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盖亚环保机器人(土壤地下水取样修复一体机)

品牌/提供商: 江苏盖亚环境科技股份有限公司

所在省市:

应用领域: 土壤地下水取样和修复

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盖亚环境简介

企业简介

    江苏盖亚环境科技股份有限公司是由国家千人计划专家程功弼创办的专业从事环境修复、土壤改良、环保工程的技术开发和设计施工以及环保设备的研发、生产、销售的环境综合服务供应商。公司成立于2012年,注册资本1800万元,总部位于苏州工业园区南京大学苏州高新技术研究院。

    公司荣获国家级高新技术企业、江苏省民营科技企业、苏州市土壤环境综合修复工程技术研究中心等荣誉称号,公司参与土壤修复行业首个国家级工程实验室的建设,是国内首批从事土壤修复专业设备研发并成功实现批量化生产的企业,成功研发国内首台土壤地下水取样修复一体化设备——盖亚环保机器人GY-SR60及国内第一套土壤修复一体式模块化设备——盖亚BOX,填补国内相关行业的空白。公司申报国家专利200余项,国内同行业排名第一。董事长程功弼在201612月,入选中组部第十三批千人计划创业人才,是土壤修复领域的第一人。


“直推连续密闭无扰动土壤采样技术”

技术报告

摘要

根据2015年国土资源部和环保部联合发布的数据显示,全国土壤总超标率16.1%。全国土壤环境状况不容乐观,土壤修复工作刻不容缓

在对污染土壤进行修复之前,首先要对污染场地的污染种类、程度及范围进行准确测定,这就需要对污染场地土壤进行取样分析。目前国外引进的土壤取样技术,受到国外知识产权保护,费用昂贵,也存在着不适应国情的问题;而国内现有地质勘探取芯技术及人工开挖土壤取样技术,存在着扰动破坏土壤样品、效率低下、二次污染、噪音较大等缺点,无法满足环保检测的要求。这就迫切需要根据我国土壤污染特点开发具有我国自主知识产权的新型土壤取样技术。

为了解决上述问题,我司自主开发了“直推式连续密闭无扰动土壤取样”技术。

一、技术来源

2016年6月5日,环保部机构编制重大调整,新设水环境管理司、土壤环境管理司和大气环境管理司三个司,可见国家对发展不超过十年的土壤修复行业的重视已经上升到了一个新的高度。2016年5月31日,国务院正式向社会公开《土壤污染防治行动计划》(“土十条”)全文。《土十条》共有10条35款231项具体措施。从摸清情况到依法治土,从分类管理到风险管控,从推进修复到分配责任,对我国土壤污染防治工作作出了系统而全面的规划及行动部署。

“土十条”中,首先提出的第一项行动计划即是要在现有相关调查基础上,以农用地和重点行业企业用地为重点,开展土壤污染状况详查。“土十条”提出,要建立土壤环境质量状况定期调查制度,每10年开展1次。

然而土壤污染调查最基础的也是最重要的环节便是土壤取样,相对于巨大的市场需求,我国现有的高扰动低效率的土壤取样技术远远达不到环保检测的标准。因此,我司自主开发了“直推式连续密闭无扰动土壤取样”技术,可以高效率地取得无扰动的适用于环保检测的土壤样品,为后期土壤修复工程提供重要的数据支持。

二、国内外研究开发现状及技术比较

国外污染土壤修复的研究起步于20世纪70年代后期。在过去的30年期间,欧、美、日、澳等国家纷纷制定了土壤修复计划,巨额投资研究了土壤修复技术与设备,积累了丰富的现场修复经验,成立了许多土壤修复公司和网络组织,使土壤修复行业有了快速的发展。我国的污染土壤修复行业起步较晚,在“十五”期间才得到重视,其研发水平和应用经验都与美、英、德、荷等发达国家存在相当大的差距。

发达国家土壤修复行业经过几十年的发展,直推式土壤取样技术已经成为官方认可的标准区域技术。国内部分经济发达地区也引进了相关技术,但是国外引进的土壤取样技术,受到国外知识产权保护,费用昂贵,且由于国内外土壤质地相差较大(中国土质以粘土为主,而国外土质以砂土为主)。总的来说,国外的直推式土壤取样技术无论从经济上还是技术上都存在着不适应国情的问题。

国内传统的土壤取样技术主要是人工开挖土壤取样技术及地质勘探取芯技术。

人工开挖土壤取样技术只适用于2米以内的浅层土壤取样,而绝大多数受污染的土壤污染深度可以达到5米以上,更有甚者可以达到50米,因此人工开挖土壤取样技术远远不能满足土壤修复行业对取样深度的要求。

传统的地质勘探取芯技术虽然在取样深度上没有限制,但在取样过程中需要旋转钻头下压,甚至过程中加入水或泥浆以便降温和形成护壁,在上述过程中因为土壤的翻转和外界物质的注入导致样品已经受到严重干扰破坏。因此地质勘探取芯技术所取得的样品完全不能满足实验室检测的需求,所得到的污染数据不能为后期土壤修复工程提供依据。此外相对于直推式连续密闭无扰动土壤取样技术,地质勘探取芯技术还存在着效率低下、二次污染、噪音较大等缺点。

