CN104138896B - 用于污染土壤的原位抽注修复装置及修复方法和安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于污染土壤的原位抽注修复装置，包括竖向隔离屏障、一级抽水集水管、注水泵、注水池、真空泵、贮水池和至少一个净化单元，净化单元位于竖向隔离屏障中，注水池的出水口通过管路与注水泵的进水口连接，注水泵的出水口通过管路与净化单元的进水口连接，净化单元的出水口与一级抽水集水管的进水口连接，一级抽水集水管的出水口通过真空泵与贮水池连接。该修复装置能够原位修复土壤里的污染物。同时，还提供该修复装置的修复方法，该修复方法作业方便，能提高土壤修复质量，效率高，能够大幅降低土壤修复的成本；以及该修复装置的安装方法，安装便利、安装周期短。

Description

用于污染土壤的原位抽注修复装置及修复方法和安装方法

技术领域

本发明涉及污染场地的原位修复领域，具体的说，涉及一种用于污染土壤的原位抽注修复装置，以及该修复装置的修复方法和安装方法。

背景技术

土壤是生态环境的重要组成部分，是人类赖以生存的基础条件。随着我国工业化和城市化大的飞速发展，大量工业企业关闭、迁移导致土壤污染问题日益显著。在工业场地及其周围地区土壤及地下水都受到重金属、有机物等大面积污染。即使土壤本身有一定的自净能力，但对于国内污染严重的现状，亟待人类采取措施进行修复。污染土壤修复不彻底势必导致严重的环境破坏和社会不利影响。如2006年的湘江湖南株洲段镉污染事故，2010年的松花江三甲基一氯硅烷泄露事件。我国土壤修复技术正朝着6大方向发展,即向绿色与环境友好的生物修复、联合杂交的综合修复、原位修复、基于环境功能材料的修复、基于设备化的快速场地修复以及土壤修复决策支持系统及修复后评估等技术方向发展。

土壤污染具有隐蔽性、滞后性、累积性、不可逆转性、难治理性等特点。目前国内外用于修复污染土壤的措施主要有两种：一是去除化，将重金属从土壤中去除，以达到清洁的目的；二是固定化，将重金属固定在土壤中，抑制其迁移转化和释放，从而降低风险。基于上述理论，国内外使用的方法可以归类如下：1.生物修复技术，包括植物修复技术、微生物修复技术；2.物理修复技术，包括热脱附技术、蒸气浸提技术(简称SVE)；3.化学修复技术，包括固化/稳定化技术、淋洗技术；4.联合修复技术。真空净化技术是一项运用物理-化学联合修复的施工工艺，能够在有效的降低污染场地的污染浓度。同时，大量降低修复场地需要的周期。

由于传统的污染土异位修复技术需要将污染土直接挖除，异位的进行淋洗再回填。此法施工工艺复杂、需要设备繁多、成本高昂。本发明可以克服这些缺陷，缩短施工周期，提高工作效率。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于污染土壤的原位抽注修复装置，该修复装置能够原位修复土壤里的污染物。同时，还提供该修复装置的修复方法，该修复方法作业方便，能提高土壤修复质量，效率高，能够大幅降低土壤修复的成本；以及该修复装置的安装方法，安装便利、安装周期短。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于污染土壤的原位抽注修复装置，该修复装置包括竖向隔离屏障、一级抽水集水管、注水泵、注水池、真空泵、贮水池和至少一个净化单元，净化单元位于竖向隔离屏障中，注水池的出水口通过管路与注水泵的进水口连接，注水泵的出水口通过管路与净化单元的进水口连接，净化单元的出水口与一级抽水集水管的进水口连接，一级抽水集水管的出水口通过真空泵与贮水池连接。

进一步，所述的每个净化单元包括注水导管、抽水导管、注水排水通管、注水排水支板、二级抽水排水通管和抽水排水支板，注水排水支板固定连接在注水排水通管上，注水排水支板和注水排水通管相通，且注水排水支板上设有出水孔；抽水排水支板固定连接在二级抽水排水通管上，抽水排水支板和二级抽水排水通管相通，且抽水排水支板上设有进水孔；注水排水支板和抽水排水支板相对交替布设；注水导管的进水口与注水泵的出水口连通，注水导管的出水口与注水排水通管的进水口连通；抽水导管的进水口与二级抽水排水通管的出水口连通，抽水导管的出水口与一级抽水集水管的进水口连通。

