CN116282675A

CN116282675A - 地下水氨氮的原位处理方法

Info

Publication number: CN116282675A
Application number: CN202310162233.0A
Authority: CN
Inventors: 段德超; 徐辰; 吴丁雨; 费禹凡; 王星钧; 刘波
Original assignee: Zhejiang Jiahe Ecological Environment Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Jiahe Ecological Environment Technology Co ltd
Priority date: 2023-02-21
Filing date: 2023-02-21
Publication date: 2023-06-23

Abstract

本申请公开了一种地下水氨氮的原位处理方法，包括：步骤S10：在待处理区域设置多个竖直延伸至地下水层的原位井，并将其中一部分原位井设置为注水井，其余部分原位井设置为抽水井；步骤S20：往原位井中注入碱溶液，并进行第一次曝气，同时通过往所述注水井注水以及从所述抽水井抽水，使地下水循环，直至第一次曝气完成；步骤S30：往原位井中注入酸溶液进行中和后，再注入氧化剂，并进行第二次曝气，同时通过往所述注水井注水以及从所述抽水井抽水，使地下水循环，直至第二次曝气完成。本申请提供的原位处理方法能够高效降低地下水氨氮的浓度，使水质达到标准。

Description

地下水氨氮的原位处理方法

技术领域

本申请涉及地下水修复技术领域，特别是涉及一种地下水氨氮的原位处理方法。

背景技术

地下水是人类赖以生存的水源，但在工业化和城市化进程中，各种有机废水的排放、生活污水管道滴漏、垃圾填埋场垃圾渗滤液下渗、地下水输油管道的破裂以及农业生产过程中农药和化肥的大量使用等，导致地下水严重的污染，例如氨氮浓度超标。

目前，地下水氨氮的去除方法主要有异位处理法和原位处理法。异位处理法一般是将地下水抽出地表，输送或运送至设备或厂区进行处理。原位处理法是在原位对该区域的地下水进行处理，例如在地层下设置可渗透反应墙(PRB)。常用的处理手段包括吹脱法、吸附法以及生物降解法，但存在修复周期长、操作繁琐或处理效果不佳等问题。

发明内容

鉴于现有技术问题，本申请提供一种地下水氨氮的原位处理方法，能够高效降低地下水氨氮的浓度，使水质达到标准。

地下水氨氮的原位处理方法，包括：

步骤S10：在待处理区域设置多个竖直延伸至地下水层的原位井，并将其中一部分原位井设置为注水井，其余部分原位井设置为抽水井；

步骤S20：往原位井中注入碱溶液，并进行第一次曝气，同时通过往所述注水井注水以及从所述抽水井抽水，使地下水循环，直至第一次曝气完成；

步骤S30：往原位井中注入酸溶液进行中和后，再注入氧化剂，并进行第二次曝气，同时通过往所述注水井注水以及从所述抽水井抽水，使地下水循环，直至第二次曝气完成。

可选的，所述原位处理方法还包括：曝气处理的同时进行尾气收集。

可选的，所述多个原位井为阵列布置。

可选的，单个抽水井的外周至少设有两个注水井。

可选的，所述原位井包括：

竖直延伸至地下水层的井管；

曝气装置，包括一端延伸至所述井管内的曝气管，所述曝气管的底部为筛管段；

抽注水装置，用于促使待处理区域地下水的循环，包括一端延伸至所述井管内的抽注水管；

注药装置，用于往地下水中注入试剂，包括一端延伸至所述原位井内的注药管。

可选的，步骤S20中，曝气至地下水氨氮浓度至25～45mg/L，则第一次曝气完成。

可选的，步骤S30中，直至地下水氨氮浓度达到预期修复值，则第二次曝气完成。

可选的，所述原位井还包括：用于收集尾气的尾气处理装置，包括一端延伸至所述原位井内的尾气收集管。

可选的，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。

可选的，所述酸溶液为硫酸溶液。

可选的，所述氧化剂为次氯酸钠溶液。

可选的，所述曝气通入的气体为空气。

可选的，所述曝气方式为连续曝气。

可选的，曝气强度为5～10L/m²·s，曝气时间为12～36h。

可选的，以氨计，所述氧化剂中有效氯与地下水中氨氮含量的质量比为5～10:1。

与现有技术相比，本申请中地下水氨氮的原位处理方法的操作简单、处理周期短，能够高效降低地下水氨氮的浓度，使水质达到标准。

附图说明

图1为一实施例中地下水氨氮的原位处理方法流程图；

图2为一实施例中原位井的分布图；

图3为一实施例中通过注水井和抽水井使地下水循环的示意图；

图4为一实施例中原位井的结构示意图。

图中附图标记说明如下：

10、地面；

20、原位井；21、井管；22、注药管；23、曝气管；231、筛管段；24、抽注水管；25、尾气收集管；

30、地下水位；

40、隔水层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1，本申请一实施例提供一种地下水氨氮的原位处理方法，包括：

