CN109047302B - 一种低渗透区VOCs污染地下水原位曝气修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低渗透区VOCs污染地下水原位曝气修复方法，在表面活性剂强化曝气修复方法基础上，采用点位可调控液压劈裂技术对低渗透污染区进行多点位液压劈裂，在该区域产生大量人为裂隙，同时劈裂所用压力溶液为表面活性剂溶液，旨在增强低渗透污染区的气体渗透性，强化污染物从细粒土中的解吸附能力，以解决低渗透污染区不易修复的难题。本发明所采用的液压劈裂技术协同表面活性剂强化作用，劈裂过程所用压力溶液为SDBS表面活性剂溶液，浓度为200~400 mg/L，液压劈裂井内部为同轴双管管路，通过移动内管实现不同区域的多点位液压劈裂。

Description

一种低渗透区VOCs污染地下水原位曝气修复方法
技术领域
本发明属于土壤和地下水修复技术领域，具体涉及一种低渗透区VOCs污染地下水原位曝气修复方法。
背景技术
20世纪80年代以来，许多涉及重工业、石油化工等污染企业遗留了大量的污染场地，工业固废污染、石化污染物等非法排放等所造成的场地污染日益显现，地下水污染形势日益严峻。根据中国地质调查局数据，全国已有近90％的地下水遭到不同程度的污染，其中挥发/半挥发性有机污染物是土壤和地下水污染的重要部分。
地下水原位曝气修复技术(In-situ Air Sparging，IAS)是一种经济有效的地下水污染修复方法。该技术主要是将空气或氧气注入饱和带污染土层，由于污染物在气液间存在浓度差，挥发/半挥发性有机污染物(VOCs/sVOCs)由溶解相或自由相进入气相，气体在浮力作用下携带污染物升至非饱和区，再通过气相抽提处理达到去除污染物的目的。表面活性剂强化曝气修复技术(Surfactant Enhanced Air Sparging，SEAS)是在地下水曝气修复过程中加入表面活性剂的一种强化曝气方法。十二烷基苯磺酸钠(Sodium DodecylBenzene Sulfonate，SDBS)是一种阴离子表面活性剂，通过在低渗透区域注入表面活性剂可以降低液相表面张力、提高气相饱和度、增大曝气影响区范围，能够显著提高地下水污染物的去除效率。
地下水曝气修复技术具有高效快捷、操作简单、修复时间短等优点，而表面活性剂强化曝气也能够显著提高曝气效率，但是该技术往往局限于渗透性比较好的污染土层，对于某些低渗透污染区域，传统地下水曝气修复技术往往起不到很好的曝气效果。相关研究发现(Qin C,Zhao Y,Zheng W.The influence zone of surfactant-enhanced airsparging in different media[J].Environmental Technology,2014,35(10):1190-1198.)，地下水曝气修复过程中若相邻两层土体渗透率之比大于8:1，气体一般不能通过低渗透土层而发生气相绕流现象。
迄今为止尚未有相关文献对饱和带低渗透区域难以曝气的现状进行研究，特别是通过相关技术人为改变低渗透区域渗透性方面的研究较少。因此，研制一种能够针对低渗透污染区域土壤曝气修复技术具有重要的意义。
发明内容
解决的技术问题：本发明针对低渗透污染区域存在难以实施曝气修复的技术问题，提供一种将多点位液压劈裂技术与阴离子表面活性剂强化曝气修复技术协调作用的原位曝气修复方法，利用液压劈裂技术将低渗透污染区进行高压水劈裂，在水压作用下裂纹不断扩大发展，裂隙之间连通性增强，渗透性不断提高，从而促进了曝气气流通过低渗透区，同时协同表面活性剂的作用降低低渗透区土层表面张力以增强曝气的通过性，解决低渗透区域在常规曝气下难以修复的难题。
技术方案：一种低渗透区VOCs污染地下水原位曝气修复方法，利用多点位的液压劈裂作用于低渗透污染区，并采用表面活性剂溶液作为液压劈裂的压力溶液，在通过高压液体的劈裂作用提高低渗透区土层渗透性的基础上利用表面活性剂提高曝气在低渗透区土层的渗透性和污染物的解吸附能力，然后启动曝气泵和抽提泵进行修复。
进一步地，所述液压劈裂根据低渗透区域范围和大小按照正三角形布设劈裂井，劈裂井水平间距在4～6m之间。
进一步地，所述劈裂井内部采用同轴双管管路。
进一步地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠水溶液，十二烷基苯磺酸钠水溶液的浓度为200～400mg/L。
进一步地，所述表面活性剂是在液压劈裂过程中通过高压注水泵沿劈裂井注入低渗透污染土层。
进一步地，在低渗透污染区及其周围均设置曝气井，按正三角形布设，曝气井通过管线与曝气泵相连，曝气井应穿过低渗透污染区域至其下方3～5m，曝气井间距在6～13m。
有益效果：本发明所采用的多点位表面活性剂液压劈裂低渗透污染区曝气修复方法，能够针对场地中存在低渗透污染区进行地下水原位曝气修复。通过对低渗透区土层进行液压劈裂，在液压作用下致使裂纹不断扩展，增大了低渗透区域的渗透性，提高了曝气流体在低渗透区的通过性；采用表面活性剂溶液作为压力溶液，省去了表面活性剂注入井的布设，简化了施工过程，同时也解决了低渗透污染区表面活性剂难以有效渗透的难题。
附图说明
图1是实施例1中低渗透污染区液压劈裂曝气修复纵剖面示意图；
图2是实施例1中低渗透污染区液压劈裂曝气修复平面示意图；
图3是实施例1中劈裂井内部同轴双管纵剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
在污染土的地下水曝气修复过程中，气流在高渗透率的土壤中是以鼓泡方式流动的，而在较低渗透率的土壤中通过微通道的方式流动，而对于渗透率很低的土层曝入的空气并不能有效地通过。因此，寻找一种针对饱和带低渗透污染土高效修复方法具有重要意义。本发明采用液压劈裂技术将低渗透区土层裂隙贯通，从而促进曝气气流和表面活性剂的通过。通道的形成一方面可以促进曝气气流的通过，同时也能增大表面活性剂与低渗透区土壤层的接触面积和通过能力。
实施例1
如图1、2所示，一种低渗透区VOCs污染地下水原位曝气修复方法，在低渗透污染区域分别设置劈裂井、曝气井和抽提井以及相应的连接管路，组成饱和带低渗透区污染区液压劈裂曝气修复现场施工装置。
具体地：如图1所示，在低渗透污染区域上方设置液压劈裂系统，劈裂井通过同轴双液压管与液压泵相连；如图2所示，根据低渗透区域范围和大小均匀布置劈裂井，劈裂井覆盖低渗透区域呈正三角布置，劈裂井间距为4～6m；如图3所示，劈裂井内部为同轴双管管路，内管通过上下移动来改变垂直劈裂位置，两管路之间通过移动活塞相连并形成高压水室，通过移动活塞来固定和密封高压水室，同时在内外管路水压室之间均设有透水孔。
液压劈裂的起劈压力除了受现场施工土体相关物理力学性质的影响外，还受到劈裂深度的影响，基于土体中水力劈裂的破坏机理，参照如下起劈压力的计算公式：
Figure BDA0001709771950000031
其中，Pf为起劈压力，σ3为土体最小主应力，
Figure BDA0001709771950000032
和C分别为污染土体的内摩擦角和粘聚力。根据上式计算出初始水力劈裂液压值，依次加压直至劈裂完成。
在液压劈裂开始时，配备好表面活性剂液压溶液，通过液压泵和劈裂管注入表面活性剂液压溶液至低渗透区域各个劈裂缝隙内，从而有效地降低地下水污染区域表面张力；通过液压泵注入的表面活性剂溶液为阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)水溶液，质量浓度为200～400mg/L。阴离子表面活性剂能够显著地降低地下水表面张力，提高了曝气气流对低渗透污染区的穿透能力，同时可以增强污染物自细粒土中的解吸附能力，从而提高曝气修复效果。
如图1所示，覆盖低渗透污染区及其周围均设置曝气井，按正三角形布设，曝气井通过管线与曝气泵相连，曝气井应穿过低渗透污染区域至其下方3～5m，曝气井间距在6～13m之间；如图2所示曝气井分布覆盖低渗透区及其周围一定范围。
在包气带布设抽提井，井底在地下水毛细饱和带上方，抽提井通过管线与抽提泵相连。
具体修复方法如下：
在布设好劈裂井后将同轴双管管路安装在劈裂井内，将外管伸入到劈裂井井底，内管下至低渗透区域内部；将配好的表面活性剂SDBS液压溶液注入液压泵并启动开关，将初始液压加至起劈压力Pf，注入的高压液体通过高压水室作用于低渗透区域进行液压劈裂，在液压作用下低渗透区域土体发生劈裂，裂纹不断扩展，通过增大低渗透区污染区的渗透性来提高了曝气流体的通过性，在该压力水平下保持稳压状态0.5h，如采用的初始劈裂压力不能够产生较好的劈裂效果，则按照50KPa的压力逐级增大，在每一级压力下维持0.5h，直至该水平劈裂完成；将劈裂井内的内管下移H距离，下移距离H是根据低渗透区土层厚度进行调整，建议上下间距H在0.5～2m之间。
在所有低渗透污染区域劈裂完成后静置72h，待表面活性剂溶液在低渗透区内部与地下水充分混合发挥作用后，启动抽提泵将低渗透污染区域上方包气带内抽成负压，开始非饱和区气相抽提及尾气处理；然后启动曝气泵，开始地下水原位曝气操作，实现低渗透污染区的曝气修复。

