CN112142160A - 受lnapl污染地下水的as/mpe联用修复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种受LNAPL污染地下水的AS/MPE联用修复系统及方法，包括隔离系统、多相抽提系统、空气注入系统。隔离系统包括止水帷幕和经止水帷幕围成的四周封闭隔离区。多相抽提系统包括抽提井、真空泵、气液分离装置、油水分离装置、抽出水处理装置、尾气处理装置等。抽出水处理装置包括石英砂过滤罐、污染物反应罐、活性炭过滤罐。尾气处理装置包括活性炭吸附装置。空气注入系统包括注气井和空气泵。本发明解决了由于场地渗透性不均而导致抽提效率低的现象，污染物浓度高且渗透性差的区域布设所述空气注入系统，以提供一定的正向气相压力梯度，促进该区域的空气流动，气体的存在同时阻碍LNAPL的垂直向下迁移，通过AS/MPE联用技术强化了抽提系统的抽提效率。

Description

受LNAPL污染地下水的AS/MPE联用修复系统及方法

技术领域

本发明属于土壤与地下水污染控制技术领域，具体地说，涉及一种受LNAPL污染的地下水AS/MPE联用修复系统及方法。

背景技术

地下水是我国水资源的重要组成部分,我国水资源中三分之一是地下水。然而，工业废物随意堆放、石油开采、运输、装卸、储存、加工及使用过程中的泄露都会造成严重的水土污染。常见的土壤及地下水污染物多为非水相液体(Non-aqueous Phase Liquids，NAPL)，比水重者成为重质非水相液体(DNAPL，Dense Non-aqueous Phase Liquids)，比水轻者为轻质非水相液体(LNAPL，Light Non-aqueous Phase Liquids)。LNAPL污染起因为储油罐及管线受腐蚀或者其他原因造成泄漏，土壤中的LNAPL向下渗漏污染地下水,影响用水安全和农作物安全。

原位多相抽提(MPE，Multi-phase extraction)可以同时抽提场地污染区域土壤气体、地下水和自由相等多相态污染基质至地面，进一步进行多相分离及净化处理。空气注入(AS，Air sparging)可以促进污染物对流扩散、LNAPL污染物的溶解和土壤介质吸附污染物的解析，并能增强微生物降解效果，可以显著提高LNAPL污染物的修复效果。

中国专利公开号207845303U，公开日2018年9月11日的专利文献公开了一种地下水中轻质非水相液体的抽出处理系统。该实用新型包括轻质非水相液体厚度监测装置、轻质非水相液体抽出子系统和轻质非水相液体治理子系统，其中轻质非水相液体抽出子系统包括泵、空压机和电控系统，泵与空压机连接，电控系统与空压机通过导线连接，轻质非水相液体厚度监测装置用于测量轻质非水相液体污染区域的轻质非水相液体厚度以及在抽取轻质非水相液体时实时监测其厚度，轻质非水相液体抽出子系统用于抽取地下水，轻质非水相液体治理子系统用于清除水中的轻质非水相液体。该实用新型解决了地下水中轻质非水相液体的污染问题，实现了地下水中轻质非水相液体的抽取及处理修复功能。但是在非匀质的污染场地中，当局部污染物浓度较高、场地渗透性较差时，该系统对LNAPL的修复效果并不理想。

中国专利公开号105776361B，公开日2018年6月8日的专利文献公开了一种受DNAPL污染的地下水原位修复系统及其应用方法。该发明包括钻井、过滤装置、单泵抽提装置及注水装置；过滤装置包括混凝土层、膨润土层和填砂层，并从上至下依次设置于钻井内；单泵抽提装置包括液体环式泵、抽提管、栅式筛管和井管；注水装置包括注水管、排气孔和注水泵，注水管一端插入至井管内部，另一端在地面与注水泵连接，并固定在井管的上端面；排气孔设置在井管上端面。该发明解决了现有DNAPL污染地下水修复技术抽提深度有限、无法确定抽提位置、抽提不彻底等难题，但不适用于LNAPL污染地下水的修复。

