CN101823801B - 一种原位修复高砷地下水的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种原位修复高砷地下水的工艺。一种原位修复高砷地下水的工艺，其特征在于它包括如下步骤：1)在工作区进行地质钻探，获取准确的地质资料，确定取水含水层位置；2)进行水文地质试验，求取相关参数；3)在抽水井或工作区中心的周围对称布置注液井和注气井；4)通过注液井向取水含水层注入氯化亚铁溶液；通过注气井向取水含水层注入氧气；5)监测地下水中砷离子、铁离子、氯离子和溶解氧含量，当砷离子含量稳定在≤10μg/L时，并且铁离子和氯离子含量均不超标时，停止注入氯化亚铁溶液和注入氧气。该方法具有操作简单、成本低、处理效果好的特点。

Description

一种原位修复高砷地下水的工艺

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种原位修复高砷地下水的工艺。

背景技术

砷是水中高致病毒性元素，可对人类健康造成严重的危害。地表水体中砷含量相对较低，而砷含量超标绝大多数发生在地下水中。据不完全统计，全球高砷地下水分布在美国西部地区、智利、匈牙利、中国、孟加拉国等22个国家和地区，其中亚洲的孟加拉国、印度和中国最为严重。高砷地下水对人类健康造成的危害已经引起全球广泛的关注，是一个亟待解决的公共问题。然而，目前除砷技术尚存在技术与经济等方面的问题，少见工程化应用。因此，开展地下水经济有效的原位除砷技术研究，有助于保障我国饮水安全，提高人民健康水平，具有十分重要的现实意义。

自20世纪80年代国内外开展地下水污染治理至今，地下水污染修复技术在大量的实践应用中得以不断改进和创新。较典型的地下水污染修复技术主要有异位修复(Ex-situ)、原位修复(In-situ)和监测自然衰减修复(Monitored Natural Attenuation)等技术。对于高砷地下水，目前国内外主要集中在对抽取-处理的异位处理方法研究，而原位修复技术及其工程实践则较少。

异位修复技术是最早出现的地下水污染修复技术，自20世纪80年代开展地下水污染修复至今，国外有关地下水污染治理工程多以抽出处理为主。但该技术存在操作复杂、运行难度大和维护费用昂贵，致使当今受高砷地下水威胁的人群依然众多。主要的处理技术包括化学、物理和生物方法。后二种方法中，包括反渗透、生物吸附与吸收等，在处理效率与成本上，这二种方法具有非常有限的应用范围与前景。而化学方法则是研究的主要方向，包括如下两种方法：

(1)絮凝-沉淀法。选择的絮凝剂主要是铁盐和铝盐系列，该类絮凝沉淀方法除砷可以达到极低的出水砷含量，完全满足饮用水标准。美国环保局认为铁铝盐絮凝和石灰软化是经济有效的砷去除方法，并且推荐使用。但该技术存在的缺点是技术上操作有一定难度，需实时监控水质，调整pH值，清除沉淀物，只适合处理设施完善的大型水处理厂，不适合于分散式供水；同时由于需添加铁铝盐絮凝剂，增加了水的酸度，当用石灰水中和酸度时又增加了水的硬度。因此，该方法不仅增加了运行处理成本，同时二次污染造成水中相关组分增加，降低饮用水质量。

(2)吸附-离子交换法。砷在水中是三价和五价形式，主要以砷酸根和亚砷酸根阴离子团存在，吸附-离子交换便成了主要的去除机理。该方法中研究的主要重点是吸附剂的选择，常用的有铁锰氧化物(Vaisha R.C.等)、活性氧化铝(Stewart，H.T.等)、活性炭(Budinova，T等)、活性铝土矿、赤铁矿、离子交换树脂及其它工业和天然吸附材料等。各国科学家大量研究结果表明，铁和铁的氧化物是高效除砷材料，并得到广泛认可。一方面是因为铁的氧化物是强阴离子吸附剂，另一方面又是较好的絮凝剂(Fe(OH)₃)。于是出现了一批以零价铁或铁的氧化物为除砷材料或吸附剂的各种处理实验，并且处理能达到理想的效果，As＜10μg/L。但长时间处理存在着一些严重的问题，需待解决。例如：一、铁氧化物比表面积大，或者pH高，容易产生碳酸盐沉淀，大量积累后会使铁氧化物的吸附能失去活性；二、铁的氧化物吸附饱和后，必然需要再生处理，否则造成无法长期运行。这些问题使其应用难度增大，不适合广泛推广。

