CN104438315A - 一种修复污染土壤和地下水的原位化学氧化注入装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修复污染土壤和地下水的原位化学氧化注入装置，包括：药剂配制系统，其包括药剂配制罐和用于搅拌药剂配制罐中药剂的药剂搅拌装置；药剂注入系统，其包括空压机、气动隔膜泵和注入井，其中空压机通过空气输送管与气动隔膜泵连接，气动隔膜泵通过药剂输出管路与药剂配制罐连接，注入井通过药剂注入管路与气动隔膜泵连接，注入井布设于受污染场地；监测系统，其包括监测井、用于采集地下水样品的贝勒管、用于测量地下水水位的水位计和用以监测地下水的水质分析仪，其中监测井布设于受污染场地下游。本发明提供装置采用药剂配制系统、药剂注入系统及监测系统联合工作，可简单、快速、可行地进行原位土壤和地下水修复。

Description

一种修复污染土壤和地下水的原位化学氧化注入装置

技术领域

本发明涉及环境修复领域，具体涉及一种修复污染土壤和地下水的原位化学氧化注入装置。

背景技术

随着我国城市化进程的加快和产业结构调整政策的实施，污染场地的严重性日益凸现。如何解决好污染场地修复，从而保护人民群众健康和环境，是我国不少地方正在或即将面临的问题。国家环境保护“十二五”规划，明确禁止未经评估和无害化治理的污染场地进行土地流转和开发利用。

根据修复处理工程位置的不同：可划分为原位修复和异位修复。原位修复是指对场地污染物进行就地处理处置，可以对深层污染的土壤和地下水同时进行修复；异位修复则是将土壤挖出后进行地上处理的技术。异位修复涉及到挖土和转运，过程中存在二次污染的危险，与异位修复相比，原位修复更为经济，不需要建设昂贵的地面环境工程设施和对污染物进行远程运输，就可以使污染物降解和减毒，操作维护起来比较简单。原位修复还有一个优点就是可以对深层土壤进行修复，对土壤的破坏小，适合规模较大的土壤修复。

目前，污染场地常用的原位修复技术包括土壤气相抽提、生物修复、热处理、化学氧化/还原等技术。

原位化学氧化修复技术通过向土壤中添加药剂把土壤中的污染物氧化为低毒、易生物降解的物质或者直接把污染物降解，主要用于修复土壤、沉积物、地下水中难以被微生物降解利用的苯系物、含氯溶剂、多氯联苯、多环芳烃等有机污染物。根据实施方式的不同，可以分为原位搅拌和原位注入。

原位注入化学氧化技术通常指借由一定的设备系统，将复配好的药剂通过注入设备将其注入地下，利用氧化剂的强氧化性将土壤和地下水中的有机污染物同时降解，达到土壤和地下水同时修复的目的。

常用的氧化剂主要有高锰酸盐（Na/KMnO₄）、过硫酸盐（Na₂S₂O₈等）、臭氧（O₃）、双氧水（H₂O₂）、二氧化氯、Fenton 试剂（H₂O₂和Fe²⁺）、类Fenton试剂（H₂O₂和Fe³⁺）等。

由于原位注入设备通常注入的氧化药剂具有较强的腐蚀性，一般的注入设备很难承受如此高的腐蚀性，导致注入设备不能有效地应用到场地修复。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种简单、快速、可行的污染场地修复装置，即采用药剂配制系统、药剂注入系统及监测系统联合工作进行原位土壤和地下水修复。

本发明提供的修复污染土壤和地下水的原位化学氧化注入装置，包括：

药剂配制系统，其包括药剂配制罐和用于搅拌药剂配制罐中药剂的药剂搅拌装置；

药剂注入系统，其包括空压机、气动隔膜泵和注入井，其中所述空压机通过空气输送管与所述气动隔膜泵连接，气动隔膜泵通过药剂输出管路与所述药剂配制罐连接，所述注入井通过所述药剂注入管路与所述气动隔膜泵连接，所述注入井布设于受污染场地；

