针对浅层有机污染场地的水平井注射修复方法和装置与流程

1.本发明涉及一种针对浅层(深度小于6m)的有机(尤其是svocs)污染土壤及地下水的修复方法，属于土壤和地下水修复领域。


背景技术：

2.在一些周边分布有密集居民区的污染场地，若大面积开挖会产生较大的二次污染，影响周边居民的正常生活，容易引起投诉及社会维稳问题。此外，若污染区域周边紧邻重要建筑物或运营中的生产车间，也不便进行大面积开挖。
3.原位注射化学氧化由于适用范围广、操作简便、价格经济、修复周期短等优点而广泛应用于有机污染场地治理中。目前，原位注射化学氧化一般采用竖直井注射，但竖直井建设会贯穿不均匀的地质地层，注射过程中会形成注射优先通道，导致药剂扩散短流，无法与污染区域有效的接触，修复效果不佳，需要注射更多的药剂进行补充，造成药剂浪费。此外，竖直井注射的影响半径较小，场地上建设的注射井密度非常大，管材等用量很大。
4.目前氧化药剂通常采用碱活化的过硫酸盐，该类药剂氧化效果好，但是容易造成土壤碱性偏高，改变土壤理化性质，影响土壤的后续利用。


技术实现要素：

5.为了解决以上问题，克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种操作简单、实用性强的污染场地水平井原位修复方法，尤其针对污染深度较浅的、不便于大面积开挖的有机污染场地的修复。
6.本发明提出了一种水平井原位注射修复工艺。通过在污染区域开挖沟槽，并安装特定结构材料的水平井，注射修复药剂修复污染区域。
7.注射药剂采用双活化氧化体系，即双氧水活化过硫酸酸、碱活化过硫酸钠轮流交替注射，提高氧化效果，降低碱性药剂用量，改善土壤理化性质。
8.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.本发明所述的修复方法和装置是通过铺设的水平井向目标污染区域注入氧化药剂，污染物与氧化剂发生反应转成毒性更小的或无毒的产物(如二氧化碳、水)，从而修复污染区域。
10.具体的为沿着污染区域的长度方向开挖沟槽，在沟槽内安装水平井。挖掘长度为污染区域的水平长度，挖掘宽度大于水平井直径。挖掘深度根据场地污染深度、水文地质等条件进行设计，分一层沟槽或者两层沟槽开挖。污染深度小于 3m或污染区域土质单一时，开挖单层沟槽；污染深度大于3m小于6m或污染区域土质有分层时，开挖两层沟槽。若污染区域的宽度较宽，则可沿宽度方向设置两排水平井。
11.水平井是一种特殊的预制井，由内到外依次为pvc筛管、pvc滤网、不锈钢筛网、不锈钢绕丝筛管。pvc管开筛部分采用圆形筛孔，规格为6
×
8mm，筛孔间距为15cm。
12.待沟槽挖掘完成后，清理沟槽内建筑垃圾、树枝等杂物。然后在沟槽内放置预制水
平井。水平井在沟槽内以30m为一个安装单元，每个单元端部及中间15m 位置处与无筛孔竖直管相连，竖直管作为药剂注入口。其中端部采用直角二通将水平井与竖直管连接，中间部位采用三通将水平井与竖直井连接。竖直管材质为 pvc，安装高度高出地面0.3m。
13.待各个单元的水平井及竖直管安装完成后，进行检测试验。通过注入清水检查水平井及竖直井的连接部位是否密封。检查合格后，将挖掘出的污染土壤回填至原位。由于沟槽为细长型的，开挖及回填的方量均很少，因此对周边及现场环境影响均较小。
14.土壤回填完成后，将药剂注射系统与竖直管接口连接，连接管路上设置压力表及流量计，并设置阀门调节器用于调节压力或流量。药剂注射系统主要包括药剂配制罐(配套搅拌装置)、注射泵及连接管路。
15.水平修复系统建设完成后，根据污染物种类及浓度进行修复药剂的选择及配制。
16.启动药剂注射泵，将配制好的药剂注入污染区域，同时监测注入井压力，控制注入井压力(通常在1mpa以内)，达到注入量后停止注入。首先注射过氧化氢溶液及过硫酸钠溶液的混合溶液，其中过硫酸钠溶液浓度为25％，过氧化氢溶液浓度为20％。反应一定时间后，注射氢氧化钠溶液及过硫酸钠溶液的混合溶液，氢氧化钠溶液浓度为30％，过硫酸钠溶液浓度为25％。两种混合液交替注射，整个过程中，过硫酸钠、过氧化氢与氢氧化钠的质量比为14:1:3.5，形成双活化氧化体系。
17.在反应过程中，首先h2o2的分解及s2o
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‑
裂解互相激发促进，生成强氧化自由基
·
so4‑
(电位2.6v)及
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oh(电位2.8v)。待反应一定时间后，加入氢氧化钠及过硫酸钠的混合溶液，碱性环境促进s2o
