一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法

一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法
【专利摘要】本发明公开了一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法，按照三角形法布点，设计孔距垂直地下水流动方向，排距沿着地下水流动方向且考虑修复药剂反应有效时间内在地下水中的流动扩散。该方法分为三个步骤：①观察法：高压旋喷注射条件下，修复药剂与一定比例的溴离子作为示踪剂同时注入含水层中。通过观察相邻注入点的返浆和串浆现象，判断药剂的扩散情况；②溴离子示踪剂法：完成注射后，地下水定深快速取样，现场快速检测示踪剂浓度，地下水中溴离子浓度与背景值进行比较；③溴离子示踪剂+观察法，综合判断，确定最优扩散半径。本发明适用于土壤及地下水原位注入试验及修复施工中，扩散半径及布孔参数的优化设计及注射效果的监测。
【专利说明】
一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法，属于污染土 壤及地下水修复监测方法技术领域。
【背景技术】
[0002] 地下水污染及修复近年来受到了重视，诸多地下水原位修复技术，如可渗透性反 应墙(PRB)、抽出-处理、原位化学修复、原位微生物修复等技术在国内得到了工程应用。原 位注入技术相对于搅拌技术能耗较低，因而应用更广，尤其是地下水修复领域，含水层良好 的渗透性有利于水溶性强的修复药剂的添加。原位修复技术受到青睐的重要原因，是因其 能解决深层土壤及地下水污染问题，避免了深基坑开挖、降水、二次污染等问题，安全性及 经济性也大大提高。
[0003] 修复药剂有效扩散半径的确定和优化设计是原位注入修复(原位化学氧化/还原、 原位微生物修复）中的首要任务，有效扩散半径(Ro)是工程设计的最关键技术参数之一，设 计是否合理直接影响修复工程的成败。设计值过大修复区域不能完全覆盖导致出现修复 "死角"，设计值偏小造成返浆严重且机械成本大大增加。
[0004] 岩土注浆领域(如旋喷粧)半径的确定，一般通过现场试验开挖实测或采用钻机取 芯法、静力触探、超声波检测法等技术测试。由于其形成固化粧体，相对容易测量获得较为 准确的半径数据。但该方法难以应用于以水溶性为主的修复药剂扩散半径的测试。
[0005] 注入井原位修复工艺中目前也多采用经验法设计药剂扩散半径，对于水文地质条 件复杂、污染场地未通过现场试验确定有效扩散半径参数，具有较大的盲目性。注入井本身 对于粘土层的适应性差，也限制了其在粘土为主的场地的应用，注射压力的偏低难以应用 观察法等方法。
[0006] 示踪剂的物理化学性质及其与注射药剂及土壤/地下水中污染物的相互作用程 度，将直接影响示踪剂的流动特性。它直接关系到示踪剂能否跟踪注入流体，反馈注入流体 的流动特性，并对最终解释结果产生影响。由于大部分修复药剂为水溶性较强的物质，容易 有效注入土壤及地下水环境，与其中的污染物发生化学或生物反应。目前使用的示踪剂可 分为五类:水溶性化学示踪剂、水溶性放射性示踪剂、气体示踪剂、非放射性同位素示踪剂、 稳定同位素示踪剂。国内地下水曝气修复采用了乙炔气体示踪剂，研究了地下水曝气(AS) 的流型分布，相对于溶氧法具有更大的灵敏度和准确性，但该方法适合注入气体介质在土 壤及地下水的扩散情况，适用范围较窄。
[0007] 申请号为201110314616.2的"基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷粧直径确定 方法"的中国发明专利，公开了一种高压旋喷基础加固施工的固化体半径的确定方法，根据 土层的临界破坏速度、喷嘴出口处的水泥浆流速及沿喷射距离的衰变系数，确定固化粧体 直径。该方法较经验法有所改进，但仍无法解决高压注射条件下修复药剂的渗透扩散半径 问题。
