CN109047305A - 化工污染场地土壤和地下水原位修复系统及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤修复领域，特别是涉及化工污染场地土壤和地下水的修复领域，更为具体的说是涉及化工污染场地土壤和地下水原位修复系统及修复方法。通过设置同时具有抽提和注入功能的多功能井，能够有效增加化学淋洗的有效半径，降低井下水通道的形成，有效提高化学淋洗效果。解决目前化工污染场地土壤和地下水原位修复过程中拖尾严重，修复效率低、修复效果差的问题。

Description

化工污染场地土壤和地下水原位修复系统及修复方法

技术领域

本发明属于土壤修复领域，特别是涉及化工污染场地土壤和地下水的修复领域，更为具体的说是涉及化工污染场地土壤和地下水原位修复系统及修复方法。

背景技术

污染土壤修复是指通过物理、化学、生物、生态学原理，并采用人工调控措施，使土壤污染物浓(活)度降低，实现污染物无害化和稳定化，以达到人们期望的解毒效果的技术措施。目前，理论上可行的修复技术有植物修复、微生物修复、化学修复、物理修复和综合修复等几大类。有些修复技术已经进入现场应用阶段并取得了较好的效果。污染土壤实施修复，对阻断污染物进入食物链，防止对人体健康造成危害，促进土地资源保护和可持续发展具有重要意义。目前关于该技术的研发主要集中于可降解有机污染物和重金属污染土壤的修复两大方面。

原位土壤修复指不移动受污染的土壤，直接在场地发生污染的位置对其进行原地修复或处理的土壤修复技术，具有投资低，对周围环境影响小的特点。土壤原位修复技术主要有原位淋洗、气相抽提(SVE)、多相抽提（MPVE）、气相喷射（IAS）、生物降解、原位化学氧化（ISCO）、原位化学还原、污染物固定、植物修复等。

多相抽提技术是原位土壤土壤和地下水修复的常用技术之一，通过真空提取手段同时抽取地下污染区域的土壤气体、地下水和非水相液体污染物至地面进行相分离及处理，以达到迅速控制并同步修复土壤与地下水中污染的效果。注入/回灌技术是借用某些工程措施，人为将处理后合格达标的水配比一定剂量的化学修复试剂注入/回灌地下含水层，以增加地下水的补给量，调节和控制地下水位，同时实现原位化学氧化污染物的目的。

目前在土壤和地下水修复实践中，没有考虑污染物在地下水储量下在固相介质中具有释放速度缓慢的特性，从而导致污染处理后期出现严重的拖尾现象，修复效率和修复效果都受到严重影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，目前化工污染场地土壤和地下水原位修复过程中拖尾严重，修复效率低、修复效果差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种化工污染场地土壤和地下水原位修复系统，该系统包括：抽提系统、回注系统、井管、控制系统，所述井管为抽提/回注同管井管，其设置有功能管道，所述功能管道的顶端设置三通头，功能管道分别通过抽提连通管和回注连通管与抽提系统和回注系统连接，所述抽提连通管上设置有抽提控制阀门，所述回注连通管设置有回注控制阀门，所述抽提控制阀门与回注控制阀门受控制系统控制。

优选地，所述控制系统为PIC控制系统。

通过PIC控制系统，可以控制抽提控制阀门和回注控制阀门的开闭。当抽提控制阀门打开时，该功能管道与抽提系统连通，实现抽提功能，当回注控制阀门打开时，该功能管道与回注系统连通，实现回注功能。

更为优选的是，所述井管为从地面向下延伸至地下土壤污染层中的管道，所述的管道下部为花管，中部为实管，上部为花管；所述底部花管外壁填充沙子，内部填充过滤材料；所述中部实管外壁填充膨润土，内部填充过滤材料；所述上部花管外壁填充沙子，内部不填充。

优选地，所述功能管道沉入井管中部实管的中间位置。

本发明突破传统修复系统中，一个井管在铺设时已经固定其抽提或回注功能，并且按照一定的排列规律，间隔设置抽提或者回注功能，所产生的修复过程拖尾严重，修复效率低，修复效果差的问题。通过功能管道所具有的抽提/回注双功能性质，并结合控制系统，通过控制抽提控制阀门和回注控制阀门的开闭，进而在一个井管内既可以实现抽提，也可以实现回注。并且这两种功能可以根据需要连续、同步、交替转化，从而避免固定抽提和回注位置后引起的拖尾问题，提高修复效率，提高修复效果。

