CN110104755A - 一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统 - Google Patents

一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统，包括修复药剂注入单元和加速地下水修复药剂扩散单元，所述修复药剂注入单元包括注药罐、注药井，注药罐与注药井之间由注药管道相连接；所述加速地下水修复药剂扩散单元包括抽水井、地表处理系统和注水井，抽水井的底部安装有潜水抽水泵，潜水抽水泵通过抽水管道与地表处理系统的进水口相连接，地表处理系统的出水口经注水管道与注水井连接；所述注水井、注药井和抽水井的侧面分别设有与地下水含水层相连通的流通小孔。本发明可以使地下水原位修复药剂顺利进入含水层介质孔隙，提高药剂修复效率，彻底修复受污染地下水，减少反弹，缩短修复工期，具有广阔的应用前景。

Description

一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统
技术领域
本发明涉及地下水修复技术领域，具体是一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统。
技术背景
地下水污染及修复近年来受到了重视，诸多地下水修复技术，如原位化学技术、抽出处理、生物修复技术、自然降解、自然恢复等技术也在逐渐应用到实际工程中。原位化学技术通过向地下水污染区域注入修复药剂，通过氧化/还原作用，使地下水中的污染物转化为无毒或相对毒性较小的物质的一项技术。该技术对污染物进行就地处置和降解，不需要挖出或移除污染土壤或地下水，只需要将修复药剂注射到地下，因此成本相对较低，且化学反应速度快、强度大，清除时间相对较短，能解决深层地下水污染问题，避免深基坑开挖、二次污染等问题，安全性和经济性大大提高而受到青睐。一般投加修复药剂可以通过钻井直接注入，但由于地下水流动缓慢，直接通过钻井投加修复药剂存在着扩散速度慢、扩散范围有限等问题，修复药剂难以顺利进入含水层介质孔隙，因此存在修复效果不明显的缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统，通过该系统使地下水原位修复药剂能顺利进入含水层介质孔隙，提高药剂修复效率，彻底修复受污染地下水，减少反弹，缩短修复工期。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统，包括修复药剂注入单元和加速地下水修复药剂扩散单元，所述修复药剂注入单元包括注药罐、注药井，注药罐与注药井之间由注药管道相连接；所述加速地下水修复药剂扩散单元包括抽水井、地表处理系统和注水井，抽水井的底部安装有潜水抽水泵，潜水抽水泵通过抽水管道与地表处理系统的进水口相连接，地表处理系统的出水口经注水管道与注水井连接；所述注水井、注药井和抽水井的侧面分别设有与地下水含水层相连通的流通小孔。
本发明所述注药井和抽水井的底部分别安装有水位感应器；所述注药管道、抽水管道以及注水管道上分别安装有控制阀和电磁流量计；潜水抽水泵、水位感应器、控制阀和电磁流量计均与控制系统相连接实现自动控制。
本发明所述注药井位于注水井与抽水井之间。
本发明所述地表处理系统由吹脱塔和活性炭吸附塔构成，吹脱塔的入口与抽水管道相连接，吹脱塔的出口与活性炭吸附塔连接，活性炭吸附塔的出口连接注水管道。
本发明所述抽水管道上设有取样孔。
本发明所述注药罐内部设置有搅拌器。
本发明所述抽水井与注药井之间的距离在抽水井的影响半径范围R内。
本发明的水动力调控系统具有如下有益效果：
1)利用本发明水动力调控系统组成的井群控制系统，通过抽水或向地下水含水层中注水，加大注水井与抽水井之间及周围流场的水力坡度，使流向抽水井的水流速度加大。在抽水井与注水井之间的注药井中注入地下水修复药剂，修复药剂可随地下水运移而迁移扩散，可加快地下水修复药剂的扩散速率和扩大扩散范围。
2)本发明水动力调控系统，能保证抽出地下水量和回灌地下水量基本平衡，对地基承载力基本无影响；可实现定深度修复，修复深度大、药剂修复效率高；且能彻底修复受污染地下水，无反弹；并有效提高修复药剂扩散范围和扩散速度。
3)本发明水动力调控系统设计合理，设备相对简单，操作方便可行，可应用于原位化学修复工程中加快地下水修复药剂扩散速率和扩大修复药剂扩散范围。
附图说明
图1是本发明一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统的俯视示意图。
图2是本发明一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统的立面结构示意图。
图3是利用本发明水动力调控系统构成井群控制系统的布井方式。
图中：1-注药罐，2-搅拌器，3-地下水修复药剂，4-注药控制阀，5-电磁流量计①，6-注药管道，7-注药井，8-水位感应器①，9-抽水井，10-抽水管道，11-潜水抽水泵，12-电磁流量计②，13-控制系统，14-取样孔，15-水位感应器②，16-抽水控制阀，17-地表处理系统，18-地下水包气带，19-地下水含水层，20-泥岩层，21-注水管道，22-注水井，23-注水控制阀，24-电磁流量计③，25-吹脱塔，26-活性炭吸附塔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
如图1、图2所示，本发明一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统，包括修复药剂注入单元和加速地下水修复药剂扩散单元。
所述修复药剂注入单元包括注药罐1、注药管道6、注药控制阀4、电磁流量计①5、注药井7、水位感应器①8，注药罐1内放入地下水修复药剂3，注药罐1与注药井7之间由注药管道6相连接，注药管道上依次安装有注药控制阀4和电磁流量计①5，注药罐1内部设置有搅拌器2，注药管道6伸入注药井7内，在注药井7的下部安装有水位感应器①8。
所述加速地下水修复药剂扩散单元包括抽水井9、潜水抽水泵11、抽水管道10、电磁流量计②12、取样孔14、水位感应器②15、地表处理系统17、注水井22、注水控制阀23、电磁流量计③24，抽水井9底部设置有潜水抽水泵11以及水位感应器②15，潜水抽水泵11经抽水管道10与地表处理系统17相连接，抽水管道10上安装有电磁流量计②12、抽水控制阀16，并设有取样孔14，注水井22与地表处理系统17之间通过注水管道21连接，注水管道21上依次串接注水控制阀23、电磁流量计③24。
所述地表处理系统17由吹脱塔25和活性炭吸附塔26构成，吹脱塔25的入口与抽水管道10相连接，吹脱塔25的出口与活性炭吸附塔26连接，活性炭吸附塔26的出口连接注水管道21。地下水经地表处理系统17处理后通过注水管道21注入注水井22。
