CN111439851A - 可渗透反应系统及利用其治理污染土壤与地下水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可渗透反应系统及利用其治理污染土壤与地下水的方法，其可实现污染土壤与地下水协同处理，且适用范围广、投入成本低，其包括可渗透反应器、水动力控制装置、注水井，可渗透反应器设置于地下水污染区，可渗透反应器包括汇水井、储水池、监测池，储水池位于汇水井底部，汇水井包括外层井、内层井，可渗透反应墙布置于外层井内，外层井的井壁上开有若干通孔，外层井通过通孔与地下水污染区连通，监测池一端与储水池连通，监测池另一端通过三通管道分别与注水井一端、汇水井连通，抽水管与储水池相互连接处安装有提升泵，注水井另一端与土壤层连通，监测池内设置有水质检测探头。

Description

可渗透反应系统及利用其治理污染土壤与地下水的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤和地下水修复技术领域，具体为一种原位地下水可渗透反应系统及利用其实现污染土壤与地下水治理的方法。

背景技术

非正规垃圾堆放点存在垃圾渗滤液污染、填埋垃圾污染地下水和土壤等问题，其作为土壤污染主要来源之一，对其进行治理修复不仅可以改善城市环境，为城市发展提供更多的土地资源和环境容量，更重要的是通过治理可以消除土壤及地下水污染风险。目前，非正规垃圾堆放点一般采用异位治理，异位治理包括全量开挖、筛选分类、转移等，即治理场地内垃圾全部外运，或经过筛选处理后，可燃烧部分及有污染部分垃圾全部外运，此种方式费事费力，需消耗大量的人力物力资源。而垃圾堆放点污染的地下水和土壤很难采用开挖移除的方式去除，且挖掘后的洼地易产生废水、污染水堆积，废水或污染水渗透至地下造成地下水二次污染，特别是对于短期内无开发要求的土地，由于规划、经济等原因，大规模开挖移除的方式短时很难实施。因此，非正规生活垃圾堆放点，尤其是对于短期内无开发要求土地的土壤与地下水污染治理，存在治理体量小、治理成本高、产业化受限等难题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种原位地下水可渗透反应系统，其可实现污染土壤与地下水协同处理，且适用范围广、投入成本低。

一种原位地下水可渗透反应系统，其特征在于，其包括可渗透反应器、水动力控制装置、注水井；所述可渗透反应器设置于地下水污染区，所述可渗透反应器包括汇水井、储水池、监测池，所述汇水井内设置有可渗透反应墙，所述储水池位于所述汇水井底部，所述汇水井包括两层：外层井、内层井，所述可渗透反应墙布置于所述外层井内，所述外层井的井壁上开有若干通孔，所述外层井通过所述通孔与所述地下水污染区连通，所述监测池一端通过抽水管与所述储水池连通，所述监测池另一端通过三通管道分别与所述注水井一端、所述汇水井连通，所述抽水管与所述储水池相互连接处安装有提升泵，所述抽水管布置于所述内层井，所述注水井另一端与土壤层连通，所述监测池内设置有水质检测探头。

其进一步特征在于：

水动力控制装置用于为所述汇水井、储水池、注水井之间的水循环提供动力；

所述储水池内固定安装有液位计；

所述注水井内设置有注水回灌泵，回灌管道内设置有污水泵；所述水质检测探头用于氨氮、电导率、溶解氧的检测，探头检测内容可根据实际监测要求调整；所述注水回灌泵用于将所述监测池中的水抽取至注水井内，所述污水泵用于将所述监测池中的水抽取至所述汇水井内；

所述通孔的开孔率为15％-30％，所述通孔的直径为1cm～5cm；所述通孔的位置根据垂向污染的深度设置；所述内层井的井壁不开孔；

所述外层井的井壁外侧铺设有砾石；

所述三通管道上安装有至少两个电磁阀，分别为电磁阀一、电磁阀二，所述电磁阀一安装于所述监测池与所述注水井之间的管道上，所述电磁阀二安装于所述监测池与所述汇水井之间的管道上；