步骤S10：在待处理区域设置多个竖直延伸至地下水层的原位井，其中一部分原位井为注水井，另一部分为抽水井；

步骤S20：往原位井的地下水中注入碱溶液，并进行第一次曝气，同时通过往注水井注水以及从抽水井抽水，使地下水循环，直至第一次曝气完成；

步骤S30：往原位井中注入酸溶液进行中和后，注入氧化剂，并进行第二次曝气，同时通过往注水井注水以及抽水井抽水，使地下水循环，直至第二次曝气完成。

其中，步骤S20加入碱溶液的目的在于使地下水pH至11～12，在此状态下，地下水中铵根离子(NH₄ ⁺)极易分解产生氨气(NH₃)，通过第一次曝气可使氨气不断从地下水中析出，从而降低地下水氨氮的浓度。碱溶液可以为氢氧化钠溶液，其质量浓度为20～30％，优选质量浓度为25％。曝气同时循环地下水，直至地下水氨氮浓度为25～45mg/L，则第一次曝气完成。

步骤S30加入酸的目的在于调节地下水pH值至中性，该状态下加入氧化剂，并进行第二次曝气，曝气可以使氧化剂与铵根离子充分混合，通过歧化反应(氧化还原反应)使地下水中的氨氮转化为氮气，进一步降低地下水氨氮的浓度，当曝气至地下水氨氮浓度达到预期修复值，例如水质合格标准，地下水质量标准(GBT14848-2017)中IV类水标准≤1.50mg/L(以N计)，则第二次曝气完成。

上述酸溶液可以为硫酸溶液，质量浓度为5～15％，优选质量浓度为10％。氧化剂可以为次氯酸钠溶液，质量浓度为8-13％，优选为10％。

根据实际处理情况或预期的水质标准，原位处理过程中可重复步骤S30，进一步降低地下水氨氮的浓度。

第一次曝气和第二次曝气通入的气体均为空气。两次曝气速率和时间可以相同或不同，可根据实际情况进行调整。曝气方式可以为连续或间断曝气；曝气强度为5～10L/m²·s，即井半径为0.4m的风量为0.25～5.0L/s，时间为12～36h，优选为24h。

通常，原位处理过程中会产生尾气，原位处理方法还包括：曝气处理时进行尾气收集，以及时清除析出的氮气以及其他气体，提升地下水的质量。

实际操作时，根据第一次曝气完成后实际测得地下水的氨氮浓度以及对地下水预期修复值，按照氧化剂中有效氯与地下水中氨氮含量(以氨计)的质量比为5～10：1，优选为9:1，注入一定量的次氯酸钠溶液。

参见图2、3，为有效促使地下水循环，一实施例中，多个原位井为阵列布置。进一步的，单个抽水井的外周至少设有两个注水井。

参见图4，本申请地下水氨氮的原位处理方法通过原位井20实现，原位井20包括：井管21、注药装置、曝气装置以及抽注水装置。其中，注药装置用于往原位井内注入试剂，曝气装置用于进行曝气处理，根据原位井的分布，通过抽注水装置可向注水井中注水以及从抽水井中抽水，从而促使待处理区域地下水循环。为方便收集尾气，还可配置尾气处理装置。

其中，井管从地面10竖直延伸至地下水层，并且底部固定于隔水层40，可采用无砂砼(tong)管，内径为800mm。注药装置包括一端延伸至井管内的注药管22。曝气装置包括一端延伸至井管内的曝气管23，曝气管23的底部设有筛管段231，筛管段231为带筛孔结构，且筛孔的孔径为3mm。抽注水装置包括一端延伸至井管内的抽注水管24。尾气处理装置包括一端延伸至井管内的尾气收集管25。注药管22、曝气管23以及抽注水管24的底部均低于地下水位。尾气收集管25的底部高于地下水位。各装置有序工作，完成对地下水氨氮的原位处理。

