一种去除矿井内地下水中有机污染的联合修复系统和方法与流程

本发明属于地下水修复技术领域，具体涉及一种去除矿井内地下水中有机污染的联合修复系统和方法。

背景技术：

随着我国煤炭资源不断开采，资源枯竭，以及传统产业转型升级，导致大量煤矿关闭。不法分子利用废弃煤矿地下空间的储存量及隐蔽性，将化学废液、废渣等污染物沿矿井向地下倾倒，导致地下水污染，危及人类的生活生产以及人体健康。

发明人了解到，常用的地下水修复技术有：抽提处理、化学氧化、生物修复、渗透式反应屏蔽，监控自然衰减等。抽提处理技术成熟、简单，但单一治理后可能存在拖尾、反弹现象。化学氧化技术适用于多种有机污染物治理，对污染物的去除率高，但对目标污染物去除的同时，也氧化了其他有机物，对有机质含量高的含水层易消耗氧化剂。

矿井内地下水中有机污染物的治理修复难度大，主要由以下因素造成：

1)矿井本身地质条件复杂，开采后的煤矿下存在大量的地下空间，即巷道、采空层以及裂隙等，为污染物提供了较大的承载空间。

2)矿井关闭或停采后发生突水造成地下空间充满水，地下水流通性强，污染物随地下水迁移、扩散快。

3)矿井内含煤层的存在，导致一般矿井下地下水水质条件差，矿化度高。

4)煤矿介质本身对污染物具有吸附作用，治理修复很难彻底清除。这对地下水的治理修复提出了很大的挑战。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种去除矿井内地下水中有机污染的联合修复系统，解决现有单一修复系统无法适应复杂矿井环境的问题，提高修复系统的修复效果及效率。

本发明的第二目的是提供一种去除矿井内地下水中有机污染的联合修复方法，基于上述去除矿井地下水有机污染的联合修复系统，指导地下矿井中有机污染的修复。

一种去除矿井内地下水中有机污染的联合修复系统，包括修复井、抽提设备、化学药剂配置装置、监测系统、电控系统以及设置于矿井空间中的止水帷幕，所述止水帷幕能够将待修复的矿井空间与相邻矿井空间隔离。

采用止水帷幕，能够利用止水帷幕阻挡地下水在待修复矿井空间与相邻空间之间的流通，提高修复效果，为闭环的循环空间提供基础。

所述修复井能够实现待修复的矿井空间与地上环境的连通，所述修复井包括抽提井、注入井和监测井，所述抽提井设置于矿井空间中污染物浓度最高的区域，所述注入井设置于抽提井外侧，所述监测井位于抽提井与注入井之间。

所述抽提设备设置于抽提井中，所述抽提设备能够将矿井空间中的废水抽提至废水处理系统中，所述废水处理系统的排出口能够将处理后的废水送入注入井中。

所述抽提井、注入井、待修复矿井空间及废水处理系统形成闭环的循环空间，待去除有机物的地下水可以在循环空间中往复循环处理，直至地下水的有机物浓度达到设定浓度要求。

所述化学药剂配置装置能够向注入井中添加具有氧化药剂的溶液，所述化学药剂配置装置与废水处理系统的排出口连通，废水处理系统为化学药剂配置装置提供废水。

采用氧化药剂辅助废水处理系统去除有机物，氧化药剂能够利用地下水在循环空间中的循环而自由扩散，使得氧化药剂均匀分布在待修复矿井空间的地下水中，提高了有机物去除的效率及效果。

所述监测系统包括地下水位监测系统以及废水处理监测系统，所述地下水位监测系统的探头设置于修复井的下端，所述废水处理监测系统设置于废水处理系统中以监测废水处理是否达标。

监测地下水位的过程可以指导抽提井抽提地下水的速度以及注入井将处理后废水重新回流如矿井空间的速度。废水监测系统能够监测经废水处理单元处理的废水中有机物浓度是否达标。

