CN107552557A - 一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺，该修复工艺包括场地测量、搭建修复设备、氧化药剂注入、空气注入、生物菌剂注入、气液分离和尾气处理；用加药泵将氧化药剂通过水平注药井输送到污染部分，反应气通过抽提泵经水平抽提井输送到气液分离装置，分离气体经等离子体净化器予以去除；注药后，通过注气泵对水平注药井进行注气，一定时间后，通过加药泵将生物菌剂注入污染部位。本工艺对总石油烃(＜C16)浓度较高的污染场地的总石油烃去除率达到90％以上，单井修复面积大、适用范围广、二次污染小。

Description

一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺

技术领域

本发明属于污染场地修复技术领域，特别是涉及一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺。

背景技术

化学氧化技术是利用强氧化剂破坏或降解地下水、沉积物和土壤中的有机污染物，形成环境无害的化合物的修复技术。能够有效被处理的有机污染物包括：挥发性有机物如二氯乙烯(DCE)、三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)等氯化溶剂，以及苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)等苯系物；半挥发性有机化学物质，如农药、多环芳烃(PAHs)和多氯联苯(PCBs)等。对含非饱和碳键的化合物(如石蜡、氯代芳香族化合物)处理效果明显且有助于生物修复作用。可利用的典型氧化剂有过氧化氢、Fenton试剂、过硫酸钠、臭氧和高锰酸钾。

原位化学氧化技术包括原位修复和异位修复。异位修复挖掘和运输费用高于原位修复，可能破坏原地土壤的生态结构，而且在运输过程中会造成二次污染。原位化学氧化修复技术被广泛推广应用，但如何能高效利用氧化药剂成为技术难点。专利CN104438315A公开了一种修复土壤和地下水的原位化学氧化注入装备，该装置包括药剂配制系统、药剂注入系统和监测系统，药剂注入系统通过空压机将药剂配制系统配制的氧化药剂注入注入井，监测系统对土壤和地下水修复进行监测，但该装置无法提高单井修复面积，以降低修复成本。专利CN103920703A公开了一种修复污染土壤的高级氧化还原治理系统及方法，该方法采用氧化还原与生物降解结合强化修复技术，首先对污染土壤进行检测，根据检测结果建立污染处理系统，对其进行高级氧化还原处理，经处理的土壤进行生物降解处理，但该方法中无法扩大药剂和污染物的接触面积，以提高药剂利用率。根据张雅春报道，水平井定向钻井技术已应用于土壤环境的污染治理、环境调查取样及随钻监测等方面。本专利主要是将定向水平井技术与原位化学氧化技术相结合，形成土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺。

发明内容

本发明的目的是为解决公知技术中存在的技术问题，而提供一种单井修复面积大、适用范围广、二次污染小的土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺，按如下步骤进行：

1)污染场地测量：根据场地调查技术，获知污染深度及面积、土壤理化性质、污染物的类型和浓度；根据上述材料确定水平注药井的深度和位置以及氧化药剂的类型和配比。

2)在修复场地搭建修复设备：根据步骤1)中确定的水平注药井的深度和位置搭建修复设备，所述修复设备包括：加药泵、注气泵、水平注药井、水平抽提井、气液分离器、抽提泵和等离子体净化器；所述加药泵的出药口和注气泵的出气口均与水平注药井的进药口连接；所述水平注药井和水平抽提井顶端均布有筛孔；所述水平抽提井的抽提口与气液分离器进口连接，所述气液分离器出口与抽提泵进气口连接，所述抽提泵出气口与等离子体净化器进气口连接；

3)氧化药剂注入和空气注入：将步骤1)中确定的氧化药剂经加药泵的出药口，注入水平注药井；氧化药剂全部加入后，即开启抽提泵，并通过注气泵将空气注入水平注药井；

4)反应气抽提：反应气通过抽提泵抽提产生负压，经水平注药井的筛孔进入水平抽提井，并通过抽提泵进入气液分离器，将气相和液相分离；

5)尾气去除：分离出的气体通过抽提泵进入等离子体净化器中，予以去除。

作为优选，步骤3)中，还包括生物菌剂注入：注气泵工作一定时间后，通过加药泵将生物菌剂注入水平注药井中。

作为优选，步骤1)中，所述氧化药剂为4-6mg/L的纳米微气泡臭氧水、浓度4％-6％的Na₂S₂O₈溶液、浓度4％-6％的芬顿试剂或浓度为2％-4％的KMnO₄溶液中的任意一种。