监测系统，其包括监测井、用于采集地下水样品的贝勒管、用于测量地下水水位的水位计和用以监测地下水的水质分析仪，其中所述监测井布设于受污染场地下游。

作为优选技术方案，所述药剂输送管路上设置有流量阀和流量计。

作为优选技术方案，所述流量计和气动隔膜泵之间的药剂输送管路上设置有止回阀。

作为优选技术方案，所述气动隔膜泵上设置有压力表。

作为优选技术方案，所述注入井和所述监测井中设有井管。

作为优选技术方案，所述注入井的井管顶端设有快速接头，快速接头与所述药剂注入管路连接。

作为优选技术方案，所述注入井和监测井的井管末端被堵头密封，所述注入井和监测井的井管由实管和筛管组成，实管位于筛管上方，筛管位于土壤和地下水需要修复的深度以下。

作为优选技术方案，所述注入井和监测井中井管的实管与井壁之间自上而下填充密封材料和石英砂，筛管与井壁之间填充石英砂。

作为优选技术方案，所述密封材料由上往下依次填充的是水泥混凝土和膨润土。

本发明与现有技术相比具有以下优点：（1）注入设备的气动隔膜泵采用压缩空气作动力，在排气时是一个膨胀吸热的过程，气动隔膜泵工作时温度是降低的，且无有害气体排出。（2）注入设备的气动隔膜泵没有复杂的控制系统不用电力作动力，不会产生电火花，无需润滑，维修简单，安全可靠。（3）气动隔膜泵可以输送各种腐化性液体，带颗粒的液体，高粘度、强氧化、易挥发、易燃、剧毒的液体，在满足设备腐蚀性的同时，节约了修复设备成本，以相对较小的设备投资就能够达到预期的治理目标，具有广阔的应用前景。（4）气动隔膜泵体积小、重量轻，便于移动。

附图说明

图1是本发明修复污染土壤和地下水的原位化学氧化注入装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的修复污染土壤和地下水的原位化学氧化注入装置，包括：

药剂配制系统，其包括药剂配制罐2和用于搅拌药剂配制罐中药剂的药剂搅拌装置1；

药剂注入系统，其包括空压机12、气动隔膜泵7和注入井11，其中空压机12通过空气输送管13与气动隔膜泵连接7，气动隔膜泵7通过药剂输出管路4与药剂配制罐2连接，药剂输出管路4上设有流量阀3、流量计5和止回阀6。 注入井11通过药剂注入管路9与气动隔膜泵7连接，注入井11布设于受污染场地，具体地，注入井11由实管15和筛管16组成，实管15位于筛管16上方，实管15与筛管16之间可依靠管内螺纹连接。实管15与井壁之间由上至下填充水泥混凝土17和膨润土18，筛管16与井壁之间填充石英砂19。实管15顶端设有快速接头10，快速接头10与药剂注入管路9连接，气动隔膜泵7上设置有压力表8。

监测系统，其包括监测井14、用于采集地下水样品的贝勒管（图中未示出）、用于测量地下水水位的水位计（图中未示出）和用以监测地下水的水质分析仪（图中未示出），其中监测井14布设于受污染场地下游。监测井14构造同注入井11。

本发明将药剂配制系统与药剂注入系统通过管路连接，药剂配制系统内配制好的药剂经流量计5计量后通过以空压机12为注入动力的气动隔膜泵7注入场地内的注入井11，注入井11与气动隔膜泵7之间采用药剂注入管路9连接，并在注入井11的井管顶端安装快速接头10，方便注入设备与注入井11之间的快速连接，同时整套注入系统可在场地内根据注入需要在不同注入井11之间移动。在修复过程中，通过场地下游的监测井14监测药剂注入效果和地下水位变化，根据药剂注入效果，调节注入药剂、注入量及注入压力等参数。

