CN111451267A - 一种电化学原位自动控制污染场地修复系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种通过电化学原位自动控制的污染场地修复系统，其中：依据场调结果布设若干口注入井，各注入井旁设置有监测井；监测井中置有电极，注入井和监测井之间通过联通沟槽相连接，各联通沟槽的汇集处连接有三通阀，其中一通连接联通沟槽，一通连接药剂回收管，一通连接大气；药剂混合箱通过药剂注入管和空气压缩机连接至注入井；一控制平台连接空气压缩机电源，该控制平台通过电化学工作站连接监测井中的电极；距监测井底0.1‑0.5m设有一液位传感器探头，触发液位设置于监测井与沟槽连接处。本发明还公开了利用上述系统进行污染场地修复的方法。

Description

一种电化学原位自动控制污染场地修复系统和方法

技术领域

本发明属于场地污染修复领域，具体涉及一种通过电化学原位自动控制的污染场地修复系统。

本发明还涉及利用上述系统进行污染场地修复的方法。

背景技术

随着生态文明建设的需要和城市快速发展的需求，越来越多的高污染的老工业场地被关停或迁移，留下大量的污染场地亟需修复。

依据空间位置的不同，实际场地修复分为原位修复和异位修复。其中，原位修复由于环境扰动小、施工简单和经济环保等优点，受到越来越多的研究和使用。原位修复分为物理法、化学法和生物法，其中，物理法和生物法原位修复工程周期长、费用高、受气候扰动大；化学法作为一种快速、经济、高效的原位修复方法得到越来越多的关注，其中尤以不会引入二次污染的芬顿氧化技术得以快速的发展和广泛的应用。但是，在原位使用芬顿氧化技术的过程中，也存在一系列的问题，如双氧水活性寿命低，迁移距离短，冒浆严重，导致药剂大量无效分解；无法准确确定修复终点，造成过量的药剂注入；无法确定每一次注入的药剂何时反应完全，需要再一次注入；人工注入工作枯燥机械，造成大量的人力资源浪费。因此，亟需发展一种延长双氧水活性寿命的体系和一种以原位监测技术为基础的现场自动化控制装置，实现药剂寿命延长、污染物浓度的自动监测和与药物注入的自动化运行。开路电位能检测不带负载时工作电极和参比电极之间的电位差，即可以获取修复过程中土壤/地下水自发反应的电位变化情况。对于污染物浓度较高的土壤/地下水，双氧水能氧化污染物，从而表现为电位下降。而对于修复完成或未污染的土壤/地下水，双氧水无法作为氧化剂，电位则会上升。因此，通过开路电位的变化可以有效监测双氧水对污染物的氧化情况，基于这种电化学信号变化的原位自动监测和控制平台为解决上述问题提供了可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过电化学原位自动控制的污染场地修复系统。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述污染场地修复系统进行污染场地修复的方法。

