶部密封装置；零价铁固体药剂储罐通过零价铁固体药剂注入管进入外管，过硫酸盐溶液储罐通过过硫酸盐溶液注入管进入内管；零价铁固体药剂注入管内包含多根注入支管，注入支管分别延伸至外管管壁上的通孔。本发明还公开了利用上述系统实现零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入方法。，下面是一种用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统与方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，由修复药剂储罐、双层空心套管注入管、顶部密封装置、注入支管组成；其中：
所述修复药剂储罐包括零价铁固体药剂储罐和过硫酸盐溶液储罐；
所述双层空心套管注入管由外管和设置在外管中间的内管组成，外管和内管的底部均为密封，内管的底部距离外管底部有一间距，内管管体和外管管体上沿管壁均匀地设有孔洞；
外管和内管的顶部均设有顶部密封装置；
零价铁固体药剂储罐通过零价铁固体药剂注入管进入外管，过硫酸盐溶液储罐通过过硫酸盐溶液注入管进入内管；
零价铁固体药剂注入管内包含多根注入支管，注入支管分别延伸至外管管壁上的通孔。
2.根据权利要求1所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，外管和内管均为聚氯乙稀管，内管的顶端高出外管3-5cm；内管通过顶部密封装置与外管连接并固定。
3.根据权利要求1或2所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，外管从距底部10-15mm的位置向上每隔10-15cm进行交替开孔，每段开孔的高度为10-15cm，外管管体的孔洞设置为8-12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30°-45°，孔洞半径为2mm，每排孔洞沿外管母线等距布设，孔间距为2-4mm。
4.根据权利要求1或2所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，内管底部距离外管3底部5-8cm。从距内管底部10-15mm的位置向上每隔10-15cm进行交替开孔，每段开孔的高度为10-15cm，管体孔洞设置为8-12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30°-45°，孔洞半径为1mm，每排孔洞沿外管母线等距布设，孔间距为1-2mm。
5.根据权利要求1或2所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，顶部密封装置为橡胶圆环体，橡胶圆环体的外径为外管的直径，橡胶圆环体的内径为内管的直径；橡胶圆环体中间垂直贯穿地开设有一连接过硫酸盐溶液注入管的中央孔洞，橡胶圆环体上距离中央孔洞等距的一周垂直贯穿地等距开设4个孔洞，每个孔洞连接一根零价铁固体药剂注入管。
6.根据权利要求1所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，零价铁固体药剂注入管为不锈钢管，内部包含3-5根注入支管，不锈钢管的上部高出顶部密封装置上表面3-5cm，下部超出顶部密封装置下表面1-2cm。
7.根据权利要求1或6所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，注入支管为胶皮管，注入支管数呈等差数列布设，底部孔洞处的注入支管数大于上部孔洞处的注入支管数。
8.一种零价铁活化过硫酸盐原位药剂注入方法，同时注入零价铁固体药剂与过硫酸盐溶液，零价铁固体药剂在压力作用下沿各注入支管从外管管体的孔洞进入含水层，由于采用了注入支管，使得零价铁固体药剂不会进入到内管，在注入过程中实现与过硫酸盐溶液的完全隔离；由于零价铁固体药剂迁移性差，注入后的零价铁会在注入井周边一定范围内扩散；过硫酸盐溶液沿内管管体的孔洞处进入内外管壁之间的空间，在压力和重力作用下逐渐向下从外管管体的孔洞进入含水层，由于过硫酸盐溶液的迁移性能较零价铁固体药剂强，因此保证了注入的过硫酸盐溶液在零价铁扩散区域与之充分接触进行反应，确保自由基的有效利用，进而实现对含水层中污染物的去除。

说明书全文

一种用于零价铁活化过 硫酸盐的原位药剂注入系统与方法

技术领域

[0001] 本发明属于环境修复技术领域，更具体地说，涉及一种用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统。

[0002] 本发明还涉及利用上述系统实现零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入的方法。

背景技术

[0003] 目前地下水修复技术主要有异位修复和原位修复两种类型，其中异位修复即是将受污染地下水抽出后进行处理，这种修复方式不仅工作量大，修复费用高，而且往往存在修复治理拖尾和污染物反弹等问题。与异位修复技术相比，原位修复具有保护污染场地结构、修复工程量小、修复成本低等优势。