药剂配制系统包括药剂配制罐2和药剂搅拌装置1。所用药剂根据现场污染物种类及污染程度可以自行复配或使用商品化的药剂，药剂搅拌装置1安置于药剂配制罐2内，通过药剂搅拌装置使药剂均匀溶解。药剂配制罐2、药剂搅拌装置1、药剂输出管路4材质的选用一般根据注入药剂的性质选择，注入氧化药剂时宜选用耐腐蚀耐氧化材质。药剂配制罐2可根据配制药剂性质选用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等材质，药剂配制罐2的数量根据药剂配制种类的需要灵活选用。药剂搅拌装置1可内置于药剂配制罐2内，每个药剂配制罐2配置一套药剂搅拌装置1。药剂配制系统通过药剂输出管路4输出药剂，药剂输出管路4根据药剂性质选用适宜的材质，一般选用耐氧化耐腐蚀的橡胶管。

整套注入系统中设有流量计5和压力表8，用以调整注入压力和流量。流量计可选用转子流量计，但不限于转子流量计，根据具体情况可以选用不同类型流量计。注入系统的注入压力通过压力表8计量，由于注入药剂通常为强氧化性和腐蚀性液体，为此选用隔膜压力表，对于普通液体可以选用通用型压力表。其中药剂注入管路9优先选用耐腐蚀、耐高压的橡胶管；快速接头10选用不锈钢防止被腐蚀；止回阀6用于使药剂单向流动，防止药剂倒流回药剂配制系统，污染药剂并且避免意外发生；注入井11的井管通常采用聚氯乙烯管，与药剂注入管路9通过快速接头10连接；本药剂注入系统采用的气动隔膜泵7，以压缩气体为动力源，对于各种腐化性液体，带颗粒的液体，高粘度、易挥发、易燃、剧毒的液体，均能予以输送，具有体积小易于挪动，不需要地基，占地面积小，安置简便经济，可在场地内移动注入的优点。

监测系统包括监测井14、贝勒管、水位计和水质分析仪。为了掌握药剂注入后场地土壤及地下水中污染物含量变化，做到合理调整药剂注入量，达到较好的修复效果，在药剂注入过程中通过监测井进行土壤和地下水修复监测。水位计用于测量地下水水位，贝勒管用于采集地下水样品、水质分析仪用以监测地下水的pH、氧化还原电位、电导率、溶解氧、浊度等参数。对于现场无法检测的指标，可送检第三方检测公司检测。

注入井11及监测井14内的井管末端被堵头密封，筛管根据修复需要设置相应长度。上部实管与井壁之间填充密封材料以防止系统与地上外界环境短路，密封材料由上往下依次是水泥混凝土和膨润土。下部筛管与井壁之间填充石英砂，防止杂质堵塞筛管缝隙。通常水泥混凝土从地面以下填充1.5-2m；在往下填充膨润土，直至距离筛管以上1m；筛管以上1m至筛管底部填充石英砂。

注入井和监测井的井管根据场地污染物而定，可为聚四氟乙烯、聚氯乙烯、不锈钢管等。

以下，以一具体实施例对本发明的装置进行说明：

在南方某化工厂有机物污染场地选择10m×20m的污染区域进行原位化学氧化注入装置的修复中试，修复深度10m，该区域场地地下水深度在地表以下1m左右，场地地质自上而下大致划分为四层，从上至下依次为杂（素）填土、粉砂夹粉土和粉质粘土等，各层渗透性存在一定的差别，渗透系数介于10^-7cm/s~10^-3 cm/s之间。该中试区域场地0-2m主要为杂填土，3-5m为粉砂层，6-10m为粉粘，该中试区域土壤中主要污染物及污染程度见下表。

表1 场地主要污染物及其含量

 根据场地水文地质情况和污染程度，在污染场地现场进行原位注入布点设计试验，确定注入井11的影响半径，依据现场试验结果和以往工程经验，本污染场地共布设25口注入井11，并在具体位置建设注入井11。同时通过现场试验确定注入井11的注入流速为100-160mL/min，注入压力为0.3Mpa，同时为了监测修复效果，在污染场地下游布设一口监测井14。

