CN215905884U - 一种用于地下水btex污染原位热修复实验模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种用于地下水BTEX污染原位热修复实验模拟装置，涉及地下水污染修复技术领域，包括实验箱体和温控系统，实验箱体内设置有地层模拟腔，地层模拟腔内上层为模拟土壤层，抽提井对模拟土壤层抽气；下层为模拟地下水层，地层模拟腔内设置有曝气井，曝气井向下延伸至实验箱体底部，所述的温控系统包括加热棒，所述的加热棒位于曝气井内。本实用新型通过在曝气井中设计一套温控系统，对于注入空气进行加热，同时通过热传导对注入井附近模拟场地进行加热，提高注气温度和修复场地环境温度，在低温下实现BTEX污染物快速去除，因此，热强化辅助原位曝气‑抽提技术相比常规气相抽提技术，本实用新型运行效率更高，而且能够适用于渗透性更低的土层，具有更好的修复效果。

Description

一种用于地下水BTEX污染原位热修复实验模拟装置

技术领域

本实用新型属于地下水污染修复技术领域，尤其涉及一种用于地下水BTEX污染原位热修复实验模拟装置。

背景技术

自20世纪80年代国外开展地下水污染治理至今，地下水污染修复技术在大量的实践应用中得以不断改进和创新。常用的地下水修复技术可以分为异位修复技术和原位修复技术两大类。

BTEX是常见的石油烃污染物，BTEX地下水的修复方法比较多，多数情况下，水动力控制法以及物理法等不能改变污染物分子组成的方法只能作为一种临时性的控制方法。抽出方法处理清除污染的过程处理量小且用时较长。在实际处理地下水污染问题时，要想利用抽出法处理地下水污染达到无污染标准需要几十年甚至是几百年的时间。和异位修复法相比，原位修复不但修复费用相对节省，而且还最大程度地减少污染物的暴露和对土地环境的扰动，是一种极有发展前景的地下水修复技术。所以环境研究者更倾向于原位修复技术。具体包括以下几种：(1)渗透性反应墙是近些年来兴起的一种有效的修复技术，它的出现可替代早期的抽出处理技术。地下水流在自身水力梯度作用下向下游流动时，从污染源所排放出来的污染物质不断的在向下渗流过程中会形成一个污染羽。PRB就是在污染羽流动路径上的横截面设置一道墙体，墙体内安装不同的介质反应材料。当污染羽流经墙内时，会与其介质材料发生接触，再通过墙体材料本身的氧化、还原、降解、吸附、淋滤等一系列物理、化学、生物连锁反应过程，要么污染羽中的污染物组成部分得到降解，要么滞留在墙体中，最终完成对地下水环境的修复。渗透性反应墙技术促使地下水有效在自然水力坡度下流动，并非限制其流动。然而，渗透性反应墙有可能直接或间接的改变地下水力系统。为了避免潜在的影响，就要在设计过程中考虑周全，渗透性反应墙的处理性能才能更有效的发挥。(2)空气曝气技术(Air-sparging，AS)在80年代中期就开始使用了，是治理土壤和去除地下水中的可挥发性有机污染物的极为有效的方法之一。1982-1999年，在美国，“超级基金场地管理制度”在治理地下水有机污染项目中，在地下水修复技术中空气曝气技术的使用率占半数以上，随着空气曝气技术实验研究和场地研究的逐步成熟，其使用比例还在逐年增多，远远超过于其它原位治理技术。AS技术主要用于去除在地下水位以下的有机化合物，是与气相抽提互补的一种原位修复技术。AS技术是利用垂直或水平井在曝气装置下通过一定的曝气压力和流量促使压缩空气注入饱和区土壤及地下水系统中，在污染区域形成气流屏障，有效防止污染物向下游扩散和迁移，然后通过气液固多相运移传质过程，使含水层中有机污染物在空气抽提的作用下直接挥发到空气中，携带污染物的空气在浮力作用下将不断上升到非饱和区，在抽提作用下将从地下抽出，于地上处理，从而达到修复地下水污染的目的。(3)生物修复技术(Bio-Spargins，BS)是修复地下水及包气带石油烃污染的新方法，也是最有前景的方法之一，目前正在大力发展。有研究表明，石油烃在有氧和厌氧条件下均可得到降解。BS作为AS的衍生技术，它利用本土微生物降解饱和区中的可生物降解成分。将空气(或氧气)和营养物注射进饱和区可以增加本土微生物的生物活性。BS系统和AS系统的组成部分完全相同，但BS系统强化了有机污染物的生物降解作用。BS修复过程主要包括有机物的挥发、吸附、解吸、生物降解等过程，在整个修复过程中生物降解起了至关重要的作用。(4)土壤气相抽提技术(soil vapor extraction，SVE)，也称“土壤通风”或“真空抽提”，是一种新兴的土壤原位修复技术。因其对石油类污染土壤及地下水治理的有效性和广泛性，使之正逐渐发展为一种标准的环境修复技术，被美国环保局(EPA)列为“革命性技术”大力倡导应用。近年来，SVE又开始深入到生物修复与地下水修复等多学科交叉领域。

