CN112974502A - 一种利用水平井进行污染土壤修复的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用水平井进行污染土壤修复的方法。这种方法包括：(1)、确认污染土壤中污染土层的待修复面积和待修复深度；(2)、根据污染土层的待修复面积和待修复深度，设定一个或若干个修复单元，修复单元平行设置；(3)、修复单元的抽提井工作，将污染土层中游离态的水抽干；(4)、通过修复单元的注射井向污染土层中持续加压注入高温二氧化碳，同时修复单元的抽提井将水蒸气和污染气体抽出；(5)、通过注射井向污染土层中持续加压注入修复药剂，同时抽提井将与污染土层作用后的修复药剂抽出。本发明通过在污染土层建立双层水平井增大了修复面积，降低了钻探成本，形成了良好的线性驱动，大大提高了修复效果。

Description

一种利用水平井进行污染土壤修复的方法

技术领域

本发明涉及污染土修复技术领域，尤其是一种利用水平井进行污染土壤修复的方法。

背景技术

近年来，随着我国工业化进程加快，我国土壤污染日益严重，形成了大量的污染土壤和地下水，这不仅破坏了生态环境而且直接或间接的危害着人体健康安全。因此对污染土和地下水的修复工作迫在眉睫。

目前对污染水、土的修复方法主要分为原位修复和异位修复，前者主要通过将药剂投入地下污染区域进行生物化学反应的方式；而后者主要通过将地下水土取出的方式进行。

而无论是原位修复或是异位修复，目前均采用直井来进行化学药剂的投入或污染流体的抽出。而地下污染土层多为薄层，污染面积较大，使用直井进行修复不仅需要数量较多且直井成本较高，而且不利于修复药剂与污染土层的渗透结合，尤其对于渗透性较差的土层，需要较高的注射压力，且修复效果不明显。同时目前各种修复手段都具有一定针对性，而往往土层污染物不知一种，很难修复完全。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种利用水平井进行污染土壤修复的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用水平井进行污染土壤修复的方法，包括如下步骤：

(1)、确认污染土壤中污染土层的待修复面积和待修复深度；

(2)、根据污染土层的待修复面积和待修复深度，设定一个或若干个修复单元，修复单元平行设置；

(3)、修复单元的抽提井工作，将污染土层中游离态的水抽干；

(4)、通过修复单元的注射井向污染土层中持续加压注入高温二氧化碳，同时修复单元的抽提井将水蒸气和污染气体抽出；

(5)、通过注射井向污染土层中持续加压注入修复药剂，同时抽提井将与污染土层作用后的修复药剂抽出，最终完成对污染土壤的全面治理；

步骤(2)中修复单元包括平行设置的上水平井和下水平井，上水平井和下水平井分别位于污染土层的顶端和底端；所述上水平井一端连接有注射井，上水平井另一端为封闭端，上水平井下表面开设有若干注射孔；所述下水平井一端连接有抽提井，下水平井另一端为封闭端，下水平井上表面开设有若干抽提孔。

进一步地，所述注射井和抽提井为相对设置。

进一步地，所述上注射井和抽提井分别位于污染土层的边缘处。

进一步地，所述上水平井和下水平井分别包括不锈钢层，不锈钢层的内侧和外侧分别设有PVC层，所述注射孔和抽提孔处均安装有隔套。

进一步地，所述步骤(4)中二氧化碳的注入压力为0.5～5.5MPa，注入温度为500～1000℃。

本发明的有益效果是：本发明结构简单，具有以下优点：

(1)、通过在污染土层建立双层水平井增大了修复面积，降低了钻探成本，形成了良好的线性驱动，大大提高了修复效果；

(2)、抽完土层中游离态的水后，通过往上层水平井注入高温二氧化碳，同时通过下层水平井将加热汽化后的水蒸气、污染气体抽出处理，不仅有利于将难溶的有机物污染热脱附析出治理，而且降低了土层的束缚水含量，在污染土层中形成大量连通的热裂缝，增加了污染土层渗透性，提高污染土对药剂的吸附能力，有利于药剂与污染土的混合修复；

(3)、步骤(3)为异位修复，步骤(4)和步骤(5)为原位修复，采用原位修复和异位修复相结合的修复方式，既解决了异位修复污染土、水成本高及二次污染问题，又解决了原位修复污染土、水修复量难以控制，修复时间短的问题；

(4)、通过加压注射和抽提相结合的注药监测方式，能够根据抽提井对地下污染状况实时监测，通过注射井控制修复药剂的注射量及修复时间间隔；

(5)、本发明设计合理，利用水平井作为媒介充分发挥了各个修复步骤的最大修复效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的施工流程图；

