CN211707712U - 一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，包括进水装置、砂箱、修复单元、模拟含水层、污染源渗漏槽、监测井、在线检测设备和出水装置，所述修复单元包括多个垂直设置的可渗透反应格栅注入井和第一注入井，所述可渗透反应格栅注入井包括第二注入井和可渗透反应格栅，所述可渗透反应格栅安装于所述第二注入井中，所述模拟含水层水平铺于所述砂箱中，所述监测井设置于所述砂箱中，且位于靠近所述出水装置这一侧，所述在线检测设备安装于所述监测井中。本实用新型适用于不同性质、不同浓度的有机污染地下水，将控制缓释技术和原位渗透反应格栅技术结合，解决低浓度有机物污染地下水的修复。

Description

一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置

技术领域

本实用新型公开了一种模拟污染地下水修复装置，具体涉及废水或污水处理领域。

背景技术

随着石油工业的迅猛发展，在石油化工生产区、加油站等地，由于落地石油、输油管道渗漏和含油生产污水排放等原因，造成大量的石油污染物进入土层，造成土壤和地下水污染。石油及其副产品对环境的污染越来越严重，已经危及到人类和动植物的生存与健康。因为石油及其副产品对环境的污染主要成分包括苯等挥发性有机物，石油中的有机烃常以液态形态存在，且难溶于水，密度比水小，因此被称为轻质非水相流体。轻质非水相流体由点源泄漏后会在重力作用下在土壤包气带中垂直迁移至毛细饱和区上界面后开始横向铺展，一直延至地下水面，最终漂浮在地下水面上形成轻质非水相流体的透镜体。

目前，常见典型的土壤及地下水修复技术主要有异位修复技术和原位修复技术。异位修复以P&T(Pump and Treat)技术为主，P&T技术是最早出现的土壤地下水修复技术，即将地下水从原来的位置中抽出，在异地进行修复之后再灌回地下水所在的位置中。但由于毛细张力的作用，滞留在水层的非水相溶液几乎无法从泵中抽出，所以不太适合于石油及其副产品的污染修复。原位修复技术主要是在土壤及地下水内部进行，修复成本低、效果好、修复方法多种多样、对修复区域的扰动很低、适用范围广，因此，在未来的土壤和地下水污染修复过程中，原位修复技术将越来越多地应用于实际修复过程尤其是石油及其副产品所污染的场地。

原位修复技术以原位化学氧化技术为主，原位化学氧化技术通过向污染地下水输送化学氧化剂，利用氧化剂与污染物的氧化反应有效地破坏污染物，降低其对环境的危害。原位化学氧化技术适用于各种污染物，包括氯代烃类溶剂、石油烃、多环芳烃等，具有修复周期短、成本适中、可同时处理多种污染物、处理效率较高和处理效果彻底等优点，符合我国污染场地快速修复的要求，因而在污染地下水修复中具有广阔的应用前景。

地下水污染修复过程中，应用原位注入方式进行化学氧化修复时，由于注入井数量有限以及水力传导系数分布的问题，通过水相注入系统控制氧化剂的用量非常困难。

低渗透性粘土层作为隔水屏障以防止地下水污染物的垂直迁移。然而，有机污染物也可能通过扩散缓慢进入这些地层吸附到细粒材料上。然后这些地层可以作为长期污染物储存，通过反向扩散过程释放吸附的污染物。而且，在高渗透性的含水层中，低渗透性物质(如粘土透镜体)往往存在着介质的非均匀性，它们可以吸附有机污染物，然后通过反扩散释放有机污染物。因为地下不均匀性、限速解吸和不混溶液体的限速溶解，导致浓度拖尾现象。由于以上原因和地下水含水层具有孔隙空腔、“优势通道”、水位变幅带的毛细作用，导致地下水原位修复普遍存在修复效果“回弹”、“反扩散”、“拖尾”现象。

无论是采用渗透格栅还是水相注入，都要对含水层的性质、地球化学变化的可逆性(如溶解作用、解析作用、pH值变化)、污染物的分布和通量等进行详细的评价，以设计出有效的原位处理系统。