由于我国北方近6个月时间处于冬季，场地温度低，受低温环境影响，污染物传质过程的多种基本参数受到影响，导致修复结果不理想。

实用新型内容

为解决地场温度低致使地下水BTEX污染原位修复结果不理想的不问题，本实用新型提供一种热强化曝气-抽提(AS)修复地下水BTEX污染的实验模拟装置，以适合低温条件下BTEX污染土壤原位快速修复，通过在曝气井中设计一套温控系统，对于注入空气进行加热，同时通过热传导对注入井附近模拟场地进行加热，提高注气温度和修复场地环境温度，在低温下实现BTEX污染物快速去除。

本实用新型提供的技术方案是：一种用于地下水BTEX污染原位热修复实验模拟装置，包括实验箱体和温控系统，实验箱体内设置有地层模拟腔，地层模拟腔内上层为模拟土壤层，下层为模拟地下水层，地层模拟腔内设置有曝气井，曝气井向下延伸至实验箱体底部，所述的温控系统包括加热棒，所述的加热棒位于曝气井内。

作为进一步的技术方案是：还包括曝气系统，所述的曝气系统包括空压机，空压机通过管路向曝气井通气，曝气井下部侧壁带有向模拟地下水层曝气的曝气孔。

作为进一步的技术方案是：还包括抽提系统，所述的抽提系统包括抽提井和抽气泵，所述的抽提井安装于模拟土壤层，抽气泵吸入口与抽提井连通，抽气泵的排出口连接有用于回收废气的吸附装置。

作为进一步的技术方案是：还包括地下水流动装置，所述的地下水流动装置包括位于实验箱体左右两侧的水箱，所述的地层模拟腔左右两侧的实验箱体内设置有水槽腔，水箱与水槽腔连接，其中一个水箱连接有蠕动泵，地层模拟腔与水槽腔之间设置有孔板和筛网，所述的孔板下部带孔，孔的最高位置与模拟土壤层与模拟地下水层的界线高度一致。

作为进一步的技术方案是：所述的实验箱体立面设置有呈矩形阵列的取样口，取样口均处于模拟地下水层，用于检测模拟地下水层的污染物浓度。

作为进一步的技术方案是：地层模拟腔下端设置有排注口，水槽腔下端设置有排水口。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型通过在曝气井中设计一套温控系统，对于注入空气进行加热，同时通过热传导对注入井附近模拟场地进行加热，提高注气温度和修复场地环境温度，在低温下实现BTEX污染物快速去除，因此，相比常规气相抽提技术，本实用新型运行效率更高，而且能够适用于渗透性更低的土层，具有更好的修复效果。