优选地，多个井管形成一个工作组，每个工作组中的各个井管功能一致，抽提工作与回注工作在不同工作组中交替进行。

更为优选地是，井管以矩形阵列式排布在化工污染场地中，其中一列为一个工作组，或者以一行为一个工作组。

进一步优选地，本发明中所述的抽提系统还包括负压抽提泵、筛网与水气收集系统，这些组件与功能管道一起形成完整的抽提系统。该系统自下而上连接顺序为筛网、功能管道、阀门、流量计、抽提泵和水气收集系统；其中筛网包括过滤头、筛管。可对抽提的地下水进行二级过滤，地下延伸深度至中部实管的中间位置；其中功能管道为实心PVC材料管，与筛网和阀门相连；其中阀门和流量计连接至PIC控制系统，可与水处理设备处理能力结合，远程控制抽提速率和抽提量；其中水气收集系统包括水气分离系统、污水处理装置与废气处理装置；其中所述的水气分离装置包括一个进水管、废水收集槽、污水管和废气抽提管，抽提的地下水通过进水管收集至废水收集槽，进水管插入废水收集槽底部，废水通过收集槽侧壁下部的污水管流入污水处理装置，废气通过顶部废气抽提管进废气处理装置。

优选地，本发明中所述的回注系统还包括注水泵、注水管网与过滤器，这些组件与功能管道一起形成完整的回注系统。该系统自上而下的连接顺序为注水泵、过滤器、流量计、阀门、地上管网；其中过滤器包括过滤网与筛管，可对回注管井内的水进行过滤洁净处理，流量计和阀门连接至PIC控制系统，可与地下水位测试仪结合，控制注入速率和注入量；地上管网和功能管道一起形成注入管网，处理后的水经地上管网分配至各井管，并通过功能管道回注。

更为优选的是，PIC控制系统还包括电子控制器、流量计、水位测试仪和电子终端；这些构件与抽提控制阀门与回注控制阀门共同形成PIC控制系统，其中抽提控制阀门用于控制抽提速率和抽提量，回注控制阀门用于控制回注速率和注入量；其中流量计为常规流量计，与阀门和电子终端相连；其中水位测试仪为常规水位测试仪，与电子终端相连，测试水位作为回注水量参数设置的依据；其中电子终端包括PC、数据采集器、处理器和软件，可将数据采集器采集的数据输送至处理器，通过软件分析，自动控制电子阀门的流量大小、抽提/注入泵的速率，并将数据上传至PC端，实现实时监控。

更为优选的方式，还包括有密封井盖与水位测试仪，密封井盖、水位测试仪与井管共同形成井。其中密封井盖为水泥浇筑、中间有孔的锥子型井盖，密封时四周覆盖隔水材料，中间预留孔与功能管道连接部分用橡胶圈和防水胶密封；水位测试仪与PIC控制系统相连，可长期监测地下水水位的高度。

更为优选的是，还包括汇集管道和连接软管，一个工作组内的功能管道通过连接软管连接至同一个汇集管道中，汇集管道分别与一套抽提系统和一套回注系统连接。

另外，本发明还公开了化工污染场地土壤和地下水原位修复方法，包括以下步骤：

S1：钻井，并在井内沉入功能管道；

S2：将功能管道分别与抽提系统和回注系统连通；

S3：将抽提控制阀门与回注控制阀门与控制系统连接；

S4：设定不同功能管道处抽提控制阀门和回注控制阀门的开闭规则；

S5：自动进行抽提、回注运行。

其中所述钻井是指：根据污染土壤深度、地下水位埋藏深度与各土层情况钻井，沉入井管。其中井管底部花管的底端至隔水层上端至地下水位埋藏深度的最低水位；其中井管中部实管的底端至地下水位埋藏深度的最低水文上端至地下水埋藏深度的最高水位；其中井管上部花管的底端至地下水位埋藏深度最高水位上端至地面水平高度。

井内沉入功能管道后，还包括有密封井盖和水位测试仪安装步骤，具体来说，是将过滤头和抽提管沉入中部实管中段位置，抽提管上端穿过密封井盖，用橡胶圈和防水胶密封；水位测试仪探头沉入上部花管底端，主机至于井盖顶部固定。

更为优选的方案是，还包括井管外填充步骤，具体来说，是在井管外填充依次填充沙子至井管底部花管上端，膨润土至中部实管上端，沙子至井管上部花管上端；内部填充过滤材料至中部实管上端；井盖四周用隔水材料填充，密封处理。