作为优选，步骤3)中，所述氧化药剂的注入速度为10-16L/min，注入压力为0.3MPa。

作为优选，步骤3)中，所述注气泵和抽提泵的工作风压为6KPa，风量为200m³/h。

作为优选，步骤2)中，所述水平抽提井的布设深度小于水平注药井的布设深度。

作为优选，步骤2)中，所述水平注药井的规格为：直径244mm，曲率半径30-60m，造斜率90°/30m，水平段长度为30-50m，筛孔直径为14.4mm。

作为优选，步骤2)中，所述水平抽提井的规格为：直径244mm，曲率半径30-60m，造斜率90°/30m，水平段长度为30-50m，筛孔直径为14.4mm。

本发明的工作原理：氧化药剂经加药泵出药口，通过水平注药井的进药口到达污染部位与污染有机物反应，氧化药剂添加完成后，开启抽提泵，抽提泵持续工作，通过注气泵向水平注药井注入新鲜空气，然后再通过加药泵向水平注药井注入生物菌剂；抽提泵开启期间，反应气在抽提泵的抽提作用下经水平注药井筛孔进入水平抽提井，并通过抽提泵进入气液分离器，将气相和液相分离，分离后的气体经抽提泵进入等离子体净化器中，予以去除。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

1)该修复工艺设计操作简单灵活，修复设备配备尾气处理，避免对环境造成二次污染。

2)水平注药井位于污染物下方，增大药剂和污染物接触面积，实现了对有机物污染场地的高效、低成本修复。

3)单井修复面积大、适用范围广、二次污染小。

4)可解决垂直井修复技术中不能修复障碍物下土壤的技术难题。

附图说明

图1是本发明的土壤与地下水强化原位化学氧化修复设备结构示意图。

图中：1-注药泵，2-注气泵，3-水平注药井，4-水平抽提井，5-气液分离器，6-抽提泵，7-等离子体净化器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例1：

一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺，按如下步骤进行：

1)污染场地测量：根据场地调查技术，获知污染深度及面积、土壤理化性质、污染物的类型和浓度；根据上述材料确定水平注药井的深度和位置以及氧化药剂的类型和配比。

2)在修复场地搭建修复设备：根据步骤1)中确定的水平注药井的深度和位置搭建修复设备，所述修复设备包括：加药泵1、注气泵2、水平注药井3、水平抽提井4、气液分离器5、抽提泵6和等离子体净化器7；加药泵的出药口和注气泵的出气口均与水平注药井的进药口连接；水平注药井和水平抽提井顶端均布有筛孔；水平抽提井的抽提口与气液分离器进口连接，气液分离器出口与抽提泵进气口连接，抽提泵出气口与等离子体净化器进气口连接；

3)氧化药剂注入和空气注入：将步骤1)中确定的氧化药剂经加药泵1的出药口，注入水平注药井进入污染部位与污染物接触反应；氧化药剂全部加入后，即开启抽提泵，并通过注气泵2将空气注入水平注药井进入污染部位以提供氧化所需氧气，增强氧化药剂氧化效果；

4)反应气抽提：反应气通过抽提泵6抽提产生负压，经水平注药井的筛孔进入水平抽提井，并通过抽提泵6进入气液分离器5，将气相和液相分离；

5)尾气去除：分离出的气体通过抽提泵进入等离子体净化器7中，予以去除。

作为优选实施例，步骤3)中，还包括生物菌剂注入：注气泵工作一定时间后，通过加药泵将生物菌剂注入水平注药井中，对残余低浓度污染物进行生物修复。

作为优选实施例，步骤1)中，氧化药剂为4-6mg/L的纳米微气泡臭氧水、浓度4％-6％的Na₂S₂O₈溶液、浓度4％-6％的芬顿试剂或浓度为2％-4％的KMnO₄溶液中的任意一种。

作为优选实施例，步骤3)中，氧化药剂的注入速度为10-16L/min，注入压力为0.3MPa。

作为优选实施例，步骤3)中，注气泵和抽提泵的工作风压为6KPa，风量为200m³/h。

作为优选实施例，步骤2)中，水平抽提井的布设深度小于水平注药井的布设深度。

作为优选实施例，步骤2)中，水平注药井的规格为：直径244mm，曲率半径30m，造斜率90°/30m，水平段长度为30-50m，筛孔直径为14.4mm。

作为优选实施例，步骤2)中，水平抽提井的规格为：直径244mm，曲率半径30m，造斜率90°/30m，水平段长度为30-50m，筛孔直径为14.4mm。

实施例2

以某一工业场地为例，根据成因时代的不同，可分为4大层：杂填土层、粉质粘土层、粉砂层和粉质粘土层。该场地污染物主要为石油烃类，主要集中在上层的粉质粘土层和粉砂层，污染深度3.5m-9.5m。

首先，在污染区域及上方构建水平注药井及水平抽提井，水平注药井布设深度为8-10m，水平抽提井布设深度为6-8m；通过加药泵加入某氧化药剂，氧化药剂与污染物反应；氧化药剂全部加入后，即开启注气泵，将空气通过注气泵注入到污染部位，提供反应所需氧气；注入空气反应一段时间后，通过加药泵将石油烃降解菌菌剂注入污染部位，对残余污染物和反应物进行生物降解。

