一种土壤和地下水修复系统和方法与流程

本发明涉及地下水修复，具体涉及一种土壤和地下水修复系统和方法。

背景技术：

1、土壤地下水连续动态修复技术为土壤地下水修复技术，目前国内相关的应用案例较少。国内的土壤地下水修复设备整体设备系统落后、自动化程度低，需要现场技术人员手动操作。现有工艺在安全性、可靠性上存在较大的漏洞、设备“跑冒滴漏”现象严重，不具备现场自动检测、自动运行的技术手段。现阶段能够集合动态监测、修复处理、多介质高压注入等多项工艺的成套化自动化设备较少。

2、目前常用的土壤及地下水修复方式为异位修复和原位修复，其中异位修复主要为污染土壤取出及污染地下水抽出修复；原位修复方法包括为微生物修复、地下水曝气修复、化学氧化还原修复、抽提修复、热处理修复等。现阶段的修复工艺设备仅能满足其中一种的修复方式，工艺可调性差，无法做到高效且低成本的修复方法调整。

3、现阶段国内的地下水土壤原位修复药剂主要依靠垂直注入井工艺，该工艺的修复药剂在污染土壤及污染地下水中的扩散的效果不稳定，受水文地质条件的影响大，且药剂若未及时扩散则易于土壤缝隙中固结。

4、传统注入修复方案采用竖井形式，其缺点为：1.需要布设大量的竖井，投资大，环境破坏严重；2.药剂扩散效果无法掌控，被动的依靠土壤内的缓慢水力梯度扩散，造成工艺的不确定性较大；3.由于介质扩散严重依赖污染土层的水文地质条件，造成项目修复周期长、修复效果不稳定；4.由于土壤成分复杂，土壤会发生诸多不可控的变化导致水文地质条件发生变化，此时原修复方案进入修复极限无法再发挥作用，该情况下传统工艺调整更换难度大、成本高；5.传统修复工艺需单独布设大量监测井，监测工作频次较低、成本高，参照hj25.6-2019地下水修复的检测以每月人工采样送实验室检测的方式，该方式费时费力，且低频次的采样检测无法达到动态监实时掌握地下水水质及水力梯度的变化趋势。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种土壤和地下水修复系统和方法，实现土壤地下水原位药剂注入修复、曝气修复等多方法切换，且能够动态感知地下水水质。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种土壤和地下水修复系统，包括修复介质输送装置、修复介质注入装置和地下水抽提动态感知装置；

3、所述的修复介质输送装置包括药剂输送单元和压缩空气输送单元；

4、所述的修复介质注入装置包括承压软管、多孔顶管和推进注入器，承压软管一端连接药剂输送单元和压缩空气输送单元，另一端连接推进注入器，多孔顶管顶入待修复的污染地下土层区域，推进注入器设置在多孔顶管内；

5、所述的地下水抽提动态感知装置包括地下水抽提井、用于感知地下水液位高度的干接点液位计和用于监测地下水指标的集成在线检测控制柜，地下水抽提井设置在待修复的污染地下土层区域，井内设置干接点液位计，井外设置集成在线检测控制柜。

6、优选地，所述的药剂输送单元包括清水桶、药剂桶、药剂暂存箱、低压泵、高压泵和电磁流量计；

7、所述的药剂暂存箱的输入端连接清水桶和药剂桶，输出端依次通过低压泵、电磁流量计和高压泵后连接修复介质注入装置。

8、进一步优选地，所述的药剂暂存箱的输出端依次通过低压泵、电磁流量计、板式热交换器、保安过滤器、高压泵及电动阀后连接修复介质注入装置。

9、进一步优选地，所述的药剂输送单元还包括回用水桶和药剂输送泵，回用水桶、清水桶、药剂桶经过药剂输送泵连接药剂暂存箱的输入端，回用水桶连接地下水抽提井或地下水处理装置。

