CN106914482A - 污染土壤和地下水的原位修复系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种污染土壤和地下水的原位修复系统，包括增渗墙、隔水帷幕、围护墙、增渗井，所述隔水帷幕设置在污染场地周边，用于阻止污染羽的向外扩散、阻止表面活性剂向场地外扩散，所述污染场地中设置连续的增渗墙，用于增强低渗透性土体的渗透性，增渗墙直接连接反应器，所述污染场地中还设置增渗井，增渗井内注入表面活性剂，驱使地层土壤表面的污染物进入水相；在增渗井内水头的推动下，污染物和污染的地下水随地下水流流到增渗墙，再流到反应器内，进行还原、氧化反应，把净化的地下水回灌入增渗井，从而实现对硝基苯或硝基氯苯等有机污染土壤和地下水的原位修复。该系统不对污染场地开挖，也不对污染地下水抽提，无二次污染，工程成本低。

Description

污染土壤和地下水的原位修复系统
技术领域
本发明涉及一种有机污染场地原位修复系统，特别是涉及一种低渗透性土场地硝基苯、硝基氯苯污染的原位修复系统。
背景技术
地下水是人类赖以生存的重要资源，土壤圈是生态系统的枢纽。由于对三废的管控不当，地下水和土壤都受到了不同程度的污染，对其进行风险控制和修复势在必行。目前对污染场地的修复包括原位修复和异位修复两种方法。异位修复需要抽取地下水、挖掘土壤、在软土地区还需采取围护措施，费用较高，且容易产生二次污染，适用于污染深度较小的场地。原位修复具有不需要土方开挖、二次污染小、费用低等优点；但修复的技术难度高，尤其对渗透性低的土体。
三角洲地貌单元的浅部土体通常渗透性较小。对低渗透性污染土体的原位修复，现在主要采取热脱附方法。该法采用高温使污染物成为气态，再抽取污染气体。该法对土的渗透系数不敏感，故修复效果好。但是，地下解吸出来的污染物，后续要进一步进行废气的处理，达标后方可排放，且该法是国外专利技术，修复费用较高。
有机污染场地的原位化学氧化法（in situ chemical oxidation, ISCO）是目前最具潜力的污染治理方法之一。该方法通过向水井中投放表面活性剂和水溶性氧化剂，直接降解场地中的有机污染物。常用的水溶性氧化剂为高锰酸钾、活化过硫酸钠等。但是，当土体渗透性小时，药剂渗入土体速度缓慢，常常难以满足工程需求。因此，结合原位修复的需求，发明一种增加土体渗透性的方法，提升原位氧化修复的效果，有重要的工程意义。
硝基苯、硝基氯苯是一种剧毒物质，具有强烈的致癌、致突变性，长期接触会对植物生长和人体健康产生很大影响，已被各国列为污染物的优先控制名单。但是，硝基苯或硝基氯苯的取代基（硝基、氯基）均为吸电子基，引起苯环上的电子云密度降低、亲电子攻击受阻，从而导致硝基苯、硝基氯苯仅采用高级氧化技术，反应的降解效率很低，难以达到修复技术指标。近年来，零价铁技术被广泛应用于环境修复领域，可高效地把硝基苯或硝基氯苯转化为苯胺、或氯代苯胺，再采取氧化工艺，实验室试验表明，可大幅度地提高高级氧化的效率。
过氧化钙具有在水中或潮湿的空气中缓慢分解，长时间放氧的特性。CaO2是一种兼具释氧性和氧化性的环境友好型材料。CaO2的溶解度较低，能够缓慢释放H2O2，产生的活性自由基与污染地下水长时间的接触，避免了氧化剂快速消耗的问题，从而具有修复的长效性。CaO2溶于水产生过氧化氢（H2O2）的反应可在较宽的pH范围内进行。催化剂采用天然矿物针铁矿。针铁矿是分布广泛的铁的氧化物，化学组成为α-FeOOH。多项研究显示，催化H2O2的过程中会产生·OH，可有效氧化地下水中的氯代烃。
现有最接近技术的分析：
1、硝基苯、硝基氯苯工业污水的地表处理（杨世迎，一种废水中硝基苯类有机污染物的处理方法，专利申请号201210053573.1）。该专利提出了高级还原和高级氧化结合处理技术，对废水中硝基苯类有机污染物降解效果明显。该法是针对工业废水的处理，未涉及地下水和土壤。
2、硝基苯、硝基氯苯污染土壤的异位加药搅拌处理（董长勋，一种加速土壤中有机污染物氧化降解的方法，专利申请号201310462340.1）。该专利提出了异位修复方法。由于还原剂铁粉是固相介质，采用压人地层方法，对低渗透性土是难以实现有效扩散的，需要创新工艺。
3、针对低渗透性土的反应墙技术（高艳丽，一种非连续式渗透反应墙修复污染地下水的系统及方法，专利申请号201510163183.1）。该法采用井中注入液体药剂工艺，对固相药剂难以实施。