发明内容

1.本发明所要解决的技术问题

在非匀质的污染场地中，当局部污染物浓度较高、场地渗透性较差时，对LNAPL进行抽提处理时存在抽提效率低、抽提不彻底等不足。本发明提供了一种受LNAPL污染地下水的AS/MPE联用修复系统及方法，可以克服这些不足，强化抽提效果，并缓解场地渗透性不均的限制。

2.技术方案

为了实现上述目的，本发明提供了一种受LNAPL污染地下水的AS/MPE联用修复系统，包括隔离系统、多相抽提系统、空气注入系统。所述隔离系统位于污染范围边界外，包括止水帷幕和经止水帷幕围成的四周封闭隔离区。所述多相抽提系统包括抽提井、真空泵、气液分离装置、油水分离装置、抽出水处理装置、尾气处理装置、危废储存池、真空控制阀。所述抽出水处理装置包括石英砂过滤罐、污染物反应罐、活性炭过滤罐。所述尾气处理装置包括温湿度控制系统、活性炭吸附装置。所述空气注入系统包括注气井和空气泵。为了解决场地渗透性不均而导致抽提效率低的现象，污染物浓度高且渗透性差的区域布设所述空气注入系统，以提供一定的正向气相压力梯度，促进该区域的空气流动，气体的存在同时阻碍LNAPL的垂直向下迁移，从而强化抽提系统的抽提效率。

所述隔离系统用于隔离污染与非污染区域，防止在抽提过程中将非污染区域清洁的地下水通过抽提井抽出，增加抽出水处理装置的处理负担，也防止在修复过程中对周边清洁区域造成污染。

所述抽提井的井管上端为实管、下端为筛管，并且管外从上至下依次被混凝土、膨润土和石英砂填充。填充石英砂是为了防止泥沙进入管道阻碍抽提功能；填充膨润土是为了加强各抽提井管的密封性；填充混凝土是为了固定抽提井管。填充的石英砂的位置略高于筛管的位置；填充的膨润土位于石英砂以上的实管所在位置。

在所述抽提井中安装抽提滴管，抽提滴管插入到LNAPL层中，抽提滴管与真空泵系统总管路连接，真空总管与气液分离装置、真空泵、尾气处理装置、油水分离装置和抽出水处理装置连接。

所述抽提井的布设数量，根据中试试验确定的抽提井的影响半径，再根据影响半径确定抽提井之间的间距，以及抽提井的数量。

所述空气注入井为中空PE管，根据含水层的深度和厚度在安装前预制割缝，使空气进入待修复区域，割缝的长度为空气注入井周长的一半，相邻割缝错位布置；所述空气注入井垂直插入到地下不透水层，空气注入井在含水层饱和区的位置割缝；空气注入井内安装有注气管，注气管连接空气泵。

优选地，所述止水帷幕可采用三轴水泥搅拌桩、帷幕灌浆、柔性防渗墙等，帷幕墙的渗透系数K≤n×10^-6cm/s。

优选地，在所述气液分离装置之前的所述真空总管上设有真空控制阀。

优选地，所述抽提井的材质为UPVC。

优选地，所述真空泵为液环泵、喷射泵。

优选地，为了减轻尾气处理装置的工作负荷及提高活性炭的处理效率，在活性炭吸附装置前安装气体温湿度控制系统。

一种受LNAPL污染地下水的AS/MPE联用修复系统的应用方法，其步骤为：

(1)首先在污染区域边界外建止水帷幕，以减少在修复过程中的涌水量，并防止污染物质进一步向周边扩散。

(2)在受LNAPL污染的地下水污染范围内建抽提井，以污染浓度最高处为中心，根据中试试验确定的影响半径确定两个抽提井之间的间距及抽提井数量，抽提井的建立步骤如下：在污染区域钻井，将上端为实管，下端为筛管的抽提井管垂直插入钻井内，并且在井内依次填入石英砂、膨润土，并用混凝土固定抽提井。