进一步优选的，所述S4中的开闭规则是，以一定的时间间隔，交替开闭抽提控制阀门和回注控制阀门。

通过本发明公开的技术方案，具有以下有益效果：

（1）本发明提供的一种多功能井可实现同步的、有选择性的、交替的与循环控制抽提/注入速率和抽提/注入量，同井设置，有增加井的有效覆盖半径，降低地下水抽提通道的形成，使化学试剂与污染土壤充分接触洗涤；

（2）本发明提供的一种多功能井可有效利用地下水位的高度变化的周期特性，因地制宜的控制地下水位的高度，实现长期修复目的；

（3）本发明提供的一种多功能井可在同一井管进行抽提与注入，密封条件下降低二次污染的可能。

本发明公开的化工污染场地原位修复系统和修复方法，通过设置同时具有抽提和注入功能的多功能井，能够有效增加化学淋洗的有效半径，降低井下水通道的形成，有效提高化学淋洗效果。

附图说明

图1 为化工污染场地土壤和地下水原位修复系统示意图。

图2为井管部分放大示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面我们结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。

实施例1

结合图1和图2中所示的化工污染场地土壤和地下水原位修复系统，该系统包括：抽提系统、回注系统、井管、控制系统，所述井管为抽提/回注同管井管，其设置有功能管道1，所述功能管道1的顶端设置三通头2，功能管道1分别通过抽提连通管3和回注连通管4与抽提系统和回注系统连接，所述抽提连通管上设置有抽提控制阀门阀1，所述回注连通管设置有回注控制阀门阀2，所述抽提控制阀门阀1与回注控制阀门阀2受控制系统控制。

优选地，所述控制系统为PIC控制系统。

通过PIC控制系统，可以控制抽提控制阀门和回注控制阀门的开闭。当抽提控制阀门打开时，该功能管道与抽提系统连通，实现抽提功能，当回注控制阀门打开时，该功能管道与回注系统连通，实现回注功能。

更为优选的是，如图2所示，所述井管为从地面向下延伸至地下土壤污染层中的管道，所述的管道下部为花管5，中部为实管6，上部为花管5；所述底部花管外壁填充沙子，内部填充过滤材料7；所述中部实管外壁填充膨润土，内部填充过滤材料7；所述上部花管外壁填充沙子，内部不填充。

优选地，所述功能管道沉入井管中部实管的中间位置，如图2和图1中所示的那样。

本发明突破传统修复系统中，一个井管在铺设时已经固定其抽提或回注功能，并且按照一定的排列规律，间隔设置抽提或者回注功能，所产生的修复过程拖尾严重，修复效率低，修复效果差的问题。通过功能管道所具有的抽提/回注双功能性质，并结合控制系统，通过控制抽提控制阀门和回注控制阀门的开闭，进而在一个井管内既可以实现抽提，也可以实现回注。并且这两种功能可以根据需要连续、同步、交替转化，从而避免固定抽提和回注位置后引起的拖尾问题，提高修复效率，提高修复效果。

优选地，多个井管形成一个工作组，每个工作组中的各个井管功能一致，抽提工作与回注工作在不同工作组中交替进行。

更为优选地是，井管以矩形阵列式排布在化工污染场地中，其中一列为一个工作组，或者以一行为一个工作组。

进一步优选地，如图1所示本发明中所述的抽提系统还包括负压抽提泵10、筛网与水气收集系统，这些组件与功能管道一起形成完整的抽提系统。该系统自下而上连接顺序为筛网、功能管道、阀门、流量计22、抽提泵11和水气收集系统；其中筛网包括过滤头8、筛管9。可对抽提的地下水进行二级过滤，地下延伸深度至中部实管的中间位置；其中功能管道为实心PVC材料管，与筛网和阀门相连；其中阀门和流量计连接至PIC控制系统，可与水处理设备处理能力结合，远程控制抽提速率和抽提量；其中水气收集系统包括水气分离系统12、污水处理装置13与废气处理装置14；其中所述的水气分离装置包括一个进水管、废水收集槽、污水管和废气抽提管，抽提的地下水通过进水管15收集至废水收集槽，进水管插入废水收集槽底部，废水通过收集槽侧壁下部的污水管16流入污水处理装置，废气通过顶部废气抽提管17进废气处理装置。

优选地，本发明中所述的回注系统还包括注水泵18、注水管网与过滤器19，这些组件与功能管道一起形成完整的回注系统。该系统自上而下的连接顺序为注水泵18、过滤器19、流量计20、阀门阀2、地上管网；其中过滤器包括过滤网与筛管，可对回注管井内的水进行过滤洁净处理，流量计和阀门连接至PIC控制系统，可与地下水位测试仪结合，控制注入速率和注入量；地上管网和功能管道一起形成注入管网，处理后的水经地上管网分配至各井管，并通过功能管道回注。