[0008] 申请号为201510159423.2的中国发明专利"一种铬污染的原位修复方法"，提到的 一种药剂注射布点方法，并未考虑地下水流动的影响，工程化施工可操作性差。另外，该发 明的原位修复方法存在布孔方式未根据土层渗透性的差异考虑修复药剂有效反应周期内 地下水的流动影响，重叠区域过大不经济等缺点。
[0009] 利用国外Geoprobe平台及其定深采样系统进行直推式定深快速取样，技术成熟稳 定，管径小，各配件均可冲洗后重复利用，成本低，对地层扰动小，取样效率、分辨率高，有利 于真实准确的示踪剂数据捕获。而传统中空螺旋钻或预制式监测井设立，耗时长，成本高， 管径大，需填料作业，对地层扰动较大，不利于获取真实准确的示踪剂数据捕获。
[0010] 利用机械膀胱栗取样，手动操作，成本低，栗体自带筛管二次过滤，扰动小，易获得 具有代表性的样品；而小型不锈钢贝勒管取样，扰动较大，无二次筛滤，样品易浑浊；另外， 慢速洗井取样，系统复杂，需电力驱动，安装繁琐，成本高不经济。
[0011]申请号为201510159423.2的"一种铬污染的原位修复方法"的中国发明专利申请， 注射方式为单管法，注浆栗压力低，仅在裂隙里分布均匀，存在配药站体积偏小，注射效率 低等缺点，其有效扩散半径数据稳定性差。

【发明内容】

[0012] 本发明的目的是为了解决现有原位注入修复系统设计中药剂有效扩散半径确定 及布孔参数优化难题，针对目前大多靠经验法确定药剂有效扩散半径准确性较差、且未考 虑药剂有效反应周期内地下水流动对药剂的扩散影响作用，造成机械费用浪费等问题。进 而提供一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法。
[0013] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0014] 一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法，由以下步骤实现：
[0015]步骤一、布点及引孔：
[0016]原位注入布孔参数满足以下公式：
[0017] L=1.73Ro (1)
[0018] B = 1.50Ro+Bi (2)
[0019] V=KI (3)
[0020] Bi = vt (4)
[0021] 其中，L 一一原位注入点最优孔距，垂直地下水流向；B-一原位注入点最优排距， 沿着地下水流向；R〇-一高压注射条件下药剂在含水层的有效扩散半径，单位:m;K-一含 水层渗透系数，单位:m/d; I--地下水水力梯度;v--地下水流速，单位:m/d; t--药剂 在地下水中的有效反应时间，单位chBi-一药剂在有效反应时间内在地下水中的流动距 离，单位:m。
[0022] 原位注入共布设三组试验孔，第I组布孔参数:Rl，LI，B1;第Π 组布孔参数:R2，L2， B2;第m组布孔参数:1?3儿3,83，其中两组共用两个注入点，总计10个注入点。
[0023] 引孔采用气动空气潜孔锤冲击回转钻进方法，引孔至穿透杂填土层硬层或原场地 建筑基础即可，依次完成10个原位注入点钻孔，即三组试验点，引孔深度均为3m左右。
[0024] 步骤二、修复药剂配置:选择溴化钠作为示踪剂，按一定比例添加至典型浓度的修 复药剂溶液/浆液中，待高压注射过程同时注入目标含水层中；溴离子的配置浓度及投加方 式，修复药剂与示踪剂的质量比为，修复药剂:溴化钠=1〇〇~150:1，溴化钠初始浓度300~ 700mg/L〇
[0025] 步骤三、修复药剂的原位注入:采用气、液二重管法，修复药剂液流的注射压力参 数为25~30Mpa，压缩空气的注入压力参数为0.7~O.SMpa;修复药剂与溴离子配置的溶液 同时注入土壤及地下水中。
[0026] a)第I组注入点药剂注射:注射过程观察该组第1孔返浆情况，其余相邻孔施工需 同时观察窜浆及返浆情况；
