污染场地原位修复的地下水循环井装置与修复方法

1.本发明属于地下水与土壤修复技术领域，具体涉及一种污染场地原位修复的地下水循环井装置与修复方法。


背景技术：

2.目前，由人类活动如城市垃圾填埋、农业化学品使用、工业生产等所造成的土壤与地下水污染问题不容乐观。土壤与地下水中主要污染物按种类一般分为无机污染物、有机污染物等，且大多数污染区域均在一定程度上表现出多种污染物的复合污染。
3.现有的污染土壤与地下水的修复技术按照处理位置一般可分为原位修复和异位修复。原位修复凭借其对污染区域扰动不大、工程量较小、经济效益较好等优势得到较为广泛的应用。但是针对污染土与污染地下水的原位修复通常是将两者分别作为研究主体，对二者的修复是分开进行的。
4.地下水循环井作为一种可以综合利用化学、物理、生物等过程来实现对地下水的原位修复技术，其具有与其他修复技术相结合的潜力。其通常与曝气法联合使用，通过在循环井周围区域形成三维循环流场，循环流冲刷并带动污染物进入井内，通过曝气吹脱和抽提来去除掉易挥发或者气相有机物，同时曝气过程可以提高地下水中的含氧量，强化土著微生物对有机污染物的降解作用，从而实现对地下水和土体中有机污染物的去除。
5.但目前地下水循环井技术与曝气法联合使用过程中也存在一些问题，如针对包气带中土壤与水体污染物去除效率不高、主要针对水体中有机污染但对土壤中存在的重金属污染无法有效处理、其循环流场区域不大或无法有效循环、气泡在水中停留时间不长等问题仍然存在。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种污染场地原位修复的地下水循环井装置与修复方法，能够对土壤和地下水进行修复且修复效果好。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种污染场地原位修复的地下水循环井装置，包括位于地面的废气处理装置、臭氧发生器、皂素溶液储存箱以及位于位于地面以下的循环井，所述循环井从上到下具有交错设置的透水层和封闭层；所述废气处理装置、所述臭氧发生器以及所述皂素溶液储存箱连通至所述封闭层；
9.所述封闭层配置有地下水抽入管以及气泡水抽出管道，所述地下水抽入管用于将地下水输入所述封闭层内，所述气泡水抽出管道用于将所述封闭层内的液体输出至地下水中；
10.地面与地下水的水位线之间形成包气带；
11.所述循环井安装有微纳米气泡水输出管道，所述微纳米气泡水输出管道安装有微纳米气泡水抽注泵且通过连接的微纳米气泡水抽提管道伸入所述封闭层；所述微纳米气泡
水输出管道用于将所述封闭层的液体输送至所述包气带区域。
12.优选地，所述微纳米气泡水输出管道安装在所述透水层上且两端穿过所述透水层的侧壁伸出至所述包气带区域。
13.优选地，所述臭氧发生器上连接有臭氧运输管道，所述臭氧运输管道形成有至少两个分支管道且所述臭氧运输管道的各个分支管道分别伸入各个所述封闭层。
14.优选地，所述臭氧运输管道的各个分支管道的出口端分别安装有曝气头。
15.优选地，所述曝气头能够产生直径在200nm以下的微纳米气泡。
16.优选地，所述污染场地原位修复的地下水循环井装置还包括地下水处理装置，所述地下水处理装置是重金属污染物处理装置。
17.优选地，所述污染场地原位修复的地下水循环井装置还包括双用运输管道，所述双用运输管道包括主管道，所述双用运输管道的主管道的一端形成地面的两个分支管道，所述双用运输管道的主管道的另一端形成地下的至少两个分支管道；所述双用运输管道的一个地面的分支管道上安装有管道阀和所述皂素溶液储存箱，另一个地面的分支管道上安装有所述地下水处理装置；所述双用运输管道的地下的分支管道向下伸入所述封闭层。
18.优选地，所述双用运输管道的主管道上可拆卸安装有抽注泵，所述抽注泵方向可调。
19.一种污染场地原位修复的地下水修复方法，包括上述的污染场地原位修复的地下水循环井装置以及步骤：
20.将地下水通过所述地下水抽入管抽入所述封闭层内；
