CN110627263A - 一种地下水轻质非水相液体污染物清理系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于污染地下水环境修复工程技术领域，具体提供了一种地下水轻质非水相液体污染物清理系统，包括污水处理模块、盛有地下水层及轻质非水相液体层的地下水抽提井，轻质非水相液体层漂浮于地下水层表面，还包括地下水位监控模块、液相抽出模块和气相抽出模块；地下水位监控模块用于实时监控地下水抽提井的液位，并将液位反馈至液相抽出模块和气相抽出模块；液相抽出模块用于根据液位抽取位于地下水表面的轻质非水相液体至污水处理模块；气相抽出模块用于根据液位对地下水抽提井上方抽真空形成负压至污水处理模块。该系统能极大的提高非水相液体的修复效率和修复效果，可以降低或消除“拖尾”效应的影响，并避免非水相液体的污染范围扩大。

Description

一种地下水轻质非水相液体污染物清理系统

技术领域

本发明属于污染地下水环境修复工程技术领域，具体涉及一种地下水轻质非水相液体污染物清理系统。

背景技术

地下水是水资源的重要组成部分，由于其水量稳定，水质好，是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。此外，地下水具有分布广、水质优良等特点，地下水在人们的生活中作用不可忽视。然而，由于人们有意识或无意识的破坏，如城市污水的排放、工业“三废”的排放、大量农药化肥的使用等，导致地下水污染问题越发严重。

地下水修复技术包括抽出—处理技术、多相抽提技术、空气注入技术、循环井技术、电动修复技术、原位热处理技术、原位化学氧化(还原)技术、可渗透反应墙技术和自然衰竭技术等。

其中，多相抽提(MPE)技术通过使用真空提取等手段，同时抽取地下污染区域的土壤气体、地下水和非水相液体(NAPL)到地面进行相分离、处理，以控制和修复地下水中有机物污染的环境修复技术。与传统地下水修复技术相比，多相抽提技术能同时处理以蒸汽、地下水和非水相液体(NAPL)形式存在的污染物，处理污染物的范围更大，对污染地下水尤其是对含NAPL的污染地下水的修复效果更为显著。多相抽提技术适用于处理易挥发、易流动的非水相液体(NAPL)，如汽油、柴油、有机溶剂等。但不宜用于渗透性差或者地下水水位变动较大的场地。

多相抽提系统又可以分为单泵系统和双泵系统。其中，单泵系统仅由真空设备提供抽提动力，只适合渗透性较好的场地，处理深度一般在10m以内。双泵系统则由真空设备和水泵共同提供抽提动力，系统运行较为灵活，对一定范围内的含水层具有较好的适应性，修复深度可以大于10m。然而，传统的双泵多相抽提系统在处理轻质非水相液体(LNAPL)时也存在着一些问题：

(1)轻质非水相液体(LNAPL)具有比重小、非混溶于水的特点，超过土壤持留能力的LNAPL通常漂浮在潜水面以上，形成浮油层。浮油层中的LNAPL污染物会不断溶解于水中，且其污染范围易随着地下水水位的波动而扩大。传统的多相抽提虽可以抽提LANPL汇流到抽提井中，但却难以控制浮油层沿着地下水位的漏斗面下降而在含水层残留，导致地下水的修复效率降低，加剧“拖尾”效应，同时还造成污染范围扩大。

(2)传统多相抽提系统的液相、气相抽出量波动大，对后续的多相分离及污染物物处理环节负荷冲击较大，降低其处理效率和效果。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中传统多相抽提系统修复效率低的问题。

为此，本发明提供了一种地下水轻质非水相液体污染物清理系统，包括污水处理模块、盛有地下水层及轻质非水相液体层的地下水抽提井，所述轻质非水相液体层漂浮于所述地下水层表面，还包括地下水位监控模块、液相抽出模块和气相抽出模块；

所述地下水位监控模块用于实时监控所述地下水抽提井的液位，并将所述液位反馈至所述液相抽出模块和气相抽出模块；

所述液相抽出模块用于根据所述液位抽取位于地下水表面的轻质非水相液体至所述污水处理模块；

所述气相抽出模块用于根据所述液位对所述地下水抽提井上方抽真空形成负压至所述污水处理模块。

优选地，所述地下水位监控模块包括中心控制器及位于所述轻质非水相液体内的水位传感器，所述水位传感器与所述中心控制器电连接。

优选地，所述液相抽出模块包括抽出水泵，所述抽出水泵浸没于轻质非水相液体内，所述抽出水泵与所述污水处理模块的液相进口的连接管路上安设有抽出控制阀，所述抽出控制阀与所述中心控制器电连接。

