【技术前沿】技术案例分享——土壤及地下水原位高压旋喷注射修复技术

近年来，随着我国城镇化发展速度加快，土壤污染日益严重。退役的工业企业污染场地多含有大量有机和重金属污染物，其中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，造成严重后果。由于污染场地存在修复介质多样化、水文地质条件的复杂性、污染类型多样化、污染物的特殊性、分布不均性及差异性等因素，决定了土壤及地下水原位修复的难度和挑战性。因此，研究开发符合我国国情的土壤及地下水原位修复技术尤为迫切。原位注入—高压旋喷注射修复技术（以下简称“高压旋喷技术”）因在提高效率、降低成本、节能减排等方面的技术优势，近年来得到越来越多的应用。

01

高压旋喷技术简介

目前，原位化学氧化/还原修复技术（ISCO/ISCR）)是污染场地地下水常用的原位修复技术。现有的原位化学氧化/还原修复药剂投加主要有两种方式：搅拌和注入/注射。其中原位注入/注射有：Geoprobe直压式高压注射、注入井、高压旋喷注射、Chemgrout化学注浆、深层搅拌及其他岩土注浆技术等。

高压旋喷技术发展自建筑行业的高压旋喷地基处理技术，原用于建筑的地基加固、止水帷幕、护坡桩等工程。应用于污染场地修复的高压旋喷技术主要是将带有特殊喷嘴的注浆管( 钻杆)，通过钻孔进入土层的预定深度，然后从喷嘴喷出配制好的药剂，带喷嘴的注浆管在喷射的同时向上提升，高压液流对土体进行切割搅拌，使氧化药剂与污染土壤充分混合，氧化分解污染物，消除健康风险。注入完成后，药剂溶液进一步在含水层中迁移、扩散，其最终的药剂扩散半径与土壤渗透性及工期有关。

02

系统组成和工艺步骤

高压旋喷技术系统组成主要包括：配药站、高压注浆泵、空气压缩机、旋喷钻机、高压喷射钻杆、药剂喷射喷嘴、空气喷射喷嘴等组成的气体（空气）、液（修复药剂）二重管原位注射系统。

原位注入—高压旋喷注射修复系统示意图

高压旋喷工艺实施的主要步骤为：场地平整和压实，测量定位，引孔，修复药剂原位注入，药剂反应，过程监测和修复后土壤/地下水的自检、验收。

03

土壤地下水修复效果

选取某典型污染场地为例，土壤中的氯苯和对邻硝均可达达到修复目标值，其中：氯苯去除率为97.7%~99.5%，对邻硝去除率为99.5%~99.9%；地下水中氯苯去除率为94.9%，硝基苯去除率为99.9%，对邻硝去除率为98.6%~99.0%，修复效果显著

土壤及地下水修复前后对比

04

技术优势与不足

技术优势：

1、使用土层范围广

高压旋喷技术相对于注入井、Geoprobe 水力压裂技术，由高渗透性的砂层扩展至低－中渗透性地层( 如粉土、粉质黏土等） ，可适用于单独土壤或地下水、土水复合污染等情形。

2、注射压力高，扩散半径大，含水层效果尤为显著

高压旋喷技术的注射压力是注入井、Geoprobe水力压裂、深层搅拌等现有技术的1.7~50倍；本技术药剂有效扩散半径是现有技术的1.5~8.3倍，尤其对于饱和砂层修复具有扩散半径大的经济优势。

3、机械成本较低

美国Geoprobe钻机设备昂贵，注入井需建井及间歇施工，深层搅拌基本无扩散效果、机械费用较高，而本技术机械施工成本仅为现有技术的50%~60%，且一次性完成单孔连续注射作业，施工便捷。

4、修复深度大、施工效率高

高压旋喷技术修复深度最大可达20~25m，注射流量是现有技术的6~12倍，机械施工效率是现有技术的2~6倍，单套设备处理能力：土壤修复为500~900m3/d；地下水修复为500~700m2/d。

5、定深度注射和精准性可控性强

高压旋喷技术采用单孔连续动态定深度注射，通过自动提升机构控制延米注浆量来优化药剂投加参数，而注入井采用静态间歇式注入，深层污染需设置深、浅井，药剂注射参数难以精确控制，同时机械成本增加。相对于深层搅拌技术，高压旋喷技术采用小口径自下而上的注射方式，解决了夹心层修复难题，同时具有施工后保持地基承载力的优势。空气、药剂喷嘴及钻具的巧妙设计，保证了药剂的扩散和喷射效果。

技术不足：

1、部分土层条件限制该技术实施效果，如松散杂填土层存在大孔隙等优先通道，注射过程易造成药剂浪费；卵砾石层，由于孤石作用，注射半径偏小。

2、非饱和层高压注射的适应性需经现场验证：包气带条件一方面不利于药剂的有效扩散，另一方面不利于化学/生物的反应。

05

国内应用情况

高压旋喷技术已在国内多个城市工业污染场地修复项目中得到规模化工程验证，以原位化学氧化/还原修复技术为代表，涉及土壤修复规模近90万m3，地下水修复近20万m2，具体工程项目应用情况汇总详见下表。

部分高压旋喷技术应用统计

高压旋喷技术在国内工业污染场地的大规模推广应用，有效提高了我国有机、重金属(六价铬)污染场地土壤及地下水原位修复技术水平，不同污染类型、水文地质条件对该技术的适应能力明显提高，尤其地下水修复领域显示了显著的经济性和高效性。截止目前，高压旋喷技术占据国内污染场地原位修复60%以上的工程量，逐步取代了国外水力压裂注入和注入井技术。

某高压旋喷技术应用示范场地

06

小 结

高压旋喷技术可处理氯苯类、硝基苯类、苯系物、苯胺、石油烃、多环芳烃等VOCs/SVOCs典型有机污染物，修复效果显著。相比现有Geoprobe 水力压裂、注入井等原位修复技术，高压旋喷技术解决了注射压力不足、注射效率低、药剂扩散半径偏小、饱和层修复注射难以保证注浆量影响扩散效果等问题，同时解决了异位修复噪声、大气环境二次污染问题。

高压旋喷技术的应用发展为提高污染场地修复治理管理及后期风险管控提供了工程施工经验和管理经验，为我国工业污染场地土壤及地下水原位修复问题解决提供了新思路工程示范借鉴，具有广阔的应用前景和工程借鉴价值。

致力于打造具有国际竞争力的土壤修复领域集群体。领域：

主要业务：