[0027] b)第Π 组注入点药剂注射:注射过程利用第I组的1个孔，其余3孔施工需同时观察 相邻孔窜浆及返浆情况；
[0028] c)第m组注入点药剂注射:利用第Π 组的1个孔，其余3孔施工需同时观察相邻孔 窜浆及返浆情况。
[0029]步骤四、注射过程的观察法判断：
[0030] a)第I组试验:通过判断是否窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏小；
[0031] b)第Π 组试验:通过判断是否不窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏大；
[0032] c)第m组试验:通过判断是否窜浆及返浆较少来初步确实R值是否较合理；
[0033]结论为第N组(N= 1，2，3)扩散半径较为合理，因此，选择第N组为示踪剂监测采样 点重点考察对象。
[0034]步骤五、地下水中溴离子监测及检测：溴离子浓度监测点重点布设在Ro较合理的 试验组，同时考虑单孔、双孔、三孔等多孔效应，监测点的选择为(：1、02、03、04、05;所有注入 点完成药剂注射工作24小时后，采用定深快速取样系统快速采集地下水样品，及时送至第 三方实验室检测地下水中的溴离子浓度，同时留存现场快速检测待测样品；以上所述快速 定深取样系统方法，采用Geoprobe钻机将底部带有抛弃式钻头的2.25英寸钢套管，内部为 长度1.5m、外径1.25英寸的钢筛管，直压入地下水含水层预定深度后提升外套管，而内部钢 筛管设置在设计地下水中溴离子采样深度位置，移机后采用机械膀胱栗快速采集具有代表 性的地下水样品。
[0035] 步骤六、示踪剂现场快速检测:采集的地下水样品使用pH/离子浓度检测仪进行溴 离子浓度监测点的地下水中的溴离子浓度的快速检测。测试条件为:BR502溴电极;溴离子 标准溶液l〇〇mL，参比电极溶液30mL，离子强度调节剂。测量范围：0.4~7990mg/L，pH值范围 2~11，溶液温度范围5~40 °C。
[0036] 步骤七、示踪剂法判断:分析所有溴离子监测点、本底值快速检测数据及第三方实 验室检测数据，根据所测样品中溴离子浓度是否大于本底值来判断所测样品代表的距离注 射点的距离是否在有效扩散半径之内；定义浓度超过本底值50%以上的点位所对应的距离 为有效扩散半径;所述示踪剂判定方法，主要以现场快速数据为依据，第三方实验室数据作 为现场快速测试数据的检验和复核。
[0037]步骤八、观察法结合溴离子示踪剂法综合判定:观察法初步判定的Ro合理范围，溴 离子示踪剂浓度显著超过本底值的点位对应的距离为R〇的精确范围，最后，三组试验通过 观察法+示踪剂法综合判定确定考察含水层药剂扩散的最优R〇,考虑地层局部含夹层等不 均匀因素，取较小值作为工程推荐数据。
[0038]本发明的有益效果是：
[0039] 一、本发明的方法适用于浅层地下水丰富场地的土壤及地下水(含水层)原位注入 修复药剂有效扩散半径的确定及优化设计，合理的扩散半径设计有利于解决返浆问题。
[0040] 二、本发明布点采用三角形布点，排距和孔距设计提高了工程化施工的可操作性， 考虑修复场地修复介质的渗透性差异，排距设计参数考虑了修复药剂在地下环境有效存在 周期内修复药剂随地下水流动的扩散影响，如砂土等高渗透性地层考虑地下水流动，而粘 土层等低渗透地层不考虑地下水流动的影响），孔距设计不考虑地下水流动的影响。
[0041] 三、本发明布点采用观察法+现场示踪剂法、现场快速测试+实验室检测等多种手 段和方法，确保了所获得参数的准确性和差异性分析。其中，溴离子电极法测试便捷快速。 十圆示踪剂法设计三组试验，每组4圆组成，三组试验共用2圆，满足试验需求的同时节省了 试验时间及成本。
