CN102923838B - 一种用于地下水硝酸盐污染的修复装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于地下水硝酸盐污染的修复装置，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，该注水井的井管顶部安装有增压泵，且注水井的井管连接输送碳源的管道；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，井管与护壁中间填充有填充材料而形成可渗透性反应墙。本发明还公开了利用上述修复装置对地下水硝酸盐污染的修复方法。
Description
技术领域
本发明属地下水修复技术领域，具体地涉及一种修复饱和软土区域硝酸盐污染土壤地下水的修复装置。
本发明还涉及利用上述修复装置对地下水硝酸盐污染进行有效修复的方法。
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。硝酸盐污染的危害性已受到人们广泛重视，饮用水中过量的硝酸盐能够引起婴幼儿高铁血红蛋白血症，使血液不能输送氧气，这是一种潜在的致命的环境问题。另据报道饮用水中过量的硝酸盐也是人类致癌物质之一。因此，为了人类安全生存，修复硝酸盐污染地下水势在必行。
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PRB修复技术。PRB修复技术是可渗透性反应墙(PermeableReactive Barrier)修复技术的简称，指的是地下安装活性材料墙体以便拦截污染物羽状体，使污染羽状体通过反应介质后，经过一系列的物理，化学，吸附作用，从而使污染物浓度达到环境标准的目的。
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；大面积区域地下水修复时，传统的PRB修复技术需大面积开挖，占用大面积土地及严重破坏水文地质条件，并需要很大的经济开支。因此，对于发展中国家，必须考虑经济有效合理的PRB修复污染地下水技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于地下水硝酸盐污染的修复装置。
本发明的又一目的在于提供一种利用修复装置对地下水硝酸盐污染的修复方法。
为实现上述目的，本发明提供的用于地下水硝酸盐污染的修复装置，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，且注水井的井管连接输送碳源的管道；
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(塑料(ABS塑料)排水板)中，井筛与护壁中间填充有填充材料而形成可渗透性反应墙。
所述的修复装置，其中，注水井和抽水井的比例根据污染区域土层渗透系数确定，渗透系数大于等于10-5cm/s时注水井与抽水井为1∶1；渗透系数大于10-7cm/s小于10-5cm/s时注水井与抽水井为2∶1；渗透系数小于等于10-7cm/s时注水井与抽水井为3∶1。
所述的修复装置，其中，填充材料为中砂、铁粉、活性炭、锯末。
所述的修复装置，其中，在抽水井横向附近设有与抽水井同等深度的监测井，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，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。
所述的修复装置，其中，输水管道为金属软管。
所述的修复装置，其中，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地下水硝酸盐污染的修复方法，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，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。
本发明的有益效果：
1)一定厚度的环状PRB和起支撑作用护壁渗透性强，具备较强的蓄水功能，且修复过程中本发明的装置采用轮换的方式运行，对于渗透性较差的软土地区渗透性差的含水层一方面节约了能源，另一方面可以使被硝酸盐污染的地下水与PRB介质充分接触，抽-注循环的水流可将外界不断补给的碳源更加均匀地注入含水层中增加反硝化细菌活性，进而增大修复效率。
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，增大了渗透压，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，本发明的装置占地面积减小很多而且完全在地下运行，对地面活动影响很小。易于施工安装、减少开支。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。当装置使用到失效后，不必停止系统，可以用另一新井填充新的反应介质来组成新的PRB装置。
附图说明
图1是一种处理地下水硝酸盐污染的修复装置示意图。
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
为克服传统单纯的原位或异位修复技术应用于特殊软土地区地下水硝酸盐污染修复的局限性，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。本发明提供一种联合原位-异位并采用物理吸附和生物降解结合的方法对地下水硝酸盐污染修复的技术。
