CN108773893A - 一种基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理方法及系统，属于地下水修复领域。包括药剂储存单元、药剂注射单元、加压单位、监测单元、计量与控制单元和原位注射井。本系统是利用空气压力将氧化药剂通过注射井原位注入到地下水中，同时监测原位氧化反应过程中地下水的pH、氧化还原电位和电导率等关键指标，根据上述监测指标的变化自动调整注射量和注射频率等运行参数。在有效修复地下水污染的同时，还可根据地下水实时监测数据调整原位氧化药剂注射量，有效降低修复成本。

Description

一种基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理方法及 系统

技术领域

本发明涉及一种基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理方法及系统，属于地下水修复领域。

背景技术

随着国家“退二进三”、“退城进园”、“产业转移”等政策的实施，全国大中城市的许多化工厂、农药厂、钢铁厂、金属冶炼、电镀和机械加工厂等高污染企业将逐步被关停转产或搬迁，遗留了大量类型多样、特性复杂的污染场地。这些工业污染场地已经对周边土壤及地下水造成污染。原位修复由于无需对污染场地进行开挖处理，在工程技术和经济成本上具有较大优势，已得到越来越多的应用。

原位化学氧化是在地下水中原位投加氧化剂和辅助剂，通过氧化反应将污染土壤中目标有机污染物降解为毒性较低的产物或者无害产物。可用于氯代烃、苯系物、多环芳烃(PAHs)和多氯联苯(PCBs)等有机污染地下水的修复。

目前，国内外针对氧化药剂已做大量的开发和应用研究工作，主要有过氧化氢、高锰酸钾、过硫酸盐、芬顿试剂(Fenton试剂)等氧化药剂。氧化药剂主要有注射井注入和直接注入两种原位投加方式。由于污染介质的非均质性，同一场地不同区域的地下水污染程度、污染面积并不一致，但在实际修复工程中往往采用全场地过量注射药剂的方法来保证处理效果，尚缺乏根据污染程度与修复程度实时控制不同区域氧化药剂注射量的方法与处理系统，从而导致部分区域修复效果不理想、场地修复成本偏高的问题。因此，开发一套能够监测地下水中关键指标，并以监测数据为依据实时调整注射量和注射频率等运行参数的地下水原位氧化处理系统，增加重污染区域的药剂注射量，减少轻污染区域的药剂注射量，以提升修复效果，降低修复成本显得非常重要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理方法及系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理方法，该方法利用空气压力将氧化药剂通过注射井原位注入到地下水中，实时监测原位氧化反应过程中地下水的pH、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)和电导率，根据上述监测指标的变化调整注射量、注射频率和注射压力。

一种基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理系统，它包括药剂储罐、加压单位、药剂注射单元、原位注射井、计量单元和地下水监测单元；所述加压单元包括依次通过管道连接的储气罐、空气过滤器、管路压力表和减压阀；所述药剂注射单元包括注射主路和保护旁路，注射主路包括管道，以及依次布置于管道上的Y型过滤器、第一球阀、注射泵、管道压力表和脉冲阻尼器，其中，Y型过滤器与药剂储罐底部相连，脉冲阻尼器与计量单元相连，注射泵与减压阀相连；所述保护旁路包括管道，以及依次布置于管道上的第二球阀和安全阀，第二球阀与药剂储罐相连，安全阀与计量单元相连；药剂注射单元注射的氧化药剂经计量单元计量后，注射到原位注射井中。保护旁路用于将多余的药剂从旁路回至药剂储罐内，以及用于卸除蓄积在管路中的液体压力；地下水监测单元布置于原位注射井中，检测原位注射井中内的pH、ORP、DO和电导率。根据地下水监测单元监测得到的数据，通过调控第一球阀、第二球阀来控制分别控制注射主路和保护旁路的开闭，通过减压阀调节气体管路的压力，调节范围为0.1～1.0MPa。

进一步地，还包括与所述储气罐2相连的空气压缩机，用于向储气罐注入压缩空气，且所述储气罐中的储气量通过设置在储气罐内的压力表测量得到。

进一步地，还包括加料管路，所述加料管路上设置有第三球阀，加料管路一端与药剂储罐顶部相连，另一端于计量单元相连；从计量单元的输出端进行反向加料，并从药剂储罐顶部注入药剂，有利于药剂混合均匀，同时可以对加料量进行计量。

