CN102923822B

CN102923822B - 一种处理地下水氟污染的修复装置和修复方法

Info

Publication number: CN102923822B
Application number: CN201210442507.3A
Authority: CN
Inventors: 李翔; 白顺果; 席北斗; 姜永海; 袁志业; 安达; 杨昱; 张进保
Original assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Current assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: CN102923822A

Abstract

一种处理地下水氟污染的修复装置，主要包括：一抽水井，该抽水井的井管内安装有抽水泵；至少一个注水井，该注水井的井管内安装有增压泵；抽水井和注水井的井管位于水位面以下部分设有井筛；抽水泵与增压泵之间连接有输水管道；抽水井和注水井的井管分别安置在各自的带孔的护壁中，井管的井筛部分与护壁中间填充有去除氟的修复材料而形成可渗透性反应墙；井管的井筛以上部位与护壁中间填充有起支撑作用的材料。本发明还提供了修复地下水氟污染的方法。本发明相对于传统的原位、异位修复技术对污染地下水具有更高的适用性和修复率。

Description

一种处理地下水氟污染的修复装置和修复方法

技术领域

本发明属于地下水修复技术领域，具体地涉及一种处理地下水氟污染的抽注结合的套筒式渗透性反应墙(PRB)修复装置。

本发明还涉及一种利用上述修复装置对地下水氟污染进行修复的方法。

背景技术

地下水是全球人类赖以生存的保证之一。随着社会日益繁荣，我国工、农业发展对地下水需求量日渐增大。然而工、农业的发展产生的固液废物垃圾通过各种途径对地下水造成污染。氟是人体中必须的微量元素，水中含氟量在1.0-1.5mg/L之间时，长期饮用对人体有轻微的不良影响；水中含氟量超过1.5mg/L时，长期饮用易患氟斑牙和氟骨症。我国地下水氟污染事件近些年屡见不鲜。因此，为了人类安全生存，地下水污染修复势在必行。特殊软土区域土层以粘土为主，由于土层渗透性差，地下水流速慢的特点，单纯的传统原位或异位修复方法很难在该区域施展功效。

目前，国内外地下水修复技术最为常见的主要有以下三种：

1)抽出处理修复技术(P&T)，该技术是最早出现的地下水污染修复技术，也是地下水异位修复的代表性技术。自20世纪80年代开展地下水污染修复至今，地下水污染治理仍以P&T技术为主。传统的P&T技术是把污染的地下水抽出来，然后在地面上进行处理。近年来，随着污染治理研究的不断深入，该技术已有了更广泛的含义，只要在地下水污染治理过程中对地下水实施了抽取或注入的，都归类为P&T技术。

2)监测天然衰减修复技术MNA技术出现的时间较晚，于20世纪90年代才开始正式用于地下水污染治理。该技术基于污染场地自身理化条件和污染物自然衰减能力进行污染修复，从而达到降低污染物浓度、毒性及迁移性等目的。另外，MNA技术还必须根据污染区域的治理目标，采用相应的监测控制技术，对地下水的自然修复过程进行监测评价。

3)原位修复技术。近年来，地下水原位修复技术的兴起受到人们的广泛关注。较典型的地下水原位修复技术有：空气注入(Air Sparging)修复技术(简称AS技术)、可渗透性反应墙(Permeable Reactive Barrier)修复技术(简称PRB技术)、原位生物(Bioremediation)修复技术、多相抽提(Multi2Phase Extraction)修复技术、原位化学修复(ChemicalTreatment)技术、植物修复(Phytoremediation)技术以及多种方法相结合的修复技术等。

每种方法都有其局限性和区域性，如：

1)在抽出处理技术中，对于软土地区，含水层渗透系数很小，水流慢，长时间的抽水不仅费时费力而且会引起地面沉陷。

2)传统PRB技术是一种被动的原位修复技术，在利用地下水流的自然条件下被污染的地下水通过PRB后进行修复。PRB主要由渗透系数较高的反应介质组成，它垂直于地下水流方向。如果在该污染区域土层渗透系数小地下水流速很小的情况下，传统的PRB对其无明显的修复效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种处理地下水氟污染的修复装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置对地下水氟污染进行修复的方法。

