CN104174643B - 一种有机污染土壤和地下水原位修复装置及修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种有机污染土壤和地下水原位修复装置及修复方法，本发明设计了一种包括气动源系统、溶配药系统、原位注入系统和注入井系统的有机污染土壤和地下水修复装置，该装置可以修复饱和层和非饱和层中有机污染土壤和地下水，其通过在污染区域根据污染分布、水文地质等条件布设注射井，通过注入系统将溶配药系统配置的氧化药剂以一定压力注入到污染区域修复目标污染物。该装置注入井通过三种密封材料三层密封，集成性好，可快速拆卸，是一种修复污染土壤和地下水经济且快速的原位修复装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机污染土壤和地下水原位修复装置及方法，属于原位土壤修复方法技术领域。
背景技术
目前，常用的污染场地修复技术包括异位和原位两大类，这决定了污染场地修复设备也分为原位修复装置和异位修复装置。异位主要是指挖掘及后处理，即通过机械、人工等手段，使土壤离开原位置，再采用化学物理或生物等多种方法对其后处理、处置和再利用。异位修复技术涉及到挖土和转运，过程中存在二次污染的危险，存在明显不足。原位修复技术在近年得到广泛应用。其中，美国自80年代中期以来，已经投入大量资金用于原位土壤和地下水修复，一些新的原位修复技术应运而生，如原位化学氧化和原位气相抽提等。原位化学氧化技术是指通过原位修复装置向土壤中投加化学氧化剂使其与污染物质发生化学反应从而实现污染物去除净化的目的，该技术可同时处理多种污染物，处理效率较高。
目前，已经有一些单位或者个人开展了一些有关原位有机污染场地修复装置的研究，现有的原位修复装置药剂注入主要分两类，一类为钻杆注入，一类为注入井注入。钻杆注入是把配置好的药剂以一定压力通过注入钻杆注入到污染区从而修复污染土壤和地下水。在专利号为US2002/0143226A1和专利号为US006457905的美国专利中公开了两种化学氧化原位钻杆注入修复装置，这两种修复装置分别通过螺旋钻杆或注射长矛将化学氧化剂注入到污染土和地下水中，但该两种修复装置溶配药系统过于分散，增加了设计和操作的复杂性。在专利号NOUS2003/0069142的美国专利中公开了一种原位化学氧化注入井修复装置，该装置是通过在地下设置导流板导流地下水流经装有固体粉末状药剂的筛管，筛管内的药剂溶解后随着地下水流向通过导流挡板扩散到目标区域从而修复污染土壤和地下水，但设置地下导流板增加了工程实施难度，利用地下水溶解药剂会降低原位修复的效率。在专利号为US2008/0174571A1的美国专利中公开了一种原位化学氧化注入井修复装置，该修复装置通过注入井向污染区注入过氧化氢、臭氧及压缩空气氧化修复污染土壤和地下水。但该修复系统注入井密封为单层膨润土密封，密封较单一，当注入压力较大时，可能会出现密封泄露涌浆。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题。进而提供一种优化的有机污染土壤原位化学氧化注入系统及修复方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种有机污染土壤和地下水原位修复装置，包括四个子系统：即气动源系统、溶配药系统、原位注入系统和注入井系统；
所述气动源系统包括配电箱、空压机、空气过滤罐、电缆和供气管线，所述配电箱和空压机之间由电缆相连接，空压机和空气过滤罐之间由供气管线相连接；
所述溶配药系统包括活化药剂存储罐、加药泵、混合药剂搅拌罐、气动搅拌机、三通、混合药剂输送管、活化药剂输送管和加水管线，所述活化药剂存储罐和加药泵的入口之间连接有活化药剂输送管，加药泵的出口通过活化药剂输送管与混合药剂搅拌罐的进料口相连通，混合药剂搅拌罐上设有气动搅拌机，混合药剂搅拌罐的下部设有药剂出料口，所述加水管线与混合药剂搅拌罐的进料口相连通，所述两个混合药剂搅拌罐的药剂出料口通过混合药剂输送管分别与三通相连通，空气过滤罐的出口端通过供气管线分别与加药泵和气动搅拌机相连通；