所述电控系统接收监测系统的信息以控制抽提设备、废水处理系统及注入系统的运行状态。

进一步，所述废水处理系统包括废水处理单元，所述废水处理单元的进水口与抽提管道连通，所述废水处理单元的出水口与储水池连通，所述储水池的出水口与储水池连通，储水池分别与废水处理单元的进水口和注水管道的一端连通，注水管道的另一端伸入注入井中。。

在储水池中废水的有机物浓度不达标时，可以重新将其送入废水处理单元处理，保证储水池排出废水的有机物浓度满足要求。

进一步，所述储水池中设置有所述废水处理监测系统，所述废水处理监测水系统包括cod在线监测设备，所述cod在线监测设备与电控系统信号连接。

采用cod在线监测设备，可以实时监测储水池中废水的有机物浓度是否达标，作为电控系统判断是否将储水池中废水排入废水处理单元重新处理的依据。

进一步，所述废水处理单元包括依次连通的高级氧化装置、中和反应装置、混凝反应装置及沉淀池，所述高级氧化装置的进水口与抽提管道连通，所述沉淀池的出水口与储水池连通。

采用沉淀池作为沉淀进入废水处理单元的废水，能够将废水中的固体杂质与液体之间初步分离。

进一步，所述沉淀池的下端与固液分离装置连通，固液分离装置将污泥中的的废水分离后将废水重新排入高级氧化装置中。

采用固液分离装置，能够进一步分离固体杂质与液体，将分离的液体从新注入废水处理单元进行处理。

一种去除矿井内地下水中有机污染的联合修复方法，包括以下步骤，

步骤1，设置止水帷幕：在矿井空间的待修复区域与相邻区域之间设置止水帷幕；

步骤2，根据矿井水文地质、巷道采空区走向分布和污染羽分布来确定抽提井、注入井的布设点位；

步骤3，通过抽水试验确定修复井之间的水力联系程度，指导后期化学药剂注入量的参数；

步骤4，通过抽提井将污水抽提至地面，送入废水处理单元处理，经废水处理监测系统监测达标后回排入注入井中，若不合格，返回废水处理单元进行重新处理；

直至将地下水中污染物降低至一定浓度；

步骤5，原位氧化抽提循环：

在地下水中污染物浓度降低至一定数值后，利用化学药剂配置装置将氧化药剂溶液通过排出管道打入注入井的水面以下，让氧化药剂与地下水中有机物反应；

启动抽提设备，将抽提井内地下水抽提至地面废水处理系统处理，处理后回流至注入井中，在地下水的污染羽范围内形成水位差，带动氧化药剂的扩散，加大氧化药剂与更多有机污染物接触氧化；

步骤6，持续监测及验收：

修复过程中对地下水水位、污染物浓度、药剂残余等参数进行检测，及时调整抽提地下水的速度及氧化药剂添加量等参，并检验修复效果。

进一步，所述步骤3中布设点位的具体方式为：

当污染羽只存在一条巷道时，抽提井位于巷道中污染浓度最高的位置，注入井分别位于巷道的两端；

当污染羽存在巷道与巷道交叉处时，抽提井位于两巷道的交叉点，注入井分别位于两个巷道的两端；

当污染羽存在采空层内时，抽提井位于采空区中央，注入井位于采空区外围且注入井环绕抽提井布置。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过帷幕阻隔技术、抽出处理技术、化学氧化药剂的原位氧化以及循环注入方式相结合，实现对矿井地下水中污染物的有效阻隔和高效去除。

(2)本发明首先通过阻隔措施控制地下水中有机污染物的迁移扩散，其次通过地下水抽提处理将高浓度有机污染地下水进行快速处理，再次结合抽出处理一化学药剂原位氧化一循环注入的方法去除地下水中低浓度有机物，达到对矿井地下污染物高效去除。