应用例1江苏徐州某化肥厂地块地下水氨氮原位处理中试项目

该场地用于化肥原料的堆放和生产加工，长达19年之久，关停搬迁后经场地环境调查发现地下水中氨氮浓度在300～3670mg/L，最大深度达14m，该地块后期用地规划为商业住宅，经环境风险评估地下水氨氮修复目标值为15mg/L，考虑地质特征、经济性和时间紧迫性，采用原位处理的工艺方法进行中试，具体操作如下：

(1)待处理区域选定氨氮浓度较高的区域900m²，长宽为30*30m，地下水初始氨氮浓度为2200mg/L；

(2)采用15m钢板桩形成一个地下水相对封闭的空间，布置9口井位，采用无砂砼管，深度为14.5m，直径800mm，井间距在12～14m，其中抽水井和注水井可变换；

(3)采用氢氧化钠溶液保持井内地下水pH在11左右，对每个井进行曝气，并且曝气过程中每隔6h监测地下水氨氮浓度的下降值，绘制下降趋势图；

(4)开启往注水井注水以及从抽水井抽水，使地下水循环，并且每隔6h检测地下水的氨氮浓度，绘制趋势图；

(5)循环步骤(3)和步骤(4)，记录整体变化趋势，判断曝气修复极限；

(6)采用稀硫酸调节井内地下水至中性，并开启往注水井注水以及从抽水井抽水，使地下水循环，记录pH变化、时间、加酸量，直至地下水为中性；

(7)根据氨氮浓度，依据质量分数Cl₂:NH₃-N＝9：1向井内注入相应试剂量的次氯酸钠溶液，并对每个井进行第二次曝气，曝气过程中每隔6h监测氨氮浓度的下降值，绘制下降趋势图，计算修复合格时间；

(8)开启往注水井注水以及从抽水井抽水，使地下水循环，并且每隔6h监测地下水氨氮浓度，绘制趋势图；

(9)循环步骤(7)和步骤(8)，记录整体变化趋势，直至该处理区域地下水全部合格，且进行反弹监测10天。

中试项目历时90日完成，其中：

a、前期打桩、建井和安装系统耗时10日；

b、单井曝气最佳时间为24h，曝气达到地下水修复极限浓度约为20～45mg/L，去除率达86.2％；

c、中试区循环曝气达到修复极限浓度耗时约42日；

d、中试区地下水pH中和耗时约9日，单井注药达到合格标准时间约为8h，去除率可达99.4％，中试区循环注药合格时间约为28日；

e、连续监测返弹10日，未出现明显浓度波动。

应用例2浙江衢州某化工地块污染地下水修复项目

根据该场地环境调查与风险评估结果，地下水中氨氮浓度在84.3～1578mg/L，修复目标值50.15mg/L，最大深度为8m。综合考虑经济性、技术能力、生态环境风险及可操作性，部分区域采用原位修复地下水工艺方法，即本专利申请方法，具体操作参照应用例1。处理后氨氮去除率在99％以上，最终处理效果均在25.4～45.8mg/L范围内，地下水氨氮浓度在2年监测期内合格率100％。

以下结合现场实践应用对本申请技术方案达到的技术效果作进一步的说明，并提供了现有技术常用的几种处理方法，与本申请进行比较，比较结果参见表1。

表1各处理方法的比较

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.地下水氨氮的原位处理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述地下水氨氮的原位处理方法，其特征在于，所述多个原位井为阵列布置。

3.根据权利要求2所述地下水氨氮的原位处理方法，其特征在于，单个抽水井的外周至少设有两个注水井。

4.根据权利要求1所述地下水氨氮的原位处理方法，其特征在于，所述原位井包括：

竖直延伸至地下水层的井管；

5.根据权利要求1所述地下水氨氮的原位处理方法，其特征在于，步骤S20中，曝气至地下水氨氮浓度至25～45mg/L，则第一次曝气完成。

6.根据权利要求1所述地下水氨氮的原位处理方法，其特征在于，步骤S30中，直至地下水氨氮浓度达到预期修复值，则第二次曝气完成。

7.根据权利要求1所述地下水氨氮的原位处理方法，其特征在于，所述曝气方式为连续曝气；曝气强度为5～10L/m²·s，曝气时间为12～36h。

8.根据权利要求1所述地下水氨氮的原位处理方法，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠溶液；

所述酸溶液为硫酸溶液；

所述氧化剂为次氯酸钠溶液。

9.根据权利要求8所述地下水氨氮的原位处理方法，其特征在于，以氨计，所述氧化剂中有效氯与地下水中氨氮含量的质量比为5～10:1。