更为优选的是，PIC控制系统还包括电子控制器、流量计、水位测试仪21和电子终端；这些构件与抽提控制阀门与回注控制阀门共同形成PIC控制系统，其中抽提控制阀门用于控制抽提速率和抽提量，回注控制阀门用于控制回注速率和注入量；其中流量计为常规流量计，与阀门和电子终端相连；其中水位测试仪为常规水位测试仪，与电子终端相连，测试水位作为回注水量参数设置的依据；其中电子终端包括PC、数据采集器、处理器和软件，可将数据采集器采集的数据输送至处理器，通过软件分析，自动控制电子阀门的流量大小、抽提/注入泵的速率，并将数据上传至PC端，实现实时监控。

更为优选的方式，还包括有密封井盖与水位测试仪，密封井盖、水位测试仪与井管共同形成井。其中密封井盖为水泥浇筑、中间有孔的锥子型井盖，密封时四周覆盖隔水材料，中间预留孔与功能管道连接部分用橡胶圈和防水胶密封；水位测试仪与PIC控制系统相连，可长期监测地下水水位的高度。

更为优选的是，还包括汇集管道和连接软管，一个工作组内的功能管道通过连接软管连接至同一个汇集管道中，汇集管道分别与一套抽提系统和一套回注系统连接。

另外，本发明还公开了化工污染场地土壤和地下水原位修复方法，包括以下步骤：

S1：钻井，并在井内沉入功能管道；

S2：将功能管道分别与抽提系统和回注系统连通；

S3：将抽提控制阀门与回注控制阀门与控制系统连接；

S4：设定不同功能管道处抽提控制阀门和回注控制阀门的开闭规则；

S5：自动进行抽提、回注运行。

其中所述钻井是指：根据污染土壤深度、地下水位埋藏深度与各土层情况钻井，沉入井管。其中井管底部花管的底端至隔水层上端至地下水位埋藏深度的最低水位；其中井管中部实管的底端至地下水位埋藏深度的最低水文上端至地下水埋藏深度的最高水位；其中井管上部花管的底端至地下水位埋藏深度最高水位上端至地面水平高度。

井内沉入功能管道后，还包括有密封井盖和水位测试仪安装步骤，具体来说，是将过滤头和抽提管沉入中部实管中段位置，抽提管上端穿过密封井盖，用橡胶圈和防水胶密封；水位测试仪探头沉入上部花管底端，主机至于井盖顶部固定。

更为优选的方案是，还包括井管外填充步骤，具体来说，是在井管外填充依次填充沙子至井管底部花管上端，膨润土至中部实管上端，沙子至井管上部花管上端；内部填充过滤材料至中部实管上端；井盖四周用隔水材料填充，密封处理。

进一步优选的，所述S4中的开闭规则是，以一定的时间间隔，交替开闭抽提控制阀门和回注控制阀门。

抽提上来的液体，经过污水处理装置13后，通过污水管道23进入到药剂混合罐24，并在该药剂混合罐24中通过加药进行处理后，由注水泵18作用，进入到回注系统中。

实施例2

按照实施例1中公开的方式进行化工污染场地的土壤修复。

江苏省某化工企业退役场地关闭搬迁后，土壤和地下水受到苯、萘和2,4-二硝基甲苯等化合物的污染。综合考虑场地土壤和地下水污染特点，选择热脱附-化学氧化处理土壤，选择多相抽提-异位氧化修复技术处理地下水。

场地四周建止水帷幕，场地内综合布设抽提/注入井。抽提的地下水通过管网收集后，采用异位化学氧化处理技术处理达标后，配比一定量的化学药剂回注入抽提井。随着地下水的不断抽提过程，混有化学药剂的水在地下径流的作用下，不断向抽提井汇集，实现土壤和地下水的化学氧化的同步化学氧化目的。修复工程期内，同步监测土壤和地下水污染物的含量，修复工程竣工后检测结果全部达到修复目标值。

以上所述是本发明的具体实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.化工污染场地土壤和地下水原位修复系统，其特征在于：该系统包括：抽提系统、回注系统、井管、控制系统，所述井管为抽提/回注同管井管，其设置有功能管道，所述功能管道的顶端设置三通头，功能管道分别通过抽提连通管和回注连通管与抽提系统和回注系统连接，所述抽提连通管上设置有抽提控制阀门，所述回注连通管设置有回注控制阀门，所述抽提控制阀门与回注控制阀门受控制系统控制。