图2是修复单元在污染土壤处的平面分布图；

图3是修复单元的纵剖图；

图4是上水平井/下水平井的结构示意图。

图中：1.上水平井，2.下水平井，3.注射井，4.抽提井，5.污染土层，6.注射孔，7.抽提孔，8.地面，9.不锈钢层，10.PVC层，11.隔套。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-4所示的一种利用水平井进行污染土壤修复的方法，箭头表示二氧化碳和修复药剂在污染土层5中的具体包括如下步骤：

(1)、确认污染土壤中污染土层5的待修复面积和待修复深度；

(2)、根据污染土层5的待修复面积和待修复深度，设定一个或若干个修复单元，修复单元平行设置；修复单元包括平行设置的上水平井1和下水平井2，上水平井2和下水平井3分别位于污染土层5的顶端和底端；上水平井1一端连接有注射井3，上水平井1另一端为封闭端，上水平井1下表面开设有若干注射孔6；下水平井2一端连接有抽提井4，下水平井2另一端为封闭端，下水平井2上表面开设有若干抽提孔；

(3)、修复单元的抽提井4工作，将污染土层5中游离态的水抽干；

(4)、通过修复单元的注射井3向污染土层5中持续加压注入高温二氧化碳，同时修复单元的抽提井4将水蒸气和污染气体抽出；高温二氧化碳对污染土层5进行加热，使得污染土层5中的束缚水和部分有机物污染汽化，使得污染土层5脱水开裂，同时通过抽提井4将水蒸气和污染气体抽出治理并在污染土层5中形成大量连通裂缝；二氧化碳的注入压力为0.5～5.5MPa，注入温度为500～1000℃。

(5)、通过注射井3向污染土层5中持续加压注入修复药剂，同时抽提井4将与污染土层5作用后的修复药剂抽出，最终完成对污染土壤的全面治理。

步骤(2)通过建立双层水平井作为污染土层5修复的媒介，并采取“一注一抽”的加压抽提模式，使得污染土层5中形成了自上而下的线性驱动力，便于中低渗透污染土层5中污染水的抽提以及药剂的注入。相邻两个修复单元之间的间距受污染土层5渗透率控制，在正常含水层中，如渗透率2.5米/天，修复间距一般为5～10m；渗透率与修复间距一般为正比关系。

步骤(3)主要是对地下污染水进行修复，由于地下水在异位修复过程中次生污染小，所需设备和药剂较为简单，故采取异位修复方式能够对游离态水进行较为充分的治理，将游离态的水抽干后能够使污染土体中形成大量的未充填的连通孔隙和负压，有利于后期高温二氧化碳的流通和渗透。

步骤(4)主要是针对污染土层5中的挥发性有机质污染进行修复工作，采用热脱附进行处理，高温二氧化碳能够达到几百摄氏度，远高于挥发性有机物的挥发要求，对挥发性有机质能够进行充分修复，由于步骤(3)使土层形成负压，使得高温二氧化碳能够充分进入所有的连通孔隙，充分对有机质污染进行热脱附治理；另外由于束缚水的热蒸发，土层脱水干裂，形成了大量的连通孔隙，便于修复药剂的渗透。

步骤(5)注射井3可以持续稳定向污染土层5注入修复药剂，通过实时检测抽取井4溶液，实现了实时监控修复效果，有效控制注药剂量，防止化学药剂使用过量，造成二次污染，也防止化学药剂使用过少，污染物解吸反弹等问题。

通过步骤(2)到步骤(4)的治理，将污染水和挥发性有机质进行了充分治理。污染土层5中剩下的污染物将以修复药剂进行长期多次中和或固化。由于步骤(2)建立起了污染土层的自上而下的线性驱动力，步骤(3)到步骤(4)又将污染土层5进行脱水干裂形成大量连通孔隙，步骤(5)的药剂能够充分渗透到污染土层5的各个角落，形成很好的修复效果。形成线性驱动力和连通孔隙之后土层的渗透率能够达到形成前的10倍以上，对于药剂的渗透具有非常重要的意义。

由于地下污染土层5为厚度小面积大的薄层，采用直井作为修复媒介往往需要大量的修复井才能完成修复效果，而采用双层水平井作为修复媒介大大节约了成本，提高了修复效率。污染土的垂向渗透率和横向渗透率大致相等，若污染土层的直径为r，厚度为h(这里视为近圆柱体污染土体)，利用水平井作为修复媒介的修复效果是直井的r/h倍。利用水平井需要的修复井数为h/k(k为整数，与土层渗透率有关)，而利用直径进行土壤修复所需井数为r/k，故水平井修复成本为直径的h/r倍，显然r的值远大于h的数值，故水平井作为修复媒介具有良好的修复效果。

