CN208321605U - 一种原位土壤和地下水集成修复系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及环境保护领域，具体是一种原位土壤和地下水集成修复系统，所述系统包括抽提‑注入系统、臭氧发生系统、废水处理系统、废气处理系统、双氧水配置系统，各系统之间通过相应的管道连接，并配备相应的液体流量计和气体流量计。本实用新型结合了抽出‑处理、抽出‑注入一体化、地下水循环井、兼顾气液污染物处理、臭氧‑双氧水结合氧化和原位氧化的优势，可以同时修复受有机污染的土壤与地下水，而且修复范围广、修复周期短、成本低、操作较方便。

Description

一种原位土壤和地下水集成修复系统

技术领域

本实用新型涉及环境保护中土壤和地下水修复技术领域，具体地说，是一种原位土壤和地下水集成修复系统。

背景技术

近年来，土壤和地下水污染引发民众的普遍关注，土壤和地下水中的污染物容易对附近人体和周边环境造成严重的危害，严重时还会危及生命。有机污染物是最常见的一类污染物，而且近年来土壤和地下水同时受到有机污染的案例越来越多，复合污染场地的修复愈加麻烦。因此，有必要开发合理的修复设备用于受污染土壤和地下水的修复，从而避免安全隐患。

传统的修复技术分原位修复和异位修复，常用的原位修复技术包括原位氧化、渗透反应墙、原位曝气等，常用的异位修复技术包括抽出-处理技术、异位氧化等。针对土壤和地下水同时受到有机污染的场地，急需高效的集成修复设备和高效的氧化修复药剂。

中国专利文献CN105032916A公开了一种有机物污染土壤和地下水的原位注射-抽提-补水循环处置系统及联合修复方法，该系统由注射井、抽提井、补水井、水处理设施、配药设施等组成，是将污染源或者重污染区的地下水抽取到地面进行处理，然后将处理后的地下水用于配制药剂或者作为补水直接注入地下，药剂通过注射井注入地下污染羽区域。但是该发明使用的注入井和抽提井分开布置，所需井数较多；采用的氧化剂的氧化还原电位较低，降解效率低；需要配药设施，增加了工艺的复杂程度；该发明只重视污染地下水的处理，却忽略了伴随抽出有害气体的处理。

中国专利文献CN205045840U公开了一种太阳能复合式抽出处理地下水修复装置，装置包括太阳能组件、抽水井、注水井、气液分离器、空气压缩机、水泵、抽风机和尾气处理单元。以太阳能为能源，采取地下水井内气提与抽出、气液分离及回灌循环的复合式抽出处理地下水修复模式，在抽水井和注水井区域形成地下水循环修复系统。但是该实用新型抽出和注入井分开布置，采用气相抽提不一定能够彻底降解有机物污染，回灌容易造成二次污染。

中国专利文献CN204999675U公开了一种土壤地下水原位注入和循环抽提联合修复装置，其特征在于该装置包括通过相应管路连接的抽提系统、废水处理系统、药剂配置系统、注入系统和配套的地下水监测系统。但是该实用新型同样缺乏废气处理系统，而且抽提井和注入井分开布置，而且对水处理系统的描述不足。

中国专利文献CN102228900A公开了一种石油污染土壤的原位综合修复系统及方法，该系统由抽吸井、真空泵、汽水分离系统、油水分离系统、配药罐、注入泵、注入井、自动控制系统构成。尽管该方法结合了真空抽吸与生物修复的优点，但是该发明只针对石油污染土壤，系统中缺乏挥发性气体的处理环节，而且抽吸井和注入井分开布置。

众多场地修复案例表明，单纯依靠一种方法或技术难以实现污染土壤和地下水的综合修复，通常需要结合多种修复技术，通过不同修复技术之间的协作或互补，达到高效修复的目的。到目前为止，关于一种结合抽出-处理、抽出-注入一体化、地下水循环井、兼顾气液污染物处理、臭氧-双氧水结合氧化和原位氧化修复的优势，同步处理土壤和地下水的集成化系统或方法目前还未见报道。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对土壤和地下水复合污染场地，提供一种同时修复土壤和地下水的集成化系统，该系统或方面能够集成抽出-注入、臭氧-双氧水氧化和原位氧化的优势，以实现有机污染土壤和地下水的同步高效修复。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种原位土壤和地下水集成修复系统，系统包括抽提-注入系统、臭氧发生系统、废水处理系统、废气处理系统、双氧水配置系统，各系统之间通过相应的管道连接，并配备相应的液体流量计和气体流量计。

