CN106277406B - 串联递进式地下水重金属污染原位修复系统及修复方法 - Google Patents

串联递进式地下水重金属污染原位修复系统及修复方法 Download PDF

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Abstract

一种串联递进式地下水重金属污染原位修复系统：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，最上游的一排回灌井群设在污染源外；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，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；修复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；每个具有抽水功能的井中分别设有水质传感器并连接PLC可编程序控制器，自动控制抽水泵的开启与关闭。本发明还公开了地下水修复的方法。

Description

串联递进式地下水重金属污染原位修复系统及修复方法
技术领域
本发明属于重金属污染地下水修复领域，具体涉及一种串联递进式地下水中重金属污染多级准原位修复系统。
本发明还涉及利用上述系统进行地下水修复的方法。
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，因此急需对重金属造成地下水污染进行治理，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，但其存在拖尾和反弹现象会影响污染物去除效果；原位修复技术具有运行成本低、对地层结构扰动小等优点，但其在地下水埋深较深的地区施工难度大。针对不同含水层介质类型的重金属污染场地，构建一种对地层结构扰动小，具有可操作性强、处理效果好、运行成本低的修复系统是本发明要解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种串联递进式地下水重金属污染原位修复系统。
本发明的又一目的是提供一种利用上述系统进行地下水修复的方法。
为实现上述目的，本发明提供的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统是：
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，最上游的一排回灌井群设在污染源外，该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修复反应区，修复反应区的进水口通过抽水管和抽水泵连接抽水井，修复反应区的出水口连接该排回灌井群的回灌井，经修复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群依次形成串联；
修复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；
每个具有抽水功能的井中分别设有水质传感器并连接PLC可编程序控制器，自动控制抽水泵的开启与关闭。
所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，最后一排回灌井群离开污染源的距离为1-2m。
所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，修复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。
所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，修复反应区内设置有挡板以隔离活性材料，以增加水力停留时间，提高处理效果，修复反应区的上表面最高与地面平行。
所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，修复反应区包括一级反应区和二级反应区，一级反应区位于修复反应区的进水口端；
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4-12mm的复合铁材料。
所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，修复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。
所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，水质传感器通过变送器输出控制信号至PLC可编程序控制器。
本发明提供的利用上述串联递进式地下水重金属污染原位修复系统进行地下水修复的方法是：
首先由抽水泵抽出的受重金属污染的地下水流到修复反应区进行处理，处理后的水经过回灌井的改性沸石填料层进行深度处理，经过回灌井处理后的水流回地下同一含水层，如此循环往复；
修复至某个抽水井群每个抽水井中的污染物去除率均在一定时间内达到要求时，由水质传感器和变送器输出控制信号至PLC可编程序控制器，关闭该抽水井群中的抽水泵，停止该抽水井群的抽水以及相应修复反应区的修复工作；
若该区域水质的污染物浓度回弹时，则由水质传感器和变送器输出控制信号至PLC可编程序控制器，自动控制开启该抽水井群中的抽水泵，继续进行修复工作，以此反复，直到整个修复系统中的污染物去除为止。
所述的方法，其中，地下水流到修复反应区后，先经过一级反应区，使重金属及其它污染物被初级处理，再进入到二级反应区进行二级处理。
所述的方法，其中，污染物去除率为95％时停止修复；污染物浓度回弹20％以上时继续进行修复工作。
本发明具有以下优势：
1、本发明利用的活性材料均廉价易得，不会造成二次污染；
2、本发明易于施工和管理，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；
4、本发明可根据水质修复情况自控控制抽水开关，节约能耗，降低修复成本。
附图说明
图1是本发明修复系统的示意图。
图2是本发明修复系统的正视图。
图3是本发明修复系统中自动控制系统示意图。
附图中主要组件符号说明：
1回灌井，2导水管，3修复反应区，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，13筛管，14PLC可编程序控制器；15电磁阀；16水压表；17流量计；18含水层；19抽水管；20水质传感器；21变频器；22变送器；23井壁管。
具体实施方式
本发明涉及一种串联递进式地下水中重金属污染多级准原位修复系统和修复地下水的方法，本发明具有操作简便，处理高效，经济环保的优势。
本发明的串联递进式地下水中重金属污染多级准原位修复系统，主要是由若干由抽水区、修复反应区、回灌区以及自动控制装置组成的处理单元串联而成。
详细描述是，沿地下水流动方向，参照污染羽的范围设置一系列的抽水井群和回灌井群。
首先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，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对应抽水井群设置若干并列的回灌井群，回灌井群包括若干个回灌井1，最上游的一排回灌井群设在离开污染源的距离为1-2m处。最下游的抽水井群只有抽水的作用，最上游的回灌井群只有回灌的作用。在抽水井群和最上游的回灌井群之间的若干排回灌井群为抽水-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)，该抽水-回灌一体井5可以作为位于上游相邻的回灌井群的抽水井6，也可以作为其下游相邻的回灌井群的回灌井1。
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12、筛管13、抽水管11和19。抽水井6的深度是位于目标含水层18，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的筛管13中间位置。其作用是将受污染的地下水抽出，经过修复反应区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修复反应区3，修复反应区内填充有与重金属反应的活性材料。修复反应区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。修复反应区的上表面最高与地面平行。于一级反应区10连接抽水泵4，二级反应区8连接导水管2。修复反应区内设置有挡水板9将活性材料进行隔离，以增加水力停留时间，提高处理效果。
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以及井壁管23。抽水-回灌一体井的位置位于目标含水层18，在抽水井6的降水影响范围内，抽水-回灌一体井的管直径为100-300mm。在管道与井孔间填充改性沸石颗粒7。沸石颗粒的粒径在4-15mm。通过二次洗井疏通回灌通道。其作用是将修复反应区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，改性沸石经过造粒后填入，造粒后固体粒径在4-15mm。其中，需要作为抽水井的回灌井，则在原有回灌井的基础上增加一套抽水系统。
本发明的工作过程是：
首先由抽水泵4抽出的受重金属污染的地下水以一定流量流到一级反应区10，在水流经过一级反应区10填料的过程中，重金属及其它污染物被初级处理，再进入到二级反应区8，进行二级处理，二级处理完的水经过回灌井1(或抽水-回灌一体井5)的改性沸石填料层7进行深度处理。经过回灌井1(或抽水-回灌一体井5)的深度处理后的水流回地下同一含水层，如此循环往复。
本发明的整个系统运行由自动控制系统控制，自动控制系统由水质传感器20、变送器22和PLC可编程序控制器14组成，分别布设于每眼具有抽水功能的井中，通过在线监测水质变化，自动控制位于抽水区的开启与关闭。
请参阅图3。本发明通过在抽水井群中设置自动控制系统，实现对抽水泵4的自动开关控制。系统运行时，当某个抽水井群每个抽水井中的污染物去除率均在一定时间内连续达到95％以上时，通过水质传感器20上方的变送器22输出控制信号至PLC可编程序控制器14，PLC可编程序控制器通过变频器21关闭该抽水井群中的抽水泵4和关闭电磁阀15，停止该抽水井群抽水管19的工作以及相应修复反应区3的修复工作。后期，若该区域水质出现反弹，即污染物浓度回弹至初始污染浓度的20％以上时，则变送器22输出控制信号至PLC可编程序控制器14，自动控制开启该抽水井群中的抽水泵4，继续进行修复工作，以此反复，直到整个修复系统中的污染物得到有效去除为止。抽水管19与电磁阀15之间设有水压表16和流量计17。
本发明的重金属污染地下水的修复系统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。