所述原位注入系统包括注入泵、混合药剂输送管、快速接头、分流装置、压力表及水表，所述注入泵的入口通过混合药剂输送管与三通相连通，注入泵的出口与混合药剂输送管的一端相连(注入泵出口装有压力表)，混合药剂输送管的另一端与水表的一端相连接，水表的另一端与混合药剂输送管的一端相连接，混合药剂输送管的另一端通过快速接头与分流装置主管路相连接(分流装置上装有压力表)，分流装置分支管路通过快速接头与混合药剂输送管的一端相连通、混合药剂输送管的另一端通过快速接头及转换接头与注入井相连通，空气过滤罐的出口端通过供气管线与注入泵相连通。
所述注入井系统包括转换接头、水泥和膨润土混料(质量比1∶1)、膨润土、白管、石英砂、筛管和井堵，所述筛管的下端连接有井堵，筛管的上端与白管的下端相连接，白管的上端与转换接头的一端相连接，转换接头的另一端与快速接头的一端相连接，快速接头的另一端与混合药剂输送管相连接，注入井管外的钻孔内从下到上依次装填填料为石英砂、膨润土、水泥和膨润土混料(质量比1∶1)以及混凝土。
一种有机污染土壤和地下水原位修复装置，其修复方法为：先开启空压机，接着开启分流装置主管路及某一分支管路阀门，然后再开启注入泵气动阀；停止注入混合药剂时，先关闭注入泵气动阀，再关闭分流装置主管路及分支管路阀门；注射时，混合药剂的注入压力控制在0.01～0.08Mpa范围内，单次注入量控制在0.093～0.153m3/次，单井每天注入量范围为0.163～0.438m3/天，单次注入后休整20分钟，然后再次注射直至设计注入量，注射后反应40天。
本发明针对目前一些有机污染土壤和地下水原位修复装置面临的缺陷，本发明设计了一种包括气动源系统、溶配药系统、原位注入系统和注入井系统的有机污染土壤和地下水修复装置，该修复装置在污染区域根据污染分布、水文地质等条件布设注射井，通过注入系统将溶配药系统配置的氧化药剂以一定压力注入到目标区域修复污染物，该装置可以修复饱和和非饱和层中土壤和地下水有机污染，该装置不设置地下导流板，而通过在污染区域根据污染分布、水文地质等条件布设注射井注射药剂，该装置不通过地下水溶解药剂，而是通过溶配药系统溶解氧化药剂以一定压力注入到目标区域修复污染物，该装置注入井非单层密封，而通过三种密封材料三层密封，能更好的防止注入压力较大时涌浆问题，该装置能修复深层污染土和地下水，集成性好，且可快速拆卸，是一种修复污染土壤和地下水经济且快速的修复装置。
本发明的有益效果是：
一：修复装置设计操作相对简单，注入井与混合药剂输送管连接采用快速接头方式连接，拆卸简单操作灵活。
二：修复装置集成性相对较好，优越于需多个药剂溶配装置的原位注入系统，药剂混合反应更充分。
三：修复装置使用范围宽泛，优越于原位气相抽提装置只能处理非饱和层污染土，该系统还能够兼顾饱和层污染土壤和地下水修复，也省去了污染尾气处理装置。
四：修复装置注入井可长期使用，解决了用注入钻杆注入药剂不能间断注入问题，注入井采用膨润土、水泥和膨润土混料(质量比为1∶1)及混凝土三层密封，在较大注入压力时能有效的防止涌浆。
附图说明
图1为本发明一种有机污染土壤和地下水原位修复装置结构示意图；
图2为注入井22的结构示意图；
图3为注入井22的局部放大图。
图中的附图标记1为配电箱，2为空压机，3为空气过滤罐，4为活化药剂存储罐，5为加药泵，6为混合药剂搅拌罐，7为气动搅拌机，8为进料口，9为混合药剂出料口，10为三通，11为注入泵，12为泵出口压力表，13为水表，14为混合药剂输送管，15为快速接头，16为分流装置支管阀门，17为供气管线，18为分流装置，19为电缆，20为活化药剂输送管，21为加水管线，22为注入井，23为转换接头，24为混凝土，25为水泥和膨润土混料(其质量比为1∶1)，26为膨润土，27为白管，28为石英砂，29为筛管，30为井堵，31为快速接头拆卸卡爪，32为注入压力表。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：
本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1～图3所示，本实施例所涉及的一种有机污染土壤和地下水原位修复装置，包括四个子系统：即气动源系统、溶配药系统、原位注入系统和注入井系统；