[0004] 原位药剂注入修复是一种常用且有效的原位修复技术，其具体工艺过程是通过将修复药剂注入地下含水层以去除污染物，这种方法能够有效地去除吸附在土壤颗粒表面以及地下水中的多种污染物。典型的修复药剂包括零价铁、碳源以及双氧水、高锰酸盐、臭氧、过硫酸盐等高级氧化剂。

[0005] 在众多的氧化剂中，过硫酸盐由于其造价低廉、在过渡金属(如：零价铁)催化条件下能够产生强氧化性的硫酸根自由基SO4-·(标准氧化还原电位E0＝+2.5～+3.1V)，并且在酸性、中性、碱性条件下均具有良好的氧化能力而被广泛应用于地下水中难降解有机物的去除。但是零价铁活化过硫酸盐的反应很快，硫酸根自由基SO4-·的存活时间非常短，整个体系稳定性较差。若将零价铁与过硫酸盐充分混合后再进行注入，必然会导致自由基的无效损失，若将零价铁与过硫酸盐分别进行注入，在复杂的非均质含水层中又很难保证两者的充分混合。

[0006] 因而需要改进现有零价铁活化过硫酸盐的注射装备与方法，确保在修复药剂与污染物接触反应时具有最佳药性的同时，减少注射修复过程中的药剂损耗，从而加强其对污染地下水的修复效果。

发明内容

[0007] 本发明目的在于提供一种用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统。

[0008] 本发明的又一目的在于提供一种利用上述系统实现零价铁活化过硫酸盐原位药剂注入方法。

[0009] 为实现上述目的，本发明提供的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，由修复药剂储罐、双层空心套管注入管、顶部密封装置、注入支管组成；其中：

[0010] 所述修复药剂储罐包括零价铁固体药剂储罐和过硫酸盐溶液储罐；

[0011] 所述双层空心套管注入管由外管和设置在外管中间的内管组成，外管和内管的底部均为密封，内管的底部距离外管底部有一间距，内管管体和外管管体上沿管壁均匀地设有孔洞；

[0012] 外管和内管的顶部均设有顶部密封装置；

[0013] 零价铁固体药剂储罐通过零价铁固体药剂注入管进入外管，过硫酸盐溶液储罐通过过硫酸盐溶液注入管进入内管；

[0014] 零价铁固体药剂注入管内包含多根注入支管，注入支管分别延伸至外管管壁上的通孔。

[0015] 所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，外管和内管均为聚氯乙稀管，内管的顶端高出外管3-5cm；内管通过顶部密封装置与外管连接并固定。

[0016] 所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，外管从距底部10-15mm的位置向上每隔10-15cm进行交替开孔，每段开孔的高度为10-15cm，外管管体的孔洞设置为8-12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30°-
45°，孔洞半径为2mm，每排孔洞沿外管母线等距布设，孔间距为2-4mm。

[0017] 所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，内管底部距离外管3底部5-8cm。从距内管底部10-15mm的位置向上每隔10-15cm进行交替开孔，每段开孔的高度为10-15cm，管体孔洞设置为8-12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30°-45°，孔洞半径为1mm，每排孔洞沿外管母线等距布设，孔间距为1-2mm。

[0018] 所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，顶部密封装置为橡胶圆环体，橡胶圆环体的外径为外管的直径，橡胶圆环体的内径为内管的直径；橡胶圆环体中间垂直贯穿地开设有一连接过硫酸盐溶液注入管的中央孔洞，橡胶圆环体上距离中央孔洞等距的一周垂直贯穿地等距开设4个孔洞，每个孔洞连接一根零价铁固体药剂注入管。

[0019] 所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，零价铁固体药剂注入管为不锈钢管，内部包含3-5根注入支管，不锈钢管的上部高出顶部密封装置上表面3-5cm，下部超出顶部密封装置下表面1-2cm。

[0020] 所述的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统，其中，注入支管为胶皮管，注入支管数呈等差数列布设，底部孔洞处的注入支管数大于上部孔洞处的注入支管数。