(3)在两个抽提井影响半径的交点处设立空气注入井，将注气管插入到空气注入井内，插入到含水层饱和区的位置。

(4)将抽提滴管插入到抽提井内，一开始抽提滴管放在LNAPL的中上层，随着抽提进度再逐步往下放。

(5)当抽提效率较低时，启动空气注入系统，打开注气泵，向含水层饱和区注入空气，直到抽提结束。

(6)将抽提出的气/水/LNAPL自由相进入气液分离装置，分离出的气体通过温湿控制系统进行温度和湿度的调控后，进入活性炭吸附装置，然后达标排放；经过气液分离装置分离出的液体通过抽水泵进入油水分离装置，在重力的作用下，LNAPL与水分层，LNAPL通过泵进入危废储存池，作为危废进行处置，分离出的废水通过泵进入抽出水处理装置，处理达标后排放。

3.本发明的有益效果

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种受LNAPL污染地下水的AS/MPE联用修复系统，通过真空抽提与空气注入联用的方式，将LNAPL、受污染的地下水、含污染物的土壤气体通过抽提井抽至地面进入气液分离装置，并且通过控制MPE抽提速率，使抽水造成的水面下降与真空形成的水面上升保持平衡，使潜水面保持相对稳定的状态。当抽提流量不稳定时，启动空气注入系统，向含水层饱和区注入空气，以阻止LNAPL的垂向下迁，从而强化抽提效果，缓解场地渗透性不均的限制。分离出的废气通过温湿度控制系统后经活性炭吸附处理后排放；液体通过油水分离装置，分离的LNAPL自由相作为危废处置，废水经过抽出水处理装置处理达标后排放。在非匀质的污染场地中，当局部污染物浓度较高、场地渗透性较差时，对LNAPL进行抽提处理时存在抽提效率低、抽提不彻底等问题。本发明可以克服现有技术抽提效率低、抽提不彻底等不足，实现强化抽提效果，并缓解场地渗透性不均的限制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

示意图中的标号说明：1-隔离系统(11-止水帷幕)、2-多相抽提系统(22-抽提井、221-抽提滴管、222-真空总管、223-混凝土、224-膨润土、225-石英砂、23-真空泵、24-气液分离装置、25-油水分离装置、26-抽出水处理装置、27-尾气处理装置、271-温湿度控制系统、272-活性炭吸附装置、28-危废储存池、29-真空控制阀)3-空气注入系统(31-注气井、32-空气泵、33-注气管)。

具体实施方式

以下通过具体实施方式结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施范围并不限于此。

实施例

如图1所示，一种受LNAPL污染地下水的AS/MPE联用修复系统，包括隔离系统1、多相抽提系统2、空气注入系统3。

在本实施方式中，所述隔离系统位于污染范围边界外，包括止水帷幕11和经止水帷幕围成的四周封闭隔离区。所述多相抽提系统2包括抽提井22、真空泵23、气液分离装置24、油水分离装置25、抽出水处理装置26、尾气处理装置27、危废储存池28、真空控制阀29。所述抽出水处理装置26包括石英砂过滤罐261、污染物反应罐262、活性炭过滤罐263。所述尾气处理装置27包括温湿度控制系统271、活性炭吸附装置272。为了解决场地渗透性不均而导致抽提效率低的现象，污染物浓度高且渗透性差的区域布设所述空气注入系统3，以提供一定的正向气相压力梯度，促进该区域的空气流动，气体的存在同时阻碍LNAPL的垂直向下迁移，从而强化抽提系统的抽提效率。所述空气注入系统3包括注气井31、空气泵32、注气管33。

在本实施方式中，所述隔离系统1用于隔离污染与非污染区域，防止在抽提过程中将非污染区域清洁的地下水通过抽提井抽出，增加抽出水处理装置的处理负担，也防止在修复过程中对周边清洁区域造成污染。

优选地，所述止水帷幕11采用Ф800＠1200三轴水泥土搅拌桩，即边轴正旋转注浆搅拌、中轴反旋转喷气搅拌水泥土的施工方法，止水帷幕11采用一搅一喷施工工艺。水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺入比10～20％，水灰比为1.5～2.0，帷幕墙的渗透系数K≤n×10^-6cm/s。