所述气动源系统包括配电箱1、空压机2、空气过滤罐3、电缆19和供气管线17，所述配电箱1和空压机2之间由电缆19相连接，空压机2和空气过滤罐3之间由供气管线17相连接；
所述溶配药系统包括活化药剂存储罐4、加药泵5、混合药剂搅拌罐6、气动搅拌机7、三通10、混合药剂输送管14、活化药剂输送管20和加水管线21，所述活化药剂存储罐4和加药泵5的入口之间连接有活化药剂输送管20，加药泵5的出口通过活化药剂输送管20分别与两个混合药剂搅拌罐6的进料口8相连通，两个混合药剂搅拌罐6上均设有气动搅拌机7，两个混合药剂搅拌罐6的下部均设有药剂出料口9，所述加水管线21与混合药剂搅拌罐6的进料口8相连通，所述两个混合药剂搅拌罐6的药剂出料口9通过混合药剂输送管14分别与三通10相连通，空气过滤罐3的出口端通过供气管线17分别与加药泵5和气动搅拌机7相连通；
所述原位注入系统包括注入泵11、混合药剂输送管14、快速接头15、分流装置18、水表13和压力表12，所述注入泵11的入口通过混合药剂输送管14与三通10相连通，注入泵11的出口与混合药剂输送管14的一端相连(注入泵出口装有压力表12)，混合药剂输送管14的另一端与水表13的一端相连接，水表13的另一端与混合药剂输送管14的一端相连接，混合药剂输送管14的另一端通过快速接头15与分流装置18主管路相连接(分流装置18上装有压力表12)，分流装置18分支管路通过快速接头15与混合药剂输送管14的一端相连通、混合药剂输送管14的另一端通过快速接头15及转换接头23与注入井22相连通，空气过滤罐3的出口端通过供气管线17与注入泵11相连通。
所述注入井系统包括转换接头23、水泥和膨润土混料(质量比1∶1)25、膨润土26、白管27、石英砂28、筛管29和井堵30，所述筛管29的下端连接有井堵30，筛管29的上端与白管27的下端相连接，白管27的上端与转换接头23的一端相连接，转换接头23的另一端与通过快速接头15与混合药剂输送管14相连接，注入井22管外的钻孔内从下到上依次装填填料为石英砂28、膨润土26、水泥和膨润土混料(质量比1∶1)25以及混凝土24。
所述供气管线17采用PVC管。
所述活化药剂输送管20和混合药剂输送管14均为内衬钢丝的耐酸碱管。
所述两个混合药剂搅拌罐6的体积均为1m3。
所述气动搅拌机7的搅拌桨叶为双层搅拌桨叶，且为耐酸碱不锈钢材质。
本实施例一种用于有机污染土壤和地下水原位修复装置，该装置由空压机提供气源，通过注入泵向注入井内注入按一定配比配置的氧化药剂，氧化药剂通过注入井的筛管向井四周扩散与土壤和地下水污染物接触反应，从而使其降解为不具危害性的物质。注入前先检查系统设备的安全性，接通配电箱电源，开启空压机、开启加药泵将活化药剂储罐内一定量活化药剂输送到混合药剂搅拌罐内，接着通过混合药剂搅拌罐上投料口人工搬运投加一定量的氧化药剂，然后通过加水管线向混合药剂搅拌罐内加一定量水定容，开启混合药剂搅拌罐上方气动搅拌机让药剂充分混匀溶解，将分流装置分支管路连接的混合药剂输送管通过快速接头和转换接头与注入井相连，开启分流装置主管路及一分支的阀门，开启混合药剂搅拌罐下阀门，再开启并调节注入泵气动阀进行原位注入。注入过程需综合考虑水文地质、注入压力等现场条件按少量多次方式注入，单次注入量及注入时间需根据现场情况而定，注入时记录泵出口压力、注入量、注入压力及注入时间，注入完一口井后先开启分流装置另一分支管路阀门，并迅速关闭分流装置已注完分支管路阀门，分支管路都注入完成后，先关闭注入泵气动阀，再关闭分流装置主管路及分支管路阀门，快拆各分支管路注入井快速接头，并连接好下一批需注入的注入井进行下一轮注入，注入过程中两个药剂搅拌罐一个原位注入，一个配药，交替作业。
