CN110713248A - 地下水常压化学氧化注入装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水常压化学氧化注入装置，包括：配药罐、药剂输送管、药剂注入泵和注入井；注入井设置于污染区域，药剂注入泵的输入口与配药罐相连通，药剂注入泵的输出口通过药剂输送管输出至注入井中；药剂输送管上设置有流量计、压力表和阀门；药剂注入泵的注入压力为0.1～0.2MPa；注入井之间的间距根据污染区域的地下水流速确定。通过本发明的技术方案，在自然条件下使药剂扩散覆盖污染区域，达到去除污染物效果，提高了反应效率，且避免了注入压力过高导致药剂扩散不均匀、地面反浆等不良现象。

Description

地下水常压化学氧化注入装置

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种地下水常压化学氧化注入装置。

背景技术

地下水是淡水资源的重要组成部分，在人类社会发展中起着举足轻重的作用，但是工业废物随意堆放、农药化肥的大量使用、石油开采、运输、装卸、储存、加工及使用过程中的泄露，都造成了严重的水土污染，其中地下水有机污染的主要来源为石油及石油产品的泄露。

针对地下水有机污染，一些修复技术也被相应提出。抽取处理技术是最常见的地下水有机污染异位修复技术之一，该技术在去除污染源、控制污染羽及降低水相污染物浓度等方面，效果显著，但由于该技术在处理后期出现污染物浓度拖尾与反弹效应，修复时间一般较长。目前在有机污染场地中应用较多的原位修复技术主要有原位化学氧化工艺、监测自然衰减、原位可渗透反应墙工艺、热处理工艺等。

原位化学氧化技术(in situ chemical oxidation,ISCO)通过将高锰酸盐、顿试剂、臭氧或过硫酸盐等强氧化剂注入到地下水中，使其在污染晕内迁移，与污染地下水充分接触，将污染物氧化，具有反应迅速、操作简单等优点。常见的施工方法有直推式注入法、井注入法、高压旋喷注入等。

直推式注入法需采用专用的注入设备，进行一次性短期注入药剂，药剂在地下反应时间短，若药剂扩散不均匀或反应不充分需要反复注入，造成药剂的浪费。高压旋喷注入是利用高压旋喷机将药剂注入地下，该技术影响半径较小，在粘土地层中注入半径不超过2m，在砂石含水层中注入半径更小。并且高压旋喷注入过程中，会破坏含水层原状结构，形成优势通道，存在短流的风险。高压旋喷在污染深度较浅的场地注入反浆现象严重，效率低下。

井注入法是指在污染区域建设注入井注入药剂。其注入周期相对直推注入工艺和高压旋喷工艺相对较长，反应效率更高。目前原位井注入工艺普遍采用加压注入，给予一定压力强迫药剂在含水层中扩散迁移，未考虑地下水自然流动情况以及注入药剂对污染物的驱替作用，存在注入反浆、药剂扩散不均匀、促进污染迁移等不良因素和风险。

此外，目前对有机污染物化学氧化修复常用的氧化药剂有芬顿试剂、高锰酸盐、过硫酸盐等。芬顿试剂反应剧烈，2h内可完成氧化反应，使用过程中药剂浪费严重，并且其反应产物含有大量的Fe(III)沉淀物，会严重堵塞注入井和含水层，原位井注入技术不适宜采用芬顿试剂。高锰酸盐在地下环境中可以维持一到两天的反应能力，具有一定的持续性，但高锰酸盐还原产物二氧化锰为沉淀物，同样存在堵塞含水层和注入井的风险，不宜选用。过硫酸盐可分为活化过硫酸盐和非活化过硫酸盐两种。过硫酸盐经过Fe(II)或者碱激活后，具有极强的氧化能力，可在短时间氧化有机物，但是同样会生成沉淀物；非活化过硫酸盐是一种温和的氧化药剂，可以在地下环境中维持15天以上的氧化反应活性，且有机污染地下水中存在少量的Fe(II)可以对激活部分过硫酸盐，不会生成沉淀。

发明内容

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种地下水常压化学氧化注入装置，通过配药罐、药剂注入泵、药剂输送管和注入井，将药剂缓慢而持续地以常压状态注入地下环境，在自然条件下使药剂扩散覆盖污染区域，达到去除污染物效果，提高了反应效率，且避免了注入压力过高导致药剂扩散不均匀、地面反浆等不良现象。

