包气带原位溶液监测装置与氨氮增强硝化系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种包气带原位溶液监测装置与氨氮增强硝化系统，该包气带原位溶液监测装置包括泵以及布置在包气带内的至少一根溶液溶液采集管(8)，所述溶液采集管(8)包括沿轴向布置的导向部(13)和采集部(12)，该采集部(12)具有中空空腔且所述采集部(12)的壁上设有通孔，所述泵与所述采集部(12)的中空空腔连通。包气带原位氨氮增强硝化系统包括与包气带内的垃圾体(6)紧邻的第一操作井(1)和包气带原位溶液监测装置，从所述第一操作井(1)的井壁向所述垃圾体(6)方向设有至少一根布水管(3)。通过对包气带溶液进行原位监测，能够在不破坏包气带结构的情况下，更精确地监测包气带内的氨氮硝化效果。
【专利说明】包气带原位溶液监测装置与氨氮増强硝化系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及污染包气带修复与地下水保护技术，更具体涉及一种包气带原位溶液监测装置以及包气带原位氨氮增强硝化系统。
【背景技术】
[0002]日常生活中的生活垃圾、工业废品等固废(垃圾体)的堆积会产生大量氨氮，而目前却未具有解决该问题的技术，导致氨氮逐渐渗入土壤中，造成土壤污染，同时对其周边地下水造成一定程度的污染威胁。
[0003]在自然地表水体和地下水体中的污染形式主要以硝酸盐氮为主还包括以游离氨和铵离子形式存在的氮，而受污染水体的氨氮叫水合氨，也称非离子氨，非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子，而离子氨相对基本无毒。氨氮可以在一定条件下转化成亚硝酸盐，如果长期饮用，水中的亚硝酸盐将和蛋白质结合形成亚硝胺，这是一种强致癌物质，对人体健康极为不利。
[0004]因此，研宄人员针对上述问题提出很多促进地下水氨氮硝化的技术，然而，在这些技术中对包气带的氨氮硝化效果的监测却仍然是一个大难题。特别是为了更精确地监测包气带的氨氮硝化效果，需要在包气带原位进行包气带采样，因为不能破坏包气带结构，在原位进行包气带溶液采样和在线监测的难度相当大。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种能够在原位进行包气带溶液采样和在线监测的包气带原位溶液监测装置。
[0006]其中，经过实用新型人的深入研宄发现，不必破坏包气带结构，在原位进行包气带采样，而能够达到对包气带的氨氮硝化效果进行精确监测的目的。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型提供一种包气带原位溶液监测装置，其包括泵以及布置在包气带内的至少一根溶液采集管，所述溶液采集管包括沿轴向布置的导向部和采集部，该采集部具有中空空腔且所述采集部的壁上设有通孔，所述泵与所述采集部的中空空腔连通。
[0008]优选地，所述溶液采集管以所述采集部向下倾斜的方式布置于包气带内，所述溶液采集管的轴向与水平面之间的夹角为15°至45°。
[0009]本实用新型还提供一种包气带原位氨氮增强硝化系统，其包括与包气带内的垃圾体紧邻的第一操作井和上述的包气带原位溶液监测装置，从所述第一操作井的井壁向所述垃圾体方向设有至少一根布水管，所述布水管延伸至所述垃圾体下方，以湿润所述包气带中位于垃圾体下方的部分，所述溶液采集管布置于所述包气带中位于垃圾体下方的部分。
[0010]优选地，所述包气带原位氨氮增强硝化系统还包括高位水箱和分水器，所述高位水箱通过所述分水器分别与至少一根所述布水管连通。
[0011]优选地，所述包气带原位氨氮增强硝化系统还包括第二操作井、第三操作井、空气压缩机和真空泵，所述第二操作井和所述第三操作井分别设于所述垃圾体相对两侧，所述第二操作井向所述第三操作井方向设有至少一根进气管，所述第三操作井向所述第二操作井方向设有至少一根抽气管，所述进气管与所述空气压缩机连通，所述抽气管与所述真空泵连通。
[0012]优选地，所述包气带原位氨氮增强硝化系统还包括多根从地面延伸至所述包气带中位于垃圾体下方的部分内的气体收集监测管。