[0021] 本发明利用上述系统实现零价铁活化过硫酸盐原位药剂注入方法，同时注入零价铁固体药剂与过硫酸盐溶液，零价铁固体药剂在压力作用下沿各注入支管从外管管体的孔洞进入含水层，由于采用了注入支管，使得零价铁固体药剂不会进入到内管，在注入过程中实现与过硫酸盐溶液的完全隔离；由于零价铁固体药剂迁移性差，注入后的零价铁会在注入井周边一定范围内扩散；过硫酸盐溶液沿内管管体的孔洞处进入内外管壁之间的空间，在压力和重力作用下逐渐向下从外管管体的孔洞进入含水层，由于过硫酸盐溶液的迁移性能较零价铁固体药剂强，因此保证了注入的过硫酸盐溶液在零价铁扩散区域与之充分接触进行反应，确保自由基的有效利用，进而实现对含水层中污染物的去除。

[0022] 本发明的优点在于：

[0023] (1)实现修复药剂无损耗高效传输。采用双层空心套管并配合注入支管的方式，可实现零价铁与过硫酸盐的同步注入，并且可确保零价铁活化过硫酸盐产生的硫酸根自由基完全有效利用。

[0024] (2)操作简单，节约成本。采用双层空心套管的注入方式可以节约原位注入井的建设成本，可在一眼井中实现两种修复药剂的注入，也可避免插入两根注入管可能产生的注入位置不可控的问题。

[0025] (3)独特的开孔设计可确保两种修复药剂在注入井周边充分接触反应。利用注入支管是零价铁通过外管直接进入含水层，并在含水层中缓慢扩散，同时利用过硫酸盐溶解较好的迁移性补足其先经内管孔洞再经外管孔洞迁移至含水层的时间差所产生的扩散范围差。同时，零价铁的注入孔较过硫酸盐注入孔靠下，也是利用了过硫酸盐在压力和重力作用下向下迁移，从而进一步与位于下方的零价铁进行充分接触。附图说明

[0026] 图1是本发明的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统示意图。

[0027] 图2是本发明的用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统中顶部密封装置横截面图。

[0028] 附图中主要组件符号说明：

[0029] 1零价铁固体药剂储罐，2过硫酸盐溶液储罐，3外管，4内管，5顶部密封装置，6外管管体的孔洞，7内管管体的孔洞，8零价铁固体药剂注入管，9注入支管，10橡胶圆柱体，11过硫酸盐溶液注入管

具体实施方式

[0030] 本发明提供了采用套管注入方式实现零价铁与过硫酸盐的同步注入，根据两种药剂的物理性质与形态，通过在内外层管壁不同位置的开孔，以及注入支管的设计，实现在含水层介质不同深度中两种药剂的充分混合及自由基的高效利用，进而提高修复效率。

[0031] 进一步説，本发明的系统由修复药剂储罐、双层空心套管注入管、顶部密封装置、注入支管组成。

[0032] 所述修复药剂储罐包括微米级零价铁固体药剂储罐和过硫酸盐溶液储罐。所述双层空心套管注入管包括直径为50-80mm的外管、直径为30-50mm的内管以及顶部密封装置。

[0033] 外管及内管均为厚度为2～4mm的聚氯乙稀(PVC)管。外管的长度为1-2m，底部密封，从距底部10-15mm的位置向上每隔10-15cm进行交替开孔，每段开孔的高度为10-15cm，孔洞沿管壁均匀布设，外管管体孔洞设置为8-12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30°-45°，孔洞半径为2mm，每排孔洞沿外管母线等距布设，孔间距为2-4mm。内管顶端高出外管3-5cm，通过所述顶部密封装置与外管无缝连接并固定，底部密封，其底部距离外管底部5-8cm。从距底部10-15mm的位置向上每隔10-15cm进行交替开孔，每段开孔的高度为10-15cm，内管管体孔洞沿管壁均匀布设，管体孔洞设置为8-12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30°-45°，孔洞半径为1mm，每排孔洞沿外管母线等距布设，孔间距为1-2mm。

[0034] 所述顶部密封装置为外径为外管直径，内径为内管直径，厚度为3-5cm的橡胶圆环体。圆环体上表面距离外管及内管等距的一周，等距开设4个孔洞并垂直贯穿至下表面，孔径为5-8mm。每个孔洞连接一根零价铁固体药剂注入管，所述零价铁固体药剂注入管为内部包含3-5根注入支管的不锈钢管，其上部高于顶部密封装置3-5cm并与零价铁固体药剂储罐连接，下部超出顶部密封装置下表面1-2cm。所述支管为胶皮管，分别延伸至外管管体孔洞，支管数呈等差数列布设，底部孔洞处支管数大于上部孔洞处支管数。

