一种有机污染场地原位氧化修复系统及修复工艺的制作方法

本发明涉及环境保护中土壤和地下水修复领域，具体地说，是一种有机污染场地原位氧化修复系统及修复工艺。

背景技术：

近年来，污染土壤问题日渐突出，主要的污染物包括重金属、有机污染物等，均对周边人群构成安全威胁。因此，国家对污染场地修复的重视力度越来越强，各类修复技术的开发迫在眉睫，传统的修复技术分原位修复和异位修复。值得一提的是，《土壤污染防治行动计划》(简称“土十条”)明确强调了原位修复的重要，原位修复技术因其具备对土壤的干扰小、二次污染少等优势在未来的土壤修复中具备很大的发展前景。

现有的用于有机污染场地修复的原位修复技术主要有多相抽提、原位氧化、渗透反应墙、原位曝气、原位热脱附、微生物降解等，各类技术各有利弊，其中原位氧化技术具备诸多优点，比如，修复彻底、修复速度快、二次污染少等，近年来备受关注。但是，原位氧化修复技术还存在一些问题急需解决，比如缺乏高效的氧化药剂、缺乏科学系统的注入设备和方法等。

中国专利文献CN105032916A公开了一种有机物污染土壤和地下水的原位注射-抽提-补水循环处置系统及联合修复方法，将污染区的地下水抽取到地面进行处理，然后将处理后的地下水用于配制药剂或者作为补水直接注入地下，药剂通过注射井注入地下污染羽区域。但是该发明采用的氧化剂的氧化还原电位较低，氧化效果差；采用的抽出-加药-注入的方式，增加了修复的复杂程度；抽出井和注入井分离，容易造成污染区域的扩张；另外，本发明对注入方式、注入压力没有作明确说明。

中国专利文献CN104174643A公开了一种有机污染土壤和地下水原位修复装置及修复方法，本发明设计了一种包括气动源系统、溶配药系统、原位注入系统和注入井系统的有机污染土壤和地下水修复装置，该装置可以通过注入系统将溶配药系统配置的氧化药剂以一定压力注入到污染区域修复目标污染物，但该发明没有对采用的氧化药剂进行详细说明，而且只能用于液体药剂的加入，未提及气体氧化药剂，整套修复系统的整体移动性能差。

众多场地修复案例表明，现有的原位氧化修复技术难以满足高效修复的目的，还存在很多急需解决的关键技术问题。到目前为止，关于一种结合原位氧化、臭氧-双氧水结合氧化的优势，同步处理土壤和地下水的集成化可移动式修复系统和修复工艺目前还未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对有机污染场地，提供一种有机污染场地原位氧化修复系统和修复工艺，本发明通过将双氧水和臭氧间歇交替注入到污染土壤或地下水中进行原位氧化修复，彻底降解有机污染物，以实现有机污染场地的快速高效修复。

本发明的具体技术方案如下：

一种有机污染场地原位氧化修复系统，该系统包括可移动箱式平台、注入井、臭氧系统、双氧水系统、监测系统、控制器：

所述可移动式箱式平台包括移动轮和不锈钢箱体；

所述臭氧系统包括臭氧发生器、气体流量计、气体增压泵、气体压力表、阀门和臭氧分配管路；

所述双氧水系统包括双氧水储罐、液体泵、双氧水配制罐、液体流量计、液体增压泵、液体压力表、阀门和双氧水分配管路；

所述监测系统包括地下水监测井、土壤气体监测井、水压计、臭氧安全检测器；

所述控制器通过强弱电线路与各系统相连，控制各系统的开启与运行。

具体地说，本发明的第一方面，提供一种有机污染场地原位氧化修复系统，包括可移动箱式平台、注入井、地下水监测井、土壤气体监测井和水压计；

其中，所述可移动式箱式平台包括移动轮和不锈钢箱体；

所述不锈钢箱体中设有依次通过管路连接的臭氧发生器、气体增压泵、气体压力表和臭氧阀门，所述臭氧阀门的出口与注入井的臭氧入口连接；

所述不锈钢箱体中设有依次通过管路连接的双氧水储罐、双氧水配制罐、液体增压泵、液体压力表和双氧水阀门，所述双氧水储罐和双氧水配制罐之间、双氧水配制罐和液体增压泵之间都设有液体泵，所述双氧水阀门的出口与注入井的双氧水入口连接；

所述不锈钢箱体中设有控制器，所述控制器通过线路分别与水压计，和设置在不锈钢箱体中的臭氧发生器、气体增压泵、臭氧阀门、液体泵、双氧水配制罐、液体增压泵、双氧水阀门连接。