为实现上述目的，本发明提供的处理地下水氟污染的修复装置，主要包括：

一抽水井，该抽水井的井管内安装有抽水泵；

至少一个注水井，该注水井的井管内安装有增压泵；

抽水井和注水井的井管位于水位面以下部分设有井筛；

抽水泵与增压泵之间连接有输水管道；

抽水井和注水井的井管分别安置在各自的带孔的护壁中，井管的井筛部分与护壁(塑料(ABS塑料)排水板)中间填充有去除氟的修复材料而形成可渗透性反应墙；

井管的井筛以上部位与护壁中间填充有起支撑作用的材料(聚乙烯闭孔泡沫板)。

所述的修复装置中，抽水井和注水井中的井管与护壁以及填充的修复材料预制成套筒而整体放入土层中，以随时取出更换修复材料和处理滤料阻塞。

所述的修复装置中，填充的修复材料为沸石、石灰石、活性氧化铝、中砂。

所述的修复装置中，在抽水井横向附近设有与抽水井同等深度的监测井，监测井的井管位于水位面以下部分设有井筛，以监测水位和水质。

所述的修复装置中，监测井距离抽水井为1-5m。

所述的修复装置中，抽水井顶端、注水井顶端及输水管道均埋设在地面0.5m以下，防止地面活动对该修复装置的破坏，同时在修复过程中减小对地面活动的影响。

所述的修复装置中，输水管道为金属软管。

所述的修复装置中，抽水井和注水井沿着水流方向或污染羽放射方向设置，抽水井设置在水流的下游，注水井设置在水流的上游。

本发明提供的利用上述修复装置对氟污染的地下水进行修复的方法，抽水井通过可渗透性反应墙将污染的地下水抽入抽水井内，使污染的地下水经过可渗透性反应墙进行第一次修复，再通过输水管道注入至注水井内经过可渗透性反应墙进行二次修复后渗入含水层内。

所述的修复方法中，抽水井通过抽水泵将地下水抽入抽水井内，注水井通过增压泵将水通过注水井注入含水层内。

本发明的有益效果：

1)本发明的修复装置中具有一定厚度的套筒式PRB和起支撑作用可渗透墙渗透性强，具备较强的蓄水功能。对于渗透性较差的软土地区，加大了抽水和注水速率。抽水泵速低且抽水泵采用间歇式工作方式，对于渗透性差的含水层一方面节约了能源，另一方面可以使污染的地下水与PRB介质反应充分。

2)不受水力影响，对污染区域内水文地质条件破坏性小。由于在软土区域地下水流很慢情况下，传统的PRB靠自然水流动力无法完成修复效果，用泵给予外加动力所以不受地下水力坡度影响。抽水的同时利用增压泵将抽水井抽出的水通过注水井注入含水层，防止了因长时间的抽水引起地面沉陷。

3)相比传统PRB技术来讲此方法易于施工安装、节省土地、减少开支。本发明的装置占地面积小且完全在地下运行，对地面活动影响很小。泵和地下管道的安装简单，相比传统PRB技术中对地面大面积和大尺度深度的开挖减少了很大的开支。当抽水井和注水井中套筒式PRB中的材料失效和滤料的堵塞问题时，可以随时取出冲洗及更换填充材料。

附图说明

图1是一种处理地下水氟污染的抽注结合套筒式PRB修复装置示意图。

图2是图1中抽水井(注水井)井筛段的断面示意图。

图3是实施例1中PRB修复装置平面布置图。

图4是实施例1中PRB修复装置侧面剖示图。

具体实施方式

为克服传统PRB修复技术应用于软土地区地下水污染修复的局限性，得到经济高效且对地面活动和水文地质条件影响很小的地下水修复技术，本发明提供一种抽注结合的套筒式PRB系统对于地下水氟污染的修复装置和修复方法。

请参阅图1，本发明的修复装置主要由抽水井A、至少一口注水井B(较佳地是两口注水井)、抽水泵A1、增压泵B1和连接抽水泵A1、增压泵B1的输水金属软管10组成。抽水井和注水井的井管11位于水位面以下是井筛111，井管11的外围是带孔的护壁12，井管11和护壁12中间分为上下两层分别填充有不同材料，具体地说，井管11位于水位面以下的井筛111部分填充的是PRB材料13(沸石、石灰石、活性氧化铝、中砂按20％、30％、30％和20％配比)，井筛111以上的井管11部分填充的是起支撑作用的材料15(用聚乙烯闭孔泡沫板填塞密实，价格低廉、质轻且起支撑、保温作用)。由井管11、护壁12以及井管11和护壁12中间填充的PRB材料13组成可渗透性反应墙套筒(简称PRB套筒)。抽水井A或注水井B与填充有PRB套筒可以先预制成整体放入土层中，可以随时取出更换修复材料和处理滤料阻塞问题。图2所示为预制成整体的PRB套筒后井筛段的断面示意图。