2.本实用新型将原位修复技术与气相抽提技术相结合，并辅之于热强化技术，大大提高了地下水BTEX污染的修复效率。

3.本实用新型在热强化过程中，先对曝气空气加热，再由空气传递给曝气井，升温速率变缓，曝气井则通过热辐射和热传导作用，将热量传导给周围空气和的土壤，避免直接加热导致的土壤有机质损坏。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1、空压机；2、蠕动泵；3、水箱；4、水槽腔；5、孔板；6、筛网；7、气体流量计A；8、温度控制器；9、加热棒；10、气体流量计B；11、抽气泵；12、吸附装置；13、排注口；14、测试口；15、曝气井；16、曝气孔、17、模拟土壤层；18、模拟地下水层；19、实验箱体；20、抽提井。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图所示，本实施包括实验箱体19和温控系统。实验箱体19为矩形密封箱体，其内中部设置有地层模拟腔，地层模拟腔内上层为模拟土壤层17，本实施例中模拟土壤层17由细砂填充而成，下层为模拟地下水层18，模拟地下水层18由中砂填充而成，地层模拟腔下端设置有排注口13。地层模拟腔左右两侧的实验箱体19内设置有水槽腔4，水槽腔4与地层模拟腔使用孔板5分隔，为了进一步的过水阻砂，除孔板外再增加一层筛网6，所述的孔板5下部带孔，孔的最高位置与模拟土壤层17与模拟地下水层18的界线高度一致。

地层模拟腔内设置有曝气井15，曝气井15向下延伸至实验箱体19底部，曝气井15底部侧壁带有向模拟地下水层18曝气的曝气孔16，所述的温控系统包括加热棒9，所述的加热棒9位于曝气井15内，加热棒9用于对进入井内的气体加热使之形成热风，热风曝气的目的是加热含水层温度和起到对污染物的吹脱作用。所述的温控系统还包括用以控制加热温度的温度控制器8。

本实施例还包括曝气系统和抽提系统，所述的曝气系统包括空压机1，空压机1通过管路向曝气井15通气，管路上串接有气体流量计A7和阀门。所述的抽提系统包括抽提井20和抽气泵11，抽提井20有两个，两个抽提井20分别安装于模拟土壤层17的左右两侧，抽气泵11吸入口与抽提井20连通，从而起到抽提的作用，在二者连接管路上设置有气体流量计B10和阀门，抽气泵11的排出口连接有用于回收废气的吸附装置12，吸附装置12用于去除污染气体。抽提系统与曝气系统配合，曝气装置一定的曝气压力和流量促使压缩空气注入饱和区土壤及地下水系统中，在污染区域形成气流屏障，有效防止污染物向下游扩散和迁移，然后通过气液固多相运移传质过程，使含水层中有机污染物在空气抽提的作用下直接挥发到空气中，携带污染物的空气在浮力作用下将不断上升到非饱和区，在抽提作用下将从地下抽出，于地上处理，从而达到修复地下水污染的目的。

为了很好的模拟地下水流动，本实施例设置了地下水流动装置，所述的地下水流动装置包括位于实验箱体左右两侧的水箱3，左侧水箱3与左侧的水槽腔4连接，右侧水箱3与右侧的水槽腔4连通，其中一个水箱3连接有蠕动泵2，地下水从一侧的水箱3进入到水槽腔4，在通过孔板5进入到模拟地下水层18，最后进入另一侧水箱3，蠕动泵2控制水流动速度的作用。

为了更加全面的监测和检测模拟地下水层18各个位置污染物浓度，在实验箱体19立面设置有呈矩形阵列的取样口14，取样口14均处于模拟地下水层18，在本实施例中取样口14横向和竖向各三个，共计9个。取样口14数量只是本实施例的其中一种设置方式，并不用于限定本实用新型。