现阶段地下水原位污染修复的模拟实验多采用柱实验和槽实验来模拟受污染地下水在含水层的运动，评定污染物的去除效果。柱实验的是模拟污染物的一维分布情况，无法模拟污染物的三维分布特征，因此柱实验模拟的地下水修复环境与实际环境存在很大差距，很难深入的评定污染物修复效果。相较于柱实验，槽实验作为地下水污染修复技术的实验室模拟重要装置，能很好的模拟地下水三维特征，并分析修复过程中的污染物降解的三维变化趋势。

现有的地下水原位污染修复槽实验无法适用于不同性质、不同浓度的有机污染地下水，无法修复低浓度有机物污染地下水，无法解决低渗透性介质非均匀性引起的反向扩散、拖尾和反弹等问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对上述现有技术存在的问题，提供一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，实现低浓度有机物污染地下水的修复，解决低渗透性介质非均匀性反向扩散、拖尾和反弹等问题。

本实用新型涉及一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，包括进水装置、砂箱、修复单元、模拟含水层、污染源渗漏槽、监测井、在线检测设备和出水装置，所述进水装置、所述出水装置分别设置于所述砂箱两侧，且所述进水装置、所述出水装置分别与所述砂箱两侧连通，所述修复单元设置于所述砂箱中部，所述修复单元包括多个垂直设置的可渗透反应格栅注入井和第一注入井，所述可渗透反应格栅注入井包括第二注入井和可渗透反应格栅，所述可渗透反应格栅安装于所述第二注入井中，所述模拟含水层水平铺于所述砂箱中，所述污染源渗漏槽设置于所述砂箱上部，且靠近所述进水装置这一侧，所述污染源渗漏槽的出水端位于所述模拟含水层上表面以下，所述监测井设置于所述砂箱中，且位于靠近所述出水装置这一侧，所述在线检测设备采用水质分析仪，且安装于所述监测井中。

优选的，为了防止黏土和粗砂进入所述第一注入井、所述第二注入井和所述监测井，防止所述第二注入井中的固体修复药剂的载体介质进入所述修复单元，所述第一注入井、所述第二注入井和所述监测井的井壁上开了多个孔，所述第一注入井、所述第二注入井和所述监测井外侧还设有纱网。

优选的，所述进水装置包括进水水箱、进水水箱溢流板、布水区、布水板，所述进水水箱溢流板设置于所述进水水箱内部，将所述进水水箱分隔为两部分，所述进水水箱底部分别与进水管与进水连通管连接，所述进水连通管的另一端与所述布水区底部连通，所述布水区的一侧为所述布水板，所述进水水箱可上下调节地设置于所述布水区一侧，所述布水板连通所述布水区及所述砂箱。

优选的，所述出水装置包括出水板、出水区、出水水箱溢流板、出水水箱，所述出水水箱溢流板设置于所述出水水箱内部，将所述出水水箱分隔为两部分，所述出水水箱底部分别与出水管与出水连通管连接，所述出水连通管的另一端与所述出水区底部连通，所述出水区的一侧为所述出水水箱溢流板，所述出水水箱可上下调节地设置于所述出水区一侧，所述出水板连通所述出水区与所述砂箱。

优选的，所述模拟含水层从下至上依次包括第一粘土层、粗砂层、第二粘土层，所述第一粘土层和所述第二粘土层的黏土粒径小于0.25mm，所述粗砂层的粒径为0.5～2.0mm。

优选的，为了模拟污染源自然下渗过程，所述污染源渗漏槽为梯形，所述污染源渗漏槽的底面及梯形面均开设有多个出水孔。

优选的，该模拟污染地下水原位化学氧化修复装置还包括密封盖，所述密封盖与所述砂箱上表面密封连接。

具体的，所述砂箱前侧均匀开设有多个取样口。

本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型可灵活调整可渗透反应格栅注入井和第一注入井的数量和液体修复药剂的剂量，适用于受不同性质、不同浓度的有机污染的地下水，将控制缓释技术和原位渗透反应格栅技术结合，解决低浓度有机物污染地下水的修复，与传统的原位化学氧化修复技术相比，具有更低的操作和维护成本。