注入井11井管设置长度根据土壤结构设置6m和10m两种不同深度，两种井管长度交错布置（如：注入井A的井管深度是6m，其相邻的注入井B的井管深度是10m），分别影响不同区域不同土层的污染物。其中6m井管0-2m以上采用实管，2-6m采用筛管；10m井管0-6m以上采用实管，6-10m采用筛管。所有注入井共用一套药剂配制系统和药剂注入系统，药剂注入系统包含空压机12、气动隔膜泵7、流量计5、压力表8、注入井11、药剂注入管路9等。根据土壤污染状况向注入井内定压定量的注入氧化药剂，同时修复注入区域内的土壤及地下水。

该装置按照如下实施方式运行：首先按照实验室小试确定的注入药剂成分添加氧化药剂和辅助药剂于两个药剂配制罐2，并按照配制比例确定添加量，然后开启药剂搅拌装置1对药剂进行充分搅拌混合，搅拌混合大约15min后关闭药剂搅拌装置1。

将空压机12与气动隔膜泵7通过空气输送管路13相连，开启空压机12，根据场地试验结果调整空压机12与气动隔膜泵7的压力。 将药剂输出管路4与药剂注入系统连接，即将气动隔膜泵7的进口端与药剂输出管路4连接，出口端与药剂注入管路9相连，药剂注入管路9与注入井11上的快速接头10相连，同时确保整个管路的密闭性。开启流量阀3，调整流量计5流量，注入药剂沿药剂输出管路4进入止回阀6后进入气动隔膜泵7，通过药剂注入管路9进入注入井11，完成对药剂的注入。

在注入过程中，为了掌握药剂注入后场地土壤及地下水中有机物含量变化，做到合理调整药剂注入量，达到较好的修复效果，在药剂注入过程中每天对监测井14的水位与水样采集分析；定期对修复土壤采集样品检测，并观察其有机污染物含量变化。通过对场地土壤及地下水中有机污染物浓度的变化规律综合分析，以便及时掌握修复效果并及时优化调整修复工艺参数。

为评估场地修复工程的修复效果，业主单位联合质控单位和分析检测单位对中试工程进行了现场验收采样，验收采样结果分析见下表。结果表明经过60天的原位注入该技术可有效地氧化该场地土壤中的目标有机污染物，其平均去除率为93%。

表2土壤样品分析结果

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种修复污染土壤和地下水的原位化学氧化注入装置，其特征在于，包括：

药剂配制系统，其包括药剂配制罐和用于搅拌药剂配制罐中药剂的药剂搅拌装置；

药剂注入系统，其包括空压机、气动隔膜泵和注入井，其中所述空压机通过空气输送管与所述气动隔膜泵连接，气动隔膜泵通过药剂输出管路与所述药剂配制罐连接，所述注入井通过所述药剂注入管路与所述气动隔膜泵连接，所述注入井布设于受污染场地；

监测系统，其包括监测井、用于采集地下水样品的贝勒管、用于测量地下水水位的水位计和用以监测地下水的水质分析仪，其中所述监测井布设于受污染场地下游。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述药剂输送管路上设置有流量阀和流量计。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述流量计和气动隔膜泵之间的药剂输送管路上设置有止回阀。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气动隔膜泵上设置有压力表。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述注入井和所述监测井中设有井管。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述注入井的井管顶端设有快速接头，快速接头与所述药剂注入管路连接。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述注入井和监测井的井管末端被堵头密封，所述注入井和监测井的井管由实管和筛管组成，实管位于筛管上方，筛管位于污染土壤和地下水需要修复的深度以下。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述注入井和监测井中井管的实管与井壁之间自上而下填充密封材料和石英砂，筛管与井壁之间填充石英砂。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述密封材料由上往下依次是水泥混凝土和膨润土。