原位多层水平井淋洗土壤修复方法和装置与流程

本发明涉及污染处理技术领域，尤其涉及一种原位多层水平井淋洗土壤修复装置和一种原位多层水平井淋洗土壤修复方法。

背景技术：

目前，我国环境污染形式严峻，从看得清、闻得见的水污染和大气污染，到隐蔽性和滞后性的土壤污染，都严重影响国民的身体健康和经济发展。现有的污染土壤地块修复方法中，按照修复场地可分为原位修复和异位修复，异位修复具有“短、平、快”的优点，但是缺点是对污染地块扰动大，修复成本高，修复深层污染的土壤和地下水污染的地块具有一定的局限性。原位修复则可以在避免过度扰动污染地块下，选择合适的修复工艺对污染地块进行修复，以达到该地块的使用标准。现有的原位修复工艺利用注入井等方式，向污染地块中注入水或者其他淋洗剂，通过洗脱、螯合、沉淀等作用，将土壤中的污染物转移至液相，再对含污染物的淋洗液进行处置。常规的淋洗剂注入方式有垂直注入井、漫灌等方式，但其应用受制于土壤渗透系数、土壤深度、土壤不均性等因素，接触面积有限，淋洗修复效果差，修复效率低。

技术实现要素：

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种原位多层水平井淋洗土壤修复方案，通过设置至少两层的水平井，对污染土壤地块进行淋洗，从注入井下方的水平井中抽出土壤中的污染液，并利用污水处理系统进行处理，将达标后的污染液再次注入进行淋洗，实现了废水的循环利用，减小了对场地的扰动，分层淋洗增强了淋洗效果，增大了淋洗液与污染土壤的接触面积，提高了带走可移动性污染物的可能性。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种原位多层水平井淋洗土壤修复装置，包括：至少两层水平井，按照预设的上下间隔分别埋设在污染土壤地块中，每层水平井包括至少两个平行设置的水平井；延伸至所述污染土壤地块下方地下水的下游处的垂直井，所述垂直井与所述水平井相垂直；注入系统，所述注入系统包括蠕动泵和淋洗液罐，所述蠕动泵的入口端与所述淋洗液罐相连，所述蠕动泵的出口端通过管道与所述水平井相连，所述淋洗液罐用于储存淋洗液；污水处理系统，所述水平井和所述垂直井均通过抽提装置和管道与所述污水处理系统相连，所述污水处理系统通过管道与所述淋洗液罐相连。

在该技术方案中，通过设置至少两层水平井，对污染土壤地块进行淋洗，从注入井下方的水平井中抽出土壤中的污染液，并利用污水处理系统进行处理，将达标后的污染液再次注入进行淋洗，实现了废水的循环利用，减小了对场地的扰动，分层淋洗增强了淋洗效果，增大了淋洗液与污染土壤的接触面积，提高了带走可移动性污染物的可能性。

其中，水平井按照预设的间隔分层埋设在污染土壤地块中，每层水平井包括至少两个平行设置的水平井，从而形成了立体网状的水平井阵列，通过水平井向污染土壤中注入淋洗液时，增大了淋洗液与污染土壤的接触面积，增强了淋洗效果。垂直井与水平井相垂直，垂直井延伸至污染土壤地块下方地下水的下游，在地下水经过污染土壤地块下方被污染后，可以通过垂直井将被污染的地下水抽提到污水处理系统中进行处理。注入系统中淋洗液罐用于储存淋洗液，淋洗液通过蠕动泵注入到水平井中对污染的土壤进行淋洗，提高了对污染土壤进行淋洗的均匀程度。污水处理系统通过管道与淋洗液罐相连，可以在污水处理系统将处理后的达到《地下水质量标准》规定允许的污染物浓度的处理液输送到淋洗液罐，作为淋洗液循环对污染土壤进行淋洗，减少了淋洗液的浪费。

在上述技术方案中，优选地，所述水平井和所述垂直井均包括实管、筛管和底帽，所述实管套设在所述筛管的内部，所述底帽封闭在所述实管和所述筛管的端部。

在该技术方案中，水平井和垂直井包括实管、筛管和底帽，筛管的管壁上设置有通孔，在阻挡污染物进入筛管内部的同时，不妨碍对土壤中的淋洗液进行抽取。底帽对水平井的两个端口进行封闭，避免杂物或土壤进入水平井中，影响水平井的功能，此外，底帽还能防止淋洗液从水平井的两端流出而达不到淋洗液均匀分布的效果。