为实现上述目的，本发明提供了一种地下水常压化学氧化注入装置，包括：配药罐、药剂输送管、药剂注入泵和注入井；所述注入井设置于污染区域，所述药剂注入泵的输入口与所述配药罐相连通，所述药剂注入泵的输出口通过所述药剂输送管输出至所述注入井中；所述药剂输送管上设置有流量计、压力表和阀门；所述药剂注入泵的注入压力为0.1～0.2MPa；所述注入井之间的间距根据所述污染区域的地下水流速确定。

在上述技术方案中，优选地，所述药剂输送管包括干管和支管，所述干管与所述药剂注入泵的输出口相连通，多个所述支管连通于所述干管上并输出至不同的所述注入井中。

在上述技术方案中，优选地，所述注入井之间间距D与所述地下水流速V之间关系为D＝2V。

在上述技术方案中，优选地，所述配药罐内盛装过硫酸盐溶液，所述配药罐采用PE材料，所述配药罐内设置防腐搅拌桨。

在上述技术方案中，优选地，所述药剂注入泵采用防腐隔膜泵。

在上述技术方案中，优选地，所述干管和所述支管均采用UPVC材料制成，所述干管的公称直径为100毫米，所述支管的公称直径为10毫米。

在上述技术方案中，优选地，所述干管和所述支管上分别安装所述流量计、所述压力表和所述阀门。

在上述技术方案中，优选地，所述注入井采用公称直径为100毫米的PVC管材制成，并在污染区域深度开筛。

在上述技术方案中，优选地，所述药剂泵的注入药剂量Q与所述污染区域含水层的孔隙体积Pv的关系为Q＝0.3Pv。

在上述技术方案中，优选地，所述污染区域还设置检测井，所述检测井内设置检测装置用于检测污染区域的污染物浓度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过配药罐、药剂注入泵、药剂输送管和注入井，将药剂缓慢而持续地以常压状态注入地下环境，在自然条件下使药剂扩散覆盖污染区域，达到去除污染物效果，提高了反应效率，且避免了注入压力过高导致药剂扩散不均匀、地面反浆等不良现象。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的地下水常压化学氧化注入装置的结构示意图；

图2为本发明一种实施例公开的地下水常压化学氧化注入装置的污染物去除效果示意图。

图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：

1.配药罐，2.药剂注入泵，3.流量计，4.压力表，5.阀门，6.注入井，7.污染区域，8.药剂输送管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，根据本发明提供的一种地下水常压化学氧化注入装置，包括：配药罐1、药剂输送管8、药剂注入泵2和注入井6；注入井6设置于污染区域7，药剂注入泵2的输入口与配药罐1相连通，药剂注入泵2的输出口通过药剂输送管8输出至注入井6中；药剂输送管8上设置有流量计3、压力表4和阀门5；药剂注入泵2的注入压力为0.1～0.2MPa；注入井6之间的间距根据污染区域7的地下水流速确定。

在该实施例中，注入井6布设在污染区域7的含水层，通过药剂注入泵2，以0.1～0.2MPa的压力将药剂缓慢注入含水层。药剂注入含水层后，随地下水流迁移扩散，形成稳定的反应带，且不会对破坏含水层参数，形成短流通道。药剂在自然水力梯度条件下，迁移途径与污染物迁移途径相同，可以提高反应效率。由于没有提供过高的压力，本装置对设备材料密封性要求仅需满足在0.3MPa压力下不会渗漏，注入过程中不会出现翻浆现象，地面不需要做硬化防渗处理，大大降低了施工难度和施工成本。

在上述实施例中，优选地，药剂输送管8包括干管和支管，干管与药剂注入泵2的输出口相连通，多个支管连通于干管上并输出至不同的注入井6中。

在上述实施例中，优选地，注入井6之间间距D(m)与地下水流速V(m/d，米/天)之间关系为D＝2V。在注入过程中，注入井6附近水利梯度会显著升高，药剂迁移速率大于地下水本底流速，在注入井6间距D＝2V的条件下，可以满足注入2天之后，药剂可以布满整个污染区域7。