为实现上述目的，本发明提供的通过电化学原位自动控制的污染场地修复系统，其中：

依据场调结果布设若干口注入井，各注入井旁设置有监测井，注入井和监测井之间的距离以确保药剂快速扩散到监测井中；

监测井中置有电极，注入井和监测井之间通过联通沟槽相连接，各联通沟槽的汇集处连接有三通阀，其中一通连接联通沟槽，一通连接药剂回收管，一通连接大气；

药剂混合箱通过药剂注入管和空气压缩机连接至注入井；

一控制平台连接空气压缩机电源，该控制平台通过电化学工作站连接监测井中的电极；；

一液位传感器的探头设置在监测井内且距监测井底有一高度，触发液位设置于监测井与沟槽连接处。

所述的污染场地修复系统，其中，注入井和监测井的井深一致。

所述的污染场地修复系统，其中，监测井设置在注入井半径0.2-0.5m的范围内。

所述的污染场地修复系统，其中，三通阀中连接联通沟槽的一通设置有一个孔径为1微米的滤网；连接药剂回收管的一通设置有一个电磁阀；连接大气的一通设置有一个单向通气阀。

所述的污染场地修复系统，其中，电极在监测井中的置放深度为1.5-10.5m，电极包括工作电极和参比电极。

所述的污染场地修复系统，其中，沟槽的深和宽为3-5cm。

本发明提供的利用上述污染场地修复系统进行污染场地修复的方法，包括以下步骤：

平整场地，依据场调结果进行布井，在各注入井旁边设置监测井，确保注入药剂可以快速扩散到监测井，挖掘联通沟槽连接各注入井和监测井；

将电极投入到监测井中，注药至液位触发液位传感器，注药自动停止，此时药剂回收管上的电磁阀自动开启，控制平台监测电化学信号变化，通过电化学信号变化趋势，判断修复是否完成并根据结果实现注药或停止注药；停止注药后自动提示本轮修复完成；

在修复过程中，三通阀中的滤网用于防止返浆过程中的泥土进入药剂混合箱，单向通气阀是当沟槽中产生的压力过大时，能排放反应过程中产生的气体。

所述的方法，其中，对于高浓度石油烃污染场地，先加入双氧水氧化污染物，开路电位下降，随着双氧水的消耗，开路电位趋于稳定；电化学信号连续稳定一段时间后，控制平台开启电源进行注药，电化学信号的稳定判据为平衡电位振幅的3-5倍内，同时不超出这一区间时间设置为10-30分钟，以防止局部扰动带来的影响。

所述的方法，其中，修复完成后，加入修复药剂，开路电位上升，然后趋于稳定，连续两次注入开路电位上升，认为修复完成，控制平台停止工作并提示本轮修复完成；

开路电位的上升和下降设置为平衡时振幅的的10倍以上。

所述的方法，其中，注入药剂由铁循环调节剂和双氧水组成，铁循环调节剂主要包括：柠檬酸、没食子酸、抗坏血酸、原儿茶酸、草酸和酒石酸等中的一种或多种混合，铁循环调节剂组成依据场地土壤中矿物成分确定；注入药剂的铁循环调节剂与双氧水的质量比为1:4-20。

本发明的技术方案能够有效调控场地土壤内铁矿物，强化芬顿/类芬顿技术修复场地土壤和地下水中的污染物；然后通过液位传感器自动控制修复药剂的注入量和回收管路电磁阀得通断，通过开路电位信号变化，自动监测污染物修复效果、自动控制药剂的注入时间和注入次数，可以有效的发挥修复药剂的修复能力、节约修复药剂的注入量，节约人力资源成本。

附图说明

图1为本发明电化学原位自动控制的污染场地修复系统示意图。

图2为实施例1中石油烃地下水污染场地修复过程电化学信号变化图。

图3为实施例1修复场地地下水石油烃污染修复效果图。

附图中标识说明

1空气压缩机电源，2空气压缩机，3药剂混合箱，4药剂注入管，5注入井，6流量计，7联通沟槽，8三通阀，9过滤网，10单向通气阀，11药剂回收管，12电磁阀，13水泥硬化层，14液位传感器，15监测井，16电极，17电化学工作站，18控制平台。

具体实施方式

本发明公开了一种通过电化学原位自动控制的污染场地修复系统和方法，首先通过布井设置监测井与注入井位置，确保药剂可以快速转移到监测井；场地表面修建沟槽，用于冒浆药剂的回收；利用三通结构天空体系压力；将液位传感器探头精准的插入到监测井的固定深度并设置液位高度，以自动控制修复药剂的注入量和回收管路电磁阀得开关；将电极探头置入监测井，连接电化学工作站并设置自动控制平台参数，通过开路电位的变化来控制电源开关，以自动化控制药剂的注入时间和注入次数，并自动识别修复终点。