[0042] 四、示踪剂法选择水溶性较好的溴离子作为示踪剂，一方面考虑其安全环保因素， 一方面考虑溴离子与修复药剂及目标污染物不发生化学反应，与修复药剂配置成均一的溶 液/浆液，同时注射至地下后，示踪剂在土壤及地下水中的扩散情况能很好地代表修复药剂 的扩散状况。因此，溴离子在含水层中扩散规律即为修复药剂的扩散规律，保证了所获得有 效扩散半径准确可靠。
[0043] 五、原位注入后扩散效果检验，地下水的采样采用了直推式定深快速取样，技术成 熟稳定，管径小，成本低，对地层扰动小，取样效率、分辨率高，利于真实准确的示踪剂数据 捕获。
【附图说明】
[0044] 图1是本发明的土壤/地下水高压注射条件下药剂扩散半径确定流程框图（十圆示 踪剂法）。
[0045] 图2是本发明的十圆示踪剂法布点示意图。
[0046] 图3为本发明的实施例2的砂土层场地原位注入布点(考虑地下水对药剂扩散的影 响)示意图。
[0047]图4为本发明的实施例2的粘土层场地原位注入布点（不考虑地下水对药剂扩散的 影响)示意图。
[0048] 图5是实施例1的高压注射条件下地下水中示踪剂的扩散规律示意图。
[0049] 图2中的附图标记：1为注入点药剂扩散半径(虹，1?2，1?)、2为原位注入点(钻孔）中 心、3为地下水示踪剂监测点(C1~C7)、4为地下水流动方向。第I组试验孔:II，Ι2( Π 4)，13， 14;第Π 组试验孔：Π 1，Π 2(ΙΠ 4)，Π 3，Π 4;第ΙΠ 组试验孔：ΙΠ 1，ΙΠ 2，ΙΠ 3, Π 20Π 4)。第I组 布孔参数:R1，L1，B1;第Π 组布孔参数:R2，L2，Β2;第ΙΠ 组布孔参数:R3，L3，Β3。
[0050] 图3中的附图标记：1为注入点药剂扩散半径(R)、2为原位注入点（钻孔）中心、3为 高压喷射搅拌区、4为药剂渗透扩散区、L为砂土层孔距、B为砂土层排距、R1为高压喷射搅拌 半径、R2为砂土层药剂有效扩散半径(包括搅拌及渗透）。
[0051] 图4中的附图标记：1为注入点药剂扩散半径(R)、2为原位注入点（钻孔）中心、3为 高压喷射搅拌区、4为药剂渗透扩散区、L为粘土层孔距、B为砂土层排距、R1为高压喷射搅拌 区半径、R2为粘土层药剂有效扩散半径(包括搅拌及渗透）。
【具体实施方式】
[0052]下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为 前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0053]如图1~图5所示，本实施例所涉及的一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半 径确定方法，包括以下步骤：
[0054]步骤一、布点及引孔：
[0055]原位注入布孔参数满足以下公式：
[0056] L=1.73Ro (1)
[0057] B = 1.50Ro+Bi (2)
[0058] V=KI (3)
[0059] Bi = vt (4)
[0060] 其中，L 一一原位注入点最优孔距，垂直地下水流向；B-一原位注入点最优排距， 沿着地下水流向；R〇-一高压注射条件下药剂在含水层的有效扩散半径，单位:m;K-一含 水层渗透系数，单位:m/d; I--地下水水力梯度;v--地下水流速，单位:m/d; t--药剂 在地下水中的有效反应时间，单位chBi-一药剂在有效反应时间内在地下水中的流动距 离，单位:m。
[0061 ] 原位注入共布设三组试验孔，第I组布孔参数:Rl，LI，B1;第Π 组布孔参数:R2，L2， B2;第ΙΠ 组布孔参数:1?3儿3,83，其中两组共用2个注入点，总计10个注入点，编号为1~10， 因此本实施方式也称"十圆示踪剂法"确定药剂扩散半径。
[0062] 引孔采用气动空气潜孔锤冲击回转钻进方法，引孔至穿透杂填土层硬层或原场地 建筑基础即可，依次完成10个原位注入点钻孔(即三组试验点），引孔深度均为3m左右。