优选地，所述抽出水泵通过可沿着所述地下水抽提井纵向移动的伸缩组件连接。

优选地，所述伸缩组件包括电机及蜗轮蜗杆结构，所述电机与所述中心控制器电连接，所述蜗轮蜗杆结构的输入端与所述电机连接，所述蜗轮蜗杆的输出端与所述抽出水泵连接。

优选地，所述气相抽出模块包括真空泵，所述真空泵位于所述地下水抽提井的顶端，所述真空泵与所述污水处理模块的气相进口的连接管路上安设有真空控制阀，所述真空控制阀与所述中心控制器电连接。

优选地，所述真空泵为液环泵、喷射泵或鼓风机。

优选地，所述地下抽提井上方通过井盖密封连接。

优选地，所述液位为漂浮于地下水层上面的轻质非水相液体层的表面位置高度。

优选地，所述污水处理模块包括油水分离器、混凝沉淀装置及活性炭吸附装置。

本发明的有益效果：本发明提供的这种地下水轻质非水相液体污染物清理系统，包括污水处理模块、盛有地下水层及轻质非水相液体层的地下水抽提井，轻质非水相液体层漂浮于地下水层表面，还包括地下水位监控模块、液相抽出模块和气相抽出模块；地下水位监控模块用于实时监控地下水抽提井的液位，并将液位反馈至液相抽出模块和气相抽出模块；液相抽出模块用于根据液位抽取位于地下水表面的轻质非水相液体至污水处理模块；气相抽出模块用于根据液位对地下水抽提井上方抽真空形成负压至污水处理模块。该系统能极大的提高非水相液体的抽出效率，能在较短的工期内有效的将非水相液体抽出，极大的提高修复效率和修复效果，可以降低或消除“拖尾”效应的影响，并避免非水相液体的污染范围扩大。本发明对含轻质非水相液体污染地下水修复效果显著，也可用于常规地下水污染场地的修复。本发明智能化程度高，操作简单，适用广泛，耗时短，经济可行，可适用于各类型地下水污染场地的修复，实现了土地的资源化利用，具有良好的环境效益和社会效益。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明地下水轻质非水相液体污染物清理系统的结构示意图。

附图标记说明：抽出水泵1、真空泵2、中心控制器3、抽出控制阀4、真空控制阀5、水位传感器6、污水处理模块7、液相进口71、气相进口72、井盖8、地下水抽提井9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明实施例提供了一种地下水轻质非水相液体污染物清理系统，包括污水处理模块7、盛有地下水层及轻质非水相液体层的地下水抽提井9，所述轻质非水相液体层漂浮于所述地下水层表面，还包括地下水位监控模块、液相抽出模块和气相抽出模块；所述地下水位监控模块用于实时监控所述地下水抽提井9的液位，并将所述液位反馈至所述液相抽出模块和气相抽出模块；所述液相抽出模块用于根据所述液位抽取位于地下水表面的轻质非水相液体至所述污水处理模块7；所述气相抽出模块用于根据所述液位对所述地下水抽提井9上方抽真空形成负压至所述污水处理模块7。

由此可知，通过水位监控模块实时监控地下水抽提井9内的液位高度，当高度过高时，需要相应加大液相抽出模块的功率，同时减小气相抽出模块的功率其中，液相抽出模块位于轻质非水相层内，气相抽出模块位于地下抽出井的顶端，二者配合在保证液体抽提流量的同时维持地下水水位稳定在设定深度范围。

轻质非水相液体(LNAPL)水溶性差，分布于地下水表层且随地下水水位波动大，当地下水位发生变化时，抽出水泵1的抽取效率也会发生变化。利用这一特点，根据地下水位监控模块已探明的轻质非水相液体分布区域(深度、范围及厚度)，设计液相抽出模块进水口位置略低于轻质非水相液体层下界面，优先抽出非水相液体，在启动抽提水泵的同时启动真空泵2，并将二者通过智能连锁控制，利用抽水产生的水位降和真空泵2负压产生的水位提升相叠加，在保证液体抽提流量稳定的同时维持地下水水位稳定，避免出现地下水水位变化过大的情况。

该系统能极大的提高非水相液体的抽出效率，能在较短的工期内有效的将非水相液体抽出，极大的提高修复效率和修复效果，可以降低或消除“拖尾”效应的影响，并避免非水相液体的污染范围扩大。