21.将所述臭氧发生器和所述皂素溶液储存箱的臭氧以及皂素溶液输送至所述封闭层内；
22.将所述封闭层内的液体通过所述气泡水抽出管道输出至地下水中；
23.打开所述微纳米气泡水抽注泵，通过所述微纳米气泡水输出管道将所述封闭层内的液体输送至所述包气带区域。
24.优选地，将所述封闭层内的液体抽至地下水处理装置中进行重金属污染物处理，然后将处理后的水重新输送至所述封闭层内。
25.本发明的污染场地原位修复的地下水循环井装置与修复方法的有益效果在于：通过设置微纳米气泡水输出管道，用于将封闭层的液体输送至包气带区域，从而还能够对包气带区域的土壤和污水进行修复，修复区域更加全面，修复效果好。
附图说明
26.图1是本发明实施例污染场地原位修复的地下水循环井装置的结构示意图。
27.图中部件名称和标号如下：
28.废气处理装置(1)；臭氧发生器(2)；空气泵(3)；臭氧运输管道(4)；废气抽提泵(5)；废气抽提管道(6)；双用运输管道(7)；抽注泵(8)；管道阀(9)；皂素溶液储存箱(10)；地下水处理装置(11)；微纳米气泡水抽注泵(12)；第一透水层(13a)；第二透水层(13b)；第三透水层(13c)；封隔器(14)；地下水抽提泵(15)；气泡水抽出泵(16)；水位感应器(17)；曝气头(18)；第一封闭层(19)；第二封闭层(20)；微纳米气泡水输出管道(21)；地下水抽入管(22)；上短管道(22a)；气泡水抽出管道(23)；下短管道(23a)；微纳米气泡水抽提管道(24)；
不透水水泥壁(25)；水位线(100)；包气带(200)。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
30.如图1所示，本实施例公开了一种污染场地原位修复的地下水循环井装置。该污染场地原位修复的地下水循环井装置包括地面部分和地面以下部分。地面与地下水的水位线100之间形成包气带200。
31.地面部分包括废气处理装置1、臭氧发生器2、空气泵3、臭氧运输管道4、废气抽提泵5、废气抽提管道6、双用运输管道7、抽注泵8、管道阀9、皂素溶液储存箱10以及地下水处理装置11。
32.地面以下部分设置有循环井。循环井包括微纳米气泡水抽注泵12、微纳米气泡水抽提管道24、微纳米气泡水输出管道21、地下水抽入管22、地下水抽提泵15、气泡水抽出管道23、气泡水抽出泵16、水位感应器17。
33.该循环井从上到下具有透水层和封闭层。本实施例以三个透水层和两个封闭层来说明本实施例的污染场地原位修复的地下水循环井装置。在其它的实施例中，透水层和封闭层的数量以及布置方式可以根据需要进行设定。
34.如图1所示，本实施例的封闭层分为第一封闭层19和第二封闭层20。透水层分别是第一透水层13a、第二透水层13b、第三透水层13c。循环井从上到下依次是第一透水层13a、第一封闭层19、第二透水层13b、第二封闭层20、第三透水层13c。第一透水层13a自地面向下延伸，经过包气带200延伸至水位线100以下。第一封闭层19、第二透水层13b、第二封闭层20、第三透水层13c均位于水位线100以下。
35.本实施例的第一透水层13a、第二透水层13b、第三透水层13c的侧壁为石英砂材质。本实施例设置第一透水层13a、第二透水层13b、第三透水层13c能够使得地下水在循环井的作用下更好地循环流动，以提高修复效果。
36.第一封闭层19和第二封闭层20的侧壁分别为不透水水泥壁25。第一封闭层19和第二封闭层20的上下分别设置封隔器14。具体地，第一封闭层19是由上下两个封隔器14和不透水水泥壁25围成的封闭腔体。第二封闭层20是由上下两个封隔器14和不透水水泥壁25围成的封闭腔体。第一封闭层19和第二封闭层20分别能够隔断水，以为循环修复过程的控制提供基础。
