本发明属于环境工程建设领域中的土壤地下水修复技术，具体涉及一种处理高渗透性高含水土壤地下污染水的复合循环修复装置。
背景技术：
自第二次工业革命以来，电气时代的人类活动加剧了环境恶化与毁坏，而长期以来的工业活动以及“三废”的不当处理直接造成了日益严重的土壤与地下水污染。地下水污染场地大部分处于复/混合污染状态，且其隐蔽性、延缓性和难以逆转性的特点致使其修复周期长、费用高、难度大。
日本在20世纪80年代就开始对土壤修复进行立法，是最早开始重视土壤修复的国家；而国内对于土壤地下污染水的处理技术还处于探索初期，缺乏相关工程实践经验。目前，地下水处理技术主要有鼓气技术、抽出-处理技术、强化微生物修复技术、地下水循环井技术、水平可渗透反应墙技术等。其中，抽出-处理技术是国内发展相对成熟的一种地下水修复技术，因其成本低、修复周期短、技术难度低、易操作等优点而广泛用于修复污染土壤地下水。但是，单一的修复技术对土壤地下水的净化效果不明显，因此，学者们开展了复合修复技术的研究。
采用抽出-处理技术时，在抽出污染地下水的过程中可能会面临很多的修复困境，其主要问题包括以下三个方面：①由于地下水大量抽提造成局部地区补水不足，导致污染地下水抽提困难；②含水层中高浓度污染地下水被抽出后，残留在含水层中不易被抽出的高浓度毛细水造成污染物残留；③由于潜水含水层的主要污染途径来自于地面污染排放及入渗等，因此包气带中会残存大量的污染物，而在地下水抽出过程中不涉及对包气带的处置。因此，在地下水抽出-处理修复技术的实际工程施工过程中，在设置地下水抽出及处理系统的同时，引入地下水回注系统对于解决上述问题具有重要的现实意义。
技术实现要素：
本发明目的涉及一种复合型土壤地下水循环处理装置，该装置用于高渗透性、高含水层土壤污染地下水的抽水-处理-回注地下水循环复合修复装置，达到在地下水不断循环的修复过程中将目标修复区域潜水含水层中地下水的污染物浓度降低至地下水标准浓度范围之内的目的。
本发明的技术解决方案是一种用于高渗透性、高含水层土壤污染地下水的抽水-处理-回注地下水循环复合修复装置，该装置包括地下水抽出装置、微生物燃料电池水处理装置以及地下水回注装置。
地下水抽水抽出的污染地下水进入微生物燃料电池处理装置，经过污水处理装置处理后，进入清水池。经检测达标后的地下水由地下水回注装置回注进入回注井，最终通过回注井渗入潜水含水层中，并再次被抽出，从而达到在地下水不断循环的修复过程中将目标修复区域潜水含水层中地下水的污染物浓度降低至地下水标准浓度范围之内的目的。
地下水抽出装置包括抽水井、用于从所述抽水井中抽取污染地下水的抽水潜水泵、阀门及流量计，所述抽水潜水泵设于所述抽水井中。
地下水处理装置包括储水池和处理装置，所述储水池的入水口与所述抽水潜水泵的输出管道连接，所述水处理装置的出口处用蠕动泵与地下水处理装置连接。地下水处理装置实际上是一个微生物燃料电池，微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水。这样，一些有机物、重金属离子就到达阴极发生还原反应，胶体粒子和负粒子就到达阳极发生氧化反应，从而净化地下水。本发明阴极和阳极用铜线连接与微生物燃料电池内部形成回路，微生物燃料电池产生的电能外接一根连接线，连接线尾部分接几个曝气头，为电池阴极还原反应提供氧气，提高微生物燃料电池的效率，最终提高土壤地下水的修复效果。
微生物燃料电池地下水处理装置是圆柱体，材料采用树脂有机玻璃。微生物燃料电池地下水处理系统的底部设有疏水池，作用是使进入微生物燃料电池的水均匀混合。疏水池上部为网状格栅，是为了保证地下污染水均匀地进入微生物燃料电池修复装置中。网状格栅层上为玻璃珠层，起支撑及疏水作用。微生物燃料电池地下水处理系统的填充基质从下到上依次为玻璃珠、柱状活性炭、陶粒、柱状活性炭和石英砂，这几种填充基质具有比表面积大、孔隙率高、吸污能力强的优点而广泛用于污水处理行业。富集植物用于重金属的富集以及为电池阴极提供氧气。所述水处理装置的出水口用出水管与回水系统连接。
地下水处理装置包括储水池和处理装置，所述储水池的入水口与所述抽水潜水泵的输出管连接，所述水处理装置的出口处用蠕动泵与微生物燃料电池地下水处理系统连接。微生物燃料电池地下水处理系统包括两个电极阴极和阳极，阴极和阳极用铜线连接与微生物燃料电池内部形成回路。微生物燃料电池产生的电能外接一根连接线，连接线尾部分接几个曝气头，为电池阴极还原反应提供氧气。
土壤地下水回水装置包括回水井装置，回水井入口与微生物燃料电池地下水处理装置出口连接，回水井呈圆柱形，为了提高回水井效率，圆柱上均匀分布六列出水孔，每60度排一列，纵向孔间距为10cm，列与列之间错开5cm排布。
本发明的有益效果在于该系统采用抽水、水处理及地下水回注相结合的方式，针对高渗透性、高含水的污染土壤，将污染地下水抽出至地面水处理装置，经处理达标后，在重力作用下经回流至回注井。同时，地下水的回注过程，对潜水含水层中的地下水进行了及时补给，也避免了地面沉降等危害事故发生。另外，残留在含水层中不易被抽出的毛细水也由于回注水的补给而被淋洗或抽出，进一步增强了地下水及含水层的修复效果，使修复效果更彻底。
附图说明
图1为本发明的构造示意图；
图2为本发明地下水处理构造填充基质的平面布置构造示意示图；
图3为回注井的出水孔分布中心剖面图；
图4为本发明的进水格栅的构造示意图。
具体实施方式
如图1-4所示，一种用于高渗透性、高含水层污染地下水的抽水-处理-回注地下水循环装置，包括依次通过管道连接的地下水抽出装置，地下水处理装置，微生物燃料电池水处理装置以及地下水回注装置。
本发明地下水抽出装置包括土壤3中抽水域2的地下水层1中，设置的抽水井5，水井内有抽水潜水泵4，输出管道上有阀门8，流量计7及提升泵6.
