CN106277108B - 一种修复地下水中重金属污染的多级准原位装置 - Google Patents

一种修复地下水中重金属污染的多级准原位装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于重金属污染地下水修复领域，公开了一种修复地下水中重金属污染的多级准原位装置：按地下水流动方向，在污染羽下游边界处垂直于地下水流方向并列设置一排抽水井群，在该抽水井群的上游对应抽水井群并列设置若干排回灌井群；每排回灌井群的回灌井与其相邻的回灌井群的回灌井之间设有反应区，经反应区处理的出水通过管道流入该排回灌井群的回灌井；反应区内填充有与重金属反应的活性材料；回灌井口填充有改性沸石。本发明还公开了地下水修复的方法。

Description

一种修复地下水中重金属污染的多级准原位装置
技术领域
本发明属于重金属污染地下水修复领域，具体涉及一种修复地下水中重金属污染的多级准原位装置。
本发明还涉及上述多级准原位装置修复地下水中重金属污染的方法。
背景技术
随着工农业的快速发展，地下水中重金属的污染加剧，污染形势日益严峻。尤其是工业废水，废渣以及含重金属农药、化肥的大量使用造成地下水重金属污染，而多数北方地区将地下水作为饮用水，那么对于重金属造成的污染就急需治理，确保饮用水安全。
目前地下水中重金属污染的修复技术可分为异位与原位修复技术。重金属污染异位修复技术是将重金属污染地下水抽出后采用水处理技术进行水质净化与污染物除去，再将处理后达到相关标准要求的水回灌到地下目标含水层，从而达到地下水重金属污染组分的有效去除；原位修复技术主要是指通过在污染水体的下游修建可渗透性反应墙技术，通过在墙体中添加各种活性填料使受污染地下水与活性填料充分接触，加快污染物去除的修复技术。两者相比之下，异位修复技术具有修复周期短、效果好、技术方法成熟、地面修复装置易于维护等特点；原位修复技术具有运行成本低、对地层结构扰动小等优点。
针对地下水埋深较深、水流较快、污染羽扩散迅速，且污染物主要以重金属为主的地区，如何构建一种对地层结构扰动小，具有可操作性强、处理效果好、对地下水水流影响小，运行成本低的修复装置是要解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种修复地下水中重金属污染的多级准原位装置。
本发明的又一目的是提供一种利用上述多级准原位装置修复地下水中重金属污染的方法。
为实现上述目的，本发明提供的修复地下水中重金属污染的多级准原位装置是：
按地下水流动方向，在污染羽下游边界处垂直于地下水流方向并列设置一排抽水井群，在该抽水井群的上游对应抽水井群并列设置若干排回灌井群，直到满足污染羽的最低设置为止，最上游的一排回灌井群只作回灌用；
每排回灌井群的回灌井与其相邻的回灌井群的回灌井之间设有修复反应区，修复反应区的出水口连接该排回灌井群的回灌井，修复反应区的进水口通过抽水管和抽水泵连接位于下游与其相邻的回灌井群的回灌井，成为抽水-回灌一体井，经修复反应区处理的出水通过管道流入该排回灌井群的回灌井；
抽水井群的抽水井与其相邻的回灌井群的回灌井之间设有反应区，反应区的进水口通过抽水管和抽水泵连接抽水井，反应区的出水口连接该排回灌井群的回灌井，经反应区处理的出水通过管道流入该排抽水井群的抽水井；
按照上述设置，位于下游的回灌井群既为上游与其相邻的回灌井群的抽水井，也是位于其下游的回灌井群的回灌井，使最上游的回灌井群和最下游的抽水井群之间的若干排回灌井依次形成串联；
反应区内填充有与重金属反应的活性材料；
反应区位于地表以下；
回灌井口填充有改性沸石。
所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，抽水井群设置在污染羽下游边界处5米处。
所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，反应区进水口连接的回灌井底端设有筛管，抽水管包覆有过滤网。
所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，反应区位于地表以下60cm，反应区的上表面最高与地面平行。
所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，反应区包括一级反应区和二级反应区，一级反应区位于反应区的进水口端；
一级反应区填充有粒径为2-10mm的废铁屑或零价铁颗粒、活性炭和砂的混合物，零价铁颗粒、活性炭和砂的质量比为30-50:20-40:30-50；
二级反应区填充粒径为3-15mm的复合铁材料。
所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，反应区处理后的出水流入的回灌井由井壁管和粒径为4-15mm的改性沸石滤料层构成。
所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，在线监测系统位于污染羽下游边界处的抽水井群，对地下水重金属含量进行实时监测。
本发明提供的利用上述多级准原位装置修复地下水中重金属污染的方法是：
抽水泵抽出的受重金属污染的地下水以一定流量先流到一级反应区，在水流经过一级反应区填料的过程中，重金属及其它污染物被初级处理，然后进入二级处理区进行二级处理，二级处理完的水经过回灌井的改性沸石填料层进行深度处理，流回地下同一含水层。
所述的方法，其中，位于污染羽下游边界处抽水井群的在线监测系统对地下水重金属含量进行实时监测。