4、对反应墙中还原剂的研究（李瑞，一种以负载型纳米零价铁为填料的可渗透反应墙及应用，专利申请号201510382313.2）。该法提出了解决防止纳米零价铁凝聚的方法。
现有的渗透反应墙技术，是利用地下水自身的水力梯度，对流过反应墙的污染物进行净化。该技术对低渗透性土体不适用，对有较强吸附能力的污染物，不能洗脱和净化。
发明内容
本发明目的是提供一种污染土壤和地下水的原位修复系统，该系统解决的是在低渗透性土条件下进行原位修复、并且无二次污染、经济性好。
本发明的技术方案是：一种污染土壤和地下水的原位修复系统，包括增渗墙、隔水帷幕、围护墙、增渗井，所述隔水帷幕设置在污染场地周边，用于阻止污染羽的向外扩散、阻止表面活性剂向场地外扩散，所述污染场地中设置连续的增渗墙，用于增强低渗透性土体的渗透性，增渗墙直接连接反应器，所述污染场地中还设置增渗井，增渗井内注入表面活性剂，驱使地层土壤表面的污染物进入水相；在增渗井内水头的推动下，污染物和污染的地下水随地下水流流到增渗墙，再流到反应器内，进行还原、氧化反应，把净化的地下水回灌入增渗井，从而实现对硝基苯或硝基氯苯等有机污染土壤和地下水的原位修复。
所述反应器由还原池、检测井、氧化池、抽水循环池构成，还原池、氧化池、抽水循环池在基坑围护墙保护下开挖形成；还原池内填充高还原性的铁碴粉，用于把硝基苯或硝基氯苯硝基苯还原为容易氧化的苯胺或氯苯胺；氧化池内填充缓释过氧化钙和针铁矿，用于把苯胺或氯苯胺氧化为CO2、H2O；所述抽水循环池内设置潜水泵，用于把净化的水抽出，形成低水位边界，并把净化的水回灌到场地内的增渗井内，加大渗流场水力梯度，增加包气带土体渗透系数，提高淋洗效果；所述还原池与氧化池之间采用滤水型土工织物分隔，并在两池交界处设置一口管材为PVC的检测井。
所述隔水帷幕由水泥土搅拌桩搭接而成；所述围护墙由钢板桩或水泥土桩构成。所述增渗墙由高压射水工艺形成，或者采用挖掘法施工形成，增渗墙厚度为0.3m。所述增渗井采用水冲法工艺施工，或者钻机取土成孔，增渗井直径为0.2~0.3m。
本发明的有益效果：
在低渗透性的修复场地上，通过设置增渗井、与反应器直接连接的增渗墙，加大污染物和污染地下水的迁移速度，在原位实现污染土壤和地下水的修复，该系统不对污染场地开挖，也不对污染地下水抽提，无二次污染，工程成本低。
附图说明
图1为本发明的污染土壤和地下水的原位修复系统结构示意图；
图2为反应器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施，作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本专利，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1，2所示，一种污染土壤和地下水的原位修复系统，由增渗墙6、隔水帷幕7、围护墙8、增渗井9、反应器10组成。反应器10由还原池1、检测井2、氧化池3、抽水循环池4、潜水泵5构成。
隔水帷幕7设置在污染场地周边，用于阻止污染羽的向外扩散、阻止表面活性剂向场地外扩散。针对低渗透性土体，在场地中设置连续的增渗墙6，增强土体的渗透性，增渗墙6直接连接反应器10，以及设置增渗井9，注入表面活性剂，驱使地层土壤表面的污染物进入水相；在增渗井内水头的推动下，污染物和污染的地下水随地下水流流到增渗墙6，再流到反应器10内，进行还原、氧化反应；把净化的地下水回灌入增渗井9，进一步强化渗流，加大对土体的淋洗力度，从而实现对硝基苯或硝基氯苯等有机污染土壤和地下水的原位修复。
增渗墙6由高压射水工艺形成，起增加土层渗透性、强化水力循环速率的作用，且增渗墙直接连接到反应器10；隔水帷幕7由水泥土搅拌桩搭接而成，对污染地下水和注入的表面活性剂起封堵作用；围护墙8由水泥土桩或钢板桩构成，增渗井9采用水冲法施工，用以添加表面活性剂和循环水；还原池1、氧化池3、抽水池4在基坑围护桩8保护下开挖形成；还原池1内填充高还原性的铁碴粉，把硝基苯或硝基氯苯硝基苯还原为容易氧化的苯胺或氯苯胺；氧化池3内填充缓释过氧化钙和针铁矿，把苯胺或氯苯胺氧化为CO2、H2O。
在污染场地内，设置渗透性大于场地土层2-3个数量级的增渗墙6，促进污染地下水的流动，加快低渗透性场地水力循环的速率，缩短修复工期。
抽水循环池4内设置潜水泵5，把净化的水抽出，形成低水位边界，并把净化的水回灌到场地内的增渗井9内，加大渗流场水力梯度，增加包气带土体渗透系数，提高淋洗效果。