进一步地，所述药剂储罐的药剂量通过一设置在药剂储罐内的液位计采集得到，液位计包括磁翻板液位计、电磁式液位计和电容式液位计等。

进一步地，所述计量单元采用电磁流量计。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

1.可根据不同区域地下水的污染程度，选择相应的原位注射工艺参数；

2.在原位氧化注射过程中，可根据不同区域地下水监测数据判断修复效果，动态调节所需的药剂注射量；

3.可根据过程监测结果，对重污染区域或处理效果不佳的区域，增加注射量和注射频率，提升地下水污染修复效果；

4.还可对轻污染区域或修复效果已达到要求的区域，减少注射量和注射频率，降低处理成本。

附图说明

图1为基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理系统总图；

图中：1-空气压缩机，2-储气罐，3-空气过滤器，4-管路压力表，5-减压阀，6-药剂储罐，7-Y型过滤器，8-第一球阀，9-注射泵，10-管道压力表，11-脉冲阻尼器，12-计量单元，13-注射管道接头，14-筛管，15-原位注射井，16-第二球阀，17-安全阀，18-第三球阀，19-地下水监测探头。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同或结构相似但功能相同的部分。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

如图1所述，一种基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理系统，包括药剂储罐6、加压单位、药剂注射单元、原位注射井15、计量单元和地下水监测单元19；

所述加压单元为药剂注射单元提供所需压力，包括依次通过管道连接的储气罐2、水蒸气过滤器3、管路压力表4和减压阀5；空气过滤器3用于过滤水分和杂质，防止空气中的水分进入气体管路而引起的腐蚀或空气中带入杂质加速设备磨损；所述管路压力表3用于监测气体管道内压力；所述减压阀可调节气体管路内压力，调节范围为0.1～1.0MPa。

所述药剂注射单元包括注射主路和保护旁路，注射主路包括管道，以及依次布置于管道上的Y型过滤器7、第一球阀8、注射泵9、管道压力表10和脉冲阻尼器11，其中，Y型过滤器7与药剂储罐6底部相连，脉冲阻尼器11与计量单元12相连，注射泵9与减压阀5相连；所述注射泵9依靠加压单元提供的压力将化学氧化药剂注射入原位注射井内，进而扩散至地下水中，优先采用隔膜泵等容积泵；所述Y型过滤器7用于滤除氧化药剂中杂质以免磨损设备；所述第一球阀8用于控制药剂供应管路的开关，实现单井药剂注射量的控制；脉冲阻尼器11用于消除管道内液体压力脉动或者流量脉动，可起到稳定流体压力和流量、消除管道振动、保护下游仪表和设备、增加泵容积效率等作用；所述压力表10用于监测药剂注射管道内压力。

所述保护旁路包括管道，以及依次布置于管道上的第二球阀16和安全阀17，第二球阀16与药剂储罐6相连，安全阀17与计量单元12相连；药剂注射单元注射的药物经计量单元12计量后，注射到原位注射井15中。保护旁路用于将多余的药剂从旁路回至药剂储罐内，以及用于卸除蓄积在管路中的液体压力，防止压力过大使得管路爆裂。

地下水监测单元19布置于原位注射井15中，检测原位注射井15中内的pH、ORP、DO和电导率。根据上述监测数据，通过调控第一球阀8来控制注射量和注射频率，通过减压阀5调节注射压力。

图中，还包括与所述储气罐2相连的空气压缩机1，用于向储气罐2注入压缩空气，且所述储气罐2中的储气量通过设置在储气罐内的压力表测量得到。

图中，还包括加料管路，所述加料管路上设置有第三球阀18，加料管路一端与药剂储罐6顶部相连，另一端于计量单元相连；从计量单元的输出端进行反向加料，并从药剂储罐6顶部注入药剂，有利于药剂混合均匀，同时可以对加料量进行计量。