本实施例包括3个处理点，编号分别为：点位1、点位2、点位3。三个点位样品中的总石油烃(＜C16)浓度为主要指标进行分析，分析结果见表1。

表1三个修复点位指标分析结果

在点位1将浓度为4-6mg/L的纳米微气泡臭氧水，通过加药泵注入水平注药井中，打开注气泵注气40天后，通过加药泵注入浓度为10⁴个/mL的石油烃降解菌菌剂，反应30天，期间抽提泵持续工作，抽提出的反应气经气液分离器进入等离子体净化器给予去除。对污染部位样品采样分析，结果显示：总石油烃(＜C16)平均浓度为155mg/kg，修复面积达到200m²。

在点位2配制4-6％的Na₂S₂O₈将其用Fe²⁺进行活化，取活化后氧化药剂经加药泵注入水平注药井中，接通注气泵电源注入空气，氧化反应40天后，再通过加药泵将浓度为10⁴个/mL的石油烃降解菌菌剂注入水平注药井，对残余有机物和反应物生物降解反应40天；注药后，开启抽提泵，抽提出的反应气经气液分离器进入等离子体净化器给予去除。对污染部位采样分析，检测结果：总石油烃(＜C16)平均浓度为94mg/kg，修复面积约180m²。

在点位3将浓度为4-6％的芬顿试剂，通过加药泵注入水平注药井中，打开注气泵注入空气30天后，通过加药泵注入浓度为10⁴个/mL的石油烃降解菌菌剂，反应40天；抽提泵从注药后，开始进行抽气工作，抽提出的反应气经气液分离器进入等离子体净化器给予去除；采集污染部位样品，进行分析测试。检测结果：总石油烃(＜C16)平均浓度120mg/kg，修复面积约120m²。

由上可知，在某污染工业场地采用本发明的土壤与地下水强化原位化学氧化修复装置，并进行工艺处理后，总石油烃(＜C16)浓度小于200mg/kg，符合《北京市场地土壤环境风险评价筛选值》(DB11/T 811-2011)工业/商服用地标准，实现了对有机物污染场地的高效、低成本修复。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺，其特征在于，按如下步骤进行：

1)污染场地测量：根据场地调查技术，获知污染深度及面积、土壤理化性质、污染物的类型和浓度；根据上述材料确定水平注药井的布设深度和位置以及氧化药剂的类型和配比。

2)在修复场地搭建修复设备：根据步骤1)中确定的水平注药井的深度和位置搭建修复设备，所述修复设备包括：加药泵(1)、注气泵(2)、水平注药井(3)、水平抽提井(4)、气液分离器(5)、抽提泵(6)和等离子体净化器(7)；所述加药泵的出药口和注气泵的出气口均与水平注药井的进药口连接；所述水平注药井和水平抽提井顶端均布有筛孔；所述水平抽提井的抽提口与气液分离器进口连接，所述气液分离器出口与抽提泵进气口连接，所述抽提泵出气口与等离子体净化器进气口连接；

3)氧化药剂注入和空气注入：将步骤1)中确定的氧化药剂经加药泵(1)的出药口，注入水平注药井；氧化药剂全部加入后，即开启抽提泵(6)，并通过注气泵(2)将空气注入水平注药井；

4)反应气抽提：反应气通过抽提泵(6)抽提产生负压，经水平注药井的筛孔进入水平抽提井，并通过抽提泵(6)进入气液分离器(5)，将气相和液相分离；

5)尾气去除：分离出的气体通过抽提泵进入等离子体净化器(7)中，予以去除。

2.根据权利要求1所述的一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺，其特征在于，步骤3)中，还包括生物菌剂注入：注气泵工作一定时间后，通过加药泵将生物菌剂注入水平注药井中。

3.根据权利要求1所述的一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺，其特征在于，步骤1)中，所述氧化药剂为4-6mg/L的纳米微气泡臭氧水、浓度4％-6％的Na₂S₂O₈溶液、浓度4％-6％的芬顿试剂或浓度为2％-4％的KMnO₄溶液中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺，其特征在于，步骤3)中，所述氧化药剂的注入速度为10-16L/min，注入压力为0.3MPa。

5.根据权利要求1所述的一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺，其特征在于，步骤3)中，所述注气泵和抽提泵的工作风压为6KPa，风量为200m³/h。

6.根据权利要求1所述的一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺，其特征在于，步骤2)中，所述水平抽提井的布设深度小于水平注药井的布设深度。

7.根据权利要求1所述的一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺，其特征在于，步骤2)中，所述水平注药井的规格为：直径244mm，曲率半径30-60m，造斜率90°/30m，水平段长度为30-50m，筛孔直径为14.4mm。

8.根据权利要求1所述的一种土壤与地下水强化原位化学氧化修复工艺，其特征在于，步骤2)中，所述水平抽提井的规格为：直径244mm，曲率半径30-60m，造斜率90°/30m，水平段长度为30-50m，筛孔直径为14.4mm。