原位修复技术和异位修复法相比，原位修复不但修复费用相对节省，而且还最大程度地减少污染物的暴露和对土地环境的扰动，是一种极有发展前景的地下水修复技术。较常用的地下水原位修复技术有：渗透性反应屏障技术(简称PRB，对有机与无机污染物均有效)、地下水曝气(简称AS，主要处理有机污染地下水)、原位生物修复技术(主要针对可生化降解的污染物)等。尽管原位修复是一种热门技术，但对于原位处理高砷地下水的研究非常少，应用工程则更少。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位修复高砷地下水的工艺，该工艺具有操作简单、成本低的特点。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种原位修复高砷地下水的工艺，其特征在于它包括如下步骤：

1)在需处理的工作区进行地质钻探，获取准确的地质资料，确定取水含水层的位置；

2)进行现场水文地质试验，确定取水含水层的水文地质参数(如：取水含水层的渗透系数、取水含水层的给水度、取水含水层中氯化亚铁的弥撒度等)；

3)当需处理的工作区面积小于或等于200m²时(即单一抽水井取水时)：在需处理的工作区中心设置抽水井，在抽水井的周围对称布置注液井和注气井(注液井和注气井位于抽水井的外围，注气井位于注液井的外围；所述的对称布置是：以抽水井为圆心点，沿圆圈布置)，注液井到抽水井的距离为3～10m，相邻注液井之间的距离为3～10m；注气井到注液井的距离为含水层厚度的0～5m(0表示注液井和注气井为同一井，为特例，如图3所示)；

当需处理的工作区面积大于200m²而小于或等于1000000m²时(即井群取水时)：在需处理的工作区中心设置抽水井群，在需处理的工作区中心的周围对称布置注液井和注气井，注液井围绕抽水井在地下水流的上游布置数量多于在下游的布置数量且对称分布，注气井在注液井外围对称布置，最外围的注液井位于需处理的工作区边界以外5～10m距离，从最外围的注液井向需处理的工作区中心方向每隔40～60m距离布置一圈注液井(在地下水流的下游，取大值60m的间距)，最内圈的注液井距需处理的工作区中心10m的距离，每一圈上相邻注液井之间的距离为10～15m(在地下水流的下游，取大值15m的间距)；最外圈的注气井位于最外围的注液井以外5～8m距离，其余注气井布置在径向上注液井两两间的中间位置(如图2所示，图中抽水井代表研究区的井群位置)；

当需处理的工作区面积大于1000000m²时(即原位固定整个高砷区或盆地的某一含水层中的砷时)：沿地下水流动方向、以需处理的工作区中心为基准点，对称布置注液井和注气井，最外围的注液井位于需处理的工作区边界以外5～10m距离，从最外围的注液井沿地下水流动方向每隔150～200m距离布置一圈注液井，每一圈上相邻注液井之间的距离为30～50m(具体值等于

L为径向两注液井的距离，a_L为氯化亚铁纵向弥散度，a_T为氯化亚铁横向弥散度)；最外圈的注气井位于最外围的注液井以外5～8m距离，其余注气井布置在径向上注液井两两间的中间位置；(如图1所示，图中抽水井代表研究区的中心位置)；