Claims (10)

1.一种串联递进式地下水重金属污染原位修复系统：
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，最上游的一排回灌井群设在污染源外，该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修复反应区，修复反应区的进水口通过抽水管和抽水泵连接抽水井，修复反应区的出水口连接该排回灌井群的回灌井，经修复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；
修复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；
每个具有抽水功能的井中分别设有水质传感器并连接PLC可编程序控制器，自动控制抽水泵的开启与关闭。
2.根据权利要求1所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，最上游的一排回灌井群设在离开污染源的距离为1-2m处。
3.根据权利要求1所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，修复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所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，修复反应区内设置有挡板以隔离活性材料，以增加水力停留时间，提高处理效果，修复反应区的上表面最高与地面平行。
5.根据权利要求1或4所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，修复反应区包括一级反应区和二级反应区，一级反应区位于修复反应区的进水口端；
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4-12mm的复合铁材料。
6.根据权利要求1所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，修复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所述的串联递进式地下水重金属污染原位修复系统，其中，水质传感器通过变送器输出控制信号至PLC可编程序控制器。
8.利用权利要求1所述串联递进式地下水重金属污染原位修复系统进行地下水修复的方法：
首先由抽水泵抽出的受重金属污染的地下水流到修复反应区进行处理，处理后的水经过回灌井的改性沸石填料层进行深度处理，经过回灌井处理后的水流回地下同一含水层，如此循环往复；
修复至某个抽水井群每个抽水井中的污染物去除率均在一定时间内达到要求时，由水质传感器和变送器输出控制信号至PLC可编程序控制器，关闭该抽水井群中的抽水泵，停止该抽水井群的抽水以及相应修复反应区的修复工作；
该区域水质的污染物浓度回弹时，由水质传感器和变送器输出控制信号至PLC可编程序控制器，自动控制开启该抽水井群中的抽水泵，继续进行修复工作，以此反复，直到整个修复系统中的污染物去除为止。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，地下水流到修复反应区后，先经过一级反应区，使重金属及其它污染物被初级处理，再进入到二级反应区进行二级处理。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，污染物去除率为95％时停止修复；污染物浓度回弹20％以上时继续进行修复工作。
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