抽提-注入系统包括一体化抽提-注入循环井、真空泵、注入泵和液体流量计，真空泵的出口与气液分离器连通；

臭氧发生系统包括臭氧发生器、气体流量计和臭氧分配管路；

废水处理系统包括废水反应器、气液分离器，气液分离器的液体出口与反应器的入口连通，臭氧分配管路和双氧水分配管路均与废水反应器连通，废水反应器出口与注入泵连通；

尾气处理系统的尾气反应箱体与气液分离器和臭氧分配管路连通；

双氧水配置系统包括双氧水储罐、双氧水注入泵、液体流量计和双氧水分配管路。

具体地说，本实用新型提供一种原位土壤和地下水集成修复系统，包括通过管道连接的一体化抽提-注入循环井、真空泵、气液分离器、废水反应器、注入泵、臭氧发生器、尾气反应箱体和双氧水储罐；其中，所述一体化抽提-注入循环井的出口通过真空泵与气液分离器的入口连接，气液分离器的液体出口与废水反应器的入口连接，废水反应器的出口通过注入泵与一体化抽提-注入循环井的入口连接；所述气液分离器的气体出口与尾气反应箱体的入口连接；所述臭氧发生器的出口分别与尾气反应箱体的臭氧入口、废水反应器前端的臭氧入口和废水反应器尾端的臭氧入口连接；所述双氧水储罐的出口通过双氧水注入泵分别与废水反应器前端和尾端的两个双氧水入口连接。

优选的，所述一体化抽提-注入循环井是一种中间被隔开的井，上粗下细，下部作为抽出井使用，下部抽出井管径为70～90mm，上部作为注入井使用，上部注入井管径为200～250mm，筛管透水缝宽度为0.2～0.3mm。所述一体化抽提-注入循环井的个数至少为1个，均匀布置在污染场地内。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述一体化抽提-注入循环井下部抽出井管径为75mm，上部作为注入井使用，上部注入井管径为200mm，筛管透水缝宽度为0.3mm，一体化抽提-注入循环井的个数为20个，均匀布置在污染场地内。

优选的，所述废水反应器为管式结构，内部设置挡板，起混合的作用，反应器的长度：直径比为10:1。在废水反应器前端(即入水口一端)注入臭氧和双氧水，用于废水处理，同时在废水反应器尾端(即出水口一端)注入臭氧和双氧水，通过注入泵和注入井将其注入地下，用于土壤和地下水的原位氧化修复。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述废水反应器的长度为2m，直径为0.2m，内部安装19个挡板，挡板高度为0.14m。

优选的，所述注入泵与一体化抽提-注入循环井的连接管路、所述双氧水注入泵与废水反应器的连接管路，都设置液体流量计。

优选的，所述臭氧发生器与尾气反应箱体、废水反应器的连接管路，气液分离器与尾气反应箱体的连接管路，都设置气体流量计。

本实用新型系统原位修复土壤和地下水方法按照以下步骤进行：

第一步：按照污染情况布置并安装一体化抽提-注入循环井，组装集成修复系统；

第二步：利用真空泵将污染地下水和污染气体抽出，抽出物进入气液分离器进行气液分离，分别进入废水反应器和尾气反应箱体；

第三步：在废水反应器前端注入臭氧和双氧水，与污染地下水混合并反应，污染物得到降解后，在废水反应器尾端继续加入臭氧和双氧水，并混合；

第四步：在尾气反应箱体中污染气体与臭氧反应，污染物被降解，气体排入大气中；

第五步：掺加有臭氧和双氧水的处理水经过注入泵和一体化抽提-注入循环井的注入井被灌入土壤中，在重力和压力作用下，处理水往下流动，臭氧与双氧水继续氧化降解土壤和地下水中的污染物。

其中，在废水反应器前端注入的臭氧和双氧水的质量百分数为0.05～0.1％和0.25～0.5％；在废水反应器尾端注入的臭氧和双氧水的质量百分数为0.1～0.2％和0.25～0.5％。

本实用新型优点在于：

1、本实用新型集合了原位氧化、异位氧化、抽出-处理、原位注入、地下水循环井的优势，可以用于修复受有机污染的土壤与地下水，而且具有操作较方便、修复效果好、修复周期短、成本低等特点；

2、这一集成系统中采用一体化抽提-注入循环井，抽出井和注入井中间隔断，分上下层布置，既减少了打井的个数，降低了修复费用，又实现了地下水的循环，促进了臭氧和双氧水在地下的流动；