4)当需处理的工作区面积小于或等于200m²时：①注液井先工作，由注液井向取水含水层中注入氯化亚铁溶液，使用的氯化亚铁溶液溶度为20mg·L^-1～50mg·L^-1，注入氯化亚铁溶液是分阶段连续进行的，每次注入铁离子的质量数等于2μV，其中μ为取水含水层的平均给水度，V为需处理的工作区内取水含水层的体积，V单位为m³，铁离子的质量单位为g，每隔2～4小时注入一次氯化亚铁溶液；②当从抽水井抽取的井水中铁离子含量稳定在10mg·L^-1以上时，由注气井向取水含水层中注入氧气；氧气为分阶段连续注入，当地下水位≤2.5m时，注入时压强为(0.1h+1.0)～(0.1h+1.5)个标准大气压，h为从注入点到地下水水位处的高度，单位为m；当地下水位大于2.5m时，氧气应封闭注入，注入时压强为()～(

)个标准大气压(注：0.01与H之间的符号是

，以下相同)，

为从注入点到地表范围内土层的平均重度，单位kN/m³，H为从注入点到地表的高度，单位为m；连续注入10～15分钟，每隔30分钟进行一次注入氧气；

当需处理的工作区面积大于200m²而小于或等于1000000m²时：①注液井先工作，由注液井向取水含水层中注入氯化亚铁溶液，使用的氯化亚铁溶液溶度为20mg·L^-1～50mg·L^-1，注入氯化亚铁溶液是分阶段连续进行的，每次注入铁离子的质量数等于2μV，其中μ为取水含水层的平均给水度，V为需处理的工作区内取水含水层的体积，V单位为m³，铁离子的质量单位为g，每隔7～10天(具体时间等于径向上两注液井的距离除以取水含水层氯化亚铁纵向弥散度)注入一次氯化亚铁溶液；②当停止注入氯化亚铁溶液四小时后，从内圈注液井抽取的井水中铁离子含量稳定在10mg·L^-1以上时，注气井开始注入氧气，氧气为分阶段封闭式连续注入，注入时压强为

个标准大气压，

为从注入点到地表范围内土层的平均重度，单位kN/m³，H为从注入点到地表的高度，单位为m；连续注入10～15分钟，每隔1小时进行一次注入氧气；

当需处理的工作区面积大于1000000m²时：①注液井先工作，由注液井向取水含水层中注入氯化亚铁溶液，使用的氯化亚铁溶液溶度为80mg·L^-1～100mg·L^-1，注入氯化亚铁溶液是分阶段连续进行的，每次注入铁离子的质量数等于2μVC，其中μ为取水含水层的平均给水度，V为需处理的工作区内取水含水层的体积，V单位为m³，C为取水含水层中砷离子的平均浓度，C单位为mg·m^-3，铁离子的质量单位为mg，每隔10～15天(具体时间等于径向上两注液井的距离除以取水含水层氯化亚铁纵向弥散度)注入一次氯化亚铁溶液；②当停止注入氯化亚铁溶液四小时后，从内圈注液井抽取的井水中铁离子含量稳定在10mg·L^-1以上时，注气井开始注入氧气，氧气为分阶段封闭式连续注入，注入时压强为

个标准大气压，

为从注入点到地表范围内土层的平均重度，单位kN/m³，H为从注入点到地表的高度，单位为m；连续注入10～15分钟，每隔4小时进行一次注入氧气；

5)从抽水井中或工作区中心抽取地下水监测砷离子、铁离子和氯离子含量：当抽取上来的水中砷离子含量稳定在≤10μg·L^-1时，同时铁离子和氯离子含量均不超标时(铁离子≤0.3mg·L^-1，氯离子≤250mg·L^-1)，停止注入氯化亚铁溶液和注入氧气；当铁离子含量小于0.2mg·L^-1时，继续向取水含水层中注入氯化亚铁溶液；地下水中溶解氧的监测是由埋入取水含水层中的仪器实时监测，当监测到需处理的工作区内的取水含水层中溶解氧值小于2mg·L^-1，继续由注气井向取水含水层中注入氧气。

当取水含水层的岩性为粉砂时，径向上注液井到抽水井或注液井之间的距离取低值，每一圈上的注液井之间取低值；当取水含水层的岩性为粗砂时，径向上注液井到抽水井或注液井之间的距离取高值，每一圈上注液井之间取高值；当取水含水层的岩性为细砂或中砂时，可以用插值法取值。