三、主要技术经济指标

1)直推式:直推式相对于旋转下压的传统方式优势有以下方面:

第一:直推式压入的采样器具的外径相比传统方式尺寸大大缩小,对采样点位的扰动较小,减少了土壤样品的交叉污染。

第二:传统方式的采样器具大多在采样过程中需要旋转钻头下压,并在过程中加入水或泥浆以便降温和形成护壁,在上述过程中因为土壤的翻转和泥浆的注入导致样品受到严重干扰,并且容易造成二次污染。而直推式采样器具采用直接压入的方式规避了上述问题,保证了样品的可靠性,且避免了二次污染。

2)采样连续作业:采样器具分为多节,由取芯钻头和取土管外管相连,取土管外管两端分别为内螺纹与外螺纹结构。连续作业是指采样时可以使采样器具单节压入土壤,也可多节螺纹连接以压入到更深的土壤中,可以准确压入到指定的深度,采样器具连续的往下压入土壤,中间没有起拔的动作,避免了对土壤的扰动,保证了样品的可靠性。传统作业方式需要取出整根钻杆,从而取出样品,再重新压入钻杆继续采样,在这个过程中上层的土壤已经混入下层待采土壤中,使后续的样品失去了代表性。

3)密闭性:采样设备需从结构设计上减少样品扰动,采样操作过程中,采样内管需一直处于外管所形成的密闭空间内,只有当前的土壤压入采样内管中,处于采样内管中的土样挥发性有机物能够有效的保存下来,并且规避了外界环境对土样的干扰。而传统采样设备大多没有内管,无法保持土样原来的物理化学性质。

4)作业效率高:效率越高,采样周期越短,越有利于样品的保存与送检,并且节约成本。出于尽可能减少样品保存时间,尽快送检样品,以及合理控制工期等方面的考虑,要求采样设备必须具有较高的作业效率。首先设备需具有较高的单点位作业速度;其次要求设备高度集成化,减少甚至规避点位移动前后的设备的拆卸或组装;最后要求设备具有很强的移动能力,减少设备移动所消耗的时间。

主要技术参数

发动机功率

起拔力

下压力

冲击锤扭矩

冲击锤转速

钻探深度

柴油机容量

行走速度

行程

井架倾斜角度

60kw

246KN

164KN

975Nm

344rpm

50m

80L

3~6km/h

2.0m

-15°~15°

四、关键技术与创新点

关键技术:

直推式连续密闭无扰动土壤取样技术的关键在于取样设备的设计。我公司自主开发的“土壤地下水取样修复一体机”(简称“盖亚钻机”)是国产首台能够实现直推式连续密闭无扰动土壤取样技术的土壤修复行业专用钻机,其打破了国外技术垄断,大大降低了国内土壤修复行业的设备成本及施工成本。该产品集直推式取样和高压旋喷式修复功能于一体,将冲击动力头、螺旋动力头、旋喷动力头模块化,轻松实现直推式取样与注入式修复的转换。该产品各项性能均能达到国际领先水平,在保证质量的前提下,设备本身及其零配件都具备成本低、供货周期短、服务效率高的优点,更适应多种地形地质和国内工人的操作习惯。本技术及设备已申请PCT国际专利一项,国家发明专利18项,实用新型专利18项,外观专利1项。

盖亚环保机器人(土壤地下水取样修复一体机)


整机以东风康明斯柴油机提供强而有力的动力,以全液压的方式控制各部分运动(行走、钻土取样、机架升降等),操作简单方便。履带底盘由四轮一带组成,液压控制,可实现无极调速,最大速度可达3~6KM/h。柴油机1800rpm时,每小时油耗16L。单次加油可工作5h,行驶距离30Km。桅杆支撑系统由可旋转桅杆、液压绞车组成,最大卷扬力可达1吨,大大方便了施工,节省人力。井架上安置钻头,提供钻头运动轨道,同时为钻孔提供支撑。机架可左右偏转-15°~15°,前后翻转90°以适应各种复杂地形。后部挂板可用于承载配套设备、工具材料等。冲击动力头具有大扭矩、高转速、大功率冲击功,使得本产品适用于广泛的地层。配有金刚石钻头可提取50米岩石芯样。螺旋动力头扭矩转速均高于国内同类型产品,具有较强的钻孔能力,可用复杂土层作业,设置监测井等。旋喷动力头可用于高压注射药剂,治理、改善被污染土质。其中螺旋动力头和旋喷动力头模块化,通过两者的互换从而达到土壤取样和修复功能之间的切换。

本机主要用于直推土壤取芯,直推地下水取样,原位土壤注入式修复,设置监测井,地下存储罐调查,锥入度试验,倾斜探测,混凝土开孔等方面,广泛应用于土壤调查,原位土壤修复,土壤污染应急处理,地质勘探等行业。

创新点:

1)土壤直推取样技术:采用扭矩转速均优于市场上类似功能的冲击动力头,带有大功率顶部振动不用空压机不注水就可达到冲击钻进的效果。成孔率高,速度快,效率高,可无扰动土壤样品,且不会造成二次污染,取芯完整率95%以上。取样深度可达50m,单次取样数量∅1.25inch×60inch

2)土壤直推取样技术与修复技术相结合:实现快速便捷的原位土壤、地下水的取样和修复。将冲击动力头、螺旋动力头以及旋喷动力头模块化,通过一种多工位动力头快速安装机构,可轻松实现取样与修复的转换,一机多用。转换成修复功能后,任由原系统接出动力至旋喷动力泵(经耐腐蚀处理,可注射各类药剂),无需再另行添加动力设备,方便快捷,节省成本。

3)解决应地形、地质问题而导致的施工不便乃至不能施工的问题:经过大量精确的计算、分析,本设备采用高效的机构传动和小巧的结构,大大减小了设备的自重和体积。技术上采用液压马达驱动履带行进(四轮一带)的方案,具有极小的接地比压,使得本设备可在偏远狭小、地质松散的区域作业。同时利用液压油缸实现设备多自由度运动,从而保证施工的顺利进行。

4)面板控制及线控技术:本设备采用无线遥控系统,可无线控制设备的液压驱动行走系统,使设备现场行动更加安全方便快捷。

5)本技术的出现促进了供给侧结构性改革,过去的土壤取样大多是人工取样或是扰动性取样,但是我们开创性的土壤地下水取样修复一体机能够完美解决这些问题。本设备无疑能填补国内相关制造生产领域的空白,同时填补国内市场缺口,为各中小型环保企业带来便捷,能大大地提高国内土壤修复效率。目前本产品实现批量生产,已在土壤修复行业内引起轰动,并会打破国外的技术垄断。

五、应用推广情况及前景分析

推广情况:

2016年6月,我司正式完成“直推式连续密闭无扰动土壤取样技术”的开发,并进行市场推广,目前该技术已经应用于20多个场地土壤调查项目中,项目清单请见表5-1。

序号

客户

项目名称

年份

1

北京建工咨询公司

安宁某场地调查项目

2016

2

云南省环境科学研究院

云南会泽县某农田场地调查项目

2016

3

谱尼测试集团上海有限公司

杭州市江干区某场地环境调查项目

2016

4

苏交科集团股份有限公司

桠溪镇某地块场地污染调查项目

2016

5

江苏大地益源环境修复有限公司

太仓新塘某工厂场地调查项目

2016

6

安徽国祯环境修复股份有限公司

界首市某化工集团场地调查项目

2017

7

环保部环境规划研究院

河北某渗坑调查项目

2017

8

澳实分析检测(上海)有限公司

云南蒙自某场地调查项目

2017

9

广东省环科院

揭阳某场地调查项目

2017

10

中科院

苏州某塑料厂场地调查项目

2017

11

河北煜环环保科技有限公司

石家庄辛集某场地环境调查项目

2017

12

安徽省通源环境节能股份有限公司

凤台某化工厂场地环境调查项目

2017

13

上海实朴检测技术服务有限公司

盐城某场地环境调查项目

2017

14

高达环境科技有限公司

广州市某场地调查项目

2017

15

苏州工业园区土地储备中心

苏州胜浦某场地环境调查

2017

表5-1 直推式连续密闭无扰动土壤取样技术应用项目清单


前景分析:

环保部20144月公布的《全国土壤污染状况调查报告》显示全国土壤总的超标率为16.1%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%2.3%1.5%1.1%对于整个土壤修复产业市场发展空间,保守估计,我国有待修复的土壤污染面积为3.83亿亩,土壤修复市场在6万亿元以上。根据发达国家的经验,场地调查一般占到土壤修复市场的五分之一,而土壤取样又占到场地调查的四分之一,也就是说中国土壤取样市场容量约在3000亿元左右。

2016年5月31日,国务院正式向社会公开《土壤污染防治行动计划》(“土十条”)全文。“土十条”十条行动计划中,首先提出的一项行动计划即是要在现有相关调查基础上,以农用地和重点行业企业用地为重点,开展土壤污染状况详查。“土十条”提出,要建立土壤环境质量状况定期调查制度,每10年开展1次。2017年底前,完成土壤环境质量国控监测点位设置,建成国家土壤环境质量监测网络,充分发挥行业监测网作用,基本形成土壤环境监测能力。2020年底前实现土壤环境质量监测点位所有县(市、区)全覆盖。

综上所述,无论从市场上还是政策上来看,土壤取样市场都有着巨大的发展潜力与空间。而国内传统的土壤取样技术,包括人工开挖土壤取样技术及地质勘探取芯技术,都远远不能满足环保检测的要求。根据发达国家土壤修复行业几十年的发展经验,直推式土壤取样技术唯一符合标准的,并得到市场认可的土壤取样技术。我司自主开发的直推式连续密闭无扰动土壤取样技术,相对于国外的直推式土壤取样技术,更加的适应中国土质且更经济,可以高效率地取得无扰动的适用于环保检测的土壤样品,为后期土壤修复工程提供重要的数据支持。