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生成的
·
so4‑
自由基(电位2.6v) 转成氧化性更强的
·
oh自由基(电位2.8v)。该双活化氧化体系可延长反应时间，增强氧化剂的稳定性，在提高氧化效果的同时，降低碱性药剂用量(至少降低了一半用量)，改善土壤的理化性质。
18.在设置两层水平井的情况下，两层可同时注射药剂，也可在第一层注射完成后注射第二层。
19.有益效果：(1)水平井原位注射过程中，减少由于地层的差异性导致的注射短流，加之地下水流动加速药剂扩散，使修复药剂能充分地与污染区域接触，提高反应过程的氧化效率，减少药剂浪费；(2)通过交替注射过硫酸钠与双氧水混合溶液、过硫酸钠与氢氧化钠混合溶液，形成双活化氧化体系，提高氧化效果，改善土壤理化性质；(3)场地上竖直管的布置间距为15m，远远小于竖直井的影响半径2～3m，降低了地面上井的布置密度，现场操作更加简便，易于控制，同时减少管材浪费。
附图说明
20.图1为本发明装置结构示意图；图中：1、pvc筛管；2、pvc滤网；3、不锈钢筛网；4、不锈钢绕丝筛管；5、筛孔；6、直角二通；7、三通；10、pvc竖直管；11、注射泵；12、药剂配制罐；13、注射管线；14、阀门调节器；15、压力表；16、流量计。
21.图2为本发明装置俯视图；图中：1、pvc筛管；2、pvc滤网；3、不锈钢筛网；4、不锈钢绕丝筛管；5、筛孔；6、直角二通；7、三通；8、沟槽边界；9、污染土壤及地下水。
22.图3为水平井剖面结构示意图；图中：1、pvc筛管；2、pvc滤网；3、不锈钢筛网；4、不锈钢绕丝筛管；5、筛孔。
23.图4为水平井截面结构示意图；图中：1、pvc筛管；2、pvc滤网；3、不锈钢筛网；4、不
锈钢绕丝筛管。
24.图5为实施例1中污染区域的形状示意图。
具体实施方式
25.下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。
26.本发明提供的污染土壤及地下水的修复方法包括如下步骤：
27.1、根据污染范围定位放线污染边界。根据污染区域形状，确定开挖沟槽的具体位置及规格。
28.2、清理场地，并对现场平面进行布置。根据现场沟槽定位，确定药剂配置混合区、注射泵送设备区、材料加工区的位置。
29.3、在污染区域的水平方向开挖沟槽，清理沟槽内树枝、建筑垃圾等杂物。挖掘长度为污染区域的水平长度，挖掘宽度大于水平井直径。根据污染深度、水文地质条件确定开挖一层或者两层沟槽。
30.4、预制水平井。井的结构由内到外依次为：开圆形筛孔的pvc筛管(筛孔规格为6
×
8mm，筛孔间距为15cm)、pvc滤网、不锈钢筛网、不锈钢绕丝筛管。每组水平井的长度为15m。
31.5、两组水平井通过三通连接组成一个注射单元，即每个注射单元的长度为 30m。注射单元的两端安装直角两通，与竖直管连接；注射单元中间部位通过三通与竖直管连接。竖直管材质为pvc材质，无筛孔，其安装高度高出地面0.3m。竖直管作为与药剂注射系统连接的接口。
32.6、根据开挖的沟槽的长度(l)，确定水平注射单元的数量(n＝l/30)。待各个单元的水平井及竖直管安装完成后，进行检测试验。通过注入清水检查水平井及竖直井的连接部位是否密封。检查合格后，将挖掘出的污染土壤回填至原位。由于沟槽为细长型的，开挖及回填的方量均很少，对周边及现场环境影响均较小。
33.7、配制20％的过氧化氢溶液、30％的氢氧化钠溶液及25％的过硫酸钠溶液。药剂配制罐内配套搅拌装置，确保溶液配制均匀。根据每批次使用的药剂量进行配制，尽量做到现配现用，确保药剂的有效性。
34.8、安装药剂注射系统，包括药剂配制罐、注射泵、注射管路、监测仪器(压力表、流量计)以及阀门调节器。将注射系统安装至竖直管接口处。
35.9、正式注射药剂前，对注射系统进行安装、调试，并用清水洗井，去除管内泥沙等杂质。此外，系统调试时，调节、观察并记录注射压力、注射流量，确定最优的注射压力及注射流量。
36.10、确定注射参数后，启动注射泵，同时向(同一层深度沟槽的)各注射口注射药剂。首先注射过氧化氢溶液与过硫酸钠溶液的混合溶液；1～2天后，注射氢氧化钠溶液与过硫酸钠溶液的混合溶液。两种混合液交替注射，整个过程中，过硫酸钠、过氧化氢与氢氧化钠的质量比为14:1:3.5，形成过双活化氧化体系。
37.注射过程中，观察注射情况，记录注射压力、流量及药剂量，并通过调节器调整注射压力、注射流量。
38.当有两层水平井时，待一层注射完成后，将药剂注射系统从接口上断开，并对水平修复井及竖直管进行保护。清洗机械器具，进行下一层水平井的药剂注射，也可两层水平井