所述的高砷地下水是指地下水中砷的含量＞50μg·L^-1。

本发明的有益效果是：

1)该方法具有操作简单，后期运行管理方便，可以大规模的应用控制整个高砷区或者盆地中的某个取水含水层中的砷，也可应用于小范围固定取水含水层中的砷。

2)成本低：低能耗、低投资和低运行管理费用。

3)具有原位修复的特点，可以最大程度的减少污染物的暴露和对环境的扰动。

附图说明

图1是原位处理高砷地下水的井位布置及溶质弥散示意图(注：抽水井代表需处理的工作区中心位置)。

图2是原位处理高砷地下水的井位布置(井群取水时，抽水井代表井群位置)。

图3是实施例1的原位处理高砷地下水的井位布置图。

图4是实施例1的抽水井、注液井的剖面示意图。

图中：1-抽水井，2-注液井，3-注气井，4-溶液弥散边界线，5-气体弥散边界线，6-砷固定区，7-需处理的工作区边界，8-地下水流向，9-地表，10-地下水位，11-取水含水层，12-隔水地段，13-滤水地段，14-沉淀管段。

具体实施方式

以下列举具体实施情况进一步阐述本发明，应理解实施例并非用于限制本发明的保护范围。

实施例1：

调查研究的结果表明，高砷地下水的主要水化学特征是pH值较高(一般大于8.0)，氧化还原电位低，腐殖酸、硫化氢、甲烷浓度高，硫酸根、硝酸根浓度低，说明高砷地下水处于还原环境。同时，高砷地下水地区多为干旱-半干旱气候条件，因地下水开采量的要求，居民用水多采用承压含水层中的地下水，而此层地下水具有高砷特性。因此，原位处理高砷地下水多为处理承压含水层中的地下水，本实施例以处理山西山阴县某村小范围内地下承压含水层的高砷地下水为例，具体如下步骤：

1)在需处理的工作区进行地质钻探，获取准确的地质资料，确定取水含水层的位置：

在区域水文地质调查的基础上，通过在工作区钻探，得知：地下水流速为3m/d；地下水位为2.0m；地表下18.5～19.6m为细砂含水层(即取水含水层的位置)，18.5m以上以及19.6～25.0m间地层岩性以亚粘土和亚砂土为主，且含水层上下皆为亚粘土层，因此含水层为承压含水层；含水层是均质、各向同性、等厚且水平分布、侧向无限延伸。

2)进行现场水文地质试验，确定取水含水层的水文地质参数：水文地质试验为定流量抽水试验，抽水井为完整井，抽水前水头面是水平的，无垂向补给、排泄，地下水水流满足无越流含水层中完整井的井流公式。根据地下水动力学常识，按照无越流含水层中完整井的井流试验，通过标准曲线对比法，即通过试验曲线与理论曲线的对比确定含水层参数(如取水含水层的渗透系数和取水含水层的给水度)，或通过直线图解法，将实测数据投在对数坐标纸上并做成曲线，此实测数据曲线在一定的区间上将呈现为直线，因而根据直线的两个要素来确定含水层参数。本试验测得取水含水层的平均给水度值为0.082。

3)确定抽水井、注液井、注气井的平面布置：

在抽水井的周围对称布置注液井和注气井(注液井和注气井位于抽水井的外围)，含水层厚度为1.1m，取水含水层岩性为细砂，确定注液井到抽水井的距离为3.5m，注液井之间的距离为6.1m；地下水流速小于5m/d，注液井围绕抽水井均匀对称布置；因注液井与抽水井距离很近，且氧气注入后可瞬时到达抽水井位置，所以注气井和注液井共用一个井。具体平面布置如图3所示。

注液井与抽水井的剖面上相对位置如图4所示。其中隔水段采用水泥混凝土浇筑。为长期使用和保证井管不被腐蚀，采用无有机物释放的新材料制作的井管进行全塑成井。注液井的沉淀管封堵，以免注入的氯化亚铁溶液滞留在沉淀管内。