本发明所述注药井7位于注水井22与抽水井9之间，且抽水井9与注药井7之间的距离在抽水井9影响的半径范围R内。
本发明所述注药井7、注水井22及抽水井9依次穿过地下水包气带18、地下水含水层19及泥岩层20，注药井7、注水井22及抽水井9的侧壁均设有与地下水含水层19相连通的流通小孔，且井底穿孔。
本发明所述潜水抽水泵11、两个水位感应器、三个控制阀以及三个电磁流量计均与控制系统13相连接实现自动控制。
本发明所述注药罐1体积为5m3，搅拌器2转速为60～80r/min，注药速率为2.5m3/h。
本发明所述注药管道6直径为40mm，注药井7内径为180mm。
本发明所述潜水抽水泵11抽水流量为3～25m3/h。
本发明所述抽水井9内径为350mm。
本发明所述抽水管道10内径为100mm。
本发明所述注水井22内径为180mm。
应用本发明一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统的方法，包括如下步骤：
步骤1，布设井群控制系统
(1)建设注药井、注水井和抽水井
a.开展水文地质调查和场地环境调查，明确场区水文地质特征、场区地下水污染物分布范围、浓度特征等。
b.布设井群及建井。参考水文地质条件和场区污染特征布设注药井、注水井和抽水井，如图3所示，在地下水修复区域内，布设8组修复药剂注入单元和加速地下水修复药剂扩散单元，注药井和抽水井之间的距离在抽水井影响半径R之内。要求注药井、注水井和抽水井揭穿圆砾层，并进入泥岩层以下6m，在含水层位置安装滤水管，滤水管与孔壁之间填砾石和石英砂。在成井之后，立即进行洗井。
(2)地面处理系统的布置
a.布设管网及电路
在每口抽水井井口处设置井台，安装电源开关控制系统，抽水管道设置取样孔、水量控制阀、电磁流量计等。在抽水井井内设置水位感应器，当水位低于潜水抽水泵时，传输信号至电源开关控制系统，自动停止抽水。抽水管道、注水管道和注药管道均采用具有抗水力冲击、防腐蚀性能的PE管。
b.建立地表处理系统：地下污水通过潜水抽水泵由抽水井抽出，经管网系统进入地表处理系统，调节水质后进入吹脱塔、活性炭吸附塔处理后确保出水满足回灌要求。
步骤2，改变场区地下水水力坡度
利用抽水和向含水层注水增大注水井与抽水井之间及周围流场的水力坡度，使地下水流向抽水井的水流速度加大。
(1)抽水
开启控制系统使潜水抽水泵稳定抽水，如图3，具体抽水流量为C-1①～④：15～20m3/h、C-2①～④：9～12m3/h、C-3①～④：3～4m3/h。
(2)回灌
潜水抽水泵稳定抽水24h后，开启注水控制阀，抽出的地下水经地表处理系统处理满足回灌要求后，通过管网进入注水井，以密闭、空气加压的形式将处理达标的水体回灌到地下水含水层，注水流量为9～18m3/h。
步骤3，注入地下水修复药剂
通过调整抽水井抽水流量和注水井注水流量，使场区地下水形成稳定流场后。将地下水修复药剂与清水按常规要求的比例在注药罐中溶配成混合溶液，开启搅拌器搅拌均匀后，打开注药控制阀，注药流量为0.3～1.2m3/h。修复药剂经注药管道进入地下水含水层，修复药剂可随地下水运移而加速迁移扩散。
步骤4，药剂反应后期监测
完成修复药剂注射待药剂充分反应后，在已完成一轮注射修复区域扩散半径范围内设立若干5cm PVC的地下水监测井，在抽水井取样孔、注药井、注水井和地下水监测井取一定地下水水样，现场快速结合实验室检测获取修复药剂残留、pH值以及污染物浓度的参数，以检验原位修复效果及监测药剂残留情况；该步骤作用在于指导药剂投加参数的优化设计，作为是否进行二轮或多轮注射补充修复的依据。
以下是本发明的实施例：
实施例1：
本项目为西南某化工厂地下水修复工程，地下水修复面积24.7万平。本场地存在两层粉质粘土、含水层为圆砾层，地下水埋藏较深(约8～20m)且丰富。地下水中目标污染物为1,2-二氯丙烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,1-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、苯和三氯甲烷等VOCs和SVOCs类有机物。修复技术主要采用抽出处理技术和原位化学氧化技术。第一阶段采用抽出处理技术，污染物大幅度去除或修复达标，但部分区域1,1-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷和三氯甲烷仍严重超标。第二阶段采用原位化学氧化技术，期间采用注入井直接注入氧化剂修复地下水，存在成本高、扩散半径小、施工进度慢、反浆严重等缺陷。为了解决原位修复工程中的复杂难题，在第三阶段采用本发明水动力调控系统进行原位化学氧化法去除污染区域地下水中1,1-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷和三氯甲烷，实践表明单一工艺技术无法解决复杂污染场地的工程修复。各阶段地下水修复技术应用和污染物去除效果见表1。
实施例2：
本项目为广西某有机污染场地地下水修复工程，地下水修复工程量50万立方米。本场地存在一层粉质粘土、含水层为圆砾层，地下水埋藏较浅，含水层厚度为3～7m。地下水中目标污染物为氯乙烯、1,1,2-三氯乙烷和1,1-二氯乙烷等氯代烃有机物污染物。工程期间采用本发明水动力调控系统进行原位化学氧化法去除污染区域地下水中有机污染物，具体处理效果见表2。
实施例3：
本项目为某机械厂场地地下水修复工程，修复面积约60亩。场地地层自上而下为杂填土、粘土、含水层为圆砾层，含水层厚度约为2～4m。原厂址地下水受到四氯化碳、氯乙烯、三氯甲烷污染。工程期间采用本发明水动力调控系统进行原位化学氧化法去除污染区域地下水中有机污染物，项目完成后，修复效果达到修复目标要求，项目顺利通过验收，具体处理效果见表3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
表1地下水修复阶段效果
注：ND表示未检出。
表2实施例2地下水修复效果
污染物 1,1,2-三氯乙烷 氯乙烯 1,1-二氯乙烷
修复前污染物浓度(μg/L) 990 230 1350
修复目标(μg/L) 121 90 530
验收数据(μg/L) 38 ND 110
本系统和方法去除效率(％) 96.2 100 91.9
注：ND表示未检出。
表3实施例3地下水修复效果
污染物 四氯化碳 氯乙烯 三氯甲烷
修复前污染物浓度(μg/L) 197 160 890
修复目标(μg/L) 50 90 325
验收数据(μg/L) ND ND 45
本系统和方法去除效率(％) 100 100 86.2
注：ND表示未检出。