3、相比于其他经常采用的氧化药剂，臭氧和双氧水组合药剂的氧化还原电位最高，氧化能力最强，对有机污染物的降解效果最好；

4、集成系统中有专门的废水反应器，抽出的地下水采用臭氧+双氧水进行异位氧化处理，在反应器的不同位置注入臭氧和双氧水，提高了氧化效率，而且绿色环保，另外，在出口处额外添加臭氧和双氧水，实现氧化剂与水的混合，用于原位注入，不需额外添加混合设备；

5、抽出的气体污染物的处理在集成系统的尾气反应箱体中进行，箱体中充满臭氧，对污染物进行氧化处理，实现污染物的彻底去除；

6、地下水中的污染物被去除后，这一集成系统又将额外的臭氧和双氧水加入其中，然后又通过注入井将地下水重新注入地下，在压力和重力作用下，地下水得以流动，污染物与臭氧和双氧水充分混合，实现了土壤和地下水原位氧化修复，而且降低了运行成本。

7、处理后的地下水重新灌入地下，起到降解污染物和稀释污染物的作用，避免了废水的外排，降低了费用，实现了零排放。

8、本实用新型能够针对的污染物包括挥发和半挥发性有机污染物，针对的污染介质为土壤和地下水。

附图说明

图1.本实用新型一种原位土壤和地下水集成修复系统的示意图。

图2.本实用新型集成修复系统中的废水反应器的结构示意图。

图3.本实用新型集成修复系统使用工艺流程图。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1-一体化抽提-注入循环井，2-真空泵，3-气液分离器，4-尾气反应箱体，5-废水反应器，6-双氧水储罐，7-注入泵，8-臭氧发生器，9-气体流量计，10-液体流量计，11-双氧水注入泵，12-筛管。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型提供的具体实施方式作详细说明。

实施例1

废水反应器中试：按照附图2制造废水反应器，废水反应器的长度为1m，直径为0.1m，反应器内部安装9个挡板，挡板高度0.07m，间隔为0.1m；配置氯乙烯和三氯乙烯溶液，初始浓度均为10mg/L；将氯乙烯和三氯乙烯溶液注入废水反应器中，流量为5m³/h同时注入臭氧和双氧水，臭氧和双氧水的质量百分数分别为0.05％和0.25％，同时在反应器出口处接水，每隔5min测定一次流出液中氯乙烯和三氯乙烯的浓度。实验结果如表1所示。

表1中试实验中废水反应器出口苯并(a)芘的浓度

从表1中可以看出，废水反应器出口流出液中氯乙烯和三氯乙烯浓度明显低于两者的初始浓度，去除率达到99.9％以上，说明废水反应器对氯乙烯和三氯乙烯具有很好的去除效果，同时说明臭氧和双氧水对两种有机污染物具有良好的氧化降解效果，该废水反应器结合臭氧双氧水氧化技术能够用于有机污染物的去除。

实施例2

修复场地现场应用：本实施例的修复场地为上海市青浦区的某一污染场地，受污染面积230m²，污染介质为土壤和地下水，污染物为苯并芘、氯乙烯、三氯乙烯和总石油烃，污染深度为4～8m，土壤中的最大污染物浓度介于0.5～8.0mg/kg，地下水中的最大污染物浓度介于2～30mg/L，采用下列系统和方法进行土壤和地下水的修复：

原位土壤和地下水集成修复系统(图1)包括抽提-注入系统、臭氧发生系统、废水处理系统、废气处理系统、双氧水配置系统，各系统之间通过相应的管道连接，并配备相应的液体流量计和气体流量计。抽提-注入系统包括一体化抽提-注入循环井1、真空泵2、注入泵7和液体流量计10，真空泵2的出口与气液分离器3连通；臭氧发生系统包括臭氧发生器8、气体流量计9和臭氧分配管路；废水处理系统包括废水反应器5、气液分离器3，气液分离器3的液体出口与废水反应器5的入口连通，臭氧分配管路和双氧水分配管路均与废水反应器5连通，废水反应器5出口与注入泵7连通；尾气处理系统的尾气反应箱体4与气液分离器3和臭氧分配管路连通；双氧水配置系统包括双氧水储罐6、双氧水注入泵11、液体流量计10和双氧水分配管路。

具体地，所述原位土壤和地下水集成修复系统包括通过管道连接的一体化抽提-注入循环井1、真空泵2、气液分离器3、废水反应器5、注入泵7、臭氧发生器8、尾气反应箱体4和双氧水储罐6；其中，所述一体化抽提-注入循环井1的出口通过真空泵2与气液分离器3的入口连接，气液分离器3的液体出口与废水反应器5的入口连接，废水反应器5的出口通过注入泵7与一体化抽提-注入循环井1的入口连接；所述气液分离器3的气体出口与尾气反应箱体4的入口连接；所述臭氧发生器8的出口分别与尾气反应箱体4的臭氧入口、废水反应器5前端的臭氧入口和废水反应器5尾端的臭氧入口连接；所述双氧水储罐6的出口通过双氧水注入泵11分别与废水反应器5前端和尾端的两个双氧水入口连接。