37.本实施例的废气处理装置1上连接有废气抽提管道6。具体地，该废气抽提管道6包括主管道，废气抽提管道6的主管道的一端与废气处理装置1连接，废气抽提管道6的主管道的另一端形成有两个分支管道。废气抽提泵5安装在废气抽提管道6的主管道上。废气抽提管道6的一个分支管道向下伸入第一封闭层19，废气抽提管道6的另一个分支管道向下伸入第二封闭层20。
38.本实施例的臭氧发生器2上连接有臭氧运输管道4。具体地，臭氧运输管道4包括主管道，臭氧运输管道4的主管道的一端与臭氧发生器2连接，且臭氧运输管道4的主管道上安装有空气泵3。臭氧运输管道4的主管道的另一端形成有两个分支管道。臭氧运输管道4的一
个分支管道向下伸入第一封闭层19且该分支管道末端安装有曝气头18。臭氧运输管道4的另一个分支管道向下伸入第二封闭层20且该分支管道末端安装有曝气头18。
39.本实施例的双用运输管道7包括主管道，双用运输管道7的主管道的一端形成地面的两个分支管道，双用运输管道7的主管道的另一端形成地下的两个分支管道。
40.双用运输管道7的一个地面的分支管道上安装有管道阀9和皂素溶液储存箱10，另一个地面的分支管道上安装有地下水处理装置11。本实施例的抽注泵8的方向可调，且抽注泵8可拆卸安装于双用运输管道7上。具体地，抽注泵8可拆卸安装于双用运输管道7的主管道上。
41.双用运输管道7的一个地下的分支管道向下伸入第一封闭层19，双用运输管道7的另一个地下的分支管道向下伸入第二封闭层20。
42.本实施例的地下水处理装置11是重金属等污染物处理装置，能够处理重金属以及其它的污染物。
43.本实施例的第一透水层13a上安装有水平的微纳米气泡水输出管道21。微纳米气泡水输出管道21位于地面以下且位于水位线100以上。微纳米气泡水输出管道21的两端伸出第一透水层13a的侧壁，以进入包气带200。微纳米气泡水输出管道21的中部安装有微纳米气泡水抽注泵12。微纳米气泡水抽注泵12为潜水泵。微纳米气泡水输出管道21的中部还连接有微纳米气泡水抽提管道24。微纳米气泡水抽提管道24自微纳米气泡水输出管道21向下延伸至封闭层。本实施例的封闭层为第一封闭层19。在其它的实施例中，微纳米气泡水抽提管道24还可以向下延伸至其它的封闭层。
44.现有对包气带200部分的土壤没有进行修复处理，处理区域不全面。本实施例还能够对包气带200部分的土壤进行修复处理，污染处理区域更加全面。
45.水位线100以下的第一透水层13a的侧壁上安装有水平的地下水抽入管22。地下水抽入管22的两端分别伸出第一透水层13a的侧壁，以进入地下水。地下水抽入管22中部安装有地下水抽提泵15和上短管道22a，该上短管道22a自地下水抽入管22向下延伸至第一封闭层19的顶部内腔。上短管道22a安装有水位感应器17，用于检测第一封闭层19内腔的水是否处于高水位。
46.第二透水层13b的侧壁安装有水平的气泡水抽出管道23。气泡水抽出管道23的两端分别伸出第一透水层13a的侧壁，以进入地下水。气泡水抽出管道23的中部安装有气泡水抽出泵16和下短管道23a。下短管道23a自气泡水抽出管道23向上延伸至第一封闭层19的底部内腔。下短管道23a安装有水位感应器17，用于检测第一封闭层19内腔的水是否处于低水位。
47.同理，第二封闭层20也配置有地下水抽入管22、地下水抽提泵15、气泡水抽出管道23、气泡水抽出泵16、水位感应器17。第二封闭层20配置的地下水抽入管22安装在第二透水层13b的底部。第二封闭层20配置的气泡水抽出管道23位于第三透水层13c。
48.本实施例的污染场地原位修复的地下水修复方法基于上述的污染场地原位修复的地下水循环井装置。方法如下：
49.将地下水通过地下水抽入管22抽入封闭层内；
50.将臭氧发生器2和皂素溶液储存箱10的臭氧以及皂素溶液输送至封闭层内；
51.将封闭层内的液体通过气泡水抽出管道23输出至地下水中；
52.打开微纳米气泡水抽注泵12，通过微纳米气泡水输出管道21将封闭层内的液体输送至包气带200区域。
53.将封闭层内的液体抽至地下水处理装置11中进行重金属污染物处理，然后将处理后的水重新输送至封闭层内。