同时注射。
39.11、在注射到一定阶段后，对污染区域内土壤/地下进行采样检测，检测指标为目标污染物及常规指标，根据注射结果了解注射效果。
40.实施例1
41.某污染场地有机污染区域形状如下：长度最长为242m，宽度最宽为24m(如图5所示)。场地修复面积约4676m2，土壤污染物为苯并(a)蒽、硝基苯，最大浓度分别为49.2mg/kg、224.5mg/kg，污染深度0
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4m，修复目标值分别为 5.5mg/kg、34mg/kg；地下水污染物为石油烃，最大污染浓度分布为3.2mg/l，修复目标分别为0.6mg/l，污染深度至5.5m，水位埋深1.7m。场地土质第一层为杂填土层，厚度0.8～2m，第二层粉质粘土层，厚度3～4.5m，第三层为黏土层，钻孔未钻穿。
42.采用本发明工艺进行修复。
43.(1)根据污染区域形状，沟槽位置位于水平方向上，开挖长度为242m、宽度0.3m。开挖深度分为两层，第一层深度0.5m，第二层深度2.5m。两层沟槽水平距离1m。
44.(2)制作水平井。将带有圆形筛孔、直径为100mm的pvc筛管，每15m 组装为一根，外面包裹一层pvc滤网、不锈钢筛网，最外层为不锈钢绕丝筛管。每组水平井的长度为15m，每2根水平井组成一个注射单元，即每个注射单元的长度为30m。
45.(3)每层沟槽开挖长度为242m，因此在每层沟槽内需安装建设8个注射单元。射单元的两端及中间通过两通或者三通与竖直管连接。竖直管高出地面0.3m，与第一层水平井连接的竖直管的长度为0.8m，与第二层水平井连接的竖直管的长度为2.8m。竖直管用于与药剂注射系统的连接。
46.(4)将各个单元的水平井及竖直管安装完成后，进行检测试验，确保水平井与竖直井的连接处密封完好。然后，将挖掘出的污染土壤回填至原位。
47.(5)对采购的过氧化氢溶液进行稀释至20％，对氢氧化钠、过硫酸钠分别进行溶解配制成溶液，氢氧化钠溶液的浓度为30％，过硫酸钠溶液的浓度为25％。药剂配置过程中使用搅拌装置对溶液进行搅拌，确保溶解均匀。溶液在每批次注射前进行配置，防止放置时间过长导致溶液变质。
48.(6)正式注射药剂前，对注射系统进行安装、调试，并用清水洗井，去除管内泥沙等杂质。
49.(7)启动注射泵，同时向第一层水平井的各注射口注射药剂。首先注射过氧化氢溶液与过硫酸钠溶液的混合溶液，h2o2的分解及s2o
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裂解互相激发促进，生成强氧化自由基
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(电位2.6v)及
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oh(电位2.8v)。注射一定时间后，注射氢氧化钠溶液与过硫酸钠溶液的混合溶液，碱性环境促进s2o
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生成的
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so4‑
自由基(电位2.6v)转成氧化性更强的
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oh自由基(电位2.8v)。两种混合液交替注射。整个过程中，过硫酸钠、过氧化氢与氢氧化钠的质量比为14:1:3.5。
50.根据注射的情况调节注射压力、注射流量。注射压力为0.5～1mpa，注射流量为15～20l/min。
51.待一层水平井注射完成后，将药剂注射系统从接口上断开，并对注射接口保护。清洗机械器具，进行第二层水平井的药剂注射，也可两层水平井同时注射。
52.药剂注射过程中，注射土质较均一，可减少短流，加之地下水流动加速药剂扩散，
使药剂与污染区域充分接触，减少药剂浪费。同时场地上竖直井的布置间距为15m，远远小于竖直井的影响半径2～3m，降低了地面上井的布置密度，现场操作更加简便，易于控制，同时减少管材浪费。
53.(8)在修复一个月后，对污染区域内土壤/地下进行采样检测，土壤中苯并 (a)蒽浓度、硝基苯的浓度最大为4.5mg/kg、28.6mg/kg，地下水石油烃最大污染浓度分布为0.42mg/l，均达到修复目标。与垂直井注射修复技术相比，修复药剂量减少了20～30％。土壤ph由7.5变为8.7，远低于碱活化过硫酸盐修复后的土壤ph(11～12)。