CN116037639A - 一种滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺及装置 - Google Patents

一种滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺及装置，包括测定地下水位的平衡时间；利用修复药剂溶液自身的势能，通过注入井采用滴灌方式自动注入待修复土壤地下水中；绘制水位埋深与水位线平衡流量曲线图，水位埋深测定结果，确定各注入井内药剂溶液的水位线平衡流量，使得地下水位线维持稳定；定时采样待修复土壤地下水，测定相关的污染因子，直至污染因子测定值满足修复指标。本发明修复药剂注入工艺，借助药剂势能、无需额外提供泵入动力、利用水力交互作用将原位修复药剂持续注入至目标地层的介质孔隙，缩短注药量、节省动力成本、避免注药修复过程中出现反浆现象，提高土壤/地下水原位修复的效率和安全性。

Description

一种滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺及装置
技术领域
本发明属于生态环境保护技术领域，具体涉及一种滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺及装置。
背景技术
土壤及地下水因不可见性与复杂性，其污染防治往往更为困难。在这其中，有机污染物是土壤及地下水污染物中的一个大类，严重威胁农产品安全和人体健康。随着工业现代化进程的加快，石油化工产品的泄露、农药的大量使用、城市污水和污泥的农用以及大气污染物沉降等，都造成了严重的土壤/地下水有机物污染问题。在有机污染场地中，石油烃、有机农药、多氯联苯和多环芳烃等具有高毒性、高积累、难降解、可远距离迁移特性的有机污染物，不仅会对生态环境造成严重威胁，而且还会严重危害人类健康，因此，针对有机污染的土壤/地下水修复刻不容缓。
在土壤及地下水修复领域，原位修复技术因其相对成本低、设备简单占地面积少、施工扰动小等优势而受到广泛关注。原位注入修复技术通常在动力设备、管路系统及注入井系统的协同作用下将修复药剂注入至污染场地的地下污染区域，通过化学药剂或生物药剂与污染物的一系列地球化学、生物反应，产生污染物降解、削减、固化、生物分解的作用，减少污染物的地下浓度负荷，降低污染物通过蒸散、挥发、地下水流动传导带来的人体健康风险及生态环境风险。
原位注入修复技术的核心和关键在于修复药剂在土壤和地下水中的定向精准注入和均质高效传输，现有的加压注入手段，容易发生修复药剂在注入压力下形成的优先通道内垂向返流或地层间串流，进而造成原位药剂注入失败。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种无需额外提供泵入动力、利用水力交互作用将原位修复药剂持续注入至目标地层的工艺，降低注药量、节省动力成本、避免注药修复过程中出现反浆现象，提高土壤/地下水原位修复的效率和安全性。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺，包括如下步骤：
(1)根据待修复场地现场条件，测定注入井内注入一定体积水后，地下水位的平衡时间；
(2)配置修复药剂溶液，利用修复药剂溶液自身的势能，通过注入井采用滴灌方式自动注入待修复土壤地下水中；
(3)基于水位线下降测定结果，绘制水位埋深与水位线平衡流量曲线图；根据水位埋深测定结果，确定各注入井内药剂溶液的水位线平衡流量，使得地下水位线维持稳定；
(4)定时采样待修复土壤地下水，测定相关的污染因子，直至污染因子测定值满足修复指标，完成修复，停止注药。
具体地，步骤(1)中，向注入井内注入一定体积水，使得地下水位线升高至与地面齐平，然后开始计时，直至地下水位线回复至初始液面高度停止计时，获得地下水位的平衡时间。
具体地，步骤(3)中，药剂溶液的水位线平衡流量通过如下公式获得：
ΔQ＝Δh×πr2/Δt
其中，ΔQ/m3·min-1表示水位线平衡流量；
Δh/m表示水位初始埋深，即初始水位高度到地面的距离；
r/m表示注入井的管径；
Δt/min表示平衡时间。