本发明的构建如图1所示，主要由抽水井A、注水井B、抽水泵2、增压泵1、输送碳源管道C及输水金属软管3组成。抽水井A和注水井B的井管5在水位面以下设有井筛51，抽水井A和注水井B的井管5外侧依次安装环状PRB材料6、环状PRB材料的外围是起支撑作用的环形带孔的护壁7，如图2所示，为抽水井(注水井)井筛51段的断面示意图。注水井B与输送碳源管道C连通。每个装置中根据污染区域土层渗透系数确定注水井数量，渗透系数大于等于10-5cm/s注水井选用1口；大于10-7cm/s小于10-5cm/s注水井选用2口；小于等于10-7cm/s注水井选用3口，如图3所示，显示了当渗透系数不同时注水井的数量不同。抽水井和注水井的井管内径d均为5～15cm，井筛外围的环状PRB材料厚度h为15～20cm，最外围起支撑作用的环状护壁厚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，抽水井和注水井水平间距为(d+2h)的6～10倍。环形PRB内主要填充中砂、铁粉、活性炭、锯末，各填料重量百分含量依次为30％、30％、20％和20％，带孔的护壁和环形PRB的透水性强，渗透系数为10-3～10-2cm/s。在距抽水井井口横向距离为1～5m内设置同等深度的监测井4，该监测井4位于水位面以下设有井筛41。抽水井、注水井顶端及输水金属软管均埋设在地面标高0.5m以下。
如图3和图4所示，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。抽水井和注水井的数量根据污染面积而定。
污染地下水长时间与反应介质接触和反应，会出现抽水井井筛外围的PRB材料失效或者发生阻塞问题，而注水井依然可以进行修复所以不必停止，可在预留出的其他位置依据污染地下水修复情况再施工安装新的抽水井与现有注水井组成新的联合原位-异位环形PRB修复系统。系统废弃后可用帷幕灌浆的方式将其密封处理以免造成二次污染。
本发明的装置在运行过程中，抽水井和注水井的循环抽注水流除对土壤表面吸附的硝酸盐进行循环冲刷淋洗作用外，由于外界补充碳源的环境下，还能对吸附在土壤表面的硝酸盐有生物降解作用，进而能够达到对污染土壤修复的效果。
本发明主要针对地下水埋深浅流速很小的的软土区域中的被硝酸盐污染的土壤地下水进行修复。其对均质和非均质含水层中硝酸盐污染物的去除均适用。
上述装置应用的多样性体现在污染区域的布设、填充反应介质特性、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。
本发明的装置在对地下水硝酸盐污染进行修复时，是用泵抽方式将抽水井四周污染的地下水抽入井内经过一次修复后再将其注入注水井内再次修复后渗入含水层内。污染的地下水与反应介质充分接触，通过物理吸附和生物降解的作用。泵速根据监测井观察地下水位升降情况决定，使地下水位在小幅度范围内波动。当装置中的某一个井失效后若继续修复可在临近该井处建造新井，并用帷幕灌浆方法将井密封。
碳源(如蔗糖、葡萄糖、乙酸等)输送管与注水井的井管连接，并通过蠕动泵控制定量注入注水井的井管内。
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软土，平均粒径＜0.1mm；土层渗透系数为8×10-7cm/s。该污染区域地下水水质：PH为8.2；ORP为128mV；地下水中硝酸盐浓度为125mg/L。修复装置：注水井、抽水井井管内径5cm；环形PRB厚度15cm；护壁厚2cm；抽水泵泵速300ml/min。
运行稳定后90天，对水质监测，结果表明，地面无明显沉陷，对硝态氮处理效果良好，处理后平均浓度为12.3～16.7mg/L，没有出现堵塞情况，去除率平均达到87％以上。
Claims (8)
1.一种用于地下水硝酸盐污染的修复装置，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，且注水井的井管连接输送碳源的管道；
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，井管与护壁中间填充有填充材料而形成可渗透性反应墙。
2.根据权利要求1所述的修复装置，其中，注水井和抽水井的比例根据污染区域土层渗透系数确定，渗透系数大于等于10-5cm/s时注水井与抽水井为1∶1；渗透系数大于10-7cm/s小于10-5cm/s时注水井与抽水井为2∶1；渗透系数小于等于10-7cm/s时注水井与抽水井为3∶1。
3.根据权利要求1所述的修复装置，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。
4.根据权利要求1所述的修复装置，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所述的修复装置，其中，输水管道为金属软管。
6.根据权利要求1或4所述的修复装置，其中，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。
7.一种利用权利要求1所述修复装置对地下水硝酸盐污染的修复方法，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。
8.根据权利要求7所述的修复方法，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。
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