(2)本实用新型可渗透反应格栅注入井填充有固体修复药剂，第一注入井用于投入液体修复药剂，将固体修复药剂和液体修复药剂相结合，实现地下水中顽固有机污染物的可持续原位修复，既能实现快速治理，又能延长反应物的释放期，即低峰值释放率，具有持续释放的特点，具有潜力“清理”任何慢慢向后扩散到地下水中的污染物，可以解决低渗透性介质非均匀性引起的反向扩散、拖尾和反弹等问题。

(3)本实用新型模拟了污染地下水原位修复环境，第一粘土层和第二粘土层分别模拟包气带含水层，模拟包气带含水层水文地质特征、地下水渗流状况、污染物污染过程及修复过程，能够为污染地下水原位化学氧化修复技术的工程应用提供理论参考。

(4)本实用新型既可用于模拟地下水的污染过程，也可用于模拟地下水的修复过程，同时也可以模拟边污染边修复过程。

(5)本实用新型结构简单巧妙，制作简单、操作方便，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型所述装置的结构示意图；

图2为本实用新型所述装置的剖面图；

图3为图1中砂箱的俯视图；

图4为图1中砂箱的前视图。

具体实施方案

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

实施例

如图1-3所示，一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，包括进水装置1、砂箱2、修复单元3、模拟含水层4、污染源渗漏槽5、监测井6、在线检测设备和出水装置7。

进水装置1设置于砂箱2一侧，进水装置1包括进水水箱11、进水水箱溢流板12、布水区13、布水板14，进水水箱溢流板12设置于进水水箱11内部，进水水箱溢流板12将进水水箱11分隔为两部分，进水水箱11底部分别与进水管15与进水连通管16连接，进水连通管16的另一端与布水区13底部连通。水从进水管15进入进水水箱11，当水位上升，通过进水水箱溢流板12进入到进水水箱11另一部分，通过进水连通管16进入布水区13。布水区13一侧设置有第一卡槽17，进水水箱11下部设置有第一调节杆18，进水水箱11通过第一卡槽17卡设于布水区13一侧，通过第一调节杆18上下调节。

布水区13的另一侧为布水板14，布水板14连通布水区13及砂箱2。当进水水箱11的水位低于模拟含水层4上表面时，由此模拟潜水水位；当进水水箱11的水位高于模拟含水层4上表面时，由此模拟承压水水位。布水板14包括筛板和筛网，筛板上上设有若干小孔，筛网粘于筛板上，筛网采用高密度尼龙筛网，高密度尼龙筛网的网目为100-400目之间，用于均匀布水，布水板14连通布水区13及砂箱2，布水区13与污染源渗漏槽5也通过布水板14连通。

修复单元3设置于砂箱2中部，修复单元3修复单元3包括多个垂直设置的可渗透反应格栅注入井31和第一注入井32。可渗透反应格栅注入井31和第一注入井32设置四行，且沿水流方向互相之间交错设置。可渗透反应格栅注入井31的数量由有机污染物的物理化学特征及修复目标确定。可渗透反应格栅注入井31包括第二注入井311和可渗透反应格栅312。可渗透反应格栅312的制备方法包括以下步骤：固体修复药剂采用氧化剂缓控释材料，粘合剂选用石蜡、聚合树脂、海藻酸盐、二氧化硅中的一种或多种，氧化剂选用过碳酸钠、过硫酸钠、过氧化物中的一种或多种；将固体修复药剂、粘合剂、氧化剂以加热、混合和模具成型的方法形成圆柱形的可渗透反应格栅312。将可渗透反应格栅312置于第二注入井311中，利用其中的活性氧化剂对有机污染地下水进行修复。第一注入井32用于投入液体修复药剂，液体修复药剂选用氧化剂，如芬顿试剂、类芬顿试剂、过碳酸钠、过硫酸钠和过氧化物。