进一步，所述的每个净化单元中，注水排水支板和抽水排水支板相互平行；注水排水通管和二级抽水排水通管相互平行。

进一步，所述的净化单元为2—10个，且净化单元均匀布设在竖向隔离屏障中。

进一步，所述的每块注水排水支板或抽水排水支板的宽度在0.5-1.5m；相邻的注水排水支板和抽水排水支板之间距离相等，为0.3—1m；所述的相邻两个净化单元中，同列的两个注水排水支板或同列的两个抽水排水支板之间的距离相等，为0.3-0.8m。

进一步，所述的净化单元包括第一流量控制阀和第二流量控制阀，第一流量控制阀连接在注水导管中，第二流量控制阀连接在抽水导管中。

一种上述的用于污染土壤的原位抽注修复装置的修复方法，该修复方法包括以下步骤：

第一步：调试用于修复污染土壤的试剂至目标试剂水浓度值，作为修复试剂溶液，然后利用真空压力驱使修复试剂溶液通过注水导管进入注水排水通管中，并用第一流量控制阀检测修复试剂溶液药剂的水流量；

第二步，注水排水通管中的修复试剂溶液通过抽水导管导入注水排水支板中；

第三步，在注水泵的压力驱动下，修复试剂溶液从注水排水支板的出水孔排出，进入污染土体的孔隙通道中；修复试剂溶液与孔隙通道中的表层土壤接触，并发生物理化学反应，去除土中的污染物，形成携带污染物的污染溶液；

第四步，在真空泵吸力作用下，土体中的污染溶液通过抽水排水支板的进水孔进入抽水排水支板中；在真空泵吸力作用下，污染溶液依次经过二级抽水排水通管、抽水导管、一级抽水集水管，进入贮水池中。

进一步，上述的用于污染土壤的原位抽注修复装置的修复方法，还包括第五步：返回第一步，重复进行除污处理，直至处理完毕土体中污染物，其中重复次数N按照下式计算：

N+1＝log_(1+a)x

式中，a表示待修复的污染土体的有效孔隙度和总孔隙的比值；x表示污染物在修复后的土体中的目标值和污染物在修复前的土体中的初始值的比值。

一种上述的用于污染土壤的原位抽注修复装置的安装方法，该安装方法包括以下步骤：

第一步：平整场地：对待处理的污染场地表面进行平整，去除施工范围内的植物、碎石、垃圾废物；

第二步：铺设垫层：在待处理的污染表层土体中铺设一层砂垫层，在砂垫层上标记插板位置；

第三步：插板机就位，在待处理施工区域前段完成门架拼装和机件调试，完成插板机的机具组装，然后移动至砂垫层上标记的插板位置，通过套管对准砂垫层上的插板位置标记；

第四步：铺设排水板：

第五步：连接真空导管：采用快速接头将预留的注水排水通管与注水导管连接，将预留的二级抽水排水通管与抽水导管连接，并将快速接头打入地基以下；

第六步：铺设一级抽水集水管，采用阀门连接二级抽水排水通管与一级抽水集水管；

第七步：将注水泵连接在注水池与注水导管之间，将真空泵连接在贮水池与抽水导管之间；向注水池中加入试剂；

第八步：在施工场地外围铺设竖向隔离屏障，防止施工区域外围污染物进入修复区域；竖向隔离屏障将待处理的污染土壤周向包围。

进一步，所述的第四步包括以下步骤：

步骤401)将注水排水支板、注水排水通管、二级抽水排水通管、抽水排水支板四种排水件装入卷筒，通过门架上的滑轮将其引入插杆中；

步骤402)将塑料插板机端部穿过预制的固定架，用订板机订稳固；

步骤403)拉紧排水件，并对准砂垫层上的插板位置标记；

步骤404)开启振动，将插板机的插杆压入待处理的场地中，直至达到设计深度，拔出插杆；

步骤405)剪断排水件的板头，预留30cm排水板；

步骤406)移动至下一个标记点，重复步骤402)至步骤405)，直至安装完所有的排水件。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.整套装置采用排水板为主体，能有效修复土壤中的污染物。本发明的修复装置，既有注入试剂的系统、又有抽出污染溶液的系统。相比于真空浸提技术(SVE)，本发明弥补了其无法主动驱使污染物定向运移的缺点。本发明通过加压注入式注水系统，在压力作用下趋使试剂。相对于原位井注入法，本发明弥补其无法保证处理污染物之后达到循环的目的，避免发生二次污染情况。二次污染主要存在两个方面：其一，若没有抽出部分，污染物可能渗透进入地下水系统当中；其二，若没有汇水池，已收集的污染溶液可能导致污染水随意排放，导致地表土壤再次污染。本发明设置了一级抽水集水管、二级抽水排水通管和抽水排水支板，来解决第一个方面的问题，设置贮水池来解决第二个方面的问题。