优选的，所述臭氧发生器和气体增压泵之间还设有气体流量计。

优选的，所述双氧水配制罐和液体增压泵之间还设有液体流量计。

优选的，所述不锈钢箱体中还设有臭氧安全检测器，所述臭氧安全检测器通过线路与控制器连接。

优选的，所述注入井的个数至少为2个。所述注入井分浅井和深井，在井管的一定位置处开孔，开孔区段即为筛管，深井和浅井的开筛位置上下偏离1～3m。

优选的，所述注入井的孔径为30～60mm，筛管透水缝宽度为0.1～0.2mm，筛管位于受污染区域内。

优选的，所述土壤气体监测井个数至少为1个，地下水监测井至少为1个，水压计至少为1个，均匀布置在污染场地内。所述土壤气体监测井和地下水监测井不与控制器连接，地下水和土壤气均需要现场单独采样，然后送样分析。

优选的，所述注入井与臭氧系统出口和双氧水系统出口连接，能够用于液体和气体的注入，注入的臭氧能驱动双氧水在地下水的扩散。

在本发明的一个优选实施方式中，所述注入井的个数为10个，其中，浅井5个，深井5个，深井和浅井的开筛位置上下距离1.5m，注入井均与臭氧和双氧水注入管路相连，土壤气体监测井个数3个，地下水监测井3个，水压计2个，与控制器相连，上述不同种类的井和压力计均匀布置在污染场地内(图3)。注入井的孔径为40mm，筛管透水缝宽度为0.15mm，筛管位于受污染区域内。

本发明的第二方面，提供一种有机污染场地原位氧化修复工艺，运用如上所述的有机污染场地原位氧化修复系统，按照以下步骤进行：

第一步：按照污染情况布置并安装注入井、地下水监测井、土壤气体监测井和水压计，并连接修复系统；

第二步：在双氧水配制罐中配制双氧水溶液，利用液体增压泵将双氧水增压，注入受污染区域；

第三步：臭氧发生器制备臭氧，利用气体增压机将臭氧增压，注入受污染区域，双氧水在臭氧的推动下进一步扩散，两者充分接触；

第四步：重复第二步和第三步，间歇交替式地注入臭氧和双氧水，通过地下水监测井、土壤气体监测井和水压计观察地下水位、水压、水质指标和土壤气指标变化情况。

优选的，所述双氧水和臭氧的注入方式为高压脉冲式注射，臭氧和双氧水交替注入地下污染区域。

优选的，所述每个注入井臭氧注入速度为100～1000g/h，注入压力为0.5～1.0MPa。

在本发明的一个优选实施方式中，所述臭氧注入速度为500g/h，注入压力为0.75MPa。

优选的，所述每个注入井注入的双氧水质量百分数为10～30％，注入速度为10～30L/h，注入压力为0.5～1.0MPa。

在本发明的一个优选实施方式中，所述双氧水质量百分数为20％，利用液体增压泵将双氧水增压，注入压力为0.75MPa，并将其注入受污染区域，注入速度为20L/h。

本发明优点在于：

1、本发明中间歇交替加入臭氧和双氧水，能够实现臭氧双氧水的协同氧化，生成最大量的氧化还原电位最高的羟基自由基，能够快速高效的降解有机污染物，反应后无残留，污染物被彻底分解为二氧化碳、水，避免了二次污染。

2、本发明中高压脉冲式的注入方式能够保证臭氧和双氧水的有效扩散，而且土壤表面的污染物也被冲出到地下水，进而被降解；另外，臭氧和双氧水交替注入，臭氧能够驱动双氧水在地下的扩散。

3、本发明的修复系统大部分装置安装于可移动的箱式结构中，方便移动，而且受天气变化的影响不大，另外，系统处于密闭空间，对周边居民的影响小。

4、地下水中的污染物被去除后，臭氧和双氧水反应生成的氧气提高了土壤和地下水中的氧气含量。

5、本发明属于原位氧化修复技术，没有废水的抽出-注入流程，可以同时修复受有机污染的土壤和地下水，具有操作方便、修复周期短、成本低等特点。

附图说明

图1.本发明一种有机污染场地原位氧化修复系统结构示意图。

图2.本发明可移动箱式平台内部结构示意图。

图3.本发明一种有机污染场地原位氧化修复工艺布点图。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

图中：1-注入井(1-1深井，1-2浅井)，2-地下水监测井，3-土壤气体监测井，4-水压计，5-可移动箱式平台，6-移动轮，7-不锈钢箱体，8-臭氧发生器，9-气体流量计，10-气体增压泵，11-气体压力表，12-臭氧阀门，13-臭氧分配管路，14-双氧水储罐，15-液体泵，16-双氧水配制罐，17-液体流量计，18-液体增压泵，19-液体压力表，20-双氧水阀门，21-双氧水分配管路，22-臭氧安全检测器，23-控制器，24-强弱电线路。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

实施例1

修复场地现场应用：本发明在上海市青浦区的某一污染场地得到实施，选取了污染场地内部的一块有机污染地块，污染物为三氯乙烯和总石油烃，污染面积85m²，而且土壤和地下水均受到污染，污染深度为5～7m，土壤中三氯乙烯和总石油烃的最大污染物浓度分别为0.5和12.0mg/kg，地下水中三氯乙烯和总石油烃的最大污染物浓度分别为1.5和31.0mg/L，采用本发明中的修复系统和方法进行土壤和地下水的修复：