在上述技术方案中，优选地，所述筛管外包裹40目尼龙网布。

在该技术方案中，在筛管外包裹尼龙网布，可以降低小颗粒的土壤或杂物进入筛管内部的可能性。

在上述技术方案中，优选地，从上到下第一层的所述水平井与其他层的所述水平井的设置方向在水平面上相互垂直。

在该技术方案中，第一层的水平井和第一层以下的第二层、第三层等水平井在水平面上相互垂直，从而形成立体网状的水平井，大大增强了对污染土壤的淋洗效果，提高了对污染土壤的淋洗效率。

在上述技术方案中，优选地，不同层的所述水平井之间的垂直距离根据污染土壤的性质和污染物特性确定。

在该技术方案中，水平井的层间距根据污染土壤的性质和污染物的特性设置，土壤的密度较高、土壤的渗水性差或污染物浓度较高时，根据本发明的具体实践情况减小水平井的层间距，反之可增大水平井的层间距，以保证对污染土壤的淋洗修复效果和速度。

在上述技术方案中，优选地，最下层的所述水平井高于所述污染土壤地块下的地下水水位。

在该技术方案中，分层设置的水平井中，最下层的水平井的位置高于所处污染土壤地块下的地下水的水位高度，以防止地下水达到污染土壤的高度时，污染地下水，增加修复难度，因此，在地下水水位升高到最下层的水平井时，可通过垂直井对地下水进行抽提，控制场地的流场，使地下水水位低于最下层的水平井。

本发明的第二方面提出了一种原位多层水平井淋洗土壤修复方法，应用于第一方面提出的原位多层水平井淋洗土壤修复装置，包括：以从上到下第一层的水平井作为注入井，通过注入系统向注入井中注入淋洗液；以注入井以下的水平井作为抽提井，通过抽提井将污染土壤地块中的污染液抽出，并将抽出的污染液输送到污水处理系统中；污水处理系统对污染液进行处理后，将达标的液体输送到淋洗液罐中。

在该技术方案中，通过对第一层的水平井注入淋洗液，第一层以下的水平井作为抽提井抽取污染土壤中淋洗的淋洗液，从而对第一层和第二层之间的第一层污染土壤进行淋洗修复。淋洗液在污染土壤中将污染物转化为液相，在不断将污染液抽出进行处理的过程中，污染土壤中的污染物不断稀释，污染物浓度降低，在对污染土壤地块扰动较小的情况下，将污染土壤中的污染物浓度降低到允许范围内，实现对污染土壤的治理。抽出的污染液经过污水处理系统的净化，在污染物达到正常浓度标准后，将达标后的液体输送到淋洗液罐中重新对污染突然进行淋洗，实现对淋洗液的循环利用，降低对淋洗液的浪费。

在上述技术方案中，优选地，上述原位多层水平井淋洗土壤修复方法还包括：在抽提井抽出的污染液的污染物浓度达到预设浓度后，直至连续三次抽出的污染物浓度变化低于预设变化幅度时，则停止对从上到下第一层的水平井注入所述淋洗液；在停止对从上到下第一层的水平井注入所述淋洗液后，依次将上述注入井的下一层水平井作为注入井，向注入井中注入淋洗液；直至每一抽提井抽出的污染液的污染物浓度达到预设浓度后，连续三次抽出的污染物浓度变化低于预设变化幅度时，停止注入淋洗液。

在该技术方案中，逐层对污染土壤进行淋洗修复，即在第一层污染土壤修复完成后，从第二层水平井中注入淋洗液，从第二层以下的水平井中抽取污染液，对第二层水平井与第三层水平井之间的第二层污染土壤进行淋洗修复，以此类推，直至以最下层的水平井作为抽提井，以从上到下倒数第二层的水平井作为注入井对倒数第二层水平井以下的污染土壤层进行淋洗修复后，停止本次淋洗修复过程。从污染土壤中抽出的污染液的污染物浓度达到一定浓度后，如果接下来连续三次抽出的污染液中污染物浓度变化幅度不超过一定变化率，即证明本层污染土壤修复完成，直至所有层污染土壤均修复完成，整个污染土壤地块的修复完成。其中，污染物浓度和污染物浓度连续变化幅度的设定，根据具体污染物种类在《地下水质量标准》中的具体规定和实际修复工艺实践中进行确定。

在上述技术方案中，优选地，上述原位多层水平井淋洗土壤修复方法还包括：在所述污染土壤地块下的地下水水位超出最下层的所述水平井高度时，通过垂直井中的抽提装置抽取地下水，直至地下水水位低于最下层的所述水平井。