在增渗井加入非离子表面活性剂（如Tween80），在水流作用下，土壤固相表面的污染物以水包油的乳液进入水相，从而纳入地下水循环系统，实现对污染地下水和污染土壤的共治。
在基坑围护桩8保护下开挖基坑，还原池内1填充高还原性的铁碴粉，把硝基苯或硝基氯苯硝基苯还原为容易氧化的苯胺或氯苯胺；氧化池3内填充缓释过氧化钙和针铁矿，把苯胺或氯苯胺氧化为CO2、H2O；还原池1与氧化池3之间采用滤水型土工织物分隔，并在两池交界处设置一口管材为PVC的检测井2。
本发明提供的原位化学修复系统，通过设置渗透性大的增渗井、增渗墙，有效的连接和联合了淋洗、还原、氧化工艺环节，实现了连续运营，用于原位处理硝基苯或硝基氯苯等有机污染的地下水和土壤。
本发明的具体结构特点为：
（1）隔水帷幕7由水泥土搅拌桩搭接而成；围护墙8由钢板桩或水泥土桩构成。阻止污染羽的向外扩散、阻止表面活性剂向场地外扩散。
（2）隔水帷幕7的深度按超过场地污染深度、进入隔水层2m设计。
（3）增渗墙6可由高压射水工艺形成，也可采用挖掘法施工。
（4）增渗井9采用水冲法工艺施工，也可钻机取土成孔。
（5）增渗井9深度、增渗墙6深度与污染深度相等。
（6）增渗井9直径取0.2~0.3m，增渗墙厚度取0.3m。
（7）还原池1、氧化池3、抽水循环池4在基坑的围护墙8保护下开挖形成；还原池内填充高还原性的铁碴粉；氧化池内填充缓释过氧化钙和针铁矿。
（8）还原池1与氧化池3之间采用滤水型土工织物分隔。
（9）在两池交界处设置一口管材为PVC的检测井2。
（10）在增渗井9加入表面活性剂（如Tween80），在水流作用下，驱使土壤固相表面的污染物进入水相，从而纳入地下水流动系统。
（11）在抽水循环池4低水位边界形成的水力梯度作用下，污染的地下水、在表面活性剂作用下从固相表面解吸后进入水相的污染物，共同流入增渗墙6、再流入到还原池1、氧化池3，得到净化。
（12）把净化的地下水回灌到场地内的增渗井9内，加大渗流场水力梯度，增加包气带土体渗透系数，提升淋洗效果。
（13）循环流动的时间可根据试验初步确定。
（14）在对地下水水质测试、土壤污染物浓度检测合格后，终止系统运营。

Claims (5)

1.一种污染土壤和地下水的原位修复系统，包括增渗墙(6)、隔水帷幕(7)、围护墙(8)、增渗井(9)，其特征在于：所述隔水帷幕(7)设置在污染场地周边，用于阻止污染羽的向外扩散、阻止表面活性剂向场地外扩散，所述污染场地中设置连续的增渗墙(6)，用于增强低渗透性土体的渗透性，所述增渗墙(6)直接连接反应器(10)，所述污染场地中还设置增渗井(9)，增渗井(9)内注入表面活性剂，驱使地层土壤表面的污染物进入水相；在增渗井(9)内水头的推动下，污染物和污染的地下水随地下水流流到增渗墙(6)，再流到反应器(10)内，进行还原、氧化反应，把净化的地下水回灌入增渗井(9)，从而实现对有机污染土壤和地下水的原位修复。
2.根据权利要求1所述的污染土壤和地下水的原位修复系统，其特征在于：所述反应器(10)由还原池(1)、检测井(2)、氧化池(3)、抽水循环池(4)构成，还原池(1)、氧化池(3)、抽水循环池(4)在基坑围护墙(8)保护下开挖形成； 还原池(1)内填充高还原性的铁碴粉，用于把硝基苯或硝基氯苯硝基苯还原为容易氧化的苯胺或氯苯胺；氧化池(3)内填充缓释过氧化钙和针铁矿，用于把苯胺或氯苯胺氧化为CO2、H2O；所述抽水循环池(4)内设置潜水泵(5)，用于把净化的水抽出，形成低水位边界，并把净化的水回灌到场地内的增渗井内，加大渗流场水力梯度，增加包气带土体渗透系数，提高淋洗效果；所述还原池(1)与氧化池(3)之间采用滤水型土工织物分隔，并在两池交界处设置一口管材为PVC的检测井(2)。
3.根据权利要求1所述的污染土壤和地下水的原位修复系统，其特征在于：所述隔水帷幕(7)由水泥土搅拌桩搭接而成；所述围护墙(8)由钢板桩或水泥土桩构成。
4.根据权利要求1所述的污染土壤和地下水的原位修复系统，其特征在于：所述增渗墙(6)由高压射水工艺形成，或者采用挖掘法施工形成，增渗墙(6)厚度为0.3m。
5.根据权利要求1所述的污染土壤和地下水的原位修复系统，其特征在于：所述增渗井(9)采用水冲法工艺施工，或者钻机取土成孔，增渗井(9)直径为0.2~0.3m。
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