[0063] 步骤二、修复药剂配置:选择溴化钠作为示踪剂，按一定比例添加至典型浓度的修 复药剂溶液/浆液中，待高压注射过程同时注入目标含水层中（污染区域）。溴离子的配置浓 度及投加方式，修复药剂与示踪剂的质量比为，修复药剂:溴化钠=100~150:1，溴化钠初 始浓度300~700mg/L。
[0064] 步骤三、修复药剂的原位注入(高压注射）：采用气(压缩空气）、液(修复药剂溶液/ 浆液)二重管法，修复药剂液流(高压注浆栗)注射压力参数为25~30Mpa，压缩空气(气栗） 注入压力参数为0.7~O.SMpa。修复药剂与溴离子配置的溶液同时注入土壤及地下水中。
[0065] a)第I组注入点药剂注射(4个孔）：注射过程观察该组第1孔返浆情况，其余相邻孔 施工需同时观察窜浆及返浆情况；
[0066] b)第Π 组注入点药剂注射(3个孔）：注射过程利用第I组的1个孔，其余3孔施工需 同时观察相邻孔窜浆及返浆情况；
[0067] c)第ΙΠ 组注入点药剂注射(3个孔）：利用第Π 组的1个孔，其余3孔施工需同时观察 相邻孔窜浆及返浆情况。
[0068]步骤四、注射过程的观察法判断：
[0069] a)第I组试验:通过判断是否窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏小；
[0070] b)第Π 组试验:通过判断是否不窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏大；
[0071] c)第m组试验:通过判断是否窜浆及返浆较少来初步确实R值是否较合理。
[0072]结论为第N组(N= 1，2，3)扩散半径较为合理，因此，选择第N组为示踪剂监测采样 点重点考察对象。
[0073] 步骤五、地下水中溴离子监测及检测：溴离子浓度监测点重点布设在Ro较合理的 试验组，同时考虑单孔、双孔、三孔等多孔效应，监测点的选择为C1、C2(双孔）、C3(三孔）、C4 (单孔）、C5(背景值)等。所有注入点完成药剂注射工作24小时后，采用定深快速取样系统快 速采集地下水样品（远离注射点中心的作为溴离子本底值），及时送至第三方实验室检测地 下水中的溴离子浓度(也可适当提前采样送样，但采样点设置不得在原位注入点试验影响 半径范围内，防止形成短路影响试验的准确性和代表性），同时留存现场快速检测待测样 品。以上所述快速定深取样系统方法，采用Geoprobe钻机将底部带有抛弃式钻头的2.25英 寸钢套管（内部为长度1.5m、外径1.25英寸的钢筛管)直压入地下水含水层预定深度后提升 外套管，而内部钢筛管设置在设计地下水中溴离子采样深度位置，移机后采用机械膀胱栗 快速采集具有代表性的地下水样品。
[0074] 步骤六、示踪剂现场快速检测:采集的地下水样品使用pH/离子浓度检测仪进行溴 离子浓度监测点的地下水中的溴离子浓度的快速检测。测试条件为:BR502溴电极;溴离子 标准溶液（1 〇〇mL)，参比电极溶液(30mL)，离子强度调节剂。测量范围：0.4~7990mg/L，pH值 范围2~11，溶液温度范围5~40 °C。
[0075] 步骤七、示踪剂法判断:分析所有溴离子监测点、本底值快速检测数据及第三方实 验室检测数据，根据所测样品中溴离子浓度是否大于本底值来判断所测样品代表的距离注 射点的距离是否在有效扩散半径之内。定义浓度超过本底值(背景值)50%以上的点位所对 应的距离为有效扩散半径。所述示踪剂判定方法，主要以现场快速数据为依据，第三方实验 室数据作为现场快速测试数据的检验和复核。
[0076]步骤八、观察法结合溴离子示踪剂法综合判定:观察法初步判定的Ro合理范围，溴 离子示踪剂浓度显著超过本底值（如超过本底值50%以上）的点位对应的距离为Ro的精确 范围，最后，三组试验通过观察法+示踪剂法综合判定确定考察含水层药剂扩散的最优Ro， 考虑地层局部含夹层等不均匀因素，建议取较小值作为工程推荐数据。