监测井6垂直设置于砂箱2中，且位于靠近出水装置7这一侧，在线检测设备采用美国HACH SL1000便携式多参数水质分析仪，安装于监测井6中，监测井6不同深度处设置有取样管，在线检测设备动态监测pH、电导率、溶解氧、及温度。第一注入井32、第二注入井311和监测井6的直径为20-40mm，第一注入井32、第二注入井311和监测井6的井壁上开了多个孔，孔径为3-5mm，孔间距为4-6mm，第一注入井32、第二注入井311和监测井6外侧还设有纱网。

模拟含水层4水平铺于砂箱2中，模拟含水层4从下至上依次包括第一粘土层41、粗砂层42、第二粘土层43。第一粘土层41和第二粘土层43的黏土粒径小于0.25mm，模拟渗透系数较小的弱透水层，即包气带含水层。粗砂层42的粒径为0.5～2.0mm，模拟渗透系数较大的含水层。第一粘土层41、粗砂层42、第二粘土层43按顺梯度不均匀布置，从而更加接近实际场地含水层特征。密封盖21密封盖于砂箱2上表面。如图4所示，砂箱2的前壁设置等间距的取样口22，便于模拟实验过程中取样，对有机物、易挥发物质等的含量及时进行检测。取样口22均匀设置多排，每排之间的行距b为100mm，每排均匀设置多个取样口22，每个取样口22之间的间距a为150mm。

污染源渗漏槽5设置于砂箱2上部，且靠近进水装置1这一侧，污染源渗漏槽5的出水端位于模拟含水层4上表面以下。污染源渗漏槽5为梯形，污染源渗漏槽5的底面及梯形面均开设有多个出水孔，用于注入取自现场的石油有机污染地下水，或根据石油烃成分人工配制的有机污染地下水，供污染地下水自然下渗。污染地下水从上往下进行渗透，进水从侧面进行渗透，模拟自然环境中污染渗透过程。

出水装置7包括出水板71、出水区72、出水水箱溢流板73、出水水箱74。出水水箱溢流板73设置于出水水箱74内部，将出水水箱74分隔为两部分，出水水箱74底部分别与出水管75与出水连通管76连接，出水连通管76的另一端与出水区72底部连通，出水区72的一侧为出水水箱溢流板73。水通过出水连通管76从出水区72进入出水水箱74，当该部分的水位上升，通过出水水箱溢流板73进入到出水水箱74另一部分，从出水管75流出。出水区72一侧设置有第二卡槽77，出水水箱74下部设置有第二调节杆78，出水水箱74通过第二卡槽77卡设于出水区72一侧，通过第二调节杆78上下调节。出水板71连通出水区72与砂箱2，出水板71包括筛板和筛网，筛板上上设有若干小孔，筛网粘于筛板上，筛网采用高密度尼龙筛网，高密度尼龙筛网的网目为100-400目之间，用于均匀布水，同时防止黏土和粗砂进入出水水箱74。砂箱2通过出水板71与所述出水装置7连通。修复后的地下水通过出水水箱溢流板73流出。

该模拟污染地下水原位化学氧化修复装置的使用方法，包括以下步骤：

根据需要调节进水水箱和出水水箱的高度，将地下水注入进水水箱，控制进水水位高度模拟承压水或者潜水含水层，地下水通过进水水箱溢流板进入布水区，然后通过布水板渗透进入模拟含水层；

将有机污染地下水注入污染源渗漏槽，有机物向模拟含水层中渗漏；

在第一注入井中注入液体修复药剂；

地下水从进水箱进入模拟含水层后，与有机污染地下水混合形成污染羽，液体修复药剂和可渗透反应格栅对污染羽进行修复，修复后的地下水通过出水区流至出水水箱，然后流过出水水箱溢流板，流至出水水箱另一半，从出水管流出。