进一步地，还可以通过绘制水位埋深与水位线平衡流量曲线图，从而可实现，在同一地块中，根据水位埋深测定即可确定地下水水位线平衡流量。
进一步地，本发明还要求保护一种滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入系统，包括药剂注入井、多参数探头、智能井、PLC控制器、注药罐和电子流量阀；
所述智能井包括监测井和监测终端，监测井与药剂注入井一同埋入土壤地下水中；所述多参数探头设置在智能井的监测井内，并通过数据线连接至位于地面上方的监测终端；
所述注药罐通过注药管道连接至药剂注入井内，向药剂注入井内输送药剂溶液；所述的电子流量阀设置在注药罐与药剂注入井之间的注药管道上；所述电子流量阀、智能井的监测终端、与PLC控制器电路连接。
具体地，所述的注药罐位于地面上，其内部装有药剂溶液；注药罐的底部设有与注药管道连接的排液口，利用注药罐与药剂注入井之间的压差，将注药罐内的药剂溶液缓慢滴灌至药剂注入井内。
具体地，所述的药剂注入井外壁上设有一组通孔，药剂溶液经药剂注入井外壁通孔扩散至地下水中。
进一步地，所述注药罐的底部，设有可升降支架；所述可升降支架通过电动控制升降，实现注药罐的抬升与下降。
进一步地，所述注药罐内设有搅拌器，所述搅拌器通过电控开关与PLC控制器电路连接。
优选地，所述的多参数探头为型号Aqua TROLL 400的多参数水质探头。
优选地，所述药剂注入井与智能井的监测井，均采用EP2000+直推式钻机打井。
有益效果：
(1)本发明滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺，利用药剂势能，让药剂自然滴灌式添加不需要额外提供水泵动力，可节省原有药剂注入动力经济成本。
(2)本发明在滴灌注入模式下，通过引入水位线平衡流量参数(ΔQ)，控制滴灌注入流量≤ΔQ，从而保证可利用水力交互作用将原位修复药剂不间断注入至目标地层的介质孔隙，实现药剂的持续注入；且药剂滴灌注入流量≤ΔQ，可保证药剂添加后仍维持水位线液面的稳定，避免注药修复过程中出现反浆现象，提高土壤地下水原位修复的效率和安全性。
(3)与现有药剂加压注入技术手段相比，本发明滴灌式自动注入避免了因加压导致药剂流速过快在注入压力下形成的优势通道内垂向返流或地层间串流，并且可以增大修复药剂在污染物之间停留时间，满足其降解反应所需时间，提高修复药剂的利用效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是该滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入系统的整体结构示意图。
其中，各附图标记分别代表：
1-药剂注入井；2-多参数探头；3-智能井；4-PLC控制器；5-电控开关；6-搅拌器；7-注药罐；8-可升降支架；9-电子流量阀；10-地下水位线。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
如图1所示，本发明滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入系统，包括药剂注入井1、多参数探头2、智能井3、PLC控制器4、注药罐7和电子流量阀9。
其中，智能井3包括监测井和监测终端，监测井与药剂注入井1一同埋入土壤地下水中；所述多参数探头2设置在智能井3的监测井内，并通过数据线连接至位于地面上方的监测终端。药剂注入井1与智能井3的监测井，均采用EP2000+直推式钻机打井工艺，药剂从药剂注入井1向地下水中扩散。
注药罐7通过注药管道连接至药剂注入井1内，向药剂注入井1内输送药剂溶液；所述的电子流量阀9设置在注药罐7与药剂注入井1之间的注药管道上；所述电子流量阀9、智能井3的监测终端、与PLC控制器4电路连接。智能井3将多参数探头2实时测定的监测数据，发送至PLC控制器4，并通过PLC控制器4来控制电子流量阀9，调节药剂溶液的滴灌流速。
注药罐7位于地面上，其内部装有药剂溶液；注药罐7的底部设有与注药管道连接的排液口，利用注药罐7与药剂注入井1之间的压差以及药剂溶液自身势能，将注药罐7内的药剂溶液缓慢滴灌至药剂注入井1内。药剂注入井1外壁上设有一组通孔，药剂溶液经药剂注入井1外壁通孔扩散至地下水中。