在上述实施例中，优选地，配药罐1内盛装过硫酸盐溶液，配药罐1采用PE材料，配药罐1内设置防腐搅拌桨。

在上述实施例中，优选地，药剂注入泵2采用防腐隔膜泵，注入过程中药剂不会与泵体接触发生反应。

在上述实施例中，优选地，干管和支管均采用UPVC材料制成，干管的公称直径为100毫米，支管的公称直径为10毫米。

在上述实施例中，优选地，干管和支管上分别安装流量计3、压力表4和阀门5。

在上述实施例中，优选地，注入井6采用公称直径为100毫米的PVC管材制成，并在污染区域7的深度开筛。

在上述实施例中，优选地，药剂泵的注入药剂量Q与污染区域7含水层的孔隙体积Pv的关系为Q＝0.3Pv。

在上述实施例中，优选地，污染区域7还设置检测井，检测井内设置检测装置用于检测污染区域7的污染物浓度，从而判断污染物去除效果。

在实施过程中，具体实施步骤包括：

1)根据场地调查结果，在污染区域7建设注入井6，采用DN100规格的PVC管材；根据水文地质条件，计算单井常压最大注入量；

2)根据注入井6数量选择合适流量的隔膜泵，并计算药剂浓度，原则上浓度宜为10％～20％；

3)在注入场地内布设药剂干管，连接配药罐1、注入泵，干管上安装流量计3、压力表4、阀门5等组件；

4)使用支管与注入井6相连，支管上安装流量计3、压力表4、阀门5等组件，检测注入过程中单井流量计3压力变化；

5)配药罐1中配置注入药剂溶液，配置溶液满足12h注入量；

6)注入系统建成后，根据计算参数注入药剂；根据注入压力变化情况选择合适的注入周期。

在具体实施过程中，以在某苯胺类污染场地采用本发明工艺进行修复为例，对本发明的地下水常压化学氧化注入装置进行说明如下：

该场地污染深度在地面以下1.2～4.6米，受污染区域7主要为潜水含水层。含水层主要为粉细砂和粉土，含水层实验测定地下水流速0.88～1.46m/d。该场地苯胺最高浓度3326μg/L，在此区域建设注入井6。注入井6管采用DN100规格PVC管，注入井6深6m，井筛孔位置0.5-5m，单井注入量24L/h，采用脉冲式间歇注入，每注入1h停歇1h，注入药剂为10％的过硫酸钠溶液。在注入井6下游3m处布设检测井，观测地下水中苯胺浓度和氧化还原电位变化趋势。

如图2所示，在注入24h后，监测井中地下水ORP由初始的-122mV升高至35mV，36h后达到峰值，地下水由还原环境转换为强氧化环境。48h后停止注入，持续监测。地下水中苯胺浓度在第4天由初始的2826μg/L降低至50μg/L以下，停止注入10天内，地下水ORP维持在400mV以上，苯胺浓度未出现反弹现象。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地下水常压化学氧化注入装置，其特征在于，包括：配药罐、药剂输送管、药剂注入泵和注入井；

所述注入井设置于污染区域，所述药剂注入泵的输入口与所述配药罐相连通，所述药剂注入泵的输出口通过所述药剂输送管输出至所述注入井中；

所述药剂输送管上设置有流量计、压力表和阀门；

所述药剂注入泵的注入压力为0.1～0.2MPa；

所述注入井之间的间距根据所述污染区域的地下水流速确定。

2.根据权利要求1所述的地下水常压化学氧化注入装置，其特征在于，所述药剂输送管包括干管和支管，所述干管与所述药剂注入泵的输出口相连通，多个所述支管连通于所述干管上并输出至不同的所述注入井中。

3.根据权利要求1所述的地下水常压化学氧化注入装置，其特征在于，所述注入井之间间距D与所述地下水流速V之间关系为D＝2V。

4.根据权利要求1所述的地下水常压化学氧化注入装置，其特征在于，所述配药罐内盛装过硫酸盐溶液，所述配药罐采用PE材料，所述配药罐内设置防腐搅拌桨。

5.根据权利要求1所述的地下水常压化学氧化注入装置，其特征在于，所述药剂注入泵采用防腐隔膜泵。

6.根据权利要求2所述的地下水常压化学氧化注入装置，其特征在于，所述干管和所述支管均采用UPVC材料制成，所述干管的公称直径为100毫米，所述支管的公称直径为10毫米。

7.根据权利要求2或6所述的地下水常压化学氧化注入装置，其特征在于，所述干管和所述支管上分别安装所述流量计、所述压力表和所述阀门。

8.根据权利要求1所述的地下水常压化学氧化注入装置，其特征在于，所述注入井采用公称直径为100毫米的PVC管材制成，并在污染区域深度开筛。

9.根据权利要求1所述的地下水常压化学氧化注入装置，其特征在于，所述药剂泵的注入药剂量Q与所述污染区域含水层的孔隙体积Pv的关系为Q＝0.3Pv。

10.根据权利要求1所述的地下水常压化学氧化注入装置，其特征在于，所述污染区域还设置检测井，所述检测井内设置检测装置用于检测污染区域的污染物浓度。

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