本发明的技术方案具体主要包括以下三个单元：

1)场地构造单元；

2)药剂注入与回收单元；

3)自动化控制单元。

具体地参阅图1所示：首先平整场地，依据场调结果进行布井，在注入井5旁边设置监测井15，注入井和监测井之间的距离要确保注入药剂可以快速扩散到监测井，在一个实施例中注入井5井深3.5-11.5m，井径6-12cm；监测井15井深与邻近的注入井保持一致，井径12-18cm；监测井与注入井间距20-50cm，确保药剂可以快速的迁移到监测井。挖掘联通沟槽7(在一个实施例中联通沟槽的深和宽为3-5厘米)，将各个注入井和监测井连接起来，再盖上薄木板或耐腐蚀薄板，用水泥硬化场地形成水泥硬化层13。其中联通沟槽汇集处设有三通阀8，一通为联通沟槽，一通为药剂回收管11，一通为大气，药剂回收管11与注药系统(药剂混合箱3)相连，药剂回收管11上设置有一个电磁阀12，主要是自动控制回收药剂流回注药系统的时间。三通阀8与药剂回收管11连接处有一个孔径为1微米的滤网9，用于防止返浆过程中的泥土进入药剂混合箱3。三通阀与大气连接的一端设置有一个单向通气阀10，当联通沟槽中产生压力太大时，能够起到排放反应过程中产生的气体。

自动化控制单元包括空气压缩机电源1、电极16(包括工作电极和参比电极)、电化学工作站17(在一个实施例中可以为Ivium CompactStat.h,单通道型)、控制平台18(在一个实施例中可以为一单板机)和液位传感器14，液位传感器的探头放置在监测井内距井底0.1-0.5m处，防止淤泥影响。触发控制液位设置监测井与沟槽连接处，以自动控制药剂注入量和电磁阀的开关。电极16置于投放深度为监测井内1.5-10.5m。控制平台通过电化学工作站17监测开路电位变化并以此控制空气压缩机电源1的通断。药剂注入前，开启控制平台，稳定开路电位；开启空气压缩机电源，通过空气压缩机2和药剂注入管4向注入井5内第一次注入药剂，注入药剂的流量由药剂注入管4上的流量计6监视，注入药剂后的液位触发液位传感器14时，电源断开注药停止，同时药剂回收管11上的电磁阀12打开，冒浆药剂通过药剂回收管11返回药剂混合箱3重复利用。

药剂混合箱3的药剂是由铁循环调节剂和双氧水组成，铁循环调节剂主要包括：柠檬酸，没食子酸，抗坏血酸，原儿茶酸，草酸和酒石酸等中一种或多种混合，铁循环调节剂的具体组成可依据场地土壤中矿物成分确定；铁循环调节剂和双氧水的质量比为1:4-20。

药剂注入后开路电位下降，然后趋于稳定，连续稳定时间达到20min，控制平台开启记时，2-96h后自动开启电源，开始下一次注入；修复完成后，注入药剂，开路电位上升，第一次上升稳定后，2-4h后自动进行下一次注药，若再次出现电位上升，则2小时后自动停止本轮注药，提示本轮修复完成。电化学信号的稳定判据为平衡电位振幅的3-5倍内，同时不超出这一区间时间设置为10-30分钟，以防止局部扰动带来的影响。修复完成后，加入修复药剂，开路电位上升，然后趋于稳定，连续两次注入开路电位上升，认为修复完成，2h后自动控制装置停止工作并提示本轮修复完成。开路电位的上升和下降可以设置为平衡时振幅的的10倍以上。

对于高浓度石油烃污染的场地，先加入双氧水氧化污染物，开路电位下降，随着双氧水的消耗，开路电位趋于稳定；连续稳定一段时间后，控制平台开启记时，2-96小时后自动开启空气压缩机电源进行注药。

综上所述，本发明通过电化学原位自动控制的污染场地修复方法，先通过场地构建合理的注入井和监测井位置，利用三通控制体系压力与回收药剂；然后配制和注入复配药剂，注入量、注入时间和次数由液位传感器和电化学控制平台自动化控制。相对于传统的原位注入方式，本发明的自动化控制系统可以根据液位传感器和电化学信号变化，自动控制药剂注入量，药剂回收开关开启时间，自动监测电化学信号变化，并以此控制药剂注入，可以更加合理有效的利用修复药剂，并大大减少成本和人力资源浪费；且所用药剂绿色环保，不会带来二次污染。