所述可渗透反应墙包括填料、微生物菌液，所述填料包括天然矿石、活性炭；所述填料、微生物菌液填充于所述外层井内；

所述水动力控制装置包括PLC控制器、所述液位计、污水泵、净水回灌泵、提升泵、水质检测仪，所述水质检测探头、液位计、污水泵、净水回灌泵、提升泵分别与所述PLC控制器电连接；

所述监测池通过回灌管道与所述汇水井的外层井连通，所述回灌管道包括布置于所述外层井顶端的环形管，所述环形管底部开有若干个与所述外层井连通的喷洒孔。

一种采用上述可渗透反应系统实现污染土壤和地下水协同治理的方法，将该可渗透反应系统布置于土壤及地下水污染区，具体处理步骤如下：

A1、污染地下水通过所述外层井上的通孔进入所述外层井内；

A2、通过所述可渗透反应墙实现所述污染地下水的过滤；

A3、过滤后的水源存储于所述储水池；

A4、所述储水池中的水在所述提升泵的作用下沿所述内层井中的抽水管进入所述监测池；

A5、通过所述水质检测探头检测所述监测池中的水质；

当水质符合要求时，进入步骤A51、所述监测池中的水经所述三通管道进入所述注水井内，A511、所述注水井中的水注入所述土壤层中，并经土壤再次渗透至所述汇水井内，实现一循环；一循环过程中，净化水在从注水井回流至汇水井的过程中，对污染土壤中的污染物进行多次洗脱，洗脱后的污染物随地下水进入汇水井中的填料进行净化去除，实现污染土壤与地下水协同修复。

当水质不符合要求时，进入步骤A52、所述监测池中的水经所述三通管道回灌至所述汇水井的所述外层井中，进行再次过滤，实现二循环。

其进一步特征在于，用所述液位计采集所述储水池中的液位信息，并将所述液位信息发送给所述PLC控制器，所述PLC控制器根据所述液位信息、水质检测结构分别控制所述提升泵、注水回灌泵、污水泵、电磁阀一、电磁阀二的启停；

所述监测池中的水经所述三通管道、电磁阀二进入所述环形管，并通过所述喷洒孔回灌至所述外层井中。

采用本发明上述结构及方法可以达到如下有益效果：(1)监测池中设置有用于水质检测的水质检测探头，若水质检测结果符合处理要求，污染地下水依次经外层井、可渗透反应墙、储水池、内层井、监测池、注水井注入土壤中，构成一循环；通过抽取汇水井中的水和净化水回灌，调节区域内部地下水流向，使得净化水从注水井再次流入汇水井，在汇水过程中，净化水对区域土壤污染物进行洗脱，进入汇水井进行净化，通过水力循环实现土壤污染的同步去除，提升了土壤修复速率；若水质检测结果不符合要求，污染土壤渗透水或污染水依次经外层井、可渗透反应墙、储水池、内层井、监测池、外层井顶部圆形布水器，均匀地进入可渗透反应墙，可渗透反应墙对回灌水进行再次处理，构成二循环。

(2)本原位地下水可渗透反应系统可应用于非正规垃圾堆放点、短期内无开发要求的土地、低污染场地或含有有机污染物的场地中，无需进行开挖、填埋等即可实现污染土壤与地下水的污染治理，适用范围广，可实现污染场地的土壤与地下水的长期循环治理，处理效果好，能耗低，将本系统布置于污染场地后，后期定期检修或派人员监控即可，无需再频繁投入人力、物力进行开挖、填埋等，投入成本大大降低，同时污染治理效率大大提高。

附图说明

图1为本发明系统结构框图；

图2为采用本发明的工作流程图；

图3为本发明汇水井的俯视结构示意图；

图4为本发明环形管的仰视结构示意图。

具体实施方式

见图1，一种原位地下水可渗透反应系统，其包括可渗透反应器、水动力控制装置、注水井；可渗透反应器设置于土壤与地下水污染核心区，可渗透反应器包括汇水井1、储水池2、监测池3，汇水井1内设置有可渗透反应墙4，可渗透反应墙4包括填料、微生物菌液，填料包括天然矿石、活性炭；