(3)本发明处理污染物的范围广，不仅对易溶于水有机物和微溶于水有机物，对难溶于水有机物也有很好的去除，特别适用于高浓度有机污染物的去除。

(4)矿井内存在巷道和地下采空区，地下水的连通性较好，这有利于地下水的抽提及循环。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例中整体结构示意图；

图2为本发明实施例中废水处理系统的示意图；

图3为本发明实施例中修复井的第一种布置方式示意图；

图4为本发明实施例中修复井的第二种布置方式示意图；

图5为本发明实施例中修复井的第三种布置方式示意图。

图中：1、抽提井；2、监测井；3、注入井；4、深水泵；5、止水帷幕；6、化学药剂配置箱；7、电控系统；8、废水处理系统；9、钢丝绳；10、矿井空间；11、顶板；12、底板；13、污染羽；14、巷道；15、采空区；16、高级氧化装置；17、中和反应装置；18、混凝反应装置；19、沉淀池；20、活性炭过滤装置；21、储水池；22、固液分离装置；23、cod在线监测设备；24、抽提管道。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的一种典型实施方式中，如图1-2所示，一种去除矿井内地下水中有机污染的联合修复系统，包括修复井、化学药剂配置装置、监测系统、电控系统7、抽提设备以及设置于矿井空间10中的止水帷幕5。

止水帷幕5：所述止水帷幕5能够将待修复的矿井空间10与相邻矿井空间10隔离；所述止水帷幕5包括阻隔墙，所述阻隔墙设置于矿井空间10的待修复区域与相邻区域之间，隔绝待修复区域与相邻区域之间的水源流通。

修复井：所述修复井能够实现待修复的矿井空间10与地上环境的连通，所述修复井包括抽提井1、注入井3和监测井2，所述抽提井1设置于矿井空间10中污染物浓度最高的区域，所述注入井3设置于抽提井1外侧，所述监测井2位于抽提井1与注入井3之间。

需要指出的是，抽提井1、监测井2及注入井3均是从地面向矿井空间10开设的钻井，因为其分别起到抽提、监测及废水重新注入的功能而命名。

抽提设备：所述抽提设备包括设置在抽提井1下部的深水泵4，所述深水泵4通过潜水电机驱动，所述深水泵4的出水口与抽提管道24的一端连通，抽提管道24的另一端沿抽提井1向上伸出后与废水处理系统8连通，所述潜水电机与电控系统7信号连接。

具体的，抽提井1的下端深入矿井空间10，并位于矿井空间10的下部(靠近底板12设置)，深水泵4通过钢丝绳9等牵拉设备悬吊在抽提井1下端，潜水电机通过电缆与电控系统7电连接，抽提管道24的下端与深水泵4的出水口连通。

所述抽提管道24的上端与废水处理系统8连接，所述抽提设备能够将矿井空间10中的废水送入废水处理系统8中，所述废水处理系统8能够将处理后的废水回流入注入井3中。

废水处理系统8：所述废水处理系统8包括废水处理单元，所述废水处理单元的进水口与抽提管道24连通，所述废水处理单元的出水口与活性炭过滤装置20连通，所述活性炭过滤装置20的出水口与储水池21连通，储水池21能够在不同条件下与废水处理单元的进水口或注入系统的进水口连通。

在另一些实施方式中，废水处理单元的出水外观及有机物浓度检测结果满足排放要求时，可以将废水处理单元的出水口直接与储水池21连通。

所述废水处理单元包括依次连通的高级氧化装置16、中和反应装置17、混凝反应装置18及沉淀池，所述高级氧化装置16的进水口与抽提管道24连通，所述沉淀池的出水口与活性炭过滤装置20连通。

具体的，高级氧化装置16、中和反应装置17及混凝反应装置18、沉淀池、活性炭过滤装置20、储水池21之间分别通过pvc管材相连通，在另一些实施方式中，可以采用其他材质的管材将其连通；储水池21与外排管道连通。