在该技术方案中，污染土壤地块下方的地下水水位如果超出最下层的水平井，会造成地下水污染，增大修复过程的难度，此时可通过垂直井中的抽提装置抽取地下水，将污染的地下水进行净化处理，使地下水水位低于最下层的水平井。

在上述技术方案中，优选地，在所述污染土壤地块中的抽提井抽出的污染液的污染物浓度达到预设浓度后，通过水平井注入稳定药剂。

在该技术方案中，在对污染土壤地块进行原位淋洗修复后，污染土壤中的污染物浓度降低到一定程度后，通过水平井向污染土壤注入稳定药剂，比如在铬污染土壤中加入过硫酸钙，将土壤中的六价铬转化为三价铬，使铬固定在土壤中，降低污染物的迁移性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过设置至少两层的水平井，分层对污染土壤地块进行淋洗，从注入井下方的水平井中抽出土壤中的污染液，并利用污水处理系统进行处理，将达标后的污染液再次注入进行淋洗，实现了废水的循环利用，减小了对场地的扰动，分层淋洗增强了淋洗效果，增大了淋洗液与污染土壤的接触面积，提高了带走可移动性污染物的可能性。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的原位多层水平井淋洗土壤修复装置的结构示意图；

图2为本发明一种实施例公开的水平井的铺设结构示意图。

图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：

11.水平井，12.垂直井，13.淋洗液罐，14.污水处理系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1和图2所示，根据本发明提供的一种原位多层水平井淋洗土壤修复装置，包括：至少两层水平井11，按照预设的上下间隔分别埋设在污染土壤地块中，每层水平井11包括至少两个平行设置的水平井；延伸至污染土壤地块下方地下水的下游处的垂直井12，垂直井12与水平井11相垂直；注入系统，注入系统包括蠕动泵和淋洗液罐13，蠕动泵的入口端与淋洗液罐13相连，蠕动泵的出口端通过管道与水平井11相连，淋洗液罐13用于储存淋洗液；污水处理系统14，水平井11和垂直井12均通过抽提装置和管道与污水处理系统14相连，污水处理系统14通过管道与淋洗液罐13相连。

在该实施例中，通过设置至少两层水平井11，对污染土壤地块进行淋洗，从注入井下方的水平井11中抽出土壤中的污染液，并利用污水处理系统14进行处理，将达标后的污染液再次注入进行淋洗，实现了废水的循环利用，减小了对场地的扰动，分层淋洗增强了淋洗效果，增大了淋洗液与污染土壤的接触面积，提高了带走可移动性污染物的可能性。

其中，水平井11按照预设的间隔分层埋设在污染土壤地块中，每层水平井11包括至少两个平行设置的水平井，从而形成了立体网状的水平井阵列，通过水平井11向污染土壤中注入淋洗液时，增大了淋洗液与污染土壤的接触面积，增强了淋洗效果。垂直井12与水平井11相垂直，垂直井12延伸至污染土壤地块下方地下水的下游，在地下水经过污染土壤地块下方被污染后，可以通过垂直井12将被污染的地下水抽提到污水处理系统14中进行处理。注入系统中淋洗液罐13用于储存淋洗液，淋洗液通过蠕动泵注入到水平井11中对污染的土壤进行淋洗，提高了对污染土壤进行淋洗的均匀程度。污水处理系统14通过管道与淋洗液罐13相连，可以在污水处理系统14将处理后的达到《地下水质量标准》规定允许的污染物浓度的处理液输送到淋洗液罐13，作为淋洗液循环对污染土壤进行淋洗，减少了淋洗液的浪费。

其中，污水处理系统14可根据污染土壤中的污染物的种类不同设置不同的污水处理工艺，可现场进行组装建设，也可选择移动式污水处理系统14，污水处理系统14为现有技术，污水处理系统14的建设方式和处理工艺均不再进行赘述。

在上述实施例中，优选地，水平井11和垂直井12均包括实管、筛管和底帽，实管套设在筛管的内部，底帽封闭在实管和筛管的端部。

在该实施例中，水平井11和垂直井12包括实管、筛管和底帽，筛管的管壁上设置有通孔，在阻挡污染物进入筛管内部的同时，不妨碍对土壤中的淋洗液进行抽取。底帽对水平井11的两个端口进行封闭，避免杂物或土壤进入水平井11中，影响水平井11的功能，此外，底帽还能防止淋洗液从水平井11的两端流出而达不到淋洗液均匀分布的效果。