以华北某交通枢纽项目原位注入项目为例，该污染场地为二甲苯污染，修复前土壤中二甲苯浓度为34.98～593mg/kg，修复目标值为5mg/kg，污染区域面积为250m2，污染区域分为浅层污染(4～7m)和深层污染(6～9m)，地下水埋深20m，污染区域为非饱和层，污染区土层以砂土和粉土为主，根据污染分布及水文地质状况，确定注入井的分布及筛管位置，现场共布设17口注入井，浅层污染区布设7口，注入井深度为7m，筛管位置4～7m，深层污染区布设10口，其中9口注入井深度为9m，筛管位置6～9m，1口中心注入井井深11.5m，筛管位置5.5～11.5m。注入方式采用少量多次方式注入，对于该污染场地1#-17#注入井，单井注入总量范围为1.046～4.171m3，’注入压力范围为0.01～0.08Mpa范围，单次注入量范围为0.093～0.153m3/次，单井每天注入量范围为0.163～0.438m3/天，现场对注入井单次注射后，休整20分钟后再次注射至设计注入量.以4#为例，注入过程如表一所示。从现场注射情况来看，注入效果良好，无涌浆。修复后反应40天，典型点位的修复效果如表二所示：
表一：4#注入过程记录表
表二：原位注入二甲苯污染场地修复效果(二甲苯修复目标值5mg/kg)
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种有机污染土壤和地下水原位修复装置，包括四个子系统：即气动源系统、溶配药系统、原位注入系统和注入井系统；其特征在于，
所述气动源系统包括配电箱、空压机、空气过滤罐、电缆和供气管线，所述配电箱和空压机之间由电缆相连接，空压机和空气过滤罐之间由供气管线相连接；
所述溶配药系统包括活化药剂存储罐、加药泵、混合药剂搅拌罐、气动搅拌机、三通、混合药剂输送管、活化药剂输送管和加水管线，所述活化药剂存储罐和加药泵的入口之间连接有活化药剂输送管，加药泵的出口通过活化药剂输送管与混合药剂搅拌罐的进料口相连通，混合药剂搅拌罐上设有气动搅拌机，混合药剂搅拌罐的下部设有药剂出料口，所述加水管线与混合药剂搅拌罐的进料口相连通，两个所述混合药剂搅拌罐的药剂出料口通过混合药剂输送管分别与三通相连通，空气过滤罐的出口端通过供气管线分别与加药泵和气动搅拌机相连通；
所述原位注入系统包括注入泵、混合药剂输送管、快速接头、分流装置、压力表和水表，所述注入泵的入口通过混合药剂输送管与三通相连通，注入泵的出口与混合药剂输送管的一端相连，混合药剂输送管的另一端与水表的一端相连接，水表的另一端与混合药剂输送管的一端相连接，混合药剂输送管的另一端通过快速接头与分流装置主管路相连接，分流装置分支管路通过快速接头与混合药剂输送管的一端相连通、混合药剂输送管的另一端通过快速接头及转换接头与注入井相连通，空气过滤罐的出口端通过供气管线与注入泵相连通；
所述注入井系统包括转换接头、水泥和膨润土混料、膨润土、白管、石英砂、筛管和井堵，所述筛管的下端连接有井堵，筛管的上端与白管的下端相连接，白管的上端与转换接头的一端相连接，转换接头的另一端与快速接头相连接，快速接头与混合药剂输送管相连接，注入井管外的钻孔内从下到上依次装填填料为石英砂、膨润土、水泥和膨润土混料以及混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤和地下水原位修复装置，其特征在于，所述供气管线采用PVC管。
3.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤和地下水原位修复装置，其特征在于，所述活化药剂输送管和混合药剂输送管均为内衬钢丝的耐酸碱管。
4.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤和地下水原位修复装置，其特征在于，所述混合药剂搅拌罐的体积均为1m3。
5.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤和地下水原位修复装置，其特征在于，所述气动搅拌机的搅拌桨叶为双层搅拌桨叶，且为耐酸碱不锈钢材质。
6.一种使用权利要求1有机污染土壤和地下水原位修复装置的修复方法，其特征在于，注入混合药剂时先开启分流装置阀门，然后再开启注入泵气动阀；停止注入混合药剂时，先关闭注入泵气动阀，再关闭分流装置阀门；混合药剂的注入压力控制在0.01～0.08Mpa范围内，单次注入量控制在0.093～0.153m3/次，单井每天注入量范围为0.163～0.438m3/天，单次注入后休整20分钟，然后再次注射直至设计注入量，注射后反应40天。
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