所述沉淀池的下端与固液分离装置22连通，固液分离装置22将污泥中的的废水分离后将废水重新排入高级氧化装置16中。

具体的，沉淀池的污泥出口与污泥泵通过pvc管材连通，污泥泵的出口与姑爷分离装置通过pvc管材连通，所述固液分离装置22可以采用板框压滤机和空压机组成。污泥泵、空压机及板框压滤机依次连通。

化学药剂配置装置：所述化学药剂配置装置用于向注入井3中添加氧化药剂溶液，化学药剂配置装置配合储水池21向注入井3回流废水的过程，实现氧化药剂溶液与回流废水的融合，进而实现氧化药剂溶液在矿井空间10地下水中的扩散。

所述化学药剂配置装置能够向注入井3中添加具有氧化药剂的溶液；

进一步，所述化学药剂配置装置包括依次连通的化学药剂配置箱6、隔膜泵和引水管道，所述隔膜泵将化学药剂配置箱6中排出的药品与水混合后通过引水管道排入注入井3。

具体的，引水管道与储水池21连通，隔膜泵将储水池21中的部分水溶液泵入化学药剂配置箱6中，在化学药剂配置箱6中添加定量氧化药剂，形成混合溶液，然后从化学药剂配置箱6的出口排出，化学药剂配置箱6的出口与排水管道连通，排水管道伸入注入井3中。

监测系统：所述监测系统包括地下水位监测系统以及废水处理监测系统，所述地下水位监测系统的探头设置于修复井的下端，所述废水处理监测系统设置于废水处理系统8中以监测废水处理是否达标。所述废水处理监测水系统包括cod在线监测设备23。

具体的，所述的水位在线监测设备包括多个探头、无纸记录仪，探头与无纸记录仪连接，探头分别位于抽提井1、注入井3、监测井2地下水位以下，所述的cod在线监测设备23在废水处理系统8的储水池中，用于检测处理后废水情况，若达标，直接外排，若不达标，将储水池21废水抽提至高级氧化池内进行二次处理。

电控系统7：所述电控系统7接收监测系统的信息以控制抽提井1、废水处理系统8及注入系统的运行状态。

具体的，电控系统7与深水泵4、隔膜泵等电连接，电控系统7控制深水泵4及隔膜泵的启停。

原位循环注入系统：

原位循环注入系统由抽提设备、废水处理系统及化学药剂配置装置组成，抽提设备能够将地下水抽入废水处理系统中，然后经注入井回流，形成地下水的循环流动，在地下水循环流动的过程中，化学药剂配置装置能够通过注入井向水下打入化学氧化药剂溶液，使得氧化药剂均匀的在地下水中扩散。

一种去除矿井内地下水中有机污染的联合修复方法，包括以下步骤，

步骤1，设置止水帷幕5：在矿井空间10的待修复区域与相邻区域之间设置止水帷幕5，隔绝待修复区域与相邻区域之间的水源流通。

步骤2，补充调查：查明矿井详细的水文地质、巷道14采空区15走向分布和污染羽13分布。根据地下水污染区域信息，确定抽提井1、注入井3、监测井2的布设点位及修复范围。

步骤3，通过抽水试验，确定修复井之间的水力联系程度，指导后期药剂注入量、循环注入量等参数。

步骤4，抽提处理：通过抽提井1将污水抽提至地面，送入废水处理单元处理，废水经废水处理监测系统监测达标后排放，若不合格，返回废水处理单元进行重新处理，直至将地下水中污染物降低至一定浓度。

步骤5，原位氧化抽提循环：

在废水处理系统8中废水的污染物浓度降低至一定数值后，将氧化药剂打入注入井3水面以下，让氧化药剂与地下水中有机物反应。

启动抽提设备，将抽提井1下方地下水抽提至地面废水处理系统8处理，处理至一定程度后通过储水池21用泵回流至注入井3中，在污染羽13范围内形成水位差，带动氧化药剂的扩散，加大氧化药剂与更多污染物接触氧化。

