循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统及修复方法与流程

本发明属于地下水污染修复领域，具体地涉及一种循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统。

本发明还涉及上述修复系统对地下水污染进行修复的方法。

背景技术：

目前，我国地下水污染形势越来越严重，污染场地类型复杂以及污染物种类多，对地下水污染修复技术提出更高的要求。

地下水污染修复技术主要有异位抽出处理和原位修复技术，其中异位抽出技术在实际应用中具有修复周期短、效果明显、可控性强等特点，但其存在由于含水层修复后吸附在颗粒物上的污染物重新释放所导致的拖尾现象。

原位处理技术则分为原位空气注入、原位微生物以及渗透性反应墙(PRB)等，特别是PRB技术在地下水修复技术被广泛关注，该技术在不改变地下水环境的情况下实现对受污染地下水的修复，但同样也具有其自身的局限性。该技术需要地下水达到一定流速，以保证地下水能够穿过所设置的墙体，此外，由于要设置墙体材料，需在场地开挖相应深度的沟槽，而沟槽深度一般是根据含水层深度设置，因此PRB技术在实际工程中不适用于低渗透性的场地或者地下水埋深较深的场地。

基于以上分析，为了更好的解决污染场地地下水修复问题，需要提供一种普适性的循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统。

技术实现要素：

本发明的目的是公开一种循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统。

本发明的又一目的是公开一种利用上述修复系统对地下水污染的修复方法。

为实现上述目的，本发明提供的循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统，由抽水单元、注水井群、污染多阶段强化处置单元及自动化控制装置组成，其中：

抽水单元：地下水污染羽中心位置设置抽水井，抽水井通过抽水导水管连接地下水分配池，地下水分配池内设有水质传感器和水位传感器；水质传感器、水位传感器和抽水导水管分别连接自动化控制装置；

注水井群：由围绕于地下水污染羽周边的若干注水井组成，各注水井内均设有注水导水管，各注水导水管通过污染多阶段强化处置单元连接受污染地下水分配池，注水井中设有水位传感器，水位传感器连接自动化控制装置；

污染多阶段强化处置单元：污染多阶段强化处置单元由三角式分流挡板交错排列形成沸石区、第一级反应区、第二级反应区、第三级反应区和活性炭区；

自动化控制装置：自动化控制装置为PLC可编程序控制器，分别连接水质传感器、水位传感器、抽水导水管、变送器和变频器。

所述的循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统，其中，污染多阶段强化处置单元中的沸石区内填充有沸石，活性炭区内填充有活性炭，第一级反应区、第二级反应区和第三级反应区依据处理的污染物种类分别填充不同介质材料。

所述的循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统，其中，污染多阶段强化处置单元两端各设有一筛板。

所述的循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统，其中，污染多阶段强化处置单元中的沸石区一端连接地下水分配池，活性炭区一端连接注水井。

所述的循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统，其中，注水井和抽水井均设置在隔水层上方的含水层中。

所述的循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统，其中，地下水分配池为密封式地下水分配池。

本发明提供的利用上述循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统对地下水污染进行修复的方法：

地下水污染羽中心位置设置的抽水井，将受污染地下水经抽水导水管储存至地下水分配池，自动化控制装置依据地下水分配池中受污染的水质水量对抽水的开关或速率进行控制；

地下水分配池中的受污染地下水通过注水导水管流经污染多阶段强化处置单元，污染物在多阶段强化处置单元中首先经过沸石区，并经三角式分流挡板逐级经过第一级反应区、第二级反应区、第三级反应区，最后经活性炭区处置达标后，通过围绕地下水污染羽布设的若干注水井注入地下水含水层，通过抽水-注水的循环，形成了受污染地下水流向抽水井的汇水导向区域，从而控制污染范围的扩大，并且起到对受污染含水层的不断反冲洗作用。

所述的方法，其中，当进入地下水分配池中水位低于水位传感器时，自动化控制装置通过变送器输出控制信号至PLC可编程序控制器，PLC可编程序控制器输出相应的控制信号至变频器，停止抽水；间隔一定时间后再自动启动抽水泵进行抽水，以此反复；

当注水井向含水层中注水不及时而使注水井群中的水位与地下水位形成压差时，注水井中的水位传感器输出控制信号至PLC可编程序控制器，PLC可编程序控制器输出相应控制信号至变频器，关闭抽水泵，停止抽水；当压差恢复时，再自动启动抽水泵进行抽水，以此反复。

所述的方法，其中，依据运行过程中污染地下水分配池中水质变化，在PLC可编程序控制器中输入特定场地水质的梯度变化与抽水速率关系的运算程序的方式，变换抽水井中的抽水速率，改变受污染地下水在多阶段强化处置单元的停留时间，增加或减少其处理时间。

所述的方法，其中，多阶段强化处置单元修复效率低下时，通过更换各级反应材料以保障修复效果。

本发明的优点在于：

1、采用三角式分流挡板，可以增加受污染地下水与反应材料的反应时间，减少修复装置的占地面积，促进反应材料的高效使用，降低修复成本投入。

2、采用抽水-注水组合式修复工艺，形成一个循环式的“水圈”，可以有效解决地下水修复过程中拖尾现象的出现，降低地下水再次污染的风险。

3、针对不同类型污染场地适应性和可操作性强，并且修复过程中可随时更换修复材料，或重新装填材料，降低修复成本。

4、采用的自动化控制装置可根据水位和水质的变化，自动控制抽水开关或抽水速率，克服了由于抽水井中汇水时间长以及抽水速率需根据水质变化而变化导致的抽水工作不能够连续进行的技术难题。