储水池3位于汇水井1底部，汇水井1包括两层：外层井11、内层井12，可渗透反应墙4，即填料、微生物菌液填充于外层井内；外层井11的井壁上开有若干通孔13；通孔13的开孔率为20％，通孔的直径最大为3cm，通孔13的位置根据垂向污染的深度设置，内层井12的井壁不开孔；本实施例中外层井11的井壁外侧铺设有三层砾石14，砾石的粒径由外层井的井壁向外周逐渐增大，砾石的设置可减少进入填料导致填料堵塞的地下水颗粒物，同时可使外层井的井壁更牢固；外层井11通过通孔13与地下水污染区连通，监测池3一端通过抽水管5与储水池2连通，监测池3另一端通过三通管道6分别与注水井7一端、汇水井1连通，三通管道6与注水井7之间、三通管道6与汇水井1之间分别通过注水管道、回灌管道连通，三通管道6上安装有两个电磁阀，分别为电磁阀一61、电磁阀二62，电磁阀一61安装于监测池3与注水井7之间的管道上，电磁阀二62安装于监测池3与汇水井7之间的管道上；

抽水管5与储水池2相互连接处安装有提升泵8，抽水管5布置于内层井12内，注水井7另一端与土壤层9连通，监测池3内设置有水质检测探头10、注水井7内设置有注水回灌泵31，回灌管道内设置有污水泵32，水质检测探头10用于氨氮、电导率、溶解氧的检测，水质检测探头10的检测内容可根据实际监测要求调整，注水回灌泵31用于将监测池3中的水抽取至注水井7内，污水泵32用于将监测池3中的水抽取至汇水井1内；储水池2内固定安装有用于检测储水池内水量信息的液位计21，液位计21用于采集储水池2中的液位信息，并将液位信息发送给PLC控制器，PLC控制器根据液位信息控制提升泵8的自动启停，避免因储水池2中无水而导致提升泵8损坏；

水动力控制装置包括PLC控制器、液位计、污水泵、净水回灌泵、提升泵，水质检测探头、液位计、污水泵、净水回灌泵、提升泵分别与PLC控制器电连接；水动力控制装置用于为汇水井、储水池、注水井之间的水循环提供动力；

监测池3通过回灌管道33与汇水井1的外层井11连通，回灌管道包括布置于外层井11顶端的环形管331，见图3，环形管底部开有若干个与外层井11连通的喷洒孔，回灌水通过环形管331上的喷洒孔332喷洒于外层井11内可渗透反应墙4上，喷洒的方式使回灌水能够均匀渗透至填料中，与微生物菌液均匀混合，从而使污染水过滤或除污效果更好，填料由天然矿石、活性炭等组成，既可以过滤地下水中的颗粒物，提高污染物停留时间，也可以为微生物提供生殖场所，提高降解速率。微生物菌液根据特征污染物和目标污染物进行选择。

本原位地下水可渗透反应系统，是通过调控区域内地下水的流向与流速，将地下水引入可渗透反应器，通过可渗透反应器中填料与微生物共同作用，实现污染地下水中污染物有效去除，同时将处理后的水回灌至上游汇水井，通过水力循环可以实现土壤污染同步去除，是小微型非正规垃圾堆放点、短期内无开发要求的土地、低污染场地或含有有机污染物场地的污染土壤与地下水治理的高效措施。

一种采用上述可渗透反应系统实现污染土壤和地下水处理的方法，将该可渗透反应系统布置于土壤及地下水污染区，A1、污染地下水通过外层井11井壁上的通孔13进入外层井11内；

A2、通过可渗透反应墙内的填料、微生物菌液实现污染地下水的过滤；

A3、过滤后的水源存储于储水池2；

A4、储水池2中的水在提升泵8的作用下沿内层井12中的抽水管5进入监测池3；

A5、通过监测池3中的水质检测探头10检测监测池3中的水质：

当水质符合要求时，进入步骤A51、PLC控制器控制电磁阀一61打开，电磁阀二62仍处于关闭状态，监测池3中的水经三通管道6、电磁阀一61、注水管道进入注水井7内，同时注水井7中的水注入土壤层中，并经土壤层再次渗透至汇水井1内，实现一循环；一循环过程中，净化水在从注水井回流至汇水井的过程中，对污染土壤中的污染物进行多次洗脱，洗脱后的污染物随地下水进入汇水井中的填料进行净化去除，实现污染土壤与地下水协同修复；