通过地下水和氧化药剂循环注入，将巷道14底部污染物扰动后加速污染物和药剂反应，从而进一步对地下水中残留污染物修复治理。

步骤6，持续监测及验收：

修复过程中对地下水水位、污染物浓度、药剂残余等参数进行检测，及时调整参数和检验修复效果。

修复过程中对修复区域上游、下游等监测点位进行持续采样，监测修复过程中是否造成地下水中污染物的迁移扩散。

进一步，所述步骤3中布设点位的具体方式为：

如说明书附图3所示：当污染羽13只存在一条巷道14时，抽提井1位于巷道14中污染浓度最高的位置，注入井3分别位于巷道14的两端，监测井2位于抽提井1与注入井3之间；

如说明书附图4所示：当污染羽13存在巷道14与巷道14交叉处时，抽提井1位于两巷道14的交叉点，注入井3位于巷道14的两端，监测井2位于抽提井1与注入井3之间；

如说明书附图5所示：当污染羽13存在采空层内时，抽提井1位于采空区15中央，注入井3位于采空区15外围且注入井3环绕抽提井1布置，监测井2位于抽提井1与注入井3之间。

项目实施：

本项目为山东某修复场地，该场地为废弃煤矿，前期由于非法人员向竖井内倾倒有机废液，导致的环境污染事件。矿井下连通较多巷道和采空层，地下空间大，巷道层高约2米，顶板在75～85米之间。前期污染调查过程中共计检出有机污染物82种，污染物种类，地下水主要污染物为氯代烃类、亚硝胺类化合物等，需修复面积约为1万方，修复地下水量约3万方。修复后达到相应修复目标值。

实施步骤如下：

(1)初步查明污染物分布在在污染竖井周边100米范围内，进行了应急水泥阻隔帷幕施工。通过监测井的连续监测结果表明注浆帷幕有效的阻隔了污染物下周围地下水的扩散。

(2)开展物探调查：进行可控源音频大地电磁测深测量，更为详细探明项目区内地下150m深内的地层破碎情况、巷道分布、走向特征、裂隙发展情况等。

地质调查：矿井污染区域共布设并钻探约90眼井，钻井深度90～120米，查明了项目区内的水文地质特征、环境地质特征，确定工作区(采空区)的埋深、分布、厚度等情况。

污染调查：通过采集各个钻探井地下水样品进行检测，详细掌握了污染区域内污染物的分布、污染程度，确定污染物聚集区，污染羽扩散方向等。

(3)根据污染羽分布进行分区，分别进行修复井(抽提井、监测井、注入井)布设，布设区域i为例：以污染源(污染竖井)为中心，事故井为抽提井(口径550mm)，抽提井周边约10m范围内设置6口监测井(口径219mm/180mm)在抽提井周边约30m范围内设置8口注入井(口径219mm/180mm)。

(4)向抽提井下泵至离井底1～2米处，分批次抽提高浓度废水送入废水处理系统进行处理，每个井抽提流量5～40m3/h不等。

(5)废水处理量20-40m³/h，废水处理药剂为硫酸、硫酸亚铁、双氧水、pam、pac，达标后直接通过管道外排至(纳污管网)污水处理厂。

(6)重复(4)、(5)操作，直至继续抽提处理过程中地下水污染物浓度下降缓慢并稳定下来时，停止抽提处理。

(7)将配置好的化学药剂通过泵注入各个注入井中，与地下水中污染物反应，化学药剂主要为双氧水及过硫酸盐。

(8)开启抽提循环注入系统，抽提地下水进入废水处理系统进行处理，处理至一定程度后回流至注入井。

(9)重复(7)(8)操作，持续监测地下水中污染物浓度，直至修复达标。

(10)进行下一污染区域修复，重复(7)～(8)操作，直至修复达标。

(11)修复过程中在工作区域上游下游布设5口监测井，监测修复过程中是否造成地下水中污染物的迁移扩散。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。