本发明属于环境保护技术领域，尤其是涉及一种用于挥发性有机物污染土壤取样及原位修复装置。

背景技术：

近年来，随着现代工业的快速发展和城市化进程的加快，我国出现了大量的搬迁或即将关停的化工企业。然而，由于这些企业在以往的生产运营中，由于环保意识不强，管理不善等原因，导致大量的有毒有害物质，特别是有机污染物进入到土壤中，出现了严重的场地土壤污染问题。

土壤中的挥发性有机化合物(vocs)是大气中的主要污染物，它们会与大气中的氮氧化物发生反应，产生光化学烟雾，从而危害城市空气质量和人类健康。当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累通过“土壤→植物→人体”，或通过“土壤→水→人体”间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度，就是土壤污染。

日本在20世纪80年代就开始对土壤修复进行立法，是最早开始重视土壤修复的国家，而国内对于土壤地下污染水的处理技术还处于研究和工程探索初期。目前，土壤修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复三种方式。其中，往土壤中加入药剂是一种普遍的办法，但目前还没有成熟的药剂投加设备，大部分药剂以异位添加方式投放，且设备复杂、操作困难，效率低下，不能满足大量污染土壤的修复需求。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了提供一种勘测修复一体、结构简单、操作简便且土壤修复效率高的用于挥发性有机物污染土壤取样及原位修复装置及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种用于挥发性有机物污染土壤取样及原位修复装置，包括移动模块以及设置于移动模块上的土壤取样模块、药剂注射模块和控制模块；

所述的土壤取样模块具有设置于移动模块前部的采样管移动机构、与采样管移动机构连接的冲击动力头、设置于冲击动力头下端的采样管固定器以及连接于采样管固定器下端的采样管；

所述的药剂注射模块具有依次连接的储液罐、高压药剂注射泵和投药喷头，所述的投药喷头与采样管相连通；

所述的土壤取样模块及药剂注射模块均与控制模块电性连接。

作为本发明优选的技术方案，所述的采样管由一内一外套设的取土内管和药剂注射外管组成，所述的采样管固定器套设并固定于药剂注射外管的上端，所述的取土内管和药剂注射外管之间具有环形间隙，并形成药剂注射区。

作为本发明优选的技术方案，所述的投药喷头的末端截面呈与药剂注射区相匹配的环形通路结构，且取土内管和药剂注射外管通过螺纹密封连接的方式与投药喷头连接。

作为本发明优选的技术方案，所述的取土内管和药剂注射外管均为两端内外螺纹结构，用于通过多节螺纹连接来调节长度，每节长度0.3-0.5m，可最多连接4节(包括前端与末端)。

作为本发明优选的技术方案，所述的移动模块包括推车，所述的推车的底部设有电动驱动轮，推车的后部设有操作扶手，操作扶手上设有车速控制开关。

作为本发明优选的技术方案，所述的采样管移动机构具有竖置设置的导轨及用于带动冲击动力头沿导轨移动的履带或链条。

作为本发明优选的技术方案，所述的冲击动力头具有汽油泵和电控机构，可连续向下推动。

作为本发明优选的技术方案，所述的控制模块具有plc控制器以及与plc控制器通讯连接的控制终端。

本发明第二方面提供所述的用于挥发性有机物污染土壤取样及原位修复装置的应用，其特征在于，将其用于挥发性有机物污染土壤修复，包括以下步骤：

s1：将装置组装；

s2：控制采样管移动机构带动采样管下移至接触地面，打开冲击动力头，将采样管连续向下压入土壤，掘深达到采样管长度的70％-80％时停止冲击动力头；

s3：根据修复药剂的不同，采用以下两种不同的药剂注射方式：

s3-1：前置修复，高压药剂注射泵与冲击动力头同时启动和停止，在向下掘深时通过投药喷头原位注射修复药剂；

s3-2：后置修复，采样管停止掘深，冲击动力头停止冲击，采样管移动机构开始带动采样管起拔时，高压药剂注射泵同时启动，采样管移动机构停止时，高压药剂注射泵同时停止。

作为本发明优选的技术方案，前置修复时，注射压力不小于3.0mpa；后置修复时，注射压力不大于3.0mpa。

与现有技术相比，本发明集土壤取样与土壤修复功能于一体，整体结构简单、紧凑，密封性好，能够全自动控制与监视，可以实现实验过程和数据的全程自动跟踪记录、修复过程的自动化控制和电动移动，操作简单，大大提高了工作效率，经济实用，药剂利用率高，修复成本大幅度降低。

附图说明

图1为本发明装置的主视结构示意图。

图2为本发明装置的结构示意图。

图3为本发明装置的药剂注射外管的示意图。

图4为本发明装置的取土内管的示意图。

图5为本发明装置的投药喷头与取样管连接的局部示意图。

图中，11为推车，12为电动驱动轮，13为操作扶手，14为车速控制开关，21为采样管移动机构，211为导轨，212为履带，22为冲击动力头，221为汽油泵，222为电控机构，23为采样管固定器，24为采样管，241为取土内管，242为药剂注射外管，243为药剂注射区，31为储液罐，32为高压药剂注射泵，33为投药喷头，331为环形通路结构，41为plc控制器，42为控制终端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

一种用于挥发性有机物污染土壤取样及原位修复装置，如图1～2所示，包括移动模块以及设置于移动模块上的土壤取样模块、药剂注射模块和控制模块，其中；土壤取样模块具有设置于移动模块前部的采样管移动机构21、与采样管移动机构21连接的冲击动力头22、设置于冲击动力头22下端的采样管固定器23以及连接于采样管固定器23下端的采样管24；药剂注射模块具有依次连接的储液罐31、高压药剂注射泵32和投药喷头33，投药喷头33与采样管24相连通；土壤取样模块及药剂注射模块均与控制模块电性连接。