2.缩短施工周期，提高工作效率，降低施工成本。本技术方案中的真空净化施工工艺与异位淋洗技术相比，完全采用机械化操作，可将施工周期缩短至1/3；原位进行土壤污染修复，方便现场施工，降低对原位污染点的干扰及破坏。

3.可调控污染场地的污染物浓度。本技术方案中，预先设定净化交替次数，依照经验公式可降低至预先要求的浓度。与纯水注入相比，加入净化试剂的施工过程将大幅减少水的使用，使用水量将降低至1/5；去除率将的、提高10倍以上。

4.环境影响小，无二次污染。施工所用材料均是可回收材料，符合安全环保的理念；通过注水池收集污染水体，对污染水体进行再次净化后可以浇灌回收使用。

附图说明

图1是本发明中的原位真空净化的施工场地的单元平面示意图。

图2是本发明中的原位真空净化的施工场地的单元剖面示意图。

图中有：竖向隔离屏障1、注水排水支板2、转换接头3、注水导管4、第二流量控制阀5、一级抽水集水管6、抽水导管7、注水泵8、第一流量控制阀9、注水池10、注水排水通管11、二级抽水排水通管12、真空泵13、贮水池14、抽水排水支板15。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细描述。

本发明中所提及的塑料排水板是选用带无纺布(F)型排水板(《塑料排水板》行业标准JC/T2112-2012)，排水板宽度设定大于1000mm，也可根据实际的施工设备可以调整排水板的类型及详细参数。真空泵能提供的气压至少在1.5*10⁶Pa以上。污染场地污染物包括重金属污染物、有机物污染物，和重金属-有机物复合型污染物。应该根据污染物来选择添加试剂类型。污染场地的渗透系数在1*10^-3cm/s至1*10^-6cm/s,包括砂土、粉土、粘土中任何一种或任意组合。本发明涉及的插板机、真空泵、集水导管均是常用的施工设备，能确保本发明操作的可实施性。

如图1所示，本发明的一种用于污染土壤的原位抽注修复装置，包括竖向隔离屏障1、一级抽水集水管6、注水泵8、注水池10、真空泵13、贮水池14和至少一个净化单元，净化单元位于竖向隔离屏障1中，注水池10的出水口通过管路与注水泵8的进水口连接，注水泵8的出水口通过管路与净化单元的进水口连接，净化单元的出水口与一级抽水集水管6的进水口连接，一级抽水集水管6的出水口通过真空泵13与贮水池14连接。

上述结构中，每个净化单元包括注水导管4、抽水导管7、注水排水通管11、注水排水支板2、二级抽水排水通管12和抽水排水支板15，注水排水支板2固定连接在注水排水通管11上，注水排水支板2和注水排水通管11相通，且注水排水支板2上设有出水孔；抽水排水支板15固定连接在二级抽水排水通管12上，抽水排水支板15和二级抽水排水通管12相通，且抽水排水支板15上设有进水孔；注水排水支板2和抽水排水支板15相对交替布设；注水导管4的进水口与注水泵8的出水口连通，注水导管4的出水口与注水排水通管11的进水口连通。注水导管4的出水口可通过转换接头3与注水排水通管11的进水口连通。抽水导管7的进水口与二级抽水排水通管12的出水口连通。抽水导管7的进水口可通过转换接头3与二级抽水排水通管12的出水口连通。抽水导管7的出水口与一级抽水集水管6的进水口连通。

作为优选，每个净化单元中，注水排水支板2和抽水排水支板15相互平行；注水排水通管11和二级抽水排水通管12相互平行。这样有利于注水排水支板2排出的溶液和土壤中的污染物质反应后，进入抽水排水支板15中，从二级抽水排水通管12排出。净化单元的数量依据实际工程需要设定。作为优选，净化单元为2—10个，且净化单元均匀布设在竖向隔离屏障1中。

