一种污染土壤及地下水修复装置

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一种污染土壤及地下水修复装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及污染场地原位修复领域，具体是一种选择性定深抽提与注入的装置。\n背景技术\n[0002] 土壤及地下水的修复已成为当前国内外环保研究的热点。土壤位于自然环境的中心位置，它作为生产的基础和环境要素的重要组成部分，承担着环境中大约90％的来自各方面的污染物。近年来，现代工业社会日益发达的同时，进人土壤中的污染物亦日益增多。\n土壤和地下水是相互作用，相互影响的，土壤一旦受到污染，会直接影响农作物，其中的污染物还会对地表水和地下水形成二次污染，直接或间接给社会、经济和生态带来无法估量的影响，已经受到了越来越多的关注。\n[0003] 从20世纪70年代以来，国外尤其是欧美国家，对土壤及地下水污染治理的研究取得了较大的进展。目前，我国已在土壤及地下水污染调查及污染物迁移转化模式方面做了一些基础性的研究，针对土壤及地下水修复技术及其应用的研究也逐渐增多。在众多土壤及地下水修复技术中，原位修复技术由于处理成本低，操作简单，对环境的破坏小等优势，成为土壤及地下水修复的热点问题。\n[0004] 原位抽提与注入技术，是两种最为常用的原位修复方法。原位抽提技术是将污染的地下水抽提出来，在废水处理系统中通过有效的废水处理技术处理达标后排放的一种方法；原位注入技术是将化学药剂注入到地下，通过化学药剂与污染物之间的物理化学作用，降低污染物毒性的一种方法。目前，由于实际施工场地的复杂性，单一的处理技术无法快速、有效的完成地下水的修复任务，多种技术的联合使用往往存在修复装置的交叉搭建。特别是在原位抽提与注入联合处理过程中，所建抽提井或注入井往往只能承担一种功能，并且两者需要一定的间距防止工艺间的交叉影响，在井位的设计上存在效率低、药剂浪费等现象。\n实用新型内容\n[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种污染土壤及地下水修复装置，该装置的通用性强，能够同时适应抽提井或注入井的使用，从而整体结构简单，使用方便。\n[0006] 本实用新型采用的技术方案如下：一种污染土壤及地下水修复装置，其特征在于：\n包括至少一个抽提注入单元、连接管、导管以及抽提注入管，每个抽提注入单元设有依次连接的上部密封层、中部工作层和下部密封层，上部密封层固定在连接管的下端，导管和抽提注入管安装在连接管中，导管连接着上部密封层与下部密封层，抽提注入管连接着中部工作层。\n[0007] 作为优选，所述上部密封层与下部密封层均采用膨胀橡胶塞，膨胀橡胶塞的入口通过压力阀门与导管连接。\n[0008] 作为优选，所述膨胀橡胶塞的长度大于0.5m。\n[0009] 作为优选，所述中部工作层包括外部筛管，外部筛管的中间安装着所述抽提注入管，抽提注入管伸入外部筛管的这部分制成筛管结构，筛管结构与外部筛管之间的空腔形成缓冲区。\n[0010] 作为优选，所述外部筛管的筛孔孔径为0.15～0.5μm。\n[0011] 作为优选，所述连接管的两端制有螺纹，连接管之间通过螺纹连接从而延伸长度，连接管与上部密封层之间通过螺纹连接固定；相邻两个抽提注入单元之间也通过连接管连接固定，该连接管连接在上侧抽提注入单元的下部密封层与下侧抽提注入单元的上部密封层之间。\n[0012] 作为备选，所述定深抽提与注入装置可设置预埋管，该预埋管分为实管和筛管两段，实管在上，筛管在下；所述抽提注入单元位于筛管内。\n[0013] 作为优选，所述预埋管的管径是中部工作层外径的1.3～1.5倍，或者上、下部密封层外径的1.3～1.5倍。\n[0014] 作为优选，所述预埋管为不锈钢管。\n[0015] 本实用新型具有的有益效果是：本实用新型采用的抽提注入单元，利用膨胀后的上、下部密封层与井壁紧密结合，对两者中部的工作层进行密封；同时，本实用新型的通用性强，地下水可以依次通过外部筛管、缓冲区进入抽提注入管，满足抽提井的使用，药剂也可以通过抽提注入管，经缓冲区和外部筛管作用于地下水污染区域，满足注入井的使用；配合连接管可以实现抽提注入单元的深度调节，实现所需的选择性定深抽提或注入修复施工，结构简单，使用方便。\n附图说明\n[0016] 图1是本实用新型的结构示意图。\n[0017] 图2是抽提注入单元的结构示意图。\n[0018] 图3是定深抽提修复方法的抽提井示意图图。\n[0019] 图4是定深注入修复方法的注入井示意图。\n[0020] 图5是定深抽提以及注入修复的抽提井、注入井分布示意图。\n具体实施方式\n[0021] 下面结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。