2.根据权利要求1所述的化工污染场地土壤和地下水原位修复系统，其特征在于：所述控制系统为PIC控制系统。

3.根据权利要求1所述的化工污染场地土壤和地下水原位修复系统，其特征在于：所述井管为从地面向下延伸至地下土壤污染层中的管道，所述的管道下部为花管，中部为实管，上部为花管；所述底部花管外壁填充沙子，内部填充过滤材料；所述中部实管外壁填充膨润土，内部填充过滤材料；所述上部花管外壁填充沙子，内部不填充。

4.根据权利要求3所述的化工污染场地土壤和地下水原位修复系统，其特征在于：所述功能管道沉入井管中部实管的中间位置。

5.根据权利要求1所述的化工污染场地土壤和地下水原位修复系统，其特征在于：多个井管形成一个工作组，每个工作组中的各个井管功能一致，抽提工作与回注工作在不同工作组中交替进行。

6.根据权利要求5所述的化工污染场地土壤和地下水原位修复系统，其特征在于：井管以矩形阵列式排布在化工污染场地中，其中一列为一个工作组，或者以一行为一个工作组。

7.根据权利要求1所述的化工污染场地土壤和地下水原位修复系统，其特征在于，优选以下任意一个或者多个条件：

a.所述的抽提系统还包括负压抽提泵、筛网与水气收集系统，这些组件与功能管道一起形成完整的抽提系统；

该系统自下而上连接顺序为筛网、功能管道、阀门、流量计、抽提泵和水气收集系统；其中筛网包括过滤头、筛管；

b.所述的回注系统还包括注水泵、注水管网与过滤器，这些组件与功能管道一起形成完整的回注系统；该系统自上而下的连接顺序为注水泵、过滤器、流量计、阀门、地上管网；其中过滤器包括过滤网与筛管；

c.所述PIC控制系统还包括电子控制器、流量计、水位测试仪和电子终端；这些构件与抽提控制阀门与回注控制阀门共同形成PIC控制系统；

d.还包括有密封井盖与水位测试仪，密封井盖、水位测试仪与井管共同形成井；

其中密封井盖为水泥浇筑、中间有孔的锥子型井盖，密封时四周覆盖隔水材料，中间预留孔与功能管道连接部分用橡胶圈和防水胶密封；水位测试仪与PIC控制系统相连，可长期监测地下水水位的高度。

8.根据权利要求5所述的化工污染场地土壤和地下水原位修复系统，其特征在于，还包括汇集管道和连接软管，一个工作组内的功能管道通过连接软管连接至同一个汇集管道中，汇集管道分别与一套抽提系统和一套回注系统连接。

9.化工污染场地土壤和地下水原位修复方法，其是以权利要求1-8中任意一项所述的化工污染场地土壤和地下水原位修复系统为基础，包括以下步骤：

S1：钻井，并在井内沉入功能管道；

S2：将功能管道分别与抽提系统和回注系统连通；

S3：将抽提控制阀门与回注控制阀门与控制系统连接；

S4：设定不同功能管道处抽提控制阀门和回注控制阀门的开闭规则；

S5：自动进行抽提、回注运行。

10.根据权利要求9所述的化工污染场地土壤和地下水原位修复方法，其特征在于，优选以下任意条件：

a.所述钻井是指：根据污染土壤深度、地下水位埋藏深度与各土层情况钻井，沉入井管；

其中井管底部花管的底端至隔水层上端至地下水位埋藏深度的最低水位；其中井管中部实管的底端至地下水位埋藏深度的最低水文上端至地下水埋藏深度的最高水位；其中井管上部花管的底端至地下水位埋藏深度最高水位上端至地面水平高度；

b.井内沉入功能管道后，还包括有密封井盖和水位测试仪安装步骤，具体来说，是将过滤头和抽提管沉入中部实管中段位置，抽提管上端穿过密封井盖，用橡胶圈和防水胶密封；水位测试仪探头沉入上部花管底端，主机至于井盖顶部固定；

c.还包括井管外填充步骤，具体来说，是在井管外填充依次填充沙子至井管底部花管上端，膨润土至中部实管上端，沙子至井管上部花管上端；内部填充过滤材料至中部实管上端；井盖四周用隔水材料填充，密封处理；

d.所述S4中的开闭规则是，以一定的时间间隔，交替开闭抽提控制阀门和回注控制阀门。