54.具体方法为：
55.步骤一：地下水抽提泵15开始工作，将地下水通过地下水抽入管22和上短管道22a抽入第一封闭层19和第二封闭层20。当水位感应器17感应到水位快达到预设的高度时，也就是快达到封闭层的容量时，地下水抽提泵15停止工作。
56.步骤二：管道阀9打开，抽注泵8、臭氧发生器2和空气泵3开始运行。将臭氧和高浓度的皂素溶液输送至第一封闭层19和第二封闭层20。曝气头18开始工作，对第一封闭层19和第二封闭层20的地下水进行持续曝气，产生粒径在200nm以下的微纳米气泡，同时废气抽提泵5开始工作，抽出曝气过程中产生的废气，抽至废气处理装置1中进行处理，一段时间后，停止向第一封闭层19和第二封闭层20中输入臭氧和高浓度的皂素溶液。
57.步骤三：打开微纳米气泡水抽注泵12，通过微纳米气泡水输出管道21将封闭层内的液体输送至包气带200区域。打开气泡水抽出泵16，将第一封闭层19和第二封闭层20的液体输送至地下水中。当水位感应器17检测到第一封闭层19和第二封闭层20的液体水位快到底部时，微纳米气泡水抽注泵12以及气泡水抽出泵16均停止工作。至此，一个循环结束。
58.重复步骤一到步骤三进行下一次的循环。
59.当地下水的循环工作结束后，需要对土壤洗出的重金属等污染物进行处理。需要将地下水抽至地下水处理装置11中。具体地，将抽注泵8反装，将管道阀9关闭，运行抽注泵8，打开地下水抽提泵15，持续将地下水抽至地下水处理装置11。处理后，将处理后的液体重新输送至循环井。
60.本实施例通过微纳米气泡水输出管道21将封闭层内的液体输送至包气带200区域。该液体为含有皂素及臭氧这两种成分的微纳米气泡水，能够对包气带200区域的土壤与地下水进行修复。在多次的循环过程中，能够对包气带200区域的土壤与地下水进行充分修复。
61.本实施例可以根据需要设定皂素溶液储存箱10中的皂素溶液的浓度。可适当配置较高浓度、较小体积的皂素溶液，主要是由于皂素溶液注入地下水后会自动稀释。皂素溶液是生物友好型表面活性剂，实现对无机污染物、有机污染物的去除效果。本实施例所使用的皂素溶液的浓度为125mg/l。
62.本实施例将地下水循环井技术、曝气技术、原位淋洗技术三者联合使用，对地下水与土壤均存在污染的场地进行原位修复。仅需通过单井即可实现较好的修复功能，节省成本。
63.本实施例的循环水流动通畅，还能提高微纳米气泡在污染区域停留时间，增强对污染物去除效果。
64.本实施例对包气带200污染土壤通过循环井实现循环淋洗，提升淋洗液渗流速度，并不必再建造单独的抽提井。
65.本实施例通过多层位的曝气头18能够扩大地下水循环井的循环流场区域，从而实现扩大地下水与地下水位以下土壤污染区域的修复范围，并能在提升地下水中强氧化物质
含量，提升污染物去除效果。通过引入生物友好型表面活性剂皂素，直接将对地下水位以下污染土所进行的原位淋洗流程嵌套进地下水循环井，不但可以减少用水量、皂素使用量、对环境污染程度，彻底将与原位淋洗工艺直接关联的抽提井舍弃，更能够同步实现对土壤与地下水的同步修复，也可以提升淋洗剂在土壤中总停留时间，提升淋洗效果。除此之外，通过加入臭氧气源，并产生粒径在200nm以下的微纳米气泡，更能增加强氧化物质在地下水中停留时间，从而提升对地下水和土壤中有机污染物的去除率。
66.本实施例曝气头18对不同层位地下水直接曝气，节约用水量、减少传输距离，并其能产生直径小于200nm的微纳米气泡，使得含有强氧化剂的小气泡能够在地下水中存在更长时间，从而对污染物能有更好的去除效果。
67.本实施例曝气头18能够在单位时间内产生更多的微纳米气泡，从而提高整个地下水区域中强化剂在单位时间单位体积中的含量。
68.本实施例通过多个独立地封闭层，通过多层位地抽入、泵出，能为地下水循环流场区域提供更强的循环动力，构建更通畅的地下水循环流场。
69.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。