在本实施方式中，所述抽提井22的井管上端为实管、下端为筛管，并且管外从上至下依次被混凝土223、膨润土224和石英砂225填充。填充石英砂225是为了防止泥沙进入管道阻碍抽提功能；填充膨润土224是为了加强各抽提井管的密封性；填充混凝土223是为了固定抽提井管。填充的石英砂225的位置略高于筛管的位置；填充的膨润土223位于石英砂以上的实管所在位置。

在本实施方式中，在所述抽提井22中安装抽提滴管221，抽提滴管221插入到LNAPL层中，并将抽提滴管221与真空总管222连接，真空总管222与气液分离装置24、真空泵23、油水分离装置25、尾气处理装置27和抽出水处理装置26连接。

在本实施方式中，所述抽提井22的布设数量，根据中试试验确定的抽提井22的影响半径，再根据影响半径确定抽提井22之间的间距，以及抽提井22的数量。

优选地，在所述气液分离装置24之前的所述真空总管上设有真空控制阀29，所述抽提井22井管的材质为UPVC。

在本实施方式中，所述空气注入井31垂直插入到地下不透水层，空气注入井管在含水层饱和区的位置割缝，并且在割缝管外填充石英砂以防止泥沙堵塞注气管33。

优选地，所述真空泵23的流量为37m³/h，绝对压力为3kPa。

优选地，为了减轻尾气处理装置27的工作负荷及提高活性炭的处理效率，在活性炭吸附装置272前安装气体温湿度控制系统271，活性炭吸附装置272的材质为碳钢材质。

本实施例的一种受LNAPL污染地下水的AS/MPE联用修复系统的应用方法，其步骤为：

(1)以长江下游地区某退役废油厂为例，该场地在拆除废旧设备过程中发生泄漏，对场地造成污染，场地存在汽油、柴油类的LNAPL自由相。经调查发现，该地块地下水稳定水位距离地表1.2～2.0m，LNAPL自由相位于粉土层，深度约距离地表1.8～2.29m，LNAPL厚约30～50cm。

(2)首先在污染区域边界外建止水帷幕11，以减少在修复过程中的涌水量，并防止污染物质进一步向周边扩散。

(3)从污染最重的区域开始向外布设抽提井22，影响半径为1.5m，井之间的间距为2.5m，抽提井22深度为6m。

(4)在抽提井22影响半径交汇处布设空气注入井31，空气注入井31深度为6m。

(5)将抽提滴管221插入到抽提井内，一开始抽提滴管221放在距离地表1.8～2.0m之间，随着抽提进度再逐步往下放到距离地表2.3m处，以避免LNAPL往下扩散；将注气管33插入到空气注入井内，插入到含水层饱和区的位置。

(4)抽提过程中系统的真空度控制在-0.065MPa，抽提井井头处真空度控制在-0.03MPa，抽提速度控制在0.06～0.12L/s。通过调节MPE抽提速度，使抽水造成的水面下降与真空形成的水面上升保持平衡，使潜水面保持相对稳定的状态。

(5)当抽提流量不稳定时时，启动空气注入系统3，打开注气泵32，通过注气井31向含水层饱和区注入空气，提供一定的正向气相压力梯度，促进该区域的空气流动，通过空气流的吹脱租用促进污染物对流扩散、LNAPL污染物的溶解和土壤介质吸附污染物的解析，并增强微生物的降解效果，从而强化抽提效果，提高LNAPL的污染修复效果。

(6)将抽提出的气/水/LNAPL自由相进入气液分离装置24，分离出的气体通过温湿控制系统271进行温度和湿度的调控后，进入活性炭吸附装置272，然后达标排放，运行期间定期监测气液分离后尾气处理排放浓度，采用光粒子检测器(PID)进行检测，PID度数超过40mg/m³，则更换活性炭吸附装置中的活性炭填料；经过气液分离装置24分离出的液体通过抽水泵进入油水分离装置25，在重力的作用下，LNAPL与水分层，LNAPL通过泵进入危废储存池28，作为危废进行处置；分离出的废水通过泵进入抽出水处理装置26，废水处理工艺如下：首先通过气浮池去除非水相液体，然后进入催化氧化池，在池中分段加入芬顿试剂将废水中的污染物进行氧化处理，加入絮凝剂进行混凝沉淀，上清液流经石英砂过滤器和活性炭吸附装置通过吸附作用进一步去除水中残留的污染物和悬浮颗粒物，废水经处理达标后排放。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。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，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种受LNAPL污染之地下水的AS/MPE联用修复系统，其特征在于，包括用于隔离出污染区域的隔离系统、用于抽提LNAPL的抽提系统、用于向含水层饱和区注入空气的空气注入系统和用于处理抽提系统抽提出的物质的处理系统。