安装原位土壤和地下水集成修复系统：

首先，搭建有机污染场地原位氧化修复系统，该系统包括可移动箱式平台5、注入井1、臭氧系统、双氧水系统、监测系统、控制器23(图1和图2)。可移动式箱式平台5包括移动轮6和不锈钢箱体7；臭氧系统包括臭氧发生器8、气体流量计9、气体增压泵10、气体压力表11、臭氧阀门12和臭氧分配管路13，各部件通过臭氧分配管路13依次相连；双氧水系统包括双氧水储罐14、液体泵15、双氧水配制罐16、液体流量计17、液体增压泵18、液体压力表19、双氧水阀门20和双氧水分配管路21，各部件通过双氧水分配管路21依次相连；监测系统包括地下水监测井2、土壤气体监测井3、水压计4、臭氧安全检测器22；控制器23通过强弱电线路24与各系统相连，控制各系统的开启与运行。

具体地所述有机污染场地原位氧化修复系统，包括可移动箱式平台5、注入井1、地下水监测井2、土壤气体监测井3和水压计4；

其中，所述可移动式箱式平台5包括移动轮6和不锈钢箱体7；

所述不锈钢箱体7中设有依次通过管路连接的臭氧发生器8、气体增压泵10、气体压力表11和臭氧阀门12，所述臭氧阀门12的出口与注入井1的臭氧入口连接；

所述不锈钢箱体7中设有依次通过管路连接的双氧水储罐14、双氧水配制罐16、液体增压泵18、液体压力表19和双氧水阀门20，所述双氧水储罐14和双氧水配制罐16之间、双氧水配制罐16和液体增压泵18之间都设有液体泵15，所述双氧水阀门20的出口与注入井1的双氧水入口连接；

所述不锈钢箱体7中设有控制器23，所述控制器23通过线路分别与水压计4，和设置在不锈钢箱体7中的臭氧发生器8、气体增压泵10、臭氧阀门12、液体泵15、双氧水配制罐16、液体增压泵18、双氧水阀门20连接。

所述臭氧发生器8和气体增压泵10之间还设有气体流量计9。所述双氧水配制罐16和液体增压泵18之间还设有液体流量计17。

所述不锈钢箱体7中还设有臭氧安全检测器22，所述臭氧安全检测器22通过线路与控制器23连接。

然后，安装不同种类的井，注入井1的个数为10个，其中，浅井1-2为5个，深井1-1为5个，深井1-1和浅井1-2的开筛位置上下距离1.5m，注入井1均与臭氧和双氧水注入管路相连，土壤气体监测井3的个数3个，地下水监测井2的个数3个，水压计4的个数2个，与控制器23相连，上述不同种类的井和压力计均匀布置在污染场地内(图3)。

其中，所述注入井1的孔径为40mm，筛管透水缝宽度为0.15mm，筛管位于受污染区域内。

本实施例应用上述原位土壤和地下水集成修复系统进行，具体步骤如下：

第一步：将注入井1、水压计4与各系统通过管道或强弱电线路连通，检测系统的密封性能；

第二步：在双氧水配制罐16中配制双氧水溶液，双氧水质量百分数为20％，利用液体增压泵18将双氧水增压，注入压力为0.75MPa，并将其注入受污染区域，注入速度为20L/h；

第三步：臭氧发生器8制备臭氧，利用气体增压泵10将臭氧增压，注入受污染区域，臭氧注入速度为500g/h，注入压力为0.75MPa，双氧水在臭氧的推动下进一步扩散，两者充分接触；

第四步：重复第二步和第三步，间歇交替式地注入臭氧和双氧水，通过监测系统观察地下水位、水压、水质指标和土壤气指标变化情况。

另外，双氧水和臭氧的注入方式为高压脉冲式注射，交替注入污染区域，一个小时为一个注射周期，首先进行持续10min的双氧水注入，紧接着进行持续10min的臭氧注入，静置40min后，注入时间间隔为10min。

应用效果：修复系统持续运行90天后，通过地下水监测井2和土壤气体监测井3分析场地内土壤和地下水中污染物的浓度变化。结果表明：经过三个月的修复，土壤中三氯乙烯的剩余浓度均小于0.05，去除率达到90％，土壤中总石油烃的剩余浓度均小于0.5，去除率达到99.8％，明显低于《上海市场地土壤环境健康风险评估筛选值(试行)》和《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》，实现了修复目标；地下水中三氯乙烯的浓度均小于0.01mg/L，总石油烃浓度均小于1mg/L，明显低于修复目标值和风险控制值；土壤气体监测井3中检测的气体成分主要为CO2、O2和臭氧，地下水中的溶氧量提高到了5～10mg/L。另外，利用监测井进行了持续监测，土壤和地下水中的污染物浓度均没有反弹。结果表明本发明中的修复系统和工艺能够高效去除土壤和地下水中的有机污染物，而且不会造成二次污染，可以用于土壤和地下水的修复。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。