4)向取水含水层注入氯化亚铁溶液和氧气：

由于注液井距离抽水经很近，因而注入的氯化亚铁浓度取低值20mg·L^-1。注液井先工作，由注液井向取水含水层中注入氯化亚铁溶液，注入氯化亚铁溶液是分阶段连续进行的，每次注入铁离子的质量数等于2μV(本次试验取值1.64g)，其中μ为取水含水层的平均给水度(本次试验测得值为0.082)，V为需处理的工作区内取水含水层的体积(本次试验取值10m³)，V单位为m³，铁离子的质量单位为g，每隔2小时注入一次氯化亚铁溶液；当从抽水井抽取的井水中铁离子含量稳定在10mg·L^-1以上时，由注气井向取水含水层中注入氧气。氧气为分阶段连续注入，地下水位为2.0m，因此氧气可以敞口注入，注入时压强为3.1个大气压。连续注入10分钟，每隔30分钟进行一次注入氧气。

5)抽水井中相关化学成份的监测：

监测在抽水井中定时抽取上来的井水中相关组分的含量，如砷(三价、五价)、铁离子(二价、三价)和氯离子的变化，以增大或减少注入量。

从抽水井中抽取井水监测砷离子、铁离子和氯离子含量：当从抽水井抽取上来的井水中砷离子含量稳定在≤10μg·L^-1时，同时铁离子和氯离子含量均不超标时(铁离子≤0.3mg·L^-1，氯离子≤250mg·L^-1)，停止注入氯化亚铁溶液和注入氧气；当铁离子含量小于0.2mg·L^-1时，继续向取水含水层中注入氯化亚铁溶液；地下水中溶解氧的监测是由埋入取水含水层中的仪器实时监测，当监测到需处理的工作区内的取水含水层溶解氧值小于2mg·L^-1，继续由注气井向取水含水层中注入氧气。

6)注气井长期工作，以保证抽水井到注液井范围内的水化学环境为氧化环境。

现场试验证明，经过连续五天向含水层注入氯化亚铁溶液和氧气后，从抽水井抽取出来的井水中的砷含量逐渐降低，直至砷离子含量稳定在≤10μg·L^-1。抽水井中初始砷浓度为1700μg·L^-1；向含水层中注入氯化亚铁溶液和氧气两小时后，抽水井中抽取的井水中砷浓度为448μg·L^-1；20小时和26小时后，从抽水井中抽取的井水中砷浓度分别为380μg·L^-1和324μg·L^-1；连续5天向含水层注入氯化亚铁溶液和氧气后，抽水井抽取上来的地下水中砷离子含量稳定在≤10μg·L^-1。

实施例2：

一种原位修复高砷地下水的工艺，它包括如下步骤：

1)在需处理的工作区进行地质钻探，获取准确的地质资料，确定取水含水层的位置；

2)进行现场水文地质试验，确定取水含水层的水文地质参数(如：取水含水层的渗透系数、取水含水层的给水度等)；

氯化亚铁在取水含水层中的弥散度：

原位处理高砷地下水为处理承压含水层中的地下水，氯化亚铁溶液注入到承压含水层中。氯化亚铁溶液在承压含水层中为二维弥散问题，以速率q向含水层连续注入浓度为c₀的氯化亚铁溶液，设注入点的浓度c₀＝c(0，0，t₀)其浓度按公式(1)分布：

$c(x,y,t)=\frac{c_{0}q}{4\mathrm{\π}\sqrt{D_L{D}_L}}\exp \left(\frac{V_X}{{2D}_L}\right)[W(0,\sqrt{\mathrm{ab}})-W(\mathrm{bt},\sqrt{\mathrm{ab}})]---\left(1\right)$

其中 $a=\frac{x^2}{D_L}+\frac{y^2}{D_T};b=\frac{V^2}{{4D}_L}---\left(2\right)$

$W(u,r)=\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\∫\begin{array}{c}\∞\\ u\end{array}\exp (-\mathrm{\ξ}-\frac{r^2}{4\mathrm{\ζ}})\frac{\mathrm{d\ξ}}{\mathrm{\ξ}}---\left(3\right)$