[0077] 所述步骤一中，原位注入布孔密度(个孔/100m2)由扩散半径及布孔方式确定，同 时受到修复区域边界形状的影响。粘土类（如粉质粘土）布孔密度范围：45~46.5个孔/ 100m 2(扩散半径为0.9m);砂土类(如粉细砂)布孔密度范围：4~5个孔/100m2(扩散半径为 2.9m)〇
[0078] 实施例1
[0079] 本实施例为采用原位化学氧化原位注入方法修复有机污染土壤及地下水修复工 程中，药剂有效扩散半径的现场试验确定方法，本实施例中没有特别说明的操作，参照发明 内容中已经给出的方法进行。
[0080] 本项目为南京某化工厂土壤及地下水修复工程，土壤最大修复深度12m，存在两层 粉质粘土层、含水层为粉细砂层(分布在3~6m或4~7m)，地下水埋藏浅（约lm左右)且丰富。 土壤及地下水中的目标污染物为氯苯、苯、对/邻硝基氯化苯等VOCs/SVOCs类有机物。本项 目原位修复的难点之一为含水层(粉细砂层）、粉质粘土层等主要地层的扩散半径国内缺乏 实践经验及设计依据，这也是原位化学氧化原位注入修复工程设计首要解决的问题。药剂 扩散半径的影响因素主要有注射条件(如注射方式、压力）、修复药剂类型(如浆液粘土等）、 注浆量等。试验区域修复目标层3~6m，地下水水位lm，修复药剂采用了水溶性较好的过硫 酸盐及液碱活化溶液。原位化学氧化原位注入一一高压旋喷注射示踪剂试验获得含水层 (粉细砂)扩散半径的步骤，如图1、图2、图5所示，简要说明如下：
[0081] (1)布点及引孔:布孔参数为L、B，其中，L一一原位注入点最优孔距，沿东西方向 (垂直地下水流向）；B-一原位注入点最优排距，沿南北方向（地下水流向）；
[0082]药剂有效反应时间为t，其中，t一一药剂在地下水中的有效反应时间，按20天反应 考虑(d)。
[0083] 原位注入共布设三组试验孔，第I组布孔参数:1?1 = 2.3111儿1 = 4.〇111，81 = 3.5111;第 Π 组布孔参数:1?2 = 4.〇111儿2 = 7.〇111，82 = 6.〇111;第111组布孔参数:1?3 = 2.9111儿3 = 5.〇111，83 = 4.5m，其中两组共用2个注入点，总计10个注入点（编号如图2所示）。每组试验有2对三角形 组成，试验模拟了实际施工的多孔效应的影响作用。其中有2个钻孔重复使用，在达到试验 效果的同时，既节约试验成本又解决现场的快速测试问题。
[0084]引孔依次完成10个原位注入点钻孔(三组试验点)施工，引孔深度均为3m左右。 [0085] (2)修复药剂及示踪剂溶液配制：
[0086] 每3方氧化剂(过硫酸盐)及其活化剂(液碱)溶液中添加6kg的溴化钠固体，配制成 均一的溶液。修复药剂与示踪剂充分搅拌后待原位注入过程，同时注入到土壤及地下水中。
[0087] (3)高压旋喷原位注射:依次完成三组试验点(共计10个钻孔)的高压注射操作，旋 喷注射深度范围为3~6m的含水层(粉细砂）。注射每组试验过程中需观察注入点的窜浆和 返浆情况。
[0088] (4)观察法初判有效扩散半径范围：如图1所示，观察法判断得知第m组扩散半径 较为合理，因此，选择第m组为示踪剂监测采样点重点考察对象。
[0089] (5)示踪剂监测点布设及地下水快速定深监测取样:完场药剂注射24小时之后设 立示踪剂浓度监测点(含背景值点），布设点位原则为:按照不同扩散半径的单孔效应、双孔 叠加效应、三孔叠加效应进行地下水样品快速采集。地下水快速取样深度为4.0~5.5m位 置。如图2所示，监测点的选择为C1、C2(双孔）、C3(三孔）、C4(单孔）、C5(背景值）、C6(背景 值）、C7(背景值)等。
[0090] (6)示踪剂现场快速检测:使用MP523型pH/离子浓度测量仪，快速测试以上监测点 位地下水中溴离子的浓度。试验前对场地土壤及地下水中溴离子本底值做了调查，地下水 中溴离子本底值较低（10~15mg/L之间）。
[0091] (7)示踪剂法判断：根据文献报道，采用溴化钠作为示踪剂，最低检测极限为 1.0mg/L，建议地面最大采出浓度为35~50mg/L。地下水区域溴离子现场快速测试数据与文 献基本吻合。