2.根据权利要求1所述的一种受LNAPL污染之地下水的AS/MPE联用修复系统，其特征在于，所述隔离系统为设置于污染区域边界外的止水帷幕。

3.根据权利要求1所述的一种受LNAPL污染之地下水的AS/MPE联用修复系统，其特征在于，所述抽提系统包括若干个抽提井、气液分离装置和真空泵，抽提井中设有抽提滴管，抽提滴管的下端插入到LNAPL层中，上端通过真空总管连接气液分离装置，气液分离装置的气体出口连接真空泵。

4.根据权利要求1所述的一种受LNAPL污染之地下水的AS/MPE联用修复系统，其特征在于，所述空气注入系统包括空气注入井、注气管和空气泵，所述空气注入井为中空PE管，根据含水层的深度和厚度在安装前预制割缝，使空气进入待修复区域，割缝的长度为空气注入井周长的一半，相邻割缝错位布置；所述空气注入井垂直插入到地下不透水层；空气注入井内安装有注气管，注气管连接空气泵。

5.根据权利要求3所述的一种受LNAPL污染之地下水的AS/MPE联用修复系统，其特征在于，所述处理系统包括与真空泵的气体出口连接的尾气处理装置、与气液分离装置的液体出口连接的油水分离装置、分别与油水分离装置的油相出口连接的危废储存池和与油水分离装置的水相出口连接的抽出水处理装置。

6.根据权利要求5所述的一种受LNAPL污染之地下水的AS/MPE联用修复系统，其特征在于，所述尾气处理装置包括温湿度控制系统、活性炭吸附装置。

7.根据权利要求5所述的一种受LNAPL污染之地下水的AS/MPE联用修复系统，其特征在于，所述抽出水处理装置包括石英砂过滤罐、污染物反应罐、活性炭过滤罐。

8.一种受LNAPL污染之地下水的AS/MPE联用修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在污染区域边界外建止水帷幕；

步骤2：在污染区域内建若干个抽提井；

步骤3：在两个抽提井影响半径的交点处设立空气注入井，将注气管插入到空气注入井内，插入到含水层饱和区的位置；

步骤4：将抽提滴管插入到抽提井内，一开始抽提滴管放在LNAPL的中上层，随着抽提进度再逐步往下放；

步骤5：当抽提流量不稳定时，启动空气注入系统，打开注气泵，向含水层饱和区注入空气，直到抽提结束；

步骤6：对抽提出的气/水/LNAPL自由相进行处理。

9.根据权利要求8所述的受LNAPL污染之地下水的AS/MPE联用修复方法，其特征在于，步骤2中，以污染浓度最高处为中心，根据中试试验确定的影响半径确定两个抽提井之间的间距及抽提井数量，抽提井的建立步骤如下：在污染区域钻井，将上端为实管，下端为筛管的抽提井管垂直插入钻井内，并且在井内依次填入石英砂、膨润土和混凝土。

10.根据权利要求8所述的受LNAPL污染之地下水的AS/MPE联用修复方法，其特征在于，步骤6包括：将抽提出的气/水/LNAPL自由相进入气液分离装置，分离出的气体通过温湿控制系统进行温度和湿度的调控后，进入活性炭吸附装置，然后达标排放；经过气液分离装置分离出的液体通过抽水泵进入油水分离装置，在重力的作用下，LNAPL与水分层，LNAPL通过泵进入危废储存池，作为危废进行处置，分离出的废水通过泵进入抽出水处理装置，处理达标后排放。

Images