本发明提供的修复装置具有以下优势：
1、本发明的重金属污染地下水的修复装置利用的活性材料均廉价易得，不会造成二次污染；
2、本发明的重金属污染地下水的修复装置易于施工和管理，操作简单，运行成本低廉，重金属污染修复高效；
3、本发明的重金属污染地下水的修复装置对地下水污染的修复过程处于新建的地下水循环过程中，整个处理工程对地下水的扰动小。
附图说明
图1是本发明的示意图
图2是本发明的正视图
附图中主要组件符号说明：
1回灌井，2导水管，3反应区，4抽水泵，5抽水-回灌一体井，6抽水井，7改性沸石填充层，8二级反应区，9挡水板，10一级反应区，11抽水管，12过滤网和筛管。
具体实施方式
本发明是一种适用于重金属污染地下水修复装置，该装置具有操作简便，处理高效，经济环保的优势。
本发明主要包括：多级抽水系统、反应区和回灌系统。
以下结合附图和实施例对本发明作详细描述。
本发明的修复地下水中重金属污染的多级准原位装置是：
根据地下水流动的方向，参照污染羽的大小设置一系列的回灌井群和抽水井群。
首先在污染羽的下游5m处并列设置一排抽水井群，抽水井群包括若干个抽水井6，在抽水井群的降水影响范围内的上游参照抽水井群并列设置一排回灌井群，回灌井群包括若干个回灌井1，在该回灌井群的降水范围内再并列设置一排回灌井群，直到满足污染羽的最低设置为止，最后形成在最下游的抽水井群和最上游的回灌井群之间设置有若干排回灌井群，该些若干排回灌井群既可以作为其上游相邻的回灌井群的抽水井，又是其下游相邻的回灌井群的回灌井，为抽水-回灌一体井5(图1和图2是以一排抽水-回灌一体井为例，但不限于此，需要用作抽水井的回灌井，只需要在原有的回灌井基础上增加一套抽水系统即可)，最上游的回灌井群只起回灌的作用，最下游的抽水井群只起抽水的作用。
抽水井群中的抽水井设有抽水区，该抽水区包括抽水井6、抽水泵4、过滤网和筛管12、抽水管11。抽水井6的深度是位于目标含水层，抽水井的管直径为50-150mm，过滤网12位于含水层水位以下1-7m，长度为1.5-8.5m。抽水泵4位于抽水井6的井口，抽水管11由过滤网12包裹，取水点位于抽水井6底端的筛管中间位置。其作用是将受污染的地下水抽出，经过反应区3进行处理。
每两排回灌井群之间，以及抽水井群与相邻的回灌井群之间设有反应区3，反应区内填充有与重金属反应的活性材料。反应区3包括一级反应区10和二级反应区8，一级反应区10和二级反应区8之间设有挡水板9隔离，以增加水力停留时间。一级反应区10填充的主要为废铁屑或零价铁颗粒、活性炭和砂的混合物，其中零价铁颗粒、活性炭和砂按质量比30-50:20-40:30-50混合，反应区长度根据污染羽的范围确定，填充的活性材料粒径为2-10mm，活性材料的厚度至少1m以上，可实现地下水中的多级污染物的初级处理。二级反应区8的填充物主要是由粒径为3-15mm的复合铁材料组成，主要是起到对重金属的二次处理。反应区3位于地表以下60cm，反应区的上表面最高与地面平行。一级反应区10连接抽水泵4，二级反应区8通过导水管2连接至回灌井。
回灌井群的回灌井设有回灌区，该回灌区包括抽水-回灌一体井5和改性沸石填料层7，抽水-回灌一体井5的位置位于目标含水层，在抽水井6的降水影响范围内，抽水-回灌一体井5的管直径为100-300mm。在导水管2与回灌井孔间填充改性沸石颗粒7，沸石颗粒的粒径在4-15mm。其作用是将反应区3修复后的水通过导水管2回灌至地下同一含水层。回灌井中改性沸石填充层中的改性沸石对重金属具有极强的吸附能力，能够起到深度处理的效果。
整个系统末端的抽水井内设有在线监测装置，监测地下水位变化情况，对地下水重金属含量进行实时监测，指导整个循环修复装置的水流。
本发明修复地下水中重金属污染的方法是：
抽水泵抽出的重金属污染的地下水以一定流量流到一级反应区，在水流经过一级反应区填料的过程中，重金属及其它污染物被初级处理，再进入到二级处理区，进行二级处理，二级处理完的水经过回灌井的改性沸石填料层进行深度处理。经过深度处理后的水流回地下同一含水层。
本发明的重金属污染地下水的修复装置相当于外接一套水流循环路径，在下游地下水被抽出后，上游回灌井处理过的水能够及时补充，确保水流稳定，降低对地下水环境的扰动。
实施例1
北方某化工厂区抽出地下水中重金属铬污染浓度为0.98mg/L，根据区域水文地质资料整理结果，设计抽水井深度36m，井管直径为110mm，筛管长度为4.5m，位于水位面以下3m，布水器选择微孔孔径1.5mm；一级反应区中按质量比为30:30:40填有粒径4-8mm废铁屑、活性炭和砂；二级反应区中的填料为5-9mm的复合铁材料。回灌井中改性沸石填料层中填料均为5-10mm的颗粒改性沸石。整个装置运行时为间歇式抽水。运行60天内。平均日处理水量为100m3，地下水中重金属铬浓度降为8.5μg/L，重金属的去除率为98.0％。
实施例2
北方某农业生产区抽出地下水中重金属砷污染浓度为502μg/L，根据区域水文地质资料整理结果，设计抽水井深度27m，井管直径为92mm，筛管长度为4.0m，位于水位面以下3.5m；一级反应区中按质量比为35:20:45填有粒径4-7mm废铁屑、活性炭和砂；二级反应区中的填料为6-10mm的复合铁材料。回灌井中改性沸石填料层中填料均为6-10mm的颗粒改性沸石。整个装置运行时为间歇式抽水。运行50天内。平均日处理水量为60m3，地下水中重金属砷浓度降为3.5μg/L，重金属的去除率为99.3％。