10、优选地，所述的地下水处理装置包括依次设置的地下水缓存池、反应槽、斜板沉淀槽、气浮槽和清水缓存池，地下水缓存池连接地下水抽提井，清水缓存池连接回用水桶。

11、更进一步优选地，所述的药剂输送泵为药剂输送计量泵。

12、优选地，所述的压缩空气输送单元包括空压机、压缩空气缸和电动阀，空压机将空气压缩后经压缩空气缸、电动阀后连接修复介质注入装置。

13、优选地，所述的修复介质输送装置还包括控制单元，控制单元采用plc模块控制药剂输送单元和压缩空气输送单元。

14、优选地，所述的修复介质注入装置还包括自动软管绞盘和软管保护弯头；

15、在推进注入器向前推进过程中，自动软管绞盘配合其推进动作进行承压软管释放，在结束注入后，自动软管绞盘将软管收回，并带动推进注入器回归原始位置；

16、所述的软管保护弯头设置在修复药剂注入工作井与待修复的污染地下土层区域交界处，承压软管穿过软管保护弯头伸入多孔顶管。

17、进一步优选地，所述的修复药剂注入工作井竖向开设在地面上，深入污染地下土层区域。

18、优选地，所述的推进注入器为反作用力自旋推进注入器。

19、更进一步优选地，所述的推进注入器包括整体支座和设置在整体支座上的多连杆支撑部件、动力推进部件和反作用力自旋注入部件。

20、本发明用反作用力自推进注入头，前端喷头通过反作用力360°旋转注入压缩空气或药剂，相比传统注射井工艺，本方法注入压力集中，不会产生压力衰减。

21、优选地，所述的地下水抽提动态感知装置还包括潜水泵、地下水抽取平台、电动葫芦和盘片式过滤器；

22、所述的地下水抽取平台设置在地下水抽提井上方，平台上方支架安装电动葫芦，电动葫芦吊装控制潜水泵高度至修复方案要求高度位置，地下水通过潜水泵输送至盘片式过滤器，过滤后的地下水进入集成在线检测控制柜。

23、优选地，所述的集成在线检测控制柜内设置ph在线监测探头、电导率在线监测探头、氧化还原电位在线监测探头和toc在线监测探头；

24、所述的集成在线检测控制柜内还设置有plc模块、通信tpu模块。

25、一种土壤和地下水修复方法，采用上述系统进行，通过压缩空气输送单元和修复介质注入装置向待修复的污染地下土层区域注入压缩空气；通过药剂输送单元和修复介质注入装置向待修复的污染地下土层区域注入清水；通过药剂输送单元和修复介质注入装置向待修复的污染地下土层区域注入药剂。

26、本发明所述的土壤和地下水修复方法可根据地下土壤水文地质条件、地下水污染特征和确定的修复和风险管控模式，从适用目标污染物的特性、环境风险、效率及成本等角度出发，进行相应步骤选择和工艺调整。

27、优选地，介质注入的压力范围根据修复方案确定，其压力范围为0～20mpa，单次注入量在其有效范围内根据所在土层的性质按下式计算：

28、q＝vndn1α，q表示介质单次累计用量，v表示介质注入的有效范围，n表示污染土层的平均孔隙率，dn1表示注入介质的相对密度，α表示注入介质填充空隙的系数。