[0035] 内管顶端采用橡胶圆柱体进行密封，并在橡胶圆柱体中心处开孔，孔径为8-10mm，孔内连接过硫酸盐溶液注入管，注入管为不锈钢管，所述过硫酸盐溶液注入管与过硫酸盐溶液液体储罐相连。

[0036] 在具体实施药剂注入时，同时进行零价铁与过硫酸盐溶液的注入，零价铁在压力作用下沿各注入支管从外管壁开孔位置进入含水层，由于采用了注入支管，使得零价铁不会进入到内管，在注入过程中实现与过硫酸盐的完全隔离。由于固体药剂迁移性较差，注入后的零价铁会在注入井周边一定范围内扩散。过硫酸盐溶液沿内管壁开孔处进入内外管壁空间，在压力和重力作用下逐渐向下从外管壁开孔处进入含水层，由于溶液的迁移性能较固体颗粒强，因此可保证注入的过硫酸盐溶液可在零价铁扩散区域与之充分接触进行反应，确保自由基的有效利用，进而实现对含水层中污染物的高效去除。

[0037] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0038] 如图1所示，本发明一种用于零价铁活化过硫酸盐的原位药剂注入系统与方法，其由修复药剂储罐、双层空心套管注入管、顶部密封装置、注入支管组成。

[0039] 所述修复药剂储罐包括零价铁固体药剂储罐1和过硫酸盐溶液储罐2。所述双层空心套管注入管包括直径为50-80mm的外管3、直径为30-50mm的内管4以及顶部密封装置5。

[0040] 外管3及内管4均为厚度为2～4mm的聚氯乙稀(PVC)管。外管3的长度为1-2m，底部密封，从距底部10-15mm的位置向上每隔10-15cm进行交替开孔，每段开孔的高度为10-15cm，孔洞沿管壁均匀布设，外管管体孔洞6设置为8-12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30°-45°，孔洞半径为2mm，每排孔洞沿外管母线等距布设，孔间距为2-4mm。内管4顶端高出外管3 3-5cm，通过所述顶部密封装置5与外管3无缝连接并固定，底部密封，其底部距离外管3底部5-8cm。从距底部10-15mm的位置向上每隔10-
15cm进行交替开孔，每段开孔的高度为10-15cm，内管管体孔洞7沿管壁均匀布设，管体孔洞设置为8-12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30°-
45°，孔洞半径为1mm，每排孔洞沿外管母线等距布设，孔间距为1-2mm。

[0041] 请结合图2所示，顶部密封装置5为外径为外管3直径，内径为内管4直径，厚度为3-5cm的橡胶圆环体。圆环体上表面距离外管及内管等距的一周，等距开设4个孔洞并垂直贯穿至下表面，孔径为5-8mm。每个孔洞连接一根零价铁固体药剂注入管8，所述零价铁固体药剂注入管8为内部包含3-5根注入支管9的不锈钢管，其上部高于顶部密封装置上表面3-5cm并与零价铁固体药剂储罐1连接，下部超出顶部密封装置5下表面1-2cm。所述支管9为胶皮管，分别延伸至外管管体孔洞6，支管9数呈等差数列布设，底部孔洞处支管数大于上部孔洞处支管数。

[0042] 内管4顶端采用橡胶圆柱体10进行密封，并在橡胶圆柱体10中心处开孔，孔径为8-10mm，孔内连接过硫酸盐溶液注入管11，注入管为不锈钢管，所述过硫酸盐溶液注入管11与过硫酸盐溶液液体储罐2相连。

[0043] 在具体实施药剂注入时，同时进行零价铁与过硫酸盐溶液的注入，零价铁在压力作用下沿各注入支管9从外管管体孔洞6进入含水层，由于采用了注入支管9，使得零价铁不会进入到内管4，在注入过程中实现与过硫酸盐的完全隔离。由于固体药剂迁移性较差，注入后的零价铁会在注入井周边一定范围内扩散。过硫酸盐溶液沿内管壁开孔7处进入内外管壁空间，在压力和重力作用下逐渐向下从外管管体孔洞6进入含水层，由于溶液的迁移性能较固体颗粒强，因此可保证注入的过硫酸盐溶液可在零价铁扩散区域与之充分接触进行反应，确保自由基的有效利用，进而实现对含水层中污染物的高效去除。

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