优选的方案，所述地下水位监控模块包括中心控制器3及位于所述轻质非水相液体内的水位传感器6，所述水位传感器6与所述中心控制器3电连接。中心控制器3通过水位传感器6采集地下水位高度位置，然后控制液相抽出模块和气相抽出模块的功率。

优选的方案，所述液相抽出模块包括抽出水泵1，所述抽出水泵1浸没于轻质非水相液体内，所述抽出水泵1与所述污水处理模块7的液相进口71的连接管路上安设有抽出控制阀4，所述抽出控制阀4与所述中心控制器3电连接。如图1所示，抽出水泵1潜于非轻质液相层与地下水层的交界处。抽出水泵1与抽出控制阀4通过管道连接，抽出控制阀4与污水处理模块7上部的液相进口71管道连接。水位传感器6通过信号传输线与中心控制器3相连，中心控制器3通过水位传感器6得知水位高度来控制抽出控制阀4的阀门开度，从而控制抽取速度。

优选的方案，所述抽出水泵1通过可沿着所述地下水抽提井9纵向移动的伸缩组件连接。当水位变化较大时，可以通过调整伸缩组件以调节抽出水泵1的高度。

优选的方案，所述伸缩组件包括电机及蜗轮蜗杆结构，所述电机与所述中心控制器3电连接，所述蜗轮蜗杆结构的输入端与所述电机连接，所述蜗轮蜗杆的输出端与所述抽出水泵1连接。中心控制器3得知水位发生变化后，也可以通过控制抽出水泵1的高度来保证抽出水泵1始终位于非轻质液相层底部。

优选的方案，所述气相抽出模块包括真空泵2，所述真空泵2位于所述地下水抽提井9的顶端，所述真空泵2与所述污水处理模块7的气相进口72的连接管路上安设有真空控制阀5，所述真空控制阀5与所述中心控制器3电连接。当中心控制器3得知地下水位下降时，加大真空控制阀5的开度。抽出水泵1可根据地下水水位和非水相液体的厚度调节进水口深度位于轻质非水相液体区域，且能够随着水位传感装置反馈的水位信号调节深度，保证优先抽出地下水水面以上的轻质非水相液体。抽出水泵1可根据抽出污染物的理化性质、地下水污染深度和抽提井回水速率等来选择适当的抽提动力提供方式、功率、规格和材质等。

真空泵2可通过抽真空在地下水抽提井9内形成负压，除了可将含水层内的挥发性有机物抽出处理外，还可产生一个流向抽提井的负水力梯度，在抽提井内产生一个与真空度相等的水位提升。真空泵2通过中心控制器3和真空控制阀5的控制，随着水位传感装置反馈的水位信号调节真空泵2的流量，使抽出水泵1抽水产生的水位降和真空泵2负压产生的水位提升相叠加，在保证液体抽提流量的同时维持地下水水位稳定在设定深度，避免出现地下水水位变化过大的情况。真空泵2可根据抽出的挥发性污染物的理化性质、地下水污染深度、所需维持的真空度等来选择适当的抽提动力提供方式、功率、规格和材质等。可根据具体情况选用液环泵、喷射泵和鼓风机等。

中心控制器3为本系统的智能控制模块，该模块可以接收来自水位传感器6、抽出控制阀4和抽出控制阀4传递过来的水位和流量(压力)信号，通过将地下水水位传感装置传递的水位信号与预设的地下水水位限值进行对比分析，分别向抽出控制阀4和抽出控制阀4传递相应的指令信号，以控制抽出水泵1和真空泵2的流量(压力)，在保证液体抽提流量的同时维持地下水水位稳定在设定深度范围。

水位传感器6可将地下水实时水位传递至中心控制器3，通过中心控制器3将地下水水位传感装置传递的水位信号与预设的地下水水位限值进行对比分析，分别向抽出控制阀4和抽出控制阀4传递相应的指令信号，以控制调节抽出水泵1和真空泵2的流量(压力)，在保证液体抽提流量的同时维持地下水水位稳定在设定深度范围。

优选的方案，所述地下抽提井上方通过井盖8密封连接。地下抽提井上方通过井盖8密封，真空泵2便可将水位上方进行抽真空形成负压。

优选的方案，所述液位为漂浮于地下水层上面的轻质非水相液体层的表面位置高度。

优选的方案，所述污水处理模块7包括油水分离器、混凝沉淀装置及活性炭吸附装置。污水处理模块7为常规处理设备的组合，配备了多相分离单元、污水处理单元和气体处理单元，各单元的工艺可根据污染物类型进行配置，如油水分离、混凝沉淀、高级氧化、活性炭吸附等。