注药罐7的底部，设有可升降支架8；所述可升降支架8通过电动控制升降，实现注药罐7的抬升与下降。可升降支架8选用中鼎升降机械有限公司的电动物料升降装置。
注药罐7内设有搅拌器6，所述搅拌器6通过电控开关5与PLC控制器4电路连接。通个PLC控制器4来控制电控开关5的开闭，从而控制搅拌器6的启停工作。
本发明中，多参数探头2为型号Aqua TROLL 400的多参数水质探头，包含pH、ORP、EC等多功能参数传感功能。
智能井3采用环智牌智能井，监测井内的多参数探头2将数据传输至智能井位于地面上方的监测终端，监测终端采用深圳迈德施生物科技有限公司-MDS-W水质多参数监测系统。
本发明中，电控开关5、智能井3的监测终端、电子流量阀9与PLC控制器4采用本领域常见的控制电路连接，当监控到修复目标完成则停止搅拌注药。
本发明滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺，包括如下步骤：
(1)根据待修复场地现场条件，向注入井内注入一定体积水，使得地下水位线10升高至与地面齐平，然后开始计时，直至地下水位线10回复至初始液面高度停止计时，获得地下水位的平衡时间；
(2)配置修复药剂溶液，利用修复药剂溶液自身的势能，通过注入井采用滴灌方式自动注入待修复土壤地下水中；
(3)基于水位线下降测定结果，绘制水位埋深与水位线平衡流量曲线图；根据水位埋深测定结果，确定各注入井内药剂溶液的水位线平衡流量，使得地下水位线维持稳定；
(4)定时采样待修复土壤地下水，测定相关的污染因子，直至污染因子测定值满足修复指标，完成修复，停止注药。
步骤(3)中，药剂溶液的水位线平衡流量通过如下公式获得：
ΔQ＝Δh×πr2/Δt
其中，ΔQ表示水位线平衡流量；
Δh表示水位初始埋深，即初始水位高度到地面的距离；
r表示注入井的管径；
Δt表示平衡时间。
实施例1
本项目为南京某退役化工厂地下水修复工程，地下水修复面积100m2。本场地存在两层粉质粘土、含水层为圆砾层，平均水位埋深1.5m，污染深度位1.5～5.5m。地下水中目标污染物为4-氯苯胺、石油烃等有机物，水质初始值pH为6.51，ORP为102mV和电导率为32μs/cm。
修复技术采用本发明滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入系统，所使用的氧化药剂为过硫酸钠。向注药罐7中投加固体过硫酸钠，加水并开启搅拌器，配成质量浓度为100kg/m3的过硫酸钠溶液，搅拌器的搅拌转速为50r/min。依次开启电磁流量阀9、智能井3，将配置好的修复药剂溶液注入注药井中。注药过程中电磁流量阀读数在0.5-2m3/h变化，注药井中投入式静压液位计实际值在0-0.1m波动，修复药剂持续滴灌注入注药井中，未发现反浆现象，且日注药量提高160％-200％。通过智能监测终端监测pH、ORP、和电导率等指标，当上述指标达到PLC控制箱设定值时，PLC控制器4控制电控开关5、电子流量阀9停止工作；采取地下水样品进行实验室检测，如若污染因子检测指标未超标，则显示该区域地下水中污染物已满足化学原位修复完成的水平可终止修复工程，若污染因子仍超标，则继续工作，注入修复药剂直至污染因子不超标。用时3d，药剂用量4t，4-氯苯胺去除率为96％、石油烃去除率为98％，均达到修复目标。
对比例1
对比例1与实施例1的现场基础条件一致。本对比例中修复技术采用常规技术工艺和装置，所使用的氧化药剂为过硫酸钠。向注药罐中投加固体过硫酸钠，加水并开启搅拌器，配成质量浓度为100kg/m3的过硫酸钠溶液，搅拌器的搅拌转速为50r/min。将配置好的修复药剂溶液通过水泵加压注入注药井中，当药剂出现返浆现象停止药剂加入，每天注药一次持续注药一周。采取地下水样品进行实验室检测，如若污染因子检测指标未超标，则显示该区域地下水中污染物已满足化学原位修复完成的水平可终止修复工程，若污染因子仍超标，则继续每天注药一次持续注药一周，直至污染因子不超标。用时8d，药剂用量5t，4-氯苯胺去除率为89％、石油烃去除率为92％，均达到修复目标。