当水质不符合要求时，进入步骤A52、PLC控制器控制电磁阀二62打开，电磁阀一61仍处于关闭状态，监测池3中的水经三通管道6、电磁阀二62、回灌管道进入环形管，并通过喷洒孔喷洒至汇水井1的外层井11中，再次过滤净化处理，实现二循环。

以上的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可渗透反应系统，其特征在于，其包括可渗透反应器、水动力控制装置、注水井；所述可渗透反应器设置于地下水污染区，所述可渗透反应器包括汇水井、位于所述汇水井底部的储水池、监测池，所述汇水井包括至少两层，分别为：外层井、内层井，所述外层井内填充有可渗透反应墙，所述外层井的井壁上开有若干通孔，所述外层井通过所述通孔与所述地下水污染区连通，所述监测池一端通过所述内层井中的抽水管与所述储水池连通，所述监测池另一端通过三通管道分别与所述注水井一端、所述汇水井连通，所述注水井另一端与土壤层连通，所述监测池内设置有水质检测探头。

2.根据权利要求1所述的一种可渗透反应系统，其特征在于：所述储水池内固定安装有液位计。

3.根据权利要求2所述的一种可渗透反应系统，其特征在于：所述注水井内设置有注水回灌泵，回灌管道内设置有污水泵。

4.根据权利要求3所述的一种可渗透反应系统，其特征在于：所述通孔的开孔率为15％-30％，所述通孔的直径为1cm～5cm。

5.根据权利要求3所述的一种可渗透反应系统，其特征在于：所述外层井的井壁外侧铺设有砾石。

6.根据权利要求5所述的一种可渗透反应系统，其特征在于：所述三通管道上安装有至少两个电磁阀，分别为电磁阀一、电磁阀二，所述电磁阀一安装于所述监测池与所述注水井之间的管道上，所述电磁阀二安装于所述监测池与所述汇水井之间的管道上。

7.根据权利要求6所述的一种可渗透反应系统，其特征在于：所述可渗透反应墙包括填料、微生物菌液，所述填料包括天然矿石、活性炭。

8.根据权利要求7所述的一种原位地下水可渗透反应系统，其特征在于：所述水动力控制装置包括PLC控制器、所述液位计、污水泵、净水回灌泵、提升泵、水质检测仪、电磁阀一、电磁阀二，所述水质检测探头、液位计、污水泵、净水回灌泵、提升泵、电磁阀一、电磁阀二分别与所述PLC控制器电连接。

9.根据权利要求8所述的一种原位地下水可渗透反应系统，其特征在于：所述监测池通过回灌管道与所述汇水井的外层井连通，所述回灌管道包括布置于所述外层井顶端的环形管，所述环形管底部开有若干个与所述外层井连通的喷洒孔。

10.根据权利要求1～9任一项所述的可渗透反应系统实现污染土壤和地下水协同处理的方法，将该可渗透反应系统布置于土壤及地下水污染区，其特征在于：其包括以下具体处理步骤：

污染地下水通过所述外层井的井壁上的所述通孔进入所述外层井内；

通过所述可渗透反应墙实现所述污染地下水的过滤；

过滤后的水存储于所述储水池；

所述储水池中的水在所述提升泵的作用下沿所述内层井中的抽水管进入所述监测池；

通过所述水质检测探头检测所述监测池中的水质，当水质符合处理要求时，所述监测池中的水经所述三通管道进入所述注水井内，所述注水井中的水注入所述土壤层中，并经所述土壤层再次渗透至所述汇水井内，实现一循环；

当水质不符合要求时，所述监测池中的水经所述三通管道回灌至所述外层井中，进行再次过滤，实现二循环。

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