地层模拟腔下端设置有排注口13，在实验开始前，通过排注口13向模拟地下水层18注入污染物溶液，在实验结束后，通过排注口13排出腔内残液。

水槽腔4下端设置有排水口，实验结束后，排水口用于排出水槽腔4内残液。

本实施例的操作过程如下，首先将配制好的苯系物(BETX)溶液注入到实验箱体19中直至模拟地下水层18的介质饱和，为了避免苯系物进入到水槽腔4，在水槽腔4与地层模拟腔之间插入隔离用的分离板。在注入苯系物溶液的同时往两侧水箱3注入清水，一旦中间的砂土污染区建立完成，两侧的分离板从砂土剖面抽除，用蠕动泵2连接水箱3，控制水流动速度，打开空压机1和U型加热棒9开始实验。通过对9个取样口14的孔隙水进行取样和分析，确定BTEX浓度分布。

本实用新型通过在曝气井中设计一套温控系统，对于注入空气进行加热，同时通过热传导对注入井附近模拟场地进行加热，提高注气温度和修复场地环境温度，在低温下实现BTEX污染物快速去除，因此，相比常规气相抽提技术，本实用新型运行效率更高，而且能够适用于渗透性更低的土层，具有更好的修复效果。本实用新型将原位修复技术与气相抽提技术相结合，并辅之于热强化技术，大大提高了地下水BTEX污染的修复效率。本实用新型在热强化过程中，先对曝气空气加热，再由空气传递给曝气井15，升温速率变缓，曝气井15则通过热辐射和热传导作用，将热量传导给周围空气和的土壤，避免直接加热导致的土壤有机质损坏。

Claims (6)

1.一种用于地下水BTEX污染原位热修复实验模拟装置，其特征在于：包括实验箱体(19)和温控系统，实验箱体(19)内设置有地层模拟腔，地层模拟腔内上层为模拟土壤层(17)，下层为模拟地下水层(18)，地层模拟腔内设置有曝气井(15)，曝气井(15)向下延伸至实验箱体(19)底部，所述的温控系统包括加热棒(9)，所述的加热棒(9)位于曝气井(15)内。

2.根据权利要求1所述的一种用于地下水BTEX污染原位热修复实验模拟装置，其特征在于：还包括曝气系统，所述的曝气系统包括空压机(1)，空压机(1)通过管路向曝气井(15)通气，曝气井(15)下部侧壁带有向模拟地下水层(18)曝气的曝气孔(16)。

3.根据权利要求1所述的一种用于地下水BTEX污染原位热修复实验模拟装置，其特征在于：还包括抽提系统，所述的抽提系统包括抽提井(20)和抽气泵(11)，所述的抽提井(20)安装于模拟土壤层(17)，抽气泵(11)吸入口与抽提井(20)连通，抽气泵(11)的排出口连接有用于回收废气的吸附装置(12)。

4.根据权利要求1所述的一种用于地下水BTEX污染原位热修复实验模拟装置，其特征在于：还包括地下水流动装置，所述的地下水流动装置包括位于实验箱体(19)左右两侧的水箱(3)，所述的地层模拟腔左右两侧的实验箱体(19)内设置有水槽腔(4)，水箱(3)与水槽腔(4)连接，其中一个水箱(3)连接有蠕动泵(2)，地层模拟腔与水槽腔(4)之间设置有孔板(5)和筛网(6)，所述的孔板(5)下部带孔，孔的最高位置与模拟土壤层(17)与模拟地下水层(18)的界线高度一致。

5.根据权利要求1所述的一种用于地下水BTEX污染原位热修复实验模拟装置，其特征在于：所述的实验箱体(19)立面设置有呈矩形阵列的取样口(14)，取样口(14)均处于模拟地下水层(18)高度处，取样口(14)用于检测模拟地下水层(18)各位置污染物浓度。

6.根据权利要求4所述的一种用于地下水BTEX污染原位热修复实验模拟装置，其特征在于：地层模拟腔下端设置有排注口(13)，水槽腔(4)下端设置有排水口。

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