[0092] 高压注射施工条件下的扩散半径成果分析见表1一一扩散半径成果分析表。
[0093]表1扩散半径成果分析表
[0094]
[0095] 从上表及图5可得出结论:观察法，2.5<R0<3.5;示踪试验，2.9<R0<3.2，R0综 合取值2.9m比较合理，作为含水层(粉细砂)地层的工程推荐数据。修复效果显示，最终获得 的扩散半径数据合理经济。
[0096]同样的方法，可获得粉质粘土层的有效扩散半径范围：0.8~0.9m，建议取0.9m。 [0097] 实施例2
[0098]如图3、图4所示，本实施例为土壤及地下水原位注入修复布孔参数的优化过程，是 在实施例1获得有效扩散半径的情况下，基于修复场地地下水流动、土层渗透性差异、修复 药剂的有效反应时间等因素，对布孔参数进行优化的过程。简述如下：
[0099] 实施例1中获得了两种典型土层的有效扩散半径推荐值，砂土类（如粉细砂含水 层）的R0为2.9m，粘土类(如粉质粘土）的Ro为0.9m。布孔方式均采用三角形法，砂土类采用 布孔方式1，考虑地下水流动对布孔参数排距的影响，排距增加了药剂有效反应时间（如氧 化剂过硫酸盐一般在地下水中有效反应时间为20天左右），该布孔方式有效扩散半径远大 于旋喷搅拌区半径。布孔方式2,由于粘土的渗透性较差，布孔参数孔距和排距均不考虑地 下水流动的影响。优化计算过程详见表2-一布孔参数优化计算表，计算值优化后微调为最 终工程设计参数。
[0100] 原位注入布孔密度(个孔/100m2)主要由扩散半径及布孔方式确定，同时受到修复 区域边界形状的影响。本实施例原位注入布孔参数优化后，由布孔密度参数可快速估算原 位修复机械成本，实用性强。粘土类(如粉质粘土)布孔密度范围：45~46.5个孔/100m 2(扩 散半径为〇 . 9m);砂土类(如粉细砂)布孔密度范围：4~5个孔/100m2(扩散半径为2.9m)。因 此，原位注入技术应用的经济性表现为砂土类显著优于粘土类。
[0101]表2布孔参数优化计算表 [0102]
[0103] 注:含水层K = 4 · 32m/d，水力梯度3%〇。
[0104]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，这些【具体实施方式】都是基于本发明 整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域 的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的 保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法，其特征在于， 步骤一、布点及引孔： 原位注入布孔参数满足以下公式： L=1.73R〇 (1) B=1.50R〇+Bi (2) v = KI (3) Bi = vt (4) 其中，L 一一原位注入点最优孔距，垂直地下水流向；B-一原位注入点最优排距，沿着 地下水流向；Ro-一高压注射条件下药剂在含水层的有效扩散半径，单位:m;K-一含水层 渗透系数，单位:m/d; I--地下水水力梯度;v--地下水流速，单位:m/d; t--药剂在地 下水中的有效反应时间，单位chBi-一药剂在有效反应时间内在地下水中的流动距离，单 位:m; 原位注入共布设三组试验孔，第I组布孔参数:R1，L1，B1;第Π 组布孔参数:R2，L2，B2; 第ΙΠ 组布孔参数:1?3儿3,83，其中两组共用两个注入点，总计10个注入点； 引孔采用气动空气潜孔锤冲击回转钻进方法，引孔至穿透杂填土层硬层或原场地建筑 基础即可，依次完成10个原位注入点钻孔，即三组试验点，引孔深度均为3m; 步骤二、修复药剂配置:选择溴化钠作为示踪剂，按一定比例添加至典型浓度的修复药 剂溶液/浆液中，待高压注射过程同时注入目标含水层中；溴离子的配置浓度及投加方式， 