29、进一步优选地，所述的药剂配置浓度根据修复方案确定，为保证设备稳定运行，药剂中不溶解的悬浮颗粒物含量不得高于1％。

30、优选地，所述的土壤和地下水修复方法包括以下步骤：

31、s1：通过空气输送单元和修复介质注入装置向待修复的污染地下土层区域注入高压空气；

32、s2：通过药剂输送单元和修复介质注入装置向待修复的污染地下土层区域注入高压清水；

33、s3：通过药剂输送单元和修复介质注入装置向待修复的污染地下土层区域注入高压药剂；

34、s4：通过药剂输送单元和修复介质注入装置向待修复的污染地下土层区域注入高压清水；

35、s5：通过空气输送单元和修复介质注入装置向待修复的污染地下土层区域注入高压空气。此方法适用于为非挥发性的污染的土壤或地下水修复。

36、或者，所述的土壤和地下水修复方法包括以下步骤：

37、s1：通过药剂输送单元和修复介质注入装置向待修复的污染地下土层区域注入清水；

38、s2：通过药剂输送单元和修复介质注入装置向待修复的污染地下土层区域注入药剂；

39、s3：通过药剂输送单元和修复介质注入装置向待修复的污染地下土层区域注入清水。此方法适用于可能含有挥发性污染物的土壤或地下水修复。

40、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

41、1.本发明提供了一种能够实现土壤地下水原位药剂注入修复(微生物、化学氧化药剂、化学还原药剂)、曝气修复等多方法切换的土壤地下水修复成套处理系统和方法，该设备能够动态感知地下水水质和水文地质条件，从而实现土壤及地下水的平衡循环修复。

42、2.本发明通过注入配合抽提井的抽取工艺，在注射井和抽提井之间形成水力的动态循环，从而形成有效的土壤水力梯度变化，大幅提升药剂在污染土层的扩散效果，可缩短修复周期，并通过抽提动态感知装置及时感知和预测修复趋势，降低运维成本。

43、3.本发明所对于介质的注入量和地下水抽取量都经过流量计的精准计量，可通过实时抽取和注入水量的数据掌握该地块的水文地质条件和水力梯度，从而及时调整注入的策略。例如当进入枯水期或水力梯度明显降低后，可及时通过增加注入介质量做到干预特定范围内的水力梯度，从而改善药剂在土壤中扩散的驱动力。

44、4.本发明集成了气、液两种介质的注入，注入压力精准可控，相比之下传统工艺的功能单一并且注入压力不可控。

45、5.本发明注入由修复介质输送装置产生适当压力的流体，该系统采用低压泵驱动推动高压泵叶轮后再启动高压泵增压注入，可提前排除管道中可能存在的杂质和空气，确保高压叶轮组的安全性和稳定性，降低高压泵的损坏概率。

46、6.本发明修复介质输送装置中加入了热交换器，可以确保注入地下的液体处于精准可控的温度范围，避免因低温引起药剂颗粒结晶析出而堵塞土壤孔隙，确保药剂扩散的效果。

47、7.本发明修复介质输送装置中加入了过滤器，可有防止药剂颗粒结晶进入高压泵叶轮组，保护高压泵组，并且可以避免药剂结晶进入土壤颗粒堵塞土壤空隙，确保药剂扩散的效果。

48、8.本发明通过推进注入器和自动软管绞盘的联合控制，可精准控制药剂注入位置，从而实现药剂与污染土层的高效混合反应，从而达到对污染土层地下水区域的精准修复。

49、9.本发明采用顶管工艺横向深入地下污染土层，其单井所覆盖的药剂介质注入范围相较传统的竖井工艺有了大幅的增加，可减少注入井的布设，从而减少地表土壤扰动和环境破坏。

50、10.本发明采用深入污染土层的药剂注入方式，受土壤水文地质条件影响小，药剂能迅速与污染土层的目标污染物接触反应，特别在氧化或还原修复方案的过程中，本发明能使药剂迅速与污染土层或土壤地下水中的目标污染物接触，降低了传统方法在缓慢的水力梯度扩散中药剂失效的可能。药剂接触污染土壤地下水的停留时间直接决定了药剂作用效果，传统方法氧化还原性药剂往往在缓慢的水力梯度扩散情况下，易被地下微生物及其他因素干扰，当接触目标污染物时药剂的有效浓度可能已无法达到修复效果。

51、11.本发明地下水动态感知装置可及时动态监测地下水的水质情况，经过探头的优化布置可同时监测至少4种重要的地下水指标，通过监测数据的趋势分析可精准推测药剂在污染土层的扩散情况和修复效果，从而及时根据数据分析调整和优化修复方案，最大限度上提升修复效率，缩短修复周期、降低修复成本。

52、12.本发明可以以一套系统适用多种不同的土壤地下水修复方案，包括异位抽出修复、原位微生物修复、原位地下水曝气修复、原位化学氧化修复、原位化学还原修复、原位双项抽提修复等，可有效降低土壤地下水修复设施的投资。