本发明提供了一种滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺及装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据待修复场地现场条件，测定注入井内注入一定体积水后，地下水位的平衡时间；
(2)配置修复药剂溶液，利用修复药剂溶液自身的势能，通过注入井采用滴灌方式自动注入待修复土壤地下水中；
(3)基于水位线下降测定结果，绘制水位埋深与水位线平衡流量曲线图；根据水位埋深测定结果，确定各注入井内药剂溶液的水位线平衡流量，使得地下水位线维持稳定；
(4)定时采样待修复土壤地下水，测定相关的污染因子，直至污染因子测定值满足修复指标，完成修复，停止注药。
2.根据权利要求1所述的滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺，其特征在于，步骤(1)中，向注入井内注入一定体积水，使得地下水位线升高至与地面齐平，然后开始计时，直至地下水位线回复至初始液面高度停止计时，获得地下水位的平衡时间。
3.根据权利要求1所述的滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入工艺，其特征在于，步骤(3)中，药剂溶液的水位线平衡流量通过如下公式获得：
ΔQ＝Δh×πr2/Δt
其中，ΔQ/m3·min-1表示水位线平衡流量；
Δh/m表示水位初始埋深，即初始水位高度到地面的距离；
r/m表示注入井的管径；
Δt/min表示平衡时间。
4.一种滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入系统，其特征在于，包括药剂注入井(1)、多参数探头(2)、智能井(3)、PLC控制器(4)、注药罐(7)和电子流量阀(9)；
所述智能井(3)包括监测井和监测终端，监测井与药剂注入井(1)一同埋入土壤地下水中；所述多参数探头(2)设置在智能井(3)的监测井内，并通过数据线连接至位于地面上方的监测终端；
所述注药罐(7)通过注药管道连接至药剂注入井(1)内，向药剂注入井(1)内输送药剂溶液；所述的电子流量阀(9)设置在注药罐(7)与药剂注入井(1)之间的注药管道上；所述电子流量阀(9)、智能井(3)的监测终端、与PLC控制器(4)电路连接。
5.根据权利要求4所述的滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入系统，其特征在于，所述的注药罐(7)位于地面上，其内部装有药剂溶液；注药罐(7)的底部设有与注药管道连接的排液口，利用注药罐(7)与药剂注入井(1)之间的压差，将注药罐(7)内的药剂溶液缓慢滴灌至药剂注入井(1)内。
6.根据权利要求4所述的滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入系统，其特征在于，所述的药剂注入井(1)外壁上设有一组通孔，药剂溶液经药剂注入井(1)外壁通孔扩散至地下水中。
7.根据权利要求4所述的滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入系统，其特征在于，所述注药罐(7)的底部，设有可升降支架(8)；所述可升降支架(8)通过电动控制升降，实现注药罐(7)的抬升与下降。
8.根据权利要求4所述的滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入系统，其特征在于，所述注药罐(7)内设有搅拌器(6)，所述搅拌器(6)通过电控开关(5)与PLC控制器(4)电路连接。
9.根据权利要求4所述的滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入系统，其特征在于，所述的多参数探头(2)为型号Aqua TROLL 400的多参数水质探头。
10.根据权利要求4所述的滴灌式自动注入土壤地下水原位修复药剂注入系统，其特征在于，所述药剂注入井(1)与智能井(3)的监测井，均采用EP2000+直推式钻机打井。
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