Claims (2)

1.一种低渗透区VOCs污染地下水原位曝气修复方法，其特征在于：在低渗透污染区域分别设置劈裂井、曝气井和抽提井，其中，根据低渗透区域范围和大小按照正三角形布设劈裂井，劈裂井水平间距在4～6m之间，劈裂井内部采用同轴双管管路，内管通过上下移动来改变垂直劈裂位置，两管路之间通过移动活塞相连并形成高压水室，通过移动活塞来固定和密封高压水室，同时在内外管路水压室之间均设有透水孔；在低渗透污染区及其周围均设置曝气井，按正三角形布设，曝气井通过管线与曝气泵相连，曝气井应穿过低渗透污染区域至其下方3～5m，曝气井间距在6～13m；
利用多点位的液压劈裂作用于低渗透污染区，并采用表面活性剂溶液作为液压劈裂的压力溶液，在通过高压液体的劈裂作用提高低渗透区土层渗透性的基础上利用表面活性剂提高曝气在低渗透区土层的渗透性和污染物的解吸附能力，将初始液压加至起劈压力Pf，在该压力水平下保持稳压状态0.5h，按照50KPa的压力逐级增大，在每一级压力下维持0.5h，直至该水平劈裂完成，然后启动曝气泵和抽提泵进行修复；
所述表面活性剂是在液压劈裂过程中通过高压注水泵沿劈裂井注入低渗透污染土层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠水溶液，十二烷基苯磺酸钠水溶液的浓度为200～400mg/L。
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