作为优选，所述的每块注水排水支板2或抽水排水支板15的宽度在0.5-1.5m；相邻的注水排水支板2和抽水排水支板15之间距离相等，为0.3—1m；所述的相邻两个净化单元中，同列的两个注水排水支板2或同列的两个抽水排水支板15之间的距离相等，为0.3-0.8m。当然，在工程中，可以按照实际情况划定板间距离。

进一步，所述的净化单元包括第一流量控制阀9和第二流量控制阀5，第一流量控制阀9连接在注水导管4中，第二流量控制阀5连接在抽水导管7中。通过设定第一流量控制阀9和第二流量控制阀5，来控制修复试剂溶液的流量和与土体发生反应后的污染溶液的流量。对于污染物浓度不一致，使用试剂不一致，会使用不同的流量，以达到最少药剂处理的最优效果，避免发生药剂过量参生二次污染。

上述修复装置中，注水泵至少能提供1.5—10⁶Pa，真空泵至少能提供1.1—10⁵Pa。修复装置中循环水量在50-100L/min，注水排水通管11的注水量和二级抽水排水通管12的抽水量相等。可修复渗透系数在1-10^-3到1*10^-6cm/s的污染土壤区。

上述的修复装置的修复方法，包括以下步骤：

第一步：调试用于修复污染土壤的试剂至目标试剂水浓度值，作为修复试剂溶液，然后利用真空压力驱使修复试剂溶液通过注水导管4进入注水排水通管11中，并用第一流量控制阀9检测修复试剂溶液药剂的水流量；

第二步，注水排水通管11中的修复试剂溶液通过抽水导管7导入注水排水支板2中；

第三步，在注水泵8的压力驱动下，修复试剂溶液从注水排水支板2的出水孔排出，进入污染土体的孔隙通道中；修复试剂溶液与孔隙通道中的表层土壤接触，并发生物理化学反应，去除土中的污染物，形成携带污染物的污染溶液；

第四步，在真空泵13吸力作用下，土体中的污染溶液通过抽水排水支板15的进水孔进入抽水排水支板15中；在真空泵13吸力作用下，污染溶液依次经过二级抽水排水通管12、抽水导管7、一级抽水集水管6，进入贮水池14中。

由于土体中的污染物不一定能够一次修复完毕，所以需要反复多次修复。上述的净化方法，还包括第五步：返回第一步，重复进行除污处理，直至处理完毕土体中污染物，其中重复次数N按照下式计算：

N+1＝log_(1+a)x

式中，a表示待修复的污染土体的有效孔隙度和总孔隙的比值；x表示污染物在修复后的土体中的目标值和污染物在修复前的土体中的初始值的比值。当计算得到N为小数时，取为大于该数值的最小整数为N值。例如：对一污染场地进行测定，土体的有效孔隙为15％，总孔隙为35％；场地为铅污染，目标值为300ppm，初始值为6000ppm。根据上述计算得到N＝8.9，N取整数，为9。