在一种实施方式下，如图1～2所示，移动模块包括推车11，推车11的底部设有电动驱动轮12，推车11的后部设有操作扶手13，操作扶手13上设有车速控制开关14(其作用是通过转动开关即可让小车按一定的速率前行(响应时间最好小于1s)，还可以设置成通过转动扶手调整小车的行进方向)。推车11可以是便携式自动小推车，适用于户外工地等复杂路况，运行平稳，操作简单，行驶距离长。该自动小推车采用电动驱动设计，内部设置有位于储液罐31下的可充电蓄电瓶(图中未示出)。

在一种实施方式下，采样管移动机构21可以具有竖置设置的导轨211及用于带动冲击动力头22沿导轨21移动的履带212或链条。可保证采样管向下掘深以外时间匀速带动采样管24。采样管24向下掘深时，采样管移动机构21处于停止状态。如图2所示，显示了通过履带212带动冲击动力头运动的一种情况。在一种实施情况下，冲击动力头22具有汽油泵221和电控机构222，可连续向下推动，将采样管24连续向下压入土壤，中间没有起拔的动作。电控机构222和汽油泵221可以采用现有技术的相关设备。电控机构222可以控制汽油泵221开关及启动时冲击频率和功率。冲击动力头22可包含手握拉手，用于打开查看内部，提供故障或断电时维修途径。

在一种实施方式下，如图3、图4和图5所示，采样管24由一内一外套设的取土内管241和药剂注射外管242组成，取土内管241上端密封，药剂注射外管242上端开放。采样管固定器23套设并固定于药剂注射外管242的上端(采样管固定器23常规状态下其底部与地面距离可以设置为1.0m-1.5m)。取土内管241和药剂注射外管242之间具有环形间隙，并形成药剂注射区243。取土内管241和药剂注射外管242均为两端内外螺纹结构，用于通过多节螺纹连接来调节长度。在一种实施方式下，可以在采样管固定器23的底部安装测距传感器组件(可以采用现有技术的相关部件)，传感器采用超声波测距原理，其作用是准确测量采样深度，通过无线传输模块与控制系统进行数据传输，通过软件设置采样深度后，当采样管抵达设定的土壤深度时，能够自动停止冲击动力头22。可以通过控制模块控制冲击动力头22执行不同模式的向下掘深采样。采样管24的作用是采集向下掘深收集的土壤以及为修复药剂注入提供药剂注射区243，采样管移动机构21的作用是在冲击采样管24掘深开始前及结束后带动采样管24匀速移动。

在一种实施方式下，储液罐31(述储液罐体积可以不小于1m³)设置于推车11内，并通过管线与设置于推车11内高压药剂注射泵32连接，高压药剂注射泵32通过管线与设置在冲击动力头22后端的投药喷头33连接，投药喷头33的末端截面呈与药剂注射区243相匹配的环形通路结构331，且取土内管241和药剂注射外管242通过螺纹密封连接的方式与投药喷头33连接。如图1和图5所示。在一种实施方式下，药剂注射模块采用原位高压注入式修复技术，通过高压药剂注射泵32和投药喷头33将药剂以高速细颗粒形式注入到土壤的更深层，以达到对土层径向和轴向的全面渗透，得到最佳修复效果。储液罐31内装有液位传感器，能够实时监测药剂加注量。高压药剂注射泵32采用一套高压齿轮泵，能够为高压喷头提供高压药剂，投药喷头33可以采用圆环旋喷式动力喷头的形式，截面规格与采样管24内外管管壁围成的药剂注射区243一致，可以通过程序设定药剂的灌注量、灌注速率、根据掘深速度与深度自动调节压力，以实现对土壤的全自动化修复。

在一种实施方式下，控制模块具有plc控制器41以及与plc控制器41通讯连接的控制终端42。控制终端优选电容式触摸显示终端。优选控制终端42与控制终端42无线通讯连接。控制模块优选包含数据库系统，能够将实验数据建立文档进行保存，能够很好的对实验进行保存和有效的跟踪。该模块能够对现场的实验数据如：土壤取样深度、药剂注入量、药剂注射速率等参数进行实时的记录，并实现对土壤取样、土壤修复等的全自动化控制。控制模块通过电容式触摸显示终端进行操作，包括控制土壤采样深度、取样速度、药剂修复方式及上述操作中的参数设置。采用plc控制，保证多种参数可准确调节以适应不同操作环境的土壤修复。

上述用于挥发性有机物污染土壤取样及原位修复装置的应用，将其用于挥发性有机物污染土壤修复，包括以下步骤：

s1：将装置组装；

s2：控制采样管移动机构21带动采样管24下移至接触地面，打开冲击动力头22，将采样管24连续向下压入土壤，掘深达到采样管24长度的70％-80％时停止冲击动力头22；

s3：根据修复药剂的不同，采用以下两种不同的药剂注射方式：

s3-1：前置修复，高压药剂注射泵32与冲击动力头22同时启动和停止，在向下掘深时通过投药喷头33原位注射修复药剂；

s3-2：后置修复，采样管24停止掘深，冲击动力头22停止冲击，采样管移动机构21开始带动采样管24起拔时，高压药剂注射泵32同时启动，采样管移动机构21停止时，高压药剂注射泵32同时停止。

优选在前置修复时，注射压力不小于3.0mpa；在后置修复时，注射压力不大于3.0mpa。

采样模块能检测修复土壤的土质变化情况。药剂注射模块能够针对不同修复药剂提供不同药剂注射方法，针对内部药剂采用采样原位注射，针对表面覆盖药剂采用取样原位注射。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。