[0013]优选地，每根所述气体收集监测管包括多根不同长度的气体收集分管，所述气体收集分管的下端插入不同的深度。
[0014]优选地，每根所述气体收集监测管的上端均一一对应地设于位于地面的多个防护井粧内，所述防护井粧包括能够打开和封闭的盖。
[0015]优选地，所述布水管的管壁上、所述进气管的管壁上、所述抽气管的管壁上、所述气体收集监测管的管壁上以及所述气体收集分管的中下段的管壁上均设有多个直径为0.3?0.7謹的通孔。
[0016]优选地，所述包气带原位氨氮增强硝化系统还包括对包气带的氧化还原电位进行监测的第一测定仪器以及对包气带的含水率、温度和电导率进行监测的第二测定仪器。
[0017]本实用新型的包气带原位溶液监测装置通过泵使多根布置于包气带内的溶液采集管的采集部内产生负压，而能够在原位进行包气带溶液采样和在线监测。通过对包气带溶液进行原位监测，能够在不破坏包气带结构的情况下，更精确地监测包气带内的氨氮硝化效果。并且，根据对包气带溶液原位监测效果的分析，进行布水调整，而能够进一步增强氨氮硝化效果。
[0018]本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0020]图1是本实用新型的包气带原位氨氮增强硝化系统的结构示意图；
[0021]图2是沿图1中的线A-A所截的剖视图；
[0022]图3是沿图1中的线B-B所截的剖视图；
[0023]图4是本实用新型的溶液采集管的结构示意图；
[0024]图5是本实用新型的气体收集监测管的结构示意图；
[0025]图6是一个监测点的包气带溶液中氨氮浓度变化的曲线图；
[0026]图7是另一个监测点的包气带溶液中氨氮浓度变化和硝酸盐氮浓度变化的曲线图。
[0027]附图标记说明
[0028]I第一操作井2第二操作井
[0029]3布水管4进气管
[0030]5气体收集监测管6垃圾体
[0031]7表土覆盖层8溶液采集管
[0032]9第三操作井10抽气管
[0033]11气体收集分管12采集部
[0034]13导向部14安装孔
[0035]15泥浆管29真空泵
[0036]30空气压缩机
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0038]如图4所示，本实用新型提供一种包气带原位溶液监测装置，其包括泵以及布置在包气带内的至少一根溶液采集管8，溶液采集管8包括沿轴向布置的导向部13和采集部12，该采集部12具有中空空腔且采集部12的壁上设有通孔，泵(即采样泵)与采集部12的中空空腔连通。本实用新型的包气带原位溶液监测装置通过泵使多根布置于包气带内的溶液采集管8的采集部12内产生负压，而能够在原位进行包气带溶液采样和在线监测。通过对包气带溶液进行原位监测，能够在不破坏包气带结构的情况下，更精确地监测包气带内的氨氮硝化效果。
[0039]其中，采集部12优选为陶瓷多孔结构，导向部13优选为实心结构，溶液采集管8优选以采集部12向下倾斜的方式布置于包气带内，溶液采集管8的轴向与水平面之间的夹角为a，其中夹角a可为15°至45°，从而使包气带溶液能够顺着导向部13流至采集部12，并被泵所产生的负压抽吸出来。进一步地，溶液采集管8的轴向与水平面之间的夹角a优选为25° ο
[0040]另外，本实用新型还提供一种包气带原位溶液监测方法，其包括如下步骤:
[0041]S1、在包气带内紧邻垃圾体6的位置挖第一操作井1，并从第一操作井I的井壁向包气带中位于垃圾体6下方的部分钻取安装孔14 ；
[0042]S2、将上述的包气带原位溶液监测装置中的溶液采集管8安装于安装孔14内，封闭安装孔14与溶液采集管8之间的间隙；
[0043]S3、采集来自于包气带内的溶液，并对采集到的溶液进行检测。
[0044]垃圾体6的上方覆盖有表土覆盖层7。采用上述的包气带原位溶液监测方法对包气带溶液进行原位监测，能够在不破坏包气带结构的情况下，更精确地监测包气带内的氨氮硝化效果。