修复药剂与示踪剂的质量比为，修复药剂：溴化钠=100~150:1，溴化钠初始浓度300~ 700mg/L； 步骤三、修复药剂的原位注入:采用气、液二重管法，修复药剂液流的注射压力参数为 25~30Mpa，压缩空气的注入压力参数为0.7~0.8Mpa;修复药剂与溴离子配置的溶液同时 注入土壤及地下水中； a) 第I组注入点药剂注射:注射过程观察该组第1孔返浆情况，其余相邻孔施工需同时 观察窜浆及返浆情况； b) 第Π 组注入点药剂注射:注射过程利用第I组的1个孔，其余3孔施工需同时观察相邻 孔窜浆及返浆情况； c) 第m组注入点药剂注射:利用第Π 组的1个孔，其余3孔施工需同时观察相邻孔窜浆 及返浆情况； 步骤四、注射过程的观察法判断： a) 第I组试验:通过判断是否窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏小； b) 第Π 组试验:通过判断是否不窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏大； c) 第m组试验:通过判断是否窜浆及返浆较少来初步确实R值是否较合理； 结论为第N组扩散半径较为合理，因此，选择第N组为示踪剂监测采样点重点考察对象； 步骤五、地下水中溴离子监测及检测：溴离子浓度监测点重点布设在Ro较合理的试验 组，同时考虑单孔、双孔、三孔等多孔效应，监测点的选择为Cl、C2、C3、C4、C5;所有注入点完 成药剂注射工作24小时后，采用定深快速取样系统快速采集地下水样品，及时送至第三方 实验室检测地下水中的溴离子浓度，同时留存现场快速检测待测样品；以上所述快速定深 取样系统方法，采用Geoprobe钻机将底部带有抛弃式钻头的2.25英寸钢套管，内部为长度 1.5m、外径1.25英寸的钢筛管，直压入地下水含水层预定深度后提升外套管，而内部钢筛管 设置在设计地下水中溴离子采样深度位置，移机后采用机械膀胱栗快速采集具有代表性的 地下水样品； 步骤六、示踪剂现场快速检测:采集的地下水样品使用pH/离子浓度检测仪进行溴离子 浓度监测点的地下水中的溴离子浓度的快速检测；测试条件为:BR502溴电极;溴离子标准 溶液lOOmL，参比电极溶液30mL，离子强度调节剂，测量范围：0.4~7990mg/L，pH值范围2~ 11，溶液温度范围5~40 °C; 步骤七、示踪剂法判断:分析所有溴离子监测点、本底值快速检测数据及第三方实验室 检测数据，根据所测样品中溴离子浓度是否大于本底值来判断所测样品代表的距离注射点 的距离是否在有效扩散半径之内；定义浓度超过本底值50%以上的点位所对应的距离为有 效扩散半径;所述示踪剂判定方法，主要以现场快速数据为依据，第三方实验室数据作为现 场快速测试数据的检验和复核； 步骤八、观察法结合溴离子示踪剂法综合判定:观察法初步判定的Ro合理范围，溴离子 示踪剂浓度显著超过本底值的点位对应的距离为R〇的精确范围，最后，三组试验通过观察 法+示踪剂法综合判定确定考察含水层药剂扩散的最优R〇,考虑地层局部含夹层等不均匀 因素，取较小值作为工程推荐数据。2.根据权利要求1所述的污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法，其特征 在于，所述步骤一中，原位注入布孔密度由扩散半径及布孔方式确定，同时受到修复区域边 界形状的影响，粘土类布孔密度范围：45~46.5个孔/100m 2;砂土类布孔密度范围：4~5个 孔/100m2。
【文档编号】G01N13/00GK105973759SQ201610461743
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】杨乐巍, 李书鹏, 张岳, 张晓斌, 郭丽莉, 崔双超, 宋晓威, 陈凡, 尹鹏程, 刘鹏, 刘岩, 牛强
【申请人】北京建工环境修复股份有限公司