本实用新型将控制缓释技术和原位渗透反应格栅技术结合，尤其适用于低浓度有机物污染地下水的修复。可渗透反应格栅注入井和第一注入井可根据目标搭配使用，适用于受不同性质、不同浓度的有机污染的地下水。本实用新型对加入修复药剂后污染地下水中的污染物浓度分布、空间分布及修复机理进行实验室模拟，缩小实验室模拟环境与实际场地修复环境之间的差距，从而对修复药剂的加入位置、加入量等信息做出精准的决策，为地下水原位化学氧化修复技术的工程应用提供客观理论参考。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，其特征在于：包括进水装置(1)、砂箱(2)、修复单元(3)、模拟含水层(4)、污染源渗漏槽(5)、监测井(6)、在线检测设备和出水装置(7)，所述进水装置(1)、所述出水装置(7)分别设置于所述砂箱(2)两侧，且所述进水装置(1)、所述出水装置(7)分别与所述砂箱(2)两侧连通，所述修复单元(3)设置于所述砂箱(2)中部，所述修复单元(3)包括多个垂直设置的可渗透反应格栅注入井(31)和第一注入井(32)，所述可渗透反应格栅注入井(31)包括第二注入井(311)和可渗透反应格栅(312)，所述可渗透反应格栅(312)安装于所述第二注入井(311)中，所述模拟含水层(4)水平铺于所述砂箱(2)中，所述污染源渗漏槽(5)设置于所述砂箱(2)上部，且靠近所述进水装置(1)这一侧，所述污染源渗漏槽(5)的出水端位于所述模拟含水层(4)上表面以下，所述监测井(6)垂直设置于所述砂箱(2)中，且位于靠近所述出水装置(7)这一侧，所述在线检测设备采用水质分析仪，且安装于所述监测井(6)中。

2.如权利要求1所述的一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，其特征在于：所述第一注入井(32)、所述第二注入井(311)和所述监测井(6)的井壁上开了多个孔，所述第一注入井(32)、所述第二注入井(311)和所述监测井(6)外侧还设有纱网。

3.如权利要求1-2任意一项所述的一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，其特征在于：所述进水装置(1)包括进水水箱(11)、进水水箱溢流板(12)、布水区(13)、布水板(14)，所述进水水箱溢流板(12)设置于所述进水水箱(11)内部，将所述进水水箱(11)分隔为两部分，所述进水水箱(11)底部分别与进水管(15)与进水连通管(16)连接，所述进水连通管(16)的另一端与所述布水区(13)底部连通，所述布水区(13)的一侧为所述布水板(14)，所述进水水箱(11)可上下调节地设置于所述布水区(13)一侧，所述布水板(14)连通所述布水区(13)及所述砂箱(2)。

4.如权利要求1-2任意一项所述的一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，其特征在于：所述出水装置(7)包括出水板(71)、出水区(72)、出水水箱溢流板(73)、出水水箱(74)，所述出水水箱溢流板(73)设置于所述出水水箱(74)内部，将所述出水水箱(74)分隔为两部分，所述出水水箱(74)底部分别与出水管(75)与出水连通管(76)连接，所述出水连通管(76)的另一端与所述出水区(72)底部连通，所述出水区(72)的一侧为所述出水水箱溢流板(73)，所述出水水箱(74)可上下调节地设置于所述出水区(72)一侧，所述出水板(71)连通所述出水区(72)与所述砂箱(2)。

5.如权利要求1-2任意一项所述的一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，其特征在于：所述模拟含水层(4)从下至上依次包括第一粘土层(41)、粗砂层(42)、第二粘土层(43)，所述第一粘土层(41)和所述第二粘土层(43)的黏土粒径小于0.25mm，所述粗砂层(42)的粒径为0.5～2.0mm。

6.如权利要求1-2任意一项所述的一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，其特征在于：所述污染源渗漏槽(5)为梯形，所述污染源渗漏槽(5)的底面及梯形面均开设有多个出水孔。

7.如权利要求1-2任意一项所述的一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，其特征在于：还包括密封盖(21)，所述密封盖(21)与所述砂箱(2)上表面密封连接。

8.如权利要求1-2任意一项所述的一种模拟污染地下水原位化学氧化修复装置，其特征在于：所述砂箱(2)前侧均匀开设有多个取样口(22)。

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