注射井3和抽提井4为相对设置，便于修复单元的合理布局。

注射井3和抽提井4分别位于污染土层的边缘处，便于扩大修复范围。

上水平井1和下水平井2分别包括不锈钢层9，不锈钢层9的内侧和外侧分别设有PVC层10，注射孔6和抽提孔7处均安装有隔套11。PVC层10和隔套11均可以将不锈钢层9与污染物和药剂隔离，防止不锈钢层9与污染物和药剂发生化学反应，防止污染物和药剂对不锈钢层9的腐蚀，进一步延长上水平井1和下水平井2的使用寿命。

实施例1

某工地为Ⅰ类用地，经场地调查后其主要污染物为氯苯等有机质污染，修复前平均浓度3000mg/kg以上。该污染场地通过多相抽提的原位修复方式一直未能达到修复要求，即抽提不完整一段时间后仍有污染物渗入土层中，仅采用多相抽提修复方法，短期污染场地的氯苯浓度能够降到100mg/kg左右，但是经过一个月左右的时间氯苯浓度能升至1000mg/kg以上，再次超过管控值。若对整个场地污染土层直接进行热脱附修复，修复成本高昂且修复效果并没有保证。

经进一步的场地调查发现污染土层中除了渗透性正常的污染土层外，还存在中低渗透透镜体具体表现为淤泥质粉质黏土形成的暗塘。该透镜体对氯苯污染具有一定吸附性，污染浓度明显高于场地内其他区域。场地修复效果一直未能达标，原因就是这些透镜体中的污染物难以抽出，当在其他区域已达到修复指标后，因浓度梯度的影响，透镜体中的污染物又会渗入其中导致污染浓度再次增加。

后针对场地内这些中低渗透透镜体(透镜体平面上可视为椭圆，长轴与短轴之比小于4：1)，采用了本次发明的修复方法，由于本工地中透镜体短轴大于5m，因此每5m建立一个修复单元，且水平井沿长轴延展，水平井之间的间距小于短轴长度，进行修复工作。修复时，注入的高温二氧化碳温度为800℃，注入压力约为5MPa，二氧化碳注入速率0.5t/h，持续注入，直至抽提井中检测有大量水蒸气和二氧化碳，注气时间与修复土体体积大小和埋深成正比，平均注入时间60天；然后注入修复药剂，如双氧水，过氧化钠等，对剩余污染物进行氧化中和。注入压力、注入速率与二氧化碳一致，修复时间约20天。

另外，如果污染土层的中低渗透透镜体短轴小于等于5m，则只需建立一个修复单元。

修复后，场地内中低渗透透镜体与渗透性正常的污染土层相比，两者的氯苯污染浓度之间相差不超过5％，透镜体内氯苯浓度低至100mg/kg，而渗透性正常的污染土层氯苯浓度低至80mg/kg以下，均已达到修复要求。经过对场地的污染监测，一个月后该场地未发生污染浓度再次增加的反复现象，氯苯浓度均在100mg/kg以下，说明采用本发明的修复方法，修复效果稳定且长期有效。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

Claims (5)

1.一种利用水平井进行污染土壤修复的方法，其特征在于：所述修复方法包括如下步骤：

(1)、确认污染土壤中污染土层的待修复面积和待修复深度；

(2)、根据污染土层的待修复面积和待修复深度，设定一个或若干个修复单元，修复单元平行设置；

(3)、修复单元的抽提井工作，将污染土层中游离态的水抽干；

(4)、通过修复单元的注射井向污染土层中持续加压注入高温二氧化碳，同时修复单元的抽提井将水蒸气和污染气体抽出；

(5)、通过注射井向污染土层中持续加压注入修复药剂，同时抽提井将与污染土层作用后的修复药剂抽出，最终完成对污染土壤的全面治理；

所述步骤(2)中修复单元包括平行设置的上水平井和下水平井，上水平井和下水平井分别位于污染土层的顶端和底端；所述上水平井一端连接有注射井，上水平井另一端为封闭端，上水平井下表面开设有若干注射孔；所述下水平井一端连接有抽提井，下水平井另一端为封闭端，下水平井上表面开设有若干抽提孔。

2.根据权利要求1所述的利用水平井进行污染土壤修复的方法，其特征在于：所述注射井和抽提井为相对设置。

3.根据权利要求1所述的利用水平井进行污染土壤修复的方法，其特征在于：所述注射井和抽提井分别位于污染土层的边缘处。

4.根据权利要求1所述的利用水平井进行污染土壤修复的方法，其特征在于：所述上水平井和下水平井分别包括不锈钢层，不锈钢层的内侧和外侧分别设有PVC层，所述注射孔和抽提孔处均安装有隔套。

5.根据权利要求1所述的利用水平井进行污染土壤修复的方法，其特征在于：所述步骤(4)中二氧化碳的注入压力为0.5～5.5MPa，注入温度为500～1000℃。

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