作为本领域的公知常识，所述药剂储罐6的药剂量可通过一设置在药剂储罐6内的液位计采集得到，液位计包括磁翻板液位计、电磁式液位计和电容式液位计等。

所述计量单元采用电磁流量计。

首先，根据场地调查结果中的水文地质条件和污染物及其分布设计原位注射井中筛管开设深度，以及注射井的间距。选择适用于场地特征污染物的氧化药剂，将其配置至所需浓度后经系统的加药加水旁路加入药剂储罐内。原位注射氧化药剂时，通过1-空气压缩机产生的压缩空气为9-注射泵提供压力，通过加压单元的5-减压阀控制气体管路压力至所需压力值。调节药剂注射单元8-球阀至连通状态，并通过12-流量计计量注射量，氧化药剂即在一定压力下由6-药剂储罐通过药剂注射单元进入15-原位注射井内，并进而扩散至周边地下水中去除污染物。通过地下水监测单元监测原位化学氧化注射过程中地下水的pH、ORP、DO和电导率等指标的变化趋势。作为本领域的公知常识，若连续监测地下水的pH、ORP、DO和电导率等指标显示该区域地下水中污染物已得到完全氧化去除，则可停止或减少该区域的药剂注射量和注射频率；若该区域的地下水监测指标显示污染物未得到完全氧化去除或修复效果不佳，则需增加或维持药剂注射量和注射频率，或加密布设注射井，直至达到修复目标值。此外，还可通过设置的监测井或邻近的注射井观察药剂注射井的影响半径，若注射井的影响半径小于注射井间距，可通过适当调节压缩气体的压力增加注射压力，以扩大注射井的影响半径。

实施例1

下文通过对优选实施例的说明对本发明上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明，但本发明不限于此。

某化工厂污染场地的主要污染物为1,2-二氯乙烯和邻苯甲胺，其中A区初始污染浓度分别为1960μg/L和488μg/L；B区的初始污染浓度分别为37μg/L和186μg/L。该场地地下水位平均为地表下-1.0～1.5m处，污染土层的土壤主要以粉土和粉砂为主，渗透性较好。采用所述基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理系统实施原位化学氧化修复过程。分别在A区和B区注射Fenton药剂为主体的氧化药剂，第一轮原位氧化药剂注射后A区地下水pH为5.0、ORP为88mV、电导率为11.5μs/cm；B区pH为7.3、ORP为287mV、电导率为1781μs/cm。第一轮原位氧化药剂注射后A区地下水中1,2-二氯乙烯和邻苯甲胺分别为220μg/L和<5μg/L；B区为11.6μg/L和7μg/L。根据所监测的pH、氧化还原电位(ORP)和电导率等，判断B区地下水已满足修复要求，后续进行长期监测以保证修复效果；而A区地下水未达到修复要求，对其进行补充注射，pH为6.3、ORP为387mV、电导率为2230μs/cm，其污染物浓度降至1.1μg/L和<5μg/L。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本适用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理方法，其特征在于，该方法利用空气压力将氧化药剂通过注射井原位注入到地下水中，实时监测原位氧化反应过程中地下水的pH、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)和电导率，根据上述监测指标的变化调整注射量、注射频率和注射压力。

2.一种基于分区控制的地下水污染原位化学氧化处理系统，其特征在于，它包括药剂储罐(6)、加压单位、药剂注射单元、原位注射井(15)、计量单元和地下水监测单元；所述加压单元包括依次通过管道连接的储气罐(2)、空气过滤器(3)、管路压力表(4)和减压阀(5)；所述药剂注射单元包括注射主路和保护旁路，注射主路包括管道，以及依次布置于管道上的Y型过滤器(7)、第一球阀(8)、注射泵(9)、管道压力表(10)和脉冲阻尼器(11)，其中，Y型过滤器(7)与药剂储罐(6)底部相连，脉冲阻尼器(11)与计量单元(12)相连，注射泵(9)与减压阀(5)相连；所述保护旁路包括管道，以及依次布置于管道上的第二球阀(16)和安全阀(17)，第二球阀(16)与药剂储罐(6)相连，安全阀(17)与计量单元(12)相连；药剂注射单元注射的氧化药剂经计量单元(12)计量后，注射到原位注射井(15)中。保护旁路用于将多余的药剂从旁路回至药剂储罐内，以及用于卸除蓄积在管路中的液体压力；地下水监测单元(19)布置于原位注射井(15)中，检测原位注射井(15)中内的pH、ORP、DO和电导率。根据地下水监测单元(19)监测得到的数据，通过调控第一球阀(8)、第二球阀(16)来控制分别控制注射主路和保护旁路的开闭，通过减压阀(5)调节气体管路的压力，调节范围为0.1～1.0MPa。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括与所述储气罐(2)相连的空气压缩机(1)，用于向储气罐(2)注入压缩空气，且所述储气罐(2)中的储气量通过设置在储气罐内的压力表测量得到。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括加料管路，所述加料管路上设置有第三球阀(18)，加料管路一端与药剂储罐(6)顶部相连，另一端于计量单元相连；从计量单元的输出端进行反向加料，并从药剂储罐(6)顶部注入药剂，有利于药剂混合均匀，同时可以对加料量进行计量。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述药剂储罐(6)的药剂量通过一设置在药剂储罐(6)内的液位计采集得到，液位计包括磁翻板液位计、电磁式液位计和电容式液位计等。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述计量单元采用电磁流量计。