实施例1

南方某零件制备厂地下水石油烃污染浓度分别为28.42mg/L。设计井间距5m，注入井和监测井深度11.5m，间距0.3m，井径分别为8cm和16cm，联通沟槽深4cm，宽4cm，水泥硬化层厚10cm，注入药剂为柠檬酸、草酸、抗坏血酸和双氧水复配，质量比为0.4:0.5:1.2:18，注入压强为0.7Mp。经过自动化注入五轮后，记录电位变化情况并检测对应注入药剂后的样品浓度。电位信号前两次注入快速下降，第三次注入微弱下降，第四次注入开始上升，第五次注入后程序停止，通过流量计读出药剂注入总量1.31m³。石油烃检测发现，第四次注入后石油烃浓度降为0.58mg/L，第五次注入后石油烃浓度为0.68mg/L，降解在四次之后趋于稳定。具体电位变化及修复效果见附图2和3。

Claims (10)

1.一种通过电化学原位自动控制的污染场地修复系统，其中：

依据场调结果布设若干口注入井，各注入井旁设置有监测井，注入井和监测井之间的距离以确保药剂快速扩散到监测井中；

监测井中置有电极，注入井和监测井之间通过联通沟槽相连接，各联通沟槽的汇集处连接有三通阀，其中一通连接联通沟槽，一通连接药剂回收管，一通连接大气；

药剂混合箱通过药剂注入管和空气压缩机连接至注入井；

一控制平台连接空气压缩机电源，该控制平台通过电化学工作站连接监测井中的电极；

一液位传感器的探头设置在监测井内且距监测井底有一高度，触发液位设置于监测井与沟槽连接处。

2.根据权利要求1所述的污染场地修复系统，其中，注入井和监测井的井深一致。

3.根据权利要求1所述的污染场地修复系统，其中，监测井设置在注入井半径0.2-0.5m的范围内。

4.根据权利要求1所述的污染场地修复系统，其中，三通阀中连接联通沟槽的一通设置有一个孔径为1微米的滤网；连接药剂回收管的一通设置有一个电磁阀；连接大气的一通设置有一个单向通气阀。

5.根据权利要求1所述的污染场地修复系统，其中，电极在监测井中的置放深度为1.5-10.5m，电极包括工作电极和参比电极。

6.根据权利要求1所述的污染场地修复系统，其中，联通沟槽的深和宽为3-5cm。

7.利用权利要求1所述污染场地修复系统进行污染场地修复的方法，包括以下步骤：

平整场地，依据场调结果进行布井，在各注入井旁边设置监测井，确保注入药剂可以快速扩散到监测井，挖掘联通沟槽连接各注入井和监测井；

将电极投入到监测井中，注药至液位触发液位传感器，注药自动停止，此时药剂回收管上的电磁阀自动开启，控制平台监测电化学信号变化，通过电化学信号变化趋势，判断修复是否完成并根据结果实现注药或停止注药；停止注药后自动提示本轮修复完成；

在修复过程中，三通阀中的滤网用于防止返浆过程中的泥土进入药剂混合箱，单向通气阀是当沟槽中产生的压力过大时，能排放反应过程中产生的气体。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，对于高浓度石油烃污染场地，先加入双氧水氧化污染物，开路电位下降，随着双氧水的消耗，开路电位趋于稳定；电化学信号连续稳定一段时间后，控制平台开启电源进行注药，电化学信号的稳定判据为平衡电位振幅的3-5倍内，同时不超出这一区间时间设置为10-30分钟，以防止局部扰动带来的影响。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，修复完成后，加入修复药剂，开路电位上升，然后趋于稳定，连续两次注入开路电位上升，认为修复完成，控制平台停止工作并提示本轮修复完成；

开路电位的上升和下降设置为平衡时振幅的的10倍以上。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，注入药剂由铁循环调节剂和双氧水组成，铁循环调节剂主要包括：柠檬酸、没食子酸、抗坏血酸、原儿茶酸、草酸和酒石酸等中的一种或多种混合，铁循环调节剂组成依据场地土壤中矿物成分确定；注入药剂的铁循环调节剂与双氧水的质量比为1:4-20。

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