忽略分子扩散，即D_L＝a_L×V_X  D_T＝a_T×V_X

其中，注入点为坐标原点，以地下水流方向为X轴，t₀为初始时刻，c₀为注入点初始浓度，c(x，y，t)为平面上某点在t时刻的浓度，q为注入速率，D_L为纵向弥散系数，D_T为横向弥散系数，a_L为纵向弥散度，a_T为横向弥散度，V_X为X轴方向的地下水流速，W(u，r)为Hantush越流井函数。

通过实测数据可以算出氯化亚铁在含水层中弥散度。

3)需处理的工作区面积大于200m²而小于或等于1000000m²时(即井群取水时)：在需处理的工作区中心(取水井群)的周围对称布置注液井和注气井，注液井围绕抽水井在地下水流的上游布置数量多于在下游的布置数量且对称分布，注气井在注液井外围对称布置，最外围的注液井位于需处理的工作区边界以外5～10m距离，从最外围的注液井向需处理的工作区中心方向每隔40～60m距离布置一圈注液井(在地下水流的下游，取大值60m的间距)，最内圈的注液井距需处理的工作区中心10m的距离，每一圈上相邻注液井之间的距离为10～15m(在地下水流的下游，取大值15m的间距)；最外圈的注气井位于最外围的注液井以外5～8m距离，其余注气井布置在径向上注液井两两间的中间位置(如图2所示)；

4)需处理的工作区面积大于200m²而小于1000000m²时：①注液井先工作，由注液井向取水含水层中注入氯化亚铁溶液，使用的氯化亚铁溶液溶度为20mg·L^-1～50mg·L^-1，注入氯化亚铁溶液是分阶段连续进行的，每次注入铁离子的质量数等于2μV，其中μ为取水含水层的平均给水度，V为需处理的工作区内取水含水层的体积，V单位为m³，铁离子的质量单位为g，每隔7～10天(具体时间等于径向上两注液井的距离除以取水含水层氯化亚铁纵向弥散度)注入一次氯化亚铁溶液；②当停止注液四小时后，从内圈注液井抽取的井水中铁离子含量稳定在10mg·L^-1以上时，注气井开始注入氧气，氧气为分阶段封闭式连续注入，注入时压强为

个标准大气压，

为从注入点到地表范围内土层的平均重度，单位kN/m³，H为从注入点到地表的高度，单位为m；连续注入15分钟，每隔1小时进行一次注入氧气；

5)从抽水井中抽取井水监测砷离子、铁离子和氯离子含量：当从抽水井抽取上来的井水中砷离子含量稳定在≤10μg·L^-1时，同时铁离子和氯离子含量均不超标时(铁离子≤0.3mg·L^-1，氯离子≤250mg·L^-1)，停止注入氯化亚铁溶液和注入氧气；当铁离子含量小于0.2mg·L^-1时，继续向取水含水层中注入氯化亚铁溶液；地下水中溶解氧的监测是由埋入取水含水层中的仪器实时监测，当监测到需处理的工作区内的取水含水层溶解氧值小于2mg·L^-1，继续由注气井向取水含水层中注入氧气。

实施例3：

一种原位修复高砷地下水的工艺，它包括如下步骤：

1)在需处理的工作区进行地质钻探，获取准确的地质资料，确定取水含水层的位置；

2)进行现场水文地质试验，确定取水含水层的水文地质参数(如：取水含水层的渗透系数、取水含水层的给水度等)；

氯化亚铁在取水含水层中的弥散度同实例2中的计算相同：

3)当需处理的工作区面积大于1000000m²时(即原位固定整个高砷区或盆地的某一含水层中的砷时)：沿地下水流动方向、以需处理的工作区中心为基准点，对称布置注液井和注气井，最外围的注液井位于需处理的工作区边界以外5～10m距离，从最外围的注液井沿地下水流动方向每隔150～200m距离布置一圈注液井，每一圈上相邻注液井之间的距离为30～50m(具体值等于

L为径向两注液井的距离，a_L为氯化亚铁纵向弥散度，a_T为氯化亚铁横向弥散度)；最外圈的注气井位于最外围的注液井以外5～8m距离，其余注气井布置在径向上注液井两两间的中间位置；(如图1所示，图中抽水井代表研究区的中心位置)；