本发明地下水处理装置有储水池9和处理装置，储水池9的入水口与所述抽水潜水泵4输出管道连接，所述水处理装置的出口处用蠕动泵25与地下水处理装置连接。
本发明微生物燃料电池地下水处理装置是圆柱体，材料采用树脂有机玻璃，所述圆柱底部设置疏水池10，疏水池上部为网状格栅11，【见图3】所述网状格栅11上为玻璃珠层13，所述玻璃珠层13上为填充基质，所述填充基质从下到上依次为玻璃珠12，下层柱状活性炭15、陶粒17、上层柱状活性炭15和石英砂19【见图2】，在所述圆柱体内的下层柱状活性炭层15中设置有阳极电极片14，上层柱状活性炭层中设置有阴极电极片18，在所述阴、阳极电极片通过铜线连接，所述圆柱顶端处，也既是石英砂上设置富集植物群20，在所述富集植物群20中设置多个曝气头21，所述曝气头通过导线与连接阴、阳极电极片的铜线相连。
本发明圆柱体顶端处有土壤地下水回水装置，所述该装置有缓冲池22，缓冲池22下底面出水口23处设置一条地下水回注管26，所述地下水回注管26向下插入回注井27中。
本发明的地下水修复装置在处理地下水的同时，还可以产生电能，此电能对地下水修复装置植物根部装置曝气头21可驱动曝气头的工作，提高电池阴极的还原反应，节省了外部投入的电能。地下水处理装置包括储水池9和微生物燃料电池地下水处理装置，主要用途是将污染地下水中的有机物或重金属等目标污染物去除或浓度降低。所述储水池9的入水口与所述抽水潜水泵及提升泵4及提升泵6的输出管连接，所述水处理装置的出口处用蠕动泵25与微生物燃料电池地下水处理装置连接，蠕动泵25可以控制污染地下水进入微生物燃料电池的流量。微生物燃料电池地下水处理系统包括两个电极，一个阳极(碳棒)14，一个阴极(碳棒)18。一方面，阴极18在好氧细菌的作用下将胶体粒子和负粒子还原，阳极14在厌氧细菌的作用下将有机物分解发生氧化反应，重金属在富集植物的根系富集，从而净化污染地下水。另一方面，地下水中的污染物被微生物燃料电池中的填充基质吸附，也会净化污染地下水。阴极和阳极用一根铜线16连接形成回路，形成的回路产生的电能外接一根连接线，连接线尾部分接几个曝气头21，曝气头为电池阴极还原反应提供所需氧气。
微生物燃料电池地下水处理系统的进水口24前装一个蠕动泵25是为了调节进入地下水处理系统的进水流量。地下水处理系统进水处设疏水池10，目的是使进入微生物燃料电池的水均匀混合。疏水池10上部设置一个疏水格栅11，其布置平面图如图3所示。
如图2所示，微生物燃料电池地下水处理装置的填充基质从下到上依次为玻璃珠12、下层柱状活性炭15、陶粒17、上层柱状活性炭15和石英砂19，这几种填充基质具有比表面积大、孔隙率高、吸污能力强的优点而广泛用于污水处理行业。如图1，富集植物20用于重金属的富集以及根部分泌的氧气为微生物燃料电池的阴极还原反应提供氧气。所述水处理装置的出水处设置一个缓冲池22，缓冲池22的出水口用出水管与回水装置连接。
地下水回注装置包括地下水回注管26和回注井27，主要用途是将处理后的地下水回注至潜水层中。地下水回注管26与地下水处理装置相连接，回注井27与地下水回注井连接。图4为回注井的开孔布置分布图。回水井呈圆柱形，为了提高回水井效率，圆柱上均匀分布六列出水孔，每60度排一列，纵向孔间距为10cm，列与列之间错开5cm排布。