附图说明

图1是本发明的循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统平面布置图。

图2是本发明的循环可控式地下水污染多阶段强化修复系统工艺示意图。

图3是本发明的污染多阶段强化处置单元示意图。

图4是本发明的自动控制装置示意图。

附图中主要组件符号说明：

1地下水分配池；2注水井；3污染多阶段强化处置单元；4抽水井；5注水导水管；6污染羽；7抽水导水管；8筛板；9沸石区；10三角式分流挡板；11第一级反应区；12第二级反应区；13第三级反应区；14活性炭区；15汇水导向；16含水层；17隔水层；18自动化控制装置；19水质传感器；20水位传感器。

具体实施方式

本发明提供的普适性的污染场地地下水污染修复系统，其包括循环可控式的地下水污染修复装置及工艺，以及可根据水位和水质的变化，自动控制抽水开关及速率的自动化控制装置，最终实现地下水中污染物的有效去除。

本发明的循环可控式地下水污染修复系统，是由抽水单元、注水井群、污染强化处置单元、自动化控制装置组成。

抽水单元主要由地下水分配池、抽水井及导水管等组成，用于将受污染的地下水抽至地表，由抽水导水管输送进入地下水分配池储存后分配至各注水井。

注水井群是由若干注水井组成，布设于污染羽周边；

污染强化处置单元沿水流方向分别填充不同介质材料，并在每个材料填充单元之间交错地设置三角式分流挡板，以增加污染物与填料的接触时间，减少处置单元的占地面积；

自动化控制装置由水位传感器、水质传感器、变送器、PLC可编程序控制器、变频器等部分组成，用以自动控制抽水速率和抽水开关，从而实现整个系统的正常连续运转。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1，地下水污染羽6中心位置设置抽水井4，抽水井4设置在隔水层17上方的含水层16，通过抽水导水管7连接地下水分配池1，本发明的地下水分配池1为密封式地下水分配池，通过抽水井4和抽水导水管7将受污染地下水储存至地下水分配池1；地下水分配池1内设有水质传感器19和水位传感器20，水质传感器19、水位传感器20和抽水导水管7分别连接自动化控制装置18(如图4所示)。

由围绕于地下水污染羽周边的若干注水井2组成注水井群，注水井2设置在含水层16中，各注水井2内均设有注水导水管5，各注水导水管5通过污染多阶段强化处置单元3连接受污染地下水分配池1；注水井2中设有水位传感器20，水位传感器20连接自动化控制装置18(如图4所示)。

污染多阶段强化处置单元3由三角式分流挡板10交错排列形成沸石区9、第一级反应11区、第二级反应区12、第三级反应区13和活性炭区14，沸石区9内填充有沸石，活性炭区14内填充有活性炭，第一级反应区11、第二级反应区12和第三级反应区13依据处理的污染物种类分别填充不同介质材料(关于针对不同污染物采用不同填充材料是本领域公知技术)，污染多阶段强化处置单元3的两端各设有一筛板8(如图3所示)。污染多阶段强化处置单元中沸石区9一端连接地下水分配池，活性炭区14一端连接注水井(如图2所示)。

本发明的自动化控制装置18为PLC可编程序控制器，分别连接水质传感器19、水位传感器20、抽水导水管7、变送器和变频器。本发明涉及的变送器、变频器以及与PLC可编程序控制器的连接均为公知技术。

本发明适用于不同类型的污染场地地下水修复，其修复过程是：

首先在地下水污染羽的中心位置设置抽水井4，用于将受污染地下水经抽水导水管7储存至地下水分配池1，地下水分配池1中的受污染地下水通过注水导水管5流经污染多阶段强化处置单元3，污染物在多阶段强化处置单元3中首先经过沸石9，并经三角式分流挡板10逐级经过第一级反应区11、第二级反应区12、第三级反应区13，最后经活性炭14处置达标后，通过围绕地下水污染羽布设的若干注水井2注入地下水含水层16。通过抽水-注水的循环，形成了受污染地下水流向抽水井的汇水导向15区域，从而控制污染范围的扩大，并且起到对受污染含水层的不断反冲洗作用。此外，当多阶段强化处置单元3由于长期运行修复效率低下时，可快速更换各级反应材料以保障高效修复效果。

在修复过程中，可通过自动化控制装置18根据地下水分配池1中的水质水量对抽水的开关或速率进行控制。当由于地下水渗透性较低导致经抽水导水管7进入密封式地下水分配池1中的水量不足以满足通过注水导水管5向污染多阶段强化处置单元3分配的水量时，即当密封式地下水分配池1中水位低于水位传感器20时，通过变送器输出控制信号至PLC可编程序控制器，PLC可编程序控制器输出相应的控制信号至变频器，停止抽水，间隔一定时间后再自动启动抽水泵进行抽水，以此反复；当由于地下水渗透性较好导致由于注水井2向含水层中注水不及时而使注水井群中的水位与地下水位形成压差，当压差超过合理范围时，通过设置在注水井2中的水位传感器20输出控制信号至PLC可编程序控制器，PLC可编程序控制器输出相应控制信号至变频器，关闭抽水泵，停止抽水。间隔一定时间后当压差恢复到适当范围内时，系统再自动启动抽水泵进行抽水，以此反复。此外，该自动控制系统18还可根据系统运行过程中地下水分配池1中水质变化，通过在PLC可编程序控制器中输入特定场地水质的梯度变化与抽水速率关系的运算程序的方式，变换抽水井中的抽水速率，改变受污染地下水在处置单元的停留时间，增加或减少其处理时间，从而在实现处理效果的前提下，可有效降低运行成本。