4)当需处理的工作区面积大于1000000m²时：①注液井先工作，由注液井向取水含水层中注入氯化亚铁溶液，使用的氯化亚铁溶液溶度为80mg·L^-1～100mg·L^-1，注入氯化亚铁溶液是分阶段连续进行的，每次注入铁离子的质量数等于2μVC，其中μ为取水含水层的平均给水度，V为需处理的工作区内取水含水层的体积，V单位为m³，C为取水含水层中砷离子的平均浓度，C单位为mg·m^-3，铁离子的质量单位为mg，每隔10～15天(具体时间等于径向上两注液井的距离除以取水含水层氯化亚铁纵向弥散度)注入一次氯化亚铁溶液；②当停止注液四小时后，从内圈注液井抽取的井水中铁离子含量稳定在10mg·L^-1以上时，注气井开始注入氧气，氧气为分阶段封闭式连续注入，注入时压强为

个标准大气压，

为从注入点到地表范围内土层的平均重度，单位kN/m³，H为从注入点到地表的高度，单位为m；连续注入10～15分钟，每隔4小时进行一次注入氧气；

5)从研究区中心抽取取水含水层中的地下水监测砷离子、铁离子和氯离子含量：当抽取上来的水中砷离子含量稳定在≤10μg·L^-1时，同时铁离子和氯离子含量均不超标时(铁离子≤0.3mg·L^-1，氯离子≤250mg·L^-1)，停止注入氯化亚铁溶液和注入氧气；当铁离子含量小于0.2mg·L^-1时，继续向取水含水层中注入氯化亚铁溶液；地下水中溶解氧的监测是由埋入取水含水层中的仪器实时监测，当监测到需处理的工作区内的取水含水层溶解氧值小于2mg·L^-1，继续由注气井向取水含水层中注入氧气。

本发明的工艺参数(如注液井、注气井的布置距离等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (2)

1.一种原位修复高砷地下水的工艺，所述的高砷地下水是指地下水中砷的含量＞50μg·L^-1；其特征在于它包括如下步骤：

1)在需处理的工作区进行地质钻探，获取准确的地质资料，确定取水含水层的位置；

2)进行现场水文地质试验，确定取水含水层的水文地质参数；

3)当需处理的工作区面积小于或等于200m²时：在需处理的工作区中心设置抽水井，在抽水井的周围对称布置注液井和注气井，注液井和注气井位于抽水井的外围；所述的对称布置是以抽水井为圆心点，沿圆圈布置；注液井到抽水井的距离为3～10m，相邻注液井之间的距离为3～10m；注气井和注液井共用一个井；

当需处理的工作区面积大于200m²而小于或等于1000000m²时：在需处理的工作区中心的周围对称布置注液井和注气井，注液井围绕抽水井在地下水流的上游布置数量多于在下游的布置数量且对称分布，注气井在注液井外围对称布置，最外围的注液井位于需处理的工作区边界以外5～10m距离，从最外围的注液井向需处理的工作区中心方向每隔40～60m距离布置一圈注液井，最内圈的注液井位于距需处理的工作区中心10m的距离，每一圈上相邻注液井之间的距离为10～15m；最外圈的注气井位于最外围的注液井以外5～8m距离，其余注气井布置在径向上注液井两两间的中间位置；

当需处理的工作区面积大于1000000m²时：沿地下水流动方向、以需处理的工作区中心为基准点，对称布置注液井和注气井，最外围的注液井位于需处理的工作区边界以外5～10m距离，从最外围的注液井沿地下水流动方向每隔150～200m距离布置一圈注液井，每一圈上相邻注液井之间的距离为30～50m；最外圈的注气井位于最外围的注液井以外5～8m距离，其余注气井布置在径向上注液井两两间的中间位置；