\n[0022] 如图1、图2所示，本实用新型提供的一种污染土壤及地下水修复装置，包括至少一个抽提注入单元、连接管、导管以及抽提注入管。核心部分是位于地下水井3中的抽提注入单元5，分为三层结构，从上至下依次为上部密封层4、中部工作层5和下部密封层6。\n[0023] 其上、下两个密封层的结构相似，均由膨胀橡胶塞构成，该膨胀橡胶塞由连接于井口的导管1通过空气/液体注入产生膨胀，使得橡胶塞逐渐与井壁紧密结合，对两者中部的工作层进行密封。该密封层中膨胀橡胶塞与导管连接处设有压力阀门9，可对膨胀橡胶塞进行安全防护。该密封层中膨胀橡胶塞的长度最好在0.5m以上，有效封堵抽提注入单元上、下部区域中的地下水与工作层中的液体相互流通，避免对修复施工产生影响。\n[0024] 中部工作层从内至外还可分为抽提注入管2、缓冲区5-2和外部筛管5-1，该部位的抽提注入管的管壁为筛管结构8，地下水可以依次通过外部筛管、缓冲区进入抽提注入管2，药剂也可以通过抽提注入管2，经缓冲区和外部筛管作用于地下水污染区域。过滤层孔径在\n0.15-0.5μm间，通过抽提与注入操作，可实现反复的冲洗，有效防止土壤进入抽提注入单元引起堵塞。\n[0025] 该装置还包括连接于抽提注入单元之上的连接管7，该连接管为分段结构，由多段管路螺纹连接而成，除中部设置有膨胀塞导管与抽提注入管外，其余部分均为实心结构。所述连接管的两端制有螺纹，连接管之间通过螺纹连接从而延伸长度，连接管与上部密封层之间通过螺纹连接固定；相邻两个抽提注入单元之间也通过连接管连接固定，该连接管连接在上侧抽提注入单元的下部密封层与下侧抽提注入单元的上部密封层之间。\n[0026] 建井方式可以采用套管护壁的方式，将抽提注入单元直接安装于所需工作区域；\n或者，建井方式可以采用液压系统直接下管的方式，使得预埋管与周边土壤紧密结合，预埋管从上至下依次为实管和筛管，实管下端需位于原土层以下1m以上，所用材质为不锈钢等，管径为抽提注入单元的1.3-1.5倍，便于抽提注入单元在井管中灵活上下移动，快速调整至指定区域进行修复。\n[0027] 该装置可配套常规的抽提系统和注入系统，通过位于井口的转换口进行切换，并且配合抽提注入单元上部连接管长度的调节，即可实现所需的选择性定深抽提或注入修复施工。\n[0028] 以下举例说明定深抽提修复施工以及注入修复施工。\n[0029] 方法1：定深抽提修复；\n[0030] 简单的轻度污染场地，可使用该装置单独进行地下水的定深抽提修复，方法如下：\n[0031] 1、建设地下水井并安装抽提注入单元，将抽提注入管连接抽提系统；\n[0032] 2、调整抽提注入单元在地下水井中的高度，从上至下依次抽取对应深度的地下水，进行不同深度目标污染物的污染情况检测；\n[0033] 3、根据检测结果，将抽提注入单元调整至最重污染深度，运行抽提系统，将抽提注入单元影响区域的污染地下水抽提进入废水处理系统达标排放；\n[0034] 4、周期性对地下水进行不同深度污染情况监测，监测水位及目标污染物等参数，适时调整抽提注入单元作用深度至最大污染深度；\n[0035] 5、所有深度监测数据表明地下水达标后，停止作业，修复完成。\n[0036] 例如，某退役场地受到重金属汞污染，污染范围约700m2，污染层次为6-10m，采用抽提处理工艺进行修复，共设计抽提注入井24座(直径150mm)，全部用于抽提修复施工。抽提调查阶段共分为6m、7m、8m、9m、10m五个层次，通过首次调查，设计0口抽提井A进行6m层次抽提修复，5口抽提井进行7m层次抽提修复，11口抽提井进行8m层次抽提修复，7口抽提井进行9m层次抽提修复，1口抽提井进行10m层次抽提修复，每口抽提井的抽提量为0.5-1.0t/h，抽提1h，停歇1h。根据每天抽提井中水样的监测结果，在抽提18d后对所有抽提井不同深度水样的汞浓度进行重新采样测定，并调整6m、7m、8m、9m、10m五个层次进行抽提修复施工的抽提井数分别为1口、6口、7口、8口、2口。此后，在第32d，47d，59d，75d和89d分别对抽提注入单元工作深度进行调整，至检测结果表明地下水汞达标后，停止装置运行。经过101d的修复施工，地下水中特征污染物汞共计去除568.7g，去除率达到90％以上。\n[0037] 方法2：定深注入修复；\n[0038] 较为简单的有机污染场地，可使用该装置单独进行土壤及地下水的定深注入修复，方法如下：\n[0039] 1、建设地下水井并安装抽提注入单元，将抽提注入管连接抽提系统；\n[0040] 2、调整抽提注入单元在地下水井中的高度，从上至下依次抽取对应深度的地下水，进行不同深度目标污染物的污染情况检测；\n[0041] 3、根据检测结果，将抽提注入单元调整至最重污染深度，将抽提注入管调换至连接注入系统；\n[0042] 4、运行注入系统，按照不同深度污染轻重程度，依次对高污染区和低污染区进行第一轮药剂注入修复，所注入的药剂种类与数量根据场地的污染物种类与污染情况选择确定。