在一个具体地实时场景中：

根据污染场地地下水文地质条件、地下水污染情况建设地下水抽提井9；根据地下水渗透性、回水率及项目工期设计抽提井数量、抽出流量；根据地下水抽提井9井径大小设计抽出水泵1尺寸；根据地下水污染物特性、浓度设计污水处理模块7的单元配置及其工艺参数等；根据已探明的轻质非水相液体分布区域(深度、范围及厚度)，设计抽出水泵1进水口位置略低于轻质非水相液体层下界面，优先抽出非水相液体；将所有装置通过管道连接完成，将多相抽提控制系统及多相分离与处理装置调试完成后，开始地下水的多相抽提修复处理。

在启动抽出水泵1的同时启动真空泵2，并将二者通过智能连锁控制，利用抽水产生的水位降和真空泵2负压产生的水位提升相叠加，在保证液体抽提流量的同时维持地下水水位稳定。抽出的流体经多相分离后，含有污染物流体被分为气相、液相和有机相等形态，分别进行处理，处理达标后排入市政污水管网或者回用。定期在污水处理设施进水口取水样进行检测，待进水检测满足修复标准后，停止多相抽提处理，对抽提范围内地下水进行验收检测，达标后停止修复施工并撤场。

该系统能极大的提高非水相液体的抽出效率，能在较短的工期内有效的将非水相液体抽出，极大的提高修复效率和修复效果，可以降低或消除“拖尾”效应的影响，并避免非水相液体的污染范围扩大。本发明对含轻质非水相液体污染地下水修复效果显著，也可用于常规地下水污染场地的修复。本发明智能化程度高，操作简单，适用广泛，耗时短，经济可行，可适用于各类型地下水污染场地的修复，实现了土地的资源化利用，具有良好的环境效益和社会效益。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地下水轻质非水相液体污染物清理系统，包括污水处理模块、盛有地下水层及轻质非水相液体层的地下水抽提井，所述轻质非水相液体层漂浮于所述地下水层表面，其特征在于：还包括地下水位监控模块、液相抽出模块和气相抽出模块；

所述地下水位监控模块用于实时监控所述地下水抽提井的液位，并将所述液位反馈至所述液相抽出模块和气相抽出模块；

所述液相抽出模块用于根据所述液位抽取位于地下水表面的轻质非水相液体至所述污水处理模块；

所述气相抽出模块用于根据所述液位对所述地下水抽提井上方抽真空形成负压至所述污水处理模块。

2.根据权利要求1所述的地下水轻质非水相液体污染物清理系统，其特征在于：所述地下水位监控模块包括中心控制器及位于所述轻质非水相液体内的水位传感器，所述水位传感器与所述中心控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的地下水轻质非水相液体污染物清理系统，其特征在于：所述液相抽出模块包括抽出水泵，所述抽出水泵浸没于轻质非水相液体内，所述抽出水泵与所述污水处理模块的液相进口的连接管路上安设有抽出控制阀，所述抽出控制阀与所述中心控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的地下水轻质非水相液体污染物清理系统，其特征在于：所述抽出水泵通过可沿着所述地下水抽提井纵向移动的伸缩组件连接。

5.根据权利要求4所述的地下水轻质非水相液体污染物清理系统，其特征在于：所述伸缩组件包括电机及蜗轮蜗杆结构，所述电机与所述中心控制器电连接，所述蜗轮蜗杆结构的输入端与所述电机连接，所述蜗轮蜗杆的输出端与所述抽出水泵连接。

6.根据权利要求2所述的地下水轻质非水相液体污染物清理系统，其特征在于：所述气相抽出模块包括真空泵，所述真空泵位于所述地下水抽提井的顶端，所述真空泵与所述污水处理模块的气相进口的连接管路上安设有真空控制阀，所述真空控制阀与所述中心控制器电连接。

7.根据权利要求6所述的地下水轻质非水相液体污染物清理系统，其特征在于：所述真空泵为液环泵、喷射泵或鼓风机。

8.根据权利要求1所述的地下水轻质非水相液体污染物清理系统，其特征在于：所述地下抽提井上方通过井盖密封连接。

9.根据权利要求1所述的地下水轻质非水相液体污染物清理系统，其特征在于：所述液位为漂浮于地下水层上面的轻质非水相液体层的表面位置高度。

10.根据权利要求1所述的地下水轻质非水相液体污染物清理系统，其特征在于：所述污水处理模块包括油水分离器、混凝沉淀装置及活性炭吸附装置。