4)当需处理的工作区面积小于或等于200m²时：①注液井先工作，由注液井向取水含水层中注入氯化亚铁溶液，使用的氯化亚铁溶液溶度为20mg·L^-1～50mg·L^-1，注入氯化亚铁溶液是分阶段连续进行的，每次注入铁离子的质量数等于2μV，其中μ为取水含水层的平均给水度，V为需处理的工作区内取水含水层的体积，V单位为m³，铁离子的质量单位为g，每隔2～4小时注入一次氯化亚铁溶液；②当从抽水井抽取的井水中铁离子含量稳定在10mg·L^-1以上时，由注气井向取水含水层中注入氧气；氧气为分阶段连续注入，当地下水位≤2.5m时，注入时压强为(0.1h+1.0)～(0.1h+1.5)个标准大气压，h为从注入点到地下水水位处的高度，单位为m；当地下水位大于2.5m时，氧气应封闭注入，注入时压强为

个标准大气压，

为从注入点到地表范围内土层的平均重度，单位kN/m³，H为从注入点到地表的高度，单位为m；连续注入10～15分钟，每隔30分钟进行一次注入氧气；

当需处理的工作区面积大于200m²而小于或等于1000000m²时：①注液井先工作，由注液井向取水含水层中注入氯化亚铁溶液，使用的氯化亚铁溶液溶度为20mg·L^-1～50mg·L^-1，注入氯化亚铁溶液是分阶段连续进行的，每次注入铁离子的质量数等于2μV，其中μ为取水含水层的平均给水度，V为需处理的工作区内取水含水层的体积，V单位为m³，铁离子的质量单位为g，每隔7～10天注入一次氯化亚铁溶液；②当停止注入氯化亚铁溶液四小时后，从内圈注液井抽取的井水中铁离子含量稳定在10mg·L^-1以上时，注气井开始注入氧气，氧气为分阶段封闭式连续注入，注入时压强为

个标准大气压，

为从注入点到地表范围内土层的平均重度，单位kN/m³，H为从注入点到地表的高度，单位为m；连续注入10～15分钟，每隔1小时进行一次注入氧气；

当需处理的工作区面积大于1000000m²时：①注液井先工作，由注液井向取水含水层中注入氯化亚铁溶液，使用的氯化亚铁溶液溶度为80mg·L^-1～100mg·L^-1，注入氯化亚铁溶液是分阶段连续进行的，每次注入铁离子的质量数等于2μVC，其中μ为取水含水层的平均给水度，V为需处理的工作区内取水含水层的体积，V单位为m³，C为取水含水层中砷离子的平均浓度，C单位为mg·m^-3，铁离子的质量单位为mg，每隔10～15天注入一次氯化亚铁溶液；②当停止注入氯化亚铁溶液四小时后，从内圈注液井抽取的井水中铁离子含量稳定在10mg·L^-1以上时，注气井开始注入氧气，氧气为分阶段封闭式连续注入，注入时压强为

个标准大气压，

为从注入点到地表范围内土层的平均重度，单位kN/m³，H为从注入点到地表的高度，单位为m；连续注入10～15分钟，每隔4小时进行一次注入氧气；

5)从抽水井中或需处理的工作区中心抽取地下水监测砷离子、铁离子和氯离子含量：当抽取上来的水中砷离子含量稳定在≤10μg·L^-1时，同时铁离子和氯离子含量均不超标时，停止注入氯化亚铁溶液和注入氧气，所述铁离子和氯离子含量均不超标是指：铁离子≤0.3mg·L^-1，氯离子≤250mg·L^-1；当铁离子含量小于0.2mg·L^-1时，继续向取水含水层中注入氯化亚铁溶液；当监测到需处理的工作区内的取水含水层中溶解氧值小于2mg·L^-1，继续由注气井向取水含水层中注入氧气。

2.根据权利要求1所述的一种原位修复高砷地下水的工艺，其特征在于：当取水含水层的岩性为粉砂时，径向上注液井到抽水井或注液井之间的距离取低值，每一圈上的注液井之间取低值；当取水含水层的岩性为粗砂时，径向上注液井到抽水井或注液井之间的距离取高值，每一圈上注液井之间取高值；当取水含水层的岩性为细砂或中砂时，用插值法取值；所述的高砷地下水是指地下水中砷的含量＞50μg·L^-1。

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