所述一体化抽提-注入循环井1是一种中间被隔开的井(如图1所示)，上粗下细，下部作为抽出井使用，下部抽出井管径为75mm，上部作为注入井使用，上部注入井管径为200mm，筛管12透水缝宽度为0.3mm，一体化抽提-注入循环井1的个数为20个，均匀布置在污染场地内。

废水反应器5为管式结构，内部设置挡板，起混合的作用，废水反应器的长度为2m，直径为0.2m，内部安装19个挡板，挡板高度为0.14m。

本实施例应用下述原位土壤和地下水集成修复方法进行：

第一步：按照污染情况布置并安装一体化抽提-注入循环井1(20个，均匀布置)，组装集成修复系统；

第二步：利用真空泵2将污染地下水和污染气体抽出，抽出物进入气液分离器3进行气液分离，分别进入废水反应器5和尾气反应箱体4；

第三步：在废水反应器5前端注入臭氧和双氧水，质量百分数分别为0.05％和0.25％，与污染地下水混合并反应，污染物得到降解后，在废水反应器5尾端继续加入臭氧和双氧水，质量百分数分别为0.1％和0.25％，并混合；

第四步：在尾气反应箱体4中污染气体与臭氧反应，污染物被降解，气体排入大气中；

第五步：掺加有臭氧和双氧水的处理水经过注入泵7和一体化抽提-注入循环井1的注入井被罐入土壤中，在重力和压力作用下，处理水往下流动，臭氧与双氧水继续氧化降解土壤和地下水中的污染物。

应用效果：系统持续运行5天，对比分析修复前后场地内土壤和地下水中污染物的浓度变化。在场地内设置4个监测井，取地下水样并测定地下水中污染物的浓度，另外，取不同深度的20个土样测定土壤中污染物的浓度。结果表明：地下水中未检出苯并(a)芘，氯乙烯的浓度均小于0.002mg/L，三氯乙烯的浓度均小于0.01mg/L，总石油烃浓度均小于1mg/L，明显低于修复目标值和风险控制值；土壤中苯并(a)芘的浓度均低于0.3mg/kg，氯乙烯的浓度均小于0.01mg/kg，三氯乙烯的浓度均小于0.1mg/kg，总石油烃浓度均小于3mg/kg，明显低于《上海市场地土壤环境健康风险评估筛选值(试行)》和《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》，达到了修复目标。结果表明本实用新型中的修复系统和方法对有机污染物具有很好的去除效果，可以用于土壤和地下水的修复。

以上已对本实用新型的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种原位土壤和地下水集成修复系统，其特征在于，包括通过管道连接的一体化抽提-注入循环井、真空泵、气液分离器、废水反应器、注入泵、臭氧发生器、尾气反应箱体和双氧水储罐；其中，所述一体化抽提-注入循环井的出口通过真空泵与气液分离器的入口连接，气液分离器的液体出口与废水反应器的入口连接，废水反应器的出口通过注入泵与一体化抽提-注入循环井的入口连接；所述气液分离器的气体出口与尾气反应箱体的入口连接；所述臭氧发生器的出口分别与尾气反应箱体的臭氧入口、废水反应器前端的臭氧入口和废水反应器尾端的臭氧入口连接；所述双氧水储罐的出口通过双氧水注入泵分别与废水反应器前端和尾端的两个双氧水入口连接。

2.根据权利要求1所述原位土壤和地下水集成修复系统，其特征在于，所述一体化抽提-注入循环井是中间被隔开的井，上粗下细，下部抽出井管径为70～90mm，上部注入井管径为200～250mm，筛管透水缝宽度为0.2～0.3mm。

3.根据权利要求1所述原位土壤和地下水集成修复系统，其特征在于，所述废水反应器为管式结构，内部设置混合用挡板，反应器的长度：直径比为10:1。

4.根据权利要求1所述原位土壤和地下水集成修复系统，其特征在于，所述注入泵与一体化抽提-注入循环井的连接管路、所述双氧水注入泵与废水反应器的连接管路，都设置液体流量计。

5.根据权利要求1所述原位土壤和地下水集成修复系统，其特征在于，所述臭氧发生器与尾气反应箱体、废水反应器的连接管路，气液分离器与尾气反应箱体的连接管路，都设置气体流量计。