抽水井和注水井的井管内径d均为5-15cm，套筒厚度h为15-20cm，套筒护壁厚2-4cm，抽水井和注水井井底埋深距隔水层为(d+2h)的3-5倍，输水金属软管内径为5-15cm；套筒式PRB和套筒护壁的透水性强，渗透系数为10^-3-10^-2cm/s。抽水井和注水井水平间距应在(d+2h)的6-10倍；在距抽水井井口水平距离为1-5m内设置同等深度的监测井14，监测井14的井管位于水位面以下部分设有井筛，用于监测水位和水质。抽水井、注水井顶端及输水金属软管均埋设在地面0.5m以下；抽水井和注水井沿着水流方向或污染羽放射方向设置，其中抽水井设置在水流的下游，注水井设置在水流的上游(如图3和图4所示，图3所示是以一口抽水井和两口注水井为例)。具体设置抽水井和注水井的数量可以根据污染面积而定。整个修复装置工作过程中，抽水泵是间歇工作方式，每天工作2-4个小时。

修复装置在运行过程中，抽水井和注水井的循环抽注水流能将吸附在土壤表面的氟离子解吸到土壤水溶液中，进而能够达到对污染土壤修复的效果。

抽水井和注水井的设置通过改变软土区域土层局部渗透系数，从而该修复装置中抽水井和注水井能形成具有蓄水功能介质。进而有助于软土层饱和土层中污染的地下水更快速地通过套筒式PRB材料中达到更佳的修复效果。

本发明的修复装置主要针对地下水埋深浅、土层渗透性差、地下水流速很小的饱和软土区域中的地下水污染进行修复。

修复装置应用的多样性主要体现在污染区域的布设、更换维护和填充反应介质配比等方面。并且可以随时监测该区域任何位置地下水位和地下水质修复情况。

本发明的修复装置对地下水氟污染的修复过程为：抽水井利用间歇式泵抽方式通过四周及底部的PRB的反应介质将井筛四周及底部污染的地下水抽入井内，污染的地下水经过PRB反应介质的物理和化学反应进行第一次修复后，通过输水金属软管再利用增压泵将其注入注水井内再次经过环形PRB反应介质进行二次修复后渗入含水层内。抽水泵速根据含水层厚度和渗透系数决定。当系统中的某一个井中修复材料失效或滤料等发生堵塞后可将其取出冲洗及更换填充材料。

实施例1

该区域条件：地下水位埋深3m，包气带和含水层主要为淤泥质粘土加细砂，土层平均渗透系数为9×10^-7cm/s，该污染区域地下水水质：pH为7.2；ORP为115mV；地下水中氟化物的平均浓度为10.6mg/L。修复系统：注水井、抽水井井管内径10cm；套筒式PRB厚度20cm；抽水泵泵速500ml/min，每天运行3小时。

首先，利用调查、模拟等手段了解污染区域情况。明确污染羽范围，根据地质条件和污染状况布设联合修复装置。运行稳定后60天，对水质监测，结果表明，地面无明显沉陷，对氟污染的地下水处理效果好，该区域地下水氟化物浓度为0.67～0.95mg/L达到地下水III类标准，且没有出现严重堵塞情况，去除率达到91％以上。

Claims

1.一种处理地下水氟污染的修复装置，主要包括：

一抽水井，该抽水井的井管内安装有抽水泵；

至少一个注水井，该注水井的井管内安装有增压泵；

抽水井和注水井的井管位于水位面以下部分设有井筛；

抽水泵与增压泵之间连接有输水管道；

抽水井和注水井的井管分别安置在各自的带孔的护壁中，井管的井筛部分与护壁中间填充有去除氟的修复材料而形成可渗透性反应墙；

井管的井筛以上部位与护壁中间填充有起支撑作用的材料；

抽水井和注水井中的井管与护壁以及填充的修复材料预制成套筒而整体放入土层中，以随时取出更换修复材料和处理滤料阻塞；

抽水井和注水井沿着水流方向或污染羽放射方向设置，抽水井设置在水流的下游，注水井设置在水流的上游。

2.根据权利要求1所述处理地下水氟污染的修复装置，其中，在抽水井横向附近设有与抽水井同等深度的监测井，以监测水位和水质。

3.根据权利要求2所述处理地下水氟污染的修复装置，其中，监测井距离抽水井为1-5m。

4.根据权利要求1所述处理地下水氟污染的修复装置，其中，抽水井顶端、注水井顶端及输水管道均埋设在地面0.5m以下，防止地面活动对该修复装置的破坏，同时在修复过程中减小对地面活动的影响。

5.根据权利要求1或4所述处理地下水氟污染的修复装置，其中，输水管道为金属软管。

6.一种利用权利要求1所述修复装置对氟污染的地下水进行修复的方法，抽水井通过可渗透性反应墙将污染的地下水抽入抽水井内，使污染的地下水经过可渗透性反应墙进行第一次修复，再通过输水管道注入至注水井内经过可渗透性反应墙进行二次修复后渗入含水层内。

7.根据权利要求6所述对氟污染的地下水进行修复的方法，其中，抽水井通过抽水泵将地下水抽入抽水井内，注水井通过增压泵将水通过注水井注入含水层内。