在上述实施例中，优选地，筛管外包裹40目尼龙网布。

在该实施例中，在筛管外包裹尼龙网布，可以降低小颗粒的土壤或杂物进入筛管内部的可能性。

在上述实施例中，优选地，从上到下第一层的水平井与其他层的水平井的设置方向在水平面上相互垂直。

在该实施例中，第一层的水平井和第一层以下的第二层、第三层等水平井在水平面上相互垂直，从而形成立体网状的水平井，大大增强了对污染土壤的淋洗效果，提高了对污染土壤的淋洗效率。

其中，优选地，还可以设置第一层的水平井与第二层的水平井在水平面上相互垂直，第二层的水平井与第三层的水平井相互垂直，以此类推，从而将各层水平井形成更加规则分布的水平井网状阵列。此外，优选地，相互平行的水平井层之间，水平井不相互对应，即平行的水平井交叉设置，增强对污染土壤的淋洗效果和抽取污染液的效果。

在上述实施例中，优选地，不同层的水平井之间的垂直距离根据污染土壤的性质和污染物特性确定。

在该实施例中，水平井11的层间距根据污染土壤的性质和污染物的特性设置，土壤的密度较高、土壤的渗水性差或污染物浓度较高时，根据本发明的具体实践情况减小水平井11的层间距，反之可增大水平井11的层间距，以保证对污染土壤的淋洗修复效果和速度。

在上述实施例中，优选地，最下层的水平井高于污染土壤地块下的地下水水位。

在该实施例中，分层设置的水平井11中，最下层的水平井的位置高于所处污染土壤地块下的地下水的水位高度，以防止地下水达到污染土壤的高度时，污染地下水，增加修复难度，因此，在地下水水位升高到最下层的水平井时，可通过垂直井12对地下水进行抽提，控制场地的流场，使地下水水位低于最下层的水平井。

本发明的又一实施例提出了一种原位多层水平井淋洗土壤修复方法，应用于第一方面提出的原位多层水平井淋洗土壤修复装置，包括：以从上到下第一层的水平井作为注入井，通过注入系统向注入井中注入淋洗液；以注入井以下的水平井作为抽提井，通过抽提井将污染土壤地块中的污染液抽出，并将抽出的污染液输送到污水处理系统14中；污水处理系统14对污染液进行处理后，将达标的液体输送到淋洗液罐13中。

在该实施例中，通过对第一层的水平井注入淋洗液，第一层以下的水平井作为抽提井抽取污染土壤中淋洗的淋洗液，从而对第一层和第二层之间的第一层污染土壤进行淋洗修复。淋洗液在污染土壤中将污染物转化为液相，在不断将污染液抽出进行处理的过程中，污染土壤中的污染物不断稀释，污染物浓度降低，在对污染土壤地块扰动较小的情况下，将污染土壤中的污染物浓度降低到允许范围内，实现对污染土壤的治理。抽出的污染液经过污水处理系统14的净化，在污染物达到正常浓度标准后，将达标后的液体输送到淋洗液罐13中重新对污染突然进行淋洗，实现对淋洗液的循环利用，降低对淋洗液的浪费。

在上述实施例中，优选地，上述原位多层水平井淋洗土壤修复方法还包括：在抽提井抽出的污染液的污染物浓度达到预设浓度后，直至连续三次抽出的污染物浓度变化低于预设变化幅度时，则停止对从上到下第一层的水平井注入淋洗液；在停止对从上到下第一层的水平井注入淋洗液后，依次将上述注入井的下一层水平井作为注入井，向注入井中注入淋洗液；直至每一抽提井抽出的污染液的污染物浓度达到预设浓度后，连续三次抽出的污染物浓度变化低于预设变化幅度时，停止注入淋洗液。

在该实施例中，逐层对污染土壤进行淋洗修复，即在第一层污染土壤修复完成后，从第二层水平井中注入淋洗液，从第二层以下的水平井中抽取污染液，对第二层水平井与第三层水平井之间的第二层污染土壤进行淋洗修复，以此类推，直至以最下层的水平井作为抽提井，以从上到下倒数第二层的水平井作为注入井，对倒数第二层水平井以下的污染土壤层进行淋洗修复后，停止本次淋洗修复过程。从污染土壤中抽出的污染液的污染物浓度达到一定浓度后，如果接下来连续三次抽出的污染液中污染物浓度变化幅度不超过一定变化率，即证明本层污染土壤修复完成，直至所有层污染土壤均修复完成，整个污染土壤地块的修复完成。其中，污染物浓度和污染物浓度连续变化幅度的设定，根据具体污染物种类在《地下水质量标准》中的具体规定和实际修复工艺实践中进行确定。