上述结构的用于污染土壤的原位抽注修复装置的安装方法，包括以下步骤：

第一步：平整场地：对待处理的污染场地表面进行平整，去除施工范围内的植物、碎石、垃圾废物。这样可以保证插板机施工的准确性和连续性。

第二步：铺设垫层：在待处理的污染表层土体中铺设一层砂垫层，在砂垫层上标记插板位置。铺设一层砂垫层，用于储存气体并在抽水时作为气体缓冲层。

第三步：插板机就位，在待处理施工区域前段完成门架拼装和机件调试，完成插板机的机具组装，然后移动至砂垫层上标记的插板位置，通过套管对准砂垫层上的插板位置标记。

第四步：铺设排水板，具体以下步骤401)至406)：

步骤401)将注水排水支板2、注水排水通管11、二级抽水排水通管12、抽水排水支板15四种排水件装入卷筒，通过门架上的滑轮将其引入插杆中；

步骤402)将塑料插板机端部穿过预制的固定架，用订板机订稳固；

步骤403)拉紧排水件，并对准砂垫层上的插板位置标记；

步骤404)开启振动，将插板机的插杆压入待处理的场地中，直至达到设计深度，拔出插杆；

步骤405)剪断排水件的板头，预留30cm排水板；

步骤406)移动至下一个标记点，重复步骤402)至步骤405)，直至安装完所有的排水件。

第五步：连接真空导管：采用快速接头3将预留的注水排水通管11与注水导管4连接，将预留的二级抽水排水通管12与抽水导管7连接，并将快速接头3打入地基以下。

第六步：铺设一级抽水集水管6，采用阀门连接二级抽水排水通管12与一级抽水集水管6。

第七步：将注水泵8连接在注水池10与注水导管4之间，将真空泵13连接在贮水池14与抽水导管7之间；向注水池10中加入试剂。

第八步：在施工场地外围铺设竖向隔离屏障1，防止施工区域外围污染物进入修复区域；竖向隔离屏障1将待处理的污染土壤周向包围。

本发明中，真空净化设备主要包括真空泵、排水板、集水管、抽水泵等设备，是一套基于设备化的快速场地修复施工技术。本技术方案通过循环交替式真空净化方法，可以大幅降低已被污染土壤中污染物浓度；采用工艺成熟的插板机施工，有利于提高施工速度、加快施工进程；运用排水板的导水能力和透水能力，使得此工艺适用范围更加广泛。

Claims (1)

1.一种用于污染土壤的原位抽注修复装置的修复方法，其特征在于，该修复装置包括竖向隔离屏障(1)、一级抽水集水管(6)、注水泵(8)、注水池(10)、真空泵(13)、贮水池(14)和至少一个净化单元，净化单元位于竖向隔离屏障(1)中，注水池(10)的出水口通过管路与注水泵(8)的进水口连接，注水泵(8)的出水口通过管路与净化单元的进水口连接，净化单元的出水口与一级抽水集水管(6)的进水口连接，一级抽水集水管(6)的出水口通过真空泵(13)与贮水池(14)连接；

所述的每个净化单元包括注水导管(4)、抽水导管(7)、注水排水通管(11)、注水排水支板(2)、二级抽水排水通管(12)和抽水排水支板(15)，注水排水支板(2)固定连接在注水排水通管(11)上，注水排水支板(2)和注水排水通管(11)相通，且注水排水支板(2)上设有出水孔；抽水排水支板(15)固定连接在二级抽水排水通管(12)上，抽水排水支板(15)和二级抽水排水通管(12)相通，且抽水排水支板(15)上设有进水孔；注水排水支板(2)和抽水排水支板(15)相对交替布设；注水导管(4)的进水口与注水泵(8)的出水口连通，注水导管(4)的出水口与注水排水通管(11)的进水口连通；抽水导管(7)的进水口与二级抽水排水通管(12)的出水口连通，抽水导管(7)的出水口与一级抽水集水管(6)的进水口连通；

所述的净化单元包括第一流量控制阀(9)和第二流量控制阀(5)，第一流量控制阀(9)连接在注水导管(4)中；

该修复方法包括以下步骤：

第一步：调试用于修复污染土壤的试剂至目标试剂水浓度值，作为修复试剂溶液，然后利用真空压力驱使修复试剂溶液通过注水导管(4)进入注水排水通管(11)中，并用第一流量控制阀(9)检测修复试剂溶液药剂的水流量；

第二步，注水排水通管(11)中的修复试剂溶液通过抽水导管(7)导入注水排水支板(2)中；

第三步，在注水泵(8)的压力驱动下，修复试剂溶液从注水排水支板(2)的出水孔排出，进入污染土体的孔隙通道中；修复试剂溶液与孔隙通道中的表层土壤接触，并发生物理化学反应，去除土中的污染物，形成携带污染物的污染溶液；

第四步，在真空泵(13)吸力作用下，土体中的污染溶液通过抽水排水支板(15)的进水孔进入抽水排水支板(15)中；在真空泵(13)吸力作用下，污染溶液依次经过二级抽水排水通管(12)、抽水导管(7)、一级抽水集水管(6)，进入贮水池(14)中；第二流量控制阀(5)连接在抽水导管(7)中；

第五步：返回第一步，重复进行除污处理，直至处理完毕土体中污染物，其中重复次数N按照下式计算：

N+1＝log_(1+a)x

式中，a表示待修复的污染土体的有效孔隙度和总孔隙的比值；x表示污染物在修复后的土体中的目标值和污染物在修复前的土体中的初始值的比值。