\n[0043] 5、第一遍药剂注入完成后，将抽提注入管调整至连接抽提系统，并调整抽提注入单元在地下水井中的高度，再次对每口地下水井中不同深度的污染情况进行抽提取样监测\n48h内水质变化情况，取样间隔为2h，对检测不达标的深度进行第二轮药剂注入修复。\n[0044] 6、重复步骤5，直至地下水井中所有深度监测数据均达标后，停止作业，修复完成。\n[0045] 例如，某退役场地受到有机物苯、二甲苯等污染，污染范围约400m2，污染层次为7-\n12m，采用注入工艺进行修复，共设计地下水抽提注入井22座(直径150mm)。抽提调查阶段共分为7m、8m、9m、10m、11m、12m六个层次，通过首次调查，设计1口抽提井B进行7m层次注入修复，8口抽提井B进行8m层次注入修复，6口抽提井进行9m层次注入修复，4口抽提井进行10m层次注入修复，3口抽提井进行11m层次注入修复，0口抽提井进行12m层次注入修复。所选用的药剂为过硫酸钠氧化剂，并使用硫酸亚铁进行激活。配置后修复药剂中过硫酸钠的浓度为5-20％，硫酸亚铁的浓度为1％-6％，注入井的注入量为0.6-1.0t/h，每个层次完成预定药剂量注入后，根据各自井位调查所得浓度由高至低调整抽提注入单元工作深度，依次完成第一轮药剂注入。15d后第一轮药剂注入完成，进行了为期48h的间歇取样监测，根据监测结果，按照所得数据由高至低依次调整抽提注入单元工作深度，重新进行第二轮、第三轮修复，至检测结果表明地下水目标污染物浓度达标后，停止装置运行。经过6轮74d的修复施工，土壤及地下水中苯、二甲苯等特征污染物共计去除率达到97％以上。\n[0046] 方法3：定深抽提注入修复\n[0047] 较为复杂的有机污染场地，可使用该装置进行土壤及地下水的定深抽提注入联合修复，方法如下：\n[0048] 1、建设地下水井并安装抽提注入单元，将所有抽提注入管连接抽提系统；\n[0049] 2、调整抽提注入单元在地下水井中的高度，从上至下依次抽取对应深度的地下水，进行不同深度目标污染物的污染情况检测；\n[0050] 3、根据检测结果，将部分连接抽提系统的抽提注入单元调整至最重污染深度；\n[0051] 4、将其余部分井位的抽提注入管转换为连接注入系统，并调整注入单元工作深度至周边抽提单元与上部或下部污染边界的1/3-2/3处，相邻注入单元的工作区间不在同一层次，即1#注入井B-1位于抽提单元的上部工作，与其相邻的2#注入井B-2就位于抽提单元的下部工作；\n[0052] 5、运行抽提系统与注入系统，进行第一轮抽提与注入修复，所注入的药剂种类与数量根据场地的污染物种类与污染情况选择确定。\n[0053] 6、第一轮抽提与注入修复完成后，调整抽提井中的抽提注入单元深度，对抽提中不同深度的样品进行取样，根据检测结果调整抽提井中抽提注入单元至最佳工作深度，相应的调整注入井中抽提注入单元在地下水井中的工作深度，进行第二轮抽提与注入修复。\n[0054] 7、重复步骤6，直至地下水井中所有深度监测数据均达标后，停止作业，修复完成。\n[0055] 例如，某退役场地受到卤代烃、石油烃等重度污染，污染范围约500m2，污染层次为\n5-13m，采用抽提注入工艺进行修复，共设计地下水抽提注入井24座(直径150mm)。抽提调查阶段在5-13m每一层采集1个样品进行检测。通过首次调查，设计7口抽提注入井用作抽提修复施工，17口抽提注入井用作抽提修复施工(图5)。从图5可见，注入井均匀分布于需修复区域，抽提井分布于注入井间，相邻两座注入井在不同层次进行注入施工(分别位于相邻抽提井工作深度的上部和下部区间)，所选用的注入药剂为过硫酸钠氧化剂，并使用硫酸亚铁进行激活。配置后修复药剂中过硫酸钠的浓度为5-30％，硫酸亚铁的浓度为1％-11％，注入井的注入量为0.4-0.8t/h，抽提井的抽提量为0.5-1.6t/h。根据场地实际情况，20d后第一轮药剂注入量完成，对抽提井中不同深度的污染情况重新进行了调查评估，并相应的调整了抽提井与注入井中抽提注入单元工作深度。在第37d、54d、81d根据最近监测结果分别对抽提注入单元工作深度进行了调整，至检测结果表明地下水目标污染物浓度达标后，停止装置运行。经过4轮94d的修复施工，土壤及地下水中卤代烃、石油烃等特征污染物共计去除率达到96％以上。\n[0056] 针对复杂的重度污染区域，上述的3种方法可以自由组合使用，实现高效、快速的修复。\n[0057] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。