其中，以迁移性很高的六价铬污染土壤地块为例，对上述原位多层水平井淋洗土壤修复方法进行详细描述。选取一污染土壤地块，范围约长30m，宽30m，污染厚度约5m，地下水水位约2-6m，土壤质地为粉土或粉质粘土，根据《固体废物浸出毒性浸出方法_硫酸硝酸法》(hj299-2007)浸出方法测定土壤中六价铬的浸出浓度，其浓度范围为1.2-84mg/l。为了加速达到修复目的，污染地块采用水平井11淋洗后，污染土壤中的浓度降低到一定程度后，通过水平井11注入稳定化药剂，致使本地块的修复达到修复目标。修复步骤如下：对污染土壤地块设三层水平向的管井，并于污染地块地下水流向的下游设垂直井125口。管井的管径为dn100的pvc管(实管与筛管)。水平管井的设置：第一层铺设于地表10cm处，管长30m，设5列，管间距为6m；第二层管井铺设于距第一层管井3m，垂直于第一层，管长30m，设6列，管管间距为6m；第三层管井距第二层管井下3m，与第二行管井平行，管长30m，设6列，管间距为6m；垂直井设于地下水水流方向下游，距离水平井阵列的距离不超过两倍的水平井长度，井深根据水位深度确定，用于控制地下水水位低于第三层水平管井。

首先，第一层水平井作为注入井注入淋洗液(清水)，主要清洗第一层污染土壤，此时第二层和第三层水平井抽真空，收集淋滤第一层污染土壤淋洗液，抽出的淋洗液进入污染水处理设施处置，处理的淋洗液的水质要求为铬浓度达到《地下水质量标准》ⅳ类标准的浓度限值(0.1mg/l)，方可为淋洗液循环使用。待本层的污染土壤淋洗至每个水平抽出井的渗滤液cr(ⅵ)浓度下降到初始浓度的70-80％后，前后三次cr(ⅵ)浓度的变化幅度不超过5％时，即可停止淋洗，并进行下一层污染土壤的淋洗。

然后，第一层淋洗达到要求后，第二层水平井作为注入井注入淋洗液，清洗第二层污染土壤。此时第三层水平井抽真空，收集淋滤第一层污染土壤淋洗液，抽出的淋洗液进入污染水处理设施处置，处理的淋洗液的水质铬浓度达到《地下水质量标准》ⅳ类标准的浓度限值(0.1mg/l)，方可为淋洗液循环使用。待第一层污染土壤淋洗至每个水平抽出井的渗滤液cr(ⅵ)浓度下降到初始浓度的70-80％后，前后三次cr(ⅵ)浓度的变化幅度不超过5％时，本淋洗过程结束。

在上述实施例中，优选地，上述原位多层水平井淋洗土壤修复方法还包括：在污染土壤地块下的地下水水位超出最下层的水平井高度时，通过垂直井12中的抽提装置抽取地下水，直至地下水水位低于最下层的水平井。

在该实施例中，污染土壤地块下方的地下水水位如果超出最下层的水平井，会造成地下水污染，增大修复过程的难度，此时可通过垂直井12中的抽提装置抽取地下水，将污染的地下水进行净化处理，使地下水水位低于最下层的水平井。

通过垂直井12中的抽提装置控制地下水水位，使地下水水位不高于第三层水平井。抽出的污染地下水进入污水处理设施，水处理要求铬浓度达到《地下水质量标准》ⅳ类标准的浓度限值(0.1mg/l)，处理后作为淋洗液循环使用。

在上述实施例中，优选地，在污染土壤地块中的抽提井抽出的污染液的污染物浓度达到预设浓度后，通过水平井11注入稳定药剂。

在该实施例中，在对污染土壤地块进行原位淋洗修复后，污染土壤中的污染物浓度降低到一定程度后，通过水平井11向污染土壤注入稳定药剂，比如在铬污染土壤中加入过硫酸钙，将土壤中的六价铬转化为三价铬，使铬固定在土壤中，降低污染物的迁移性。

以上所述为本发明的实施方式，考虑到现有技术中原位修复工艺受制于土壤渗透系数、土壤深度等因素导致淋洗接触面积有限，淋洗修复效果差，效率低的技术问题，本发明提出了一种原位多层水平井淋洗土壤修复装置和方法，通过设置至少两层的水平井，分层对污染土壤地块进行淋洗，从注入井下方的水平井中抽出土壤中的污染液，并利用污水处理系统进行处理，将达标后的污染液再次注入进行淋洗，实现了废水的循环利用，减小了对场地的扰动，分层淋洗增强了淋洗效果，增大了淋洗液与污染土壤的接触面积，提高了带走可移动性污染物的可能性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。