Claims (7)

1.一种用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统，其特征在于，包括修复药剂注入单元和加速地下水修复药剂扩散单元，所述修复药剂注入单元包括注药罐、注药井，注药罐与注药井之间由注药管道相连接；所述加速地下水修复药剂扩散单元包括抽水井、地表处理系统和注水井，抽水井的底部安装有潜水抽水泵，潜水抽水泵通过抽水管道与地表处理系统的进水口相连接，地表处理系统的出水口经注水管道与注水井连接；所述注水井、注药井和抽水井的侧面分别设有与地下水含水层相连通的流通小孔。
2.根据权利要求1所述用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统，其特征在于，所述注药井和抽水井的底部分别安装有水位感应器；所述注药管道、抽水管道以及注水管道上分别安装有控制阀和电磁流量计；潜水抽水泵、水位感应器、控制阀和电磁流量计均与控制系统相连接实现自动控制。
3.根据权利要求1或2所述用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统，其特征在于，所述注药井位于注水井与抽水井之间。
4.根据权利要求1或2所述用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统，其特征在于，所述地表处理系统由吹脱塔和活性炭吸附塔构成，吹脱塔的入口与抽水管道相连接，吹脱塔的出口与活性炭吸附塔连接，活性炭吸附塔的出口连接注水管道。
5.根据权利要求1或2所述用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统，其特征在于，所述抽水管道上设有取样孔。
6.根据权利要求1或2所述用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统，其特征在于，所述注药罐内部设置有搅拌器。
7.根据权利要求1或2所述用于加速地下水原位修复药剂扩散的水动力调控系统，其特征在于，所述抽水井与注药井之间的距离在抽水井的影响半径范围R内。
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