[0045]其中，在步骤S2中将溶液采集管8安装于安装孔14后，将与泥浆泵连接的泥浆管15插入安装孔14与溶液采集管8之间的间隙中，开启泥浆泵向安装孔14与溶液采集管8之间的间隙内注浆而封闭该间隙，封闭完成后抽出泥浆管15。通过封闭安装孔14与溶液采集管8之间的间隙，而能够防止包气带内的空气被抽入采集部12内。
[0046]进一步地，在步骤S3中，对包气带中的三氮和总氮进行检测时，定期进行溶液采集，并进行现场检测。具体为，针对包气带中的三氮和总氮的检测，每周进行两次溶液采集，现场采样后快速检测来判断硝化反应进程。对包气带中的三氮、总有机碳和总氮进行检测时，定期进行溶液采集，并在实验室进行分析。具体为，针对包气带中的三氮、总有机碳和总氮的检测，每周进一次行溶液采集，现场取样后在实验室进行分析，并与现场快速检测的结果进行对照，来确定短程反硝化的效果。
[0047]另外，如图1至图3所示，本实用新型还提供一种包气带原位氨氮增强硝化系统，其包括与包气带内的垃圾体6紧邻的第一操作井I和上述的包气带原位溶液监测装置，从第一操作井I的井壁向垃圾体6方向设有至少一根布水管3，布水管3延伸至垃圾体6下方，以湿润包气带中位于垃圾体6下方的部分，溶液采集管8布置于包气带中位于垃圾体6下方的部分。通过布水管3向包气带中位于垃圾体6下方的部分供水，而使得垃圾体6下方的包气带为湿润状态，进一步提高了微生物的繁殖速度，更有利于对氨氮的分解。同时，采用包气带原位溶液监测装置对包气带溶液进行原位监测，能够在不破坏包气带结构的情况下，更精确地监测包气带内的氨氮硝化效果。
[0048]其中，包气带原位氨氮增强硝化系统还包括高位水箱和分水器，高位水箱通过分水器分别与至少一根布水管3连通，从而能够对包气带中位于垃圾体6下方的部分进行均衡供水，而使得包气带中位于垃圾体6下方的部分的湿度均衡。
[0049]作为一种优选的实施方式，包气带原位氨氮增强硝化系统还包括第二操作井2、第三操作井9、设于第二操作井2内的空气压缩机30和设于第三操作井9内的真空泵29。第二操作井2和第三操作井9分别设于垃圾体6相对两侧，第二操作井2向第三操作井9方向设有至少一根进气管4，第三操作井9向第二操作井2方向设有至少一根抽气管10，进气管4与空气压缩机30连通，抽气管10与真空泵29连通。启动空气压缩机30和真空泵29，使得进气管4和抽气管10之间形成了一个空气流场，使得该空气流场中的微生物繁殖速度增加，以提高对垃圾体6所产生的氨氮的分解能力，从而能够减少垃圾体6产生的氨氮所造成的环境污染。
[0050]进一步地，如图5所示，包气带原位氨氮增强硝化系统还包括多根从地面延伸至包气带中位于垃圾体6下方的部分内的气体收集监测管5。每根气体收集监测管5包括多根不同长度的气体收集分管11，气体收集分管11的下端插入不同的深度。并且，每根气体收集监测管5的上端均一一对应地设于位于地面的多个防护井粧内，防护井粧包括能够打开和封闭的盖。检测人员在进行气体采样时需先打开防护井粧的盖，然后将集气袋套于气体收集监测管5的上端进行气体采样。针对包气带中的02、NO2, N2O, CO2的检测，通过气体收集监测管5每周进行两次气体采集，现场采样后快速检测，检测不同点位、深度的包气带气体浓度变化，判断通风效果及硝化反应程度。
[0051]另外，布水管3的管壁上、进气管4的管壁上、抽气管10的管壁上、气体收集监测管5的管壁上以及气体收集分管11的中下段的管壁上均优选设有多个直径为0.3?0.7mm的通孔(该多个通孔的直径均更优选为0.5mm)，以便于管道内外的流体流通。
[0052]进一步地，包气带原位氨氮增强硝化系统还优选包括对包气带的氧化还原电位进行监测的第一测定仪器以及对包气带的含水率、温度和电导率进行监测的第二测定仪器。其中，第一测定仪器优选为ORP测定仪，第二测定仪器优选为水分温度电导率测量仪。并且，作为一种优选的本实施方式，在包气带中位于垃圾体6下方的部分按上、中、下三层分别设置一个在线监测探头，这些监测探头分别与ORP测定仪、水分温度电导率测量仪连接，每小时进行一次在线监测。
[0053]并且，本实用新型还提供一种包气带原位氨氮增强硝化方法，其包括如下步骤:
[0054]F1、在包气带内紧邻垃圾体6的位置挖第一操作井1，并从第一操作井I的井壁向包气带中位于垃圾体6下方的部分钻取安装孔14，将上述的包气带原位溶液监测装置中的溶液采集管8安装于安装孔14内，封闭安装孔14与溶液采集管8之间的间隙；
[0055]F2、向包气带中位于垃圾体6下方的部分间歇供水；
[0056]F3、采集来自于包气带内的溶液，并对采集到的溶液进行检测。
[0057]采用上述的包气带原位氨氮增强硝化方法，向包气带中位于垃圾体6下方的部分供水，而使得垃圾体6下方的包气带为湿润状态，进一步提高了微生物的繁殖速度，更有利于对氨氮的分解。同时，采用包气带原位溶液监测装置对包气带溶液进行原位监测，能够在不破坏包气带结构的情况下，更精确地监测包气带内的氨氮硝化效果。
[0058]其中，在步骤F2中，供水频率为每周一次，每次供水量为100?150L (其中，每次供水量优选为100L)，供水速度为40?50L/h(其中，供水速度优选为50L/h)。
[0059]另外，包气带原位氨氮增强硝化方法还包括如下步骤:
[0060]F4、在包气带内紧邻垃圾体6的位置挖第二操作井2和第三操作井9，且使第二操作井2和第三操作井9分别设于垃圾体6相对两侧，从第二操作井2向第三操作井9方向布置至少一根进气管4，从第三操作井9向第二操作井2方向布置至少一根抽气管10，将进气管4与空气压缩机30连通，将抽气管10与真空泵29连通；
[0061]F5、利用空气压缩机30和真空泵29向包气带中位于垃圾体6下方的部分间歇供气;
[0062]F6、利用多根从地面延伸至包气带中位于垃圾体6下方的部分内的气体收集监测管5原位对包气带气体进行监测。
[0063]其中，在步骤F5中，启动空气压缩机30和真空泵29，使得进气管4和抽气管10之间形成了一个空气流场，使得该空气流场中的微生物繁殖速度增加，以提高对垃圾体6所产生的氨氮的分解能力，从而能够减少垃圾体6产生的氨氮所造成的环境污染。具体地，在步骤F5中，注气量为4?5m3/h，空气压缩机30和真空泵29同时运行2?3h然后停止4?5ho作为一种优选的实施方式，在步骤F5中，注气量优选为4m3/h，空气压缩机30和真空泵29同时运行2h然后停止4h。针对包气带中的02、NO2, N2O, CO2的检测，通过气体收集监测管5每周进行两次气体采集，现场采样后快速检测，检测不同点位、深度的包气带气体浓度变化，判断通风效果及硝化反应程度。其中需注意的是，在供水时间与供气时间重合时，优选为先供水后供气。
[0064]另外，在步骤F6中，气体收集监测管5包括多根不同长度的气体收集分管11，气体收集分管11的下端插入不同的深度，而能够在原位实现对包气带气体的分层监测。
[0065]作为一种优选的实施方式，包气带原位氨氮增强硝化方法还包括如下步骤:
[0066]F7、利用第一测定仪器对包气带的氧化还原电位进行监测；
[0067]F8、利用第二测定仪器对包气带的含水率、温度和电导率进行监测。
[0068]通过第一测定仪器和第二测定仪器每小时进行一次在线监测，判断包气带内的硝化反应程度。
[0069]以下通过具体的实验数据对本实用新型的包气带原位氨氮增强硝化系统及方法所产生的效果进行说明。以其中一个溶液采集管8的采集数据为例，如图6所示，在经过一个月的原位增强硝化(即人工强化)条件下，包气带溶液中氨氮由初始浓度92.3mg/L降低到49.3mg/L，发生了一定转化，总体上浓度呈下降趋势。
[0070]另外，如图7所示，以另一溶液采集管8的采集数据为例，在经过一个月的原位增强硝化(即人工强化)条件下，包气带溶液中的氨氮浓度随时间逐步降低，由初始浓度72.7mg/L降低到52mg/L，同时硝酸盐氮浓度逐步升高，由初始浓度10.4mg/L降低到19.4mg/L，总氮浓度基本上不变。
[0071]上述实验数据说明氨氮在人工强化条件下，部分被氧化成硝酸盐。另外，亚硝酸盐物质作为反应中间产物，状态极不稳定，因此其浓度相对较低，基本上低于检出限。该现象说明本实用新型的包气带原位氨氮增强硝化系统及方法已经初见成效，基本上与实验设计方向一致，即在提高土壤湿度和含氧量的条件下，促进氨氮快速转化为硝酸盐氮。