Claims (9)

1.一种修复地下水中重金属污染的多级准原位装置：
按地下水流动方向，在污染羽下游边界处垂直于地下水流方向并列设置一排抽水井群，在该抽水井群的上游对应抽水井群并列设置若干排回灌井群，直到满足污染羽的最低设置为止，最上游的一排回灌井群只作回灌用；
每排回灌井群的回灌井与其相邻的回灌井群的回灌井之间设有反应区，反应区的出水口连接该排回灌井群的回灌井，反应区的进水口通过抽水管和抽水泵连接位于下游与其相邻的回灌井群的回灌井，成为抽水-回灌一体井，经反应区处理的出水通过管道流入该排回灌井群的回灌井；
抽水井群的抽水井与其相邻的回灌井群的回灌井之间设有反应区，反应区的进水口通过抽水管和抽水泵连接抽水井，反应区的出水口连接该排回灌井群的回灌井，经反应区处理的出水通过管道流入该排抽水井群的抽水井；
按照上述设置，位于下游的回灌井群既为上游与其相邻的回灌井群的抽水井，也是位于其下游的回灌井群的回灌井，使最上游的回灌井群和最下游的抽水井群之间的若干排回灌井依次形成串联；
反应区内填充有与重金属反应的活性材料；
反应区位于地表以下；
回灌井口填充有改性沸石；
污染羽下游边界处抽水井群设有在线监测系统。
2.根据权利要求1所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，抽水井群设置在污染羽下游边界处5米处。
3.根据权利要求1所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，反应区进水口连接的回灌井底端设有筛管，抽水管包覆有过滤网。
4.根据权利要求1所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，反应区位于地表以下60cm，反应区的上表面最高与地面平行。
5.根据权利要求1或4所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，反应区包括一级反应区和二级反应区，一级反应区位于反应区的进水口端；
一级反应区填充有粒径为2-10mm的废铁屑或零价铁颗粒、活性炭和砂的混合物，零价铁颗粒、活性炭和砂的质量比为30-50:20-40:30-50；
二级反应区填充粒径为3-15mm的复合铁材料。
6.根据权利要求1所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，反应区处理后的出水流入的回灌井由井壁管和粒径为4-15mm的改性沸石滤料层构成。
7.根据权利要求1所述修复地下水中重金属污染的多级准原位装置，其中，在线监测系统位于污染羽下游边界处的抽水井群，对地下水重金属含量进行实时监测。
8.利用权利要求1所述多级准原位装置修复地下水中重金属污染的方法：
抽水泵抽出的受重金属污染的地下水以一定流量先流到一级反应区，在水流经过一级反应区填料的过程中，重金属及其它污染物被初级处理，然后进入二级处理区进行二级处理，二级处理完的水经过回灌井的改性沸石填料层进行深度处理，流回地下同一含水层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，位于污染羽下游边界处抽水井群的在线监测装置对地下水重金属含量进行实时监测。
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