[0072]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不仅限于上述实施方式中的具体细节，在不脱离本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行各种变化和变型，所有等同的技术方案及简单变型也属于本实用新型的范畴，其专利保护范围应由权利要求限定。
[0073]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0074]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【权利要求】
1.包气带原位溶液监测装置，其特征在于，所述包气带原位溶液监测装置包括泵以及布置在包气带内的至少一根溶液采集管(8)，所述溶液采集管(8)包括沿轴向布置的导向部(13)和采集部(12)，该采集部(12)具有中空空腔且所述采集部(12)的壁上设有通孔，所述泵与所述采集部(12)的中空空腔连通。
2.根据权利要求1所述的包气带原位溶液监测装置，其特征在于，所述溶液采集管(8)以所述采集部(12)向下倾斜的方式布置于包气带内，所述溶液采集管(8)的轴向与水平面之间的夹角为15°至45°。
3.包气带原位氨氮增强硝化系统，其特征在于，所述包气带原位氨氮增强硝化系统包括与包气带内的垃圾体(6)紧邻的第一操作井(I)和权利要求1或2所述的包气带原位溶液监测装置，从所述第一操作井(I)的井壁向所述垃圾体(6)方向设有至少一根布水管(3)，所述布水管(3)延伸至所述垃圾体(6)下方，以湿润所述包气带中位于垃圾体(6)下方的部分，所述溶液采集管(8)布置于所述包气带中位于垃圾体(6)下方的部分。
4.根据权利要求3所述的包气带原位氨氮增强硝化系统，其特征在于，所述包气带原位氨氮增强硝化系统还包括高位水箱和分水器，所述高位水箱通过所述分水器分别与至少一根所述布水管(3)连通。
5.根据权利要求3所述的包气带原位氨氮增强硝化系统，其特征在于，所述包气带原位氨氮增强硝化系统还包括第二操作井(2)、第三操作井(9)、空气压缩机(30)和真空泵(29)，所述第二操作井(2)和所述第三操作井(9)分别设于所述垃圾体(6)相对两侧，所述第二操作井(2)向所述第三操作井(9)方向设有至少一根进气管(4)，所述第三操作井(9)向所述第二操作井(2)方向设有至少一根抽气管(10)，所述进气管(4)与所述空气压缩机(30)连通，所述抽气管(10)与所述真空泵(29)连通。
6.根据权利要求5所述的包气带原位氨氮增强硝化系统，其特征在于，所述包气带原位氨氮增强硝化系统还包括多根从地面延伸至所述包气带中位于垃圾体(6)下方的部分内的气体收集监测管(5)。
7.根据权利要求6所述的包气带原位氨氮增强硝化系统，其特征在于，每根所述气体收集监测管(5)包括多根不同长度的气体收集分管(11)，所述气体收集分管(11)的下端插入不同的深度。
8.根据权利要求7所述的包气带原位氨氮增强硝化系统，其特征在于，每根所述气体收集监测管(5)的上端均一一对应地设于位于地面的多个防护井粧内，所述防护井粧包括能够打开和封闭的盖。
9.根据权利要求8所述的包气带原位氨氮增强硝化系统，其特征在于，所述布水管(3)的管壁上、所述进气管(4)的管壁上、所述抽气管(10)的管壁上、所述气体收集监测管(5)的管壁上以及所述气体收集分管(11)的中下段的管壁上均设有多个直径为0.3?0.7mm的通孔。
10.根据权利要求3所述的包气带原位氨氮增强硝化系统，其特征在于，所述包气带原位氨氮增强硝化系统还包括对包气带的氧化还原电位进行监测的第一测定仪器及对包气带的含水率、温度和电导率进行监测的第二测定仪器。
【文档编号】C02F101/16GK204188603SQ201420657685
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】沈来新, 刘培斌, 石建杰, 付云升, 王雷, 夏广卿, 王惠萍, 姜思华, 李凤翀, 王春明, 吴琼, 丁峰 申请人:北京市水利规划设计研究院