污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法
【专利摘要】本发明公开了一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，该方法的步骤为：在受污染区域内设置降水管井，在降水管井内设置真空泵抽气系统、潜水泵抽水系统以及药剂注入管；在受污染区域内设置回灌井，该回灌井与潜水泵抽水系统相连接；启动真空泵抽气系统，使土体内污染水流入降水管井中；向药剂注入管持续加入修复药剂，与进入降水管井中的污染水发生反应；反应一段时间后，启动潜水泵抽水系统，并将抽出的水输送至回灌井中，回灌井中的水重新渗透入土体中，如此反复，待水土取样检测达标后，修复结束。本发明的优点是，成本较低，集水效率高，影响半径大，可促使地下水水力循环，实现了污染场地水土一体化修复。
【专利说明】污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法
【技术领域】
[0001]本发明属于地下水、土壤污染治理【技术领域】，具体涉及一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法。
【背景技术】
[0002]伴随我国经济高速发展，工农业生产和建设活动导致的各类土壤和地下水环境污染事故频发，造成严重的经济损失和负面社会效应，危及人民财产和生命安全。工业生产中有毒有害物质的跑冒滴漏、污水偷排、农药残留、简易垃圾填埋场渗浙液渗漏等，是造成水土污染的主因。因此，随着城市建设的快速发展，地下水与土壤污染的控制与修复需求正在日益增长。
[0003]由于地下水污染具有区域性、隐蔽性、难逆转性、滞后性等特点，识别及修复难度极大，因此国内目前针对污染场地的治理大多仅关注土的污染，忽略或回避地下水污染问题，导致一些场地在土壤修复一段时间后，污染物质在地下水作用下再次汇集，使污染土治理的效果大打折扣。因此，从长期性、持续性的角度看，解决场地污染问题，需要采取污染水土联合治理的策略。
[0004]地下水和土壤修复技术包括物理方法、化学方法、生物方法和复合方法。地下水赋存于土壤孔隙中，二者相互作用不可分割，但目前对于污染场地的土壤和地下水一般采取分别处置的措施，罕见有效的水土一体化的集成修复方法。常用的地下水修复技术包括抽出异位处理修复技术、原位注气-土壤气相抽提技术(AS-SVE)、原位化学和生物修复技术等，土壤修复技术包括固化/稳定化、气相抽提、淋洗技术和热脱附等。
[0005]抽出处理修复技术是传统的地下水污染治理方法，应用较为广泛，但其存在运行成本高，治理耗时长且效果不明显等缺点；固化/稳定化是一种快速、经济的污染土处理技术，但其固化体长期稳定性较差，且药剂搅拌施工对原状土体的扰动较大；原位的化学、生物修复技术具有去除效率高、修复范围广等优势，但由于污染物在地下水含水层中的迁移转化和降解规律研究尚不明确，常导致修复不彻底或污染反弹。总之，目前的水土修复技术普遍存在成本高、工期长、效果难于保障等不足。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，该方法通过在受污染区域内设置降水管井和回灌井，利用降水管井抽取污染水同其内的修复药剂进行反应，并将降水管井内的已修复污染水泵送至回灌井中再重新渗透入土体中构成循环，实现受污染水土的原位修复。
[0007]本发明目的实现由以下技术方案完成:
一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，其特征在于所述方法包括如下步骤:确定场地受污染区域的范围；在所述受污染区域内设置至少一座降水管井，在所述降水管井内设置真空泵抽气系统、潜水泵抽水系统以及药剂注入管；在所述受污染区域内设置至少一座回灌井，所述回灌井经回灌管与所述降水管井内的所述潜水泵抽水系统相连接；启动所述真空泵抽气系统在所述降水管井内抽气，使土体内污染水流入所述降水管井中；向所述药剂注入管持续加入修复药剂，与进入所述降水管井中的污染水发生反应；待满足所述修复药剂反应时间后，启动所述潜水泵抽水系统进行抽水，并将抽出的水经所述回灌管输送至所述回灌井中；所述回灌井中的水重新渗透入土体中，所述降水井管中持续抽水、注药，如此反复,待水土取样检测达标后,修复结束。
[0008]所述受污染区域外设置有隔水帷幕。
[0009]所述降水管井由外管以及置于所述外管中的内管构成，所述外管和所述内管之间构成真空腔；所述真空泵抽气系统由位于所述真空腔中的真空管、位于所述外管管顶的密封盖以及位于地面的真空泵构成；所述潜水泵抽水系统由位于所述内管中的潜水泵以及与所述回灌井连接的所述回灌管构成；所述药剂注入管位于所述真空腔中，并与位于地面的药剂注入泵连接；其中，所述外管的管壁可透水、管顶和管底封闭，所述内管的管壁密封、管顶和管底开口。
[0010]所述药剂注入管的管身上均布有小孔。
[0011]所述回灌井管身为全透水的钢管，所述钢管外壁上缠绕有滤网，所述钢管与土体之间填充有石英砂。
[0012]所述回灌井与所述降水管井之间的距离不大于所述降水管井的降水作用半径。
[0013]当所述受污染区域呈长宽比大于5:1的条带状时，所述降水管井沿所述受污染区域的长度方向呈线状间隔布设。
[0014]当所述受污染区域呈长宽比不大于5:1的面状时，所述降水管井呈环形布设。
[0015]本发明的优点是，
(1)增加出水量，集水效率高，影响半径大；
(2)降水-回灌促使地下水水力循环，便于土体污染物随地下水流进入井管内被处理；
(3)降水疏干预固结地基，且不破坏土体结构；
(4)可实现地下水位以下水土一体化修复；
(5)施工方便,成本较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明中真空管井降水及回灌结构立面示意图；
图2为本发明中位于面状受污染区域内的真空管井降水及回灌结构平面布置图；
图3为本发明中位于条带状受污染区域内的真空管井降水及回灌结构平面布置图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
如图1-3，图中标记1-14分别为:隔水帷幕1、降水管井2、外管3、内管4、密封盖5、真空泵6、真空管7、潜水泵8、回灌管9、储药罐10、药剂注入泵11、药剂注入管12、回灌井13、受污染区域14。
[0018]实施例一:如图1、2所示，本实施例具体涉及一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，该方法包括如下步骤:
(O首先确定场地受污染区域14的形状为面状，所谓的面状具体是指长宽比不大于5:1的受污染区域14，围绕受污染区域14的外围布设一圈隔水帷幕1，隔水帷幕I深入至潜水层下方的隔水层构成封闭式围护，以隔断处理区域内含水层与外部含水层之间的地下水水力联系，其中，隔水帷幕采用钢板桩形式，不造成额外污染，施工完毕后可回收；
(2)在隔水帷幕I所围护的受污染区域14内，呈环状布置若干座降水管井2；
其中，
降水管井2的降水设计深度S应满足如下的计算公式，S= (D-hw)+Sw，&式中，S为受污染区域中心处水位降深(m)，D为设计修复深度(m)，hw为初始地下水位埋深(m) ;SW为受污染区域中心处水位与设计修复深度之间的距离(m)；
降水管井2的井径不小于10cm，由外管3和内管4构成，外管3和内管3之间形成真空腔；在真空腔中设置有真空泵抽气系统和注药系统，且内管3中设置有潜水泵抽水系统；外管3采用不锈钢钢管，其管段中部为透水管，上、下部分为不透水的实管，管顶和管底密封；外管3的透水管长度根据含水层厚度、透水层的渗透速率以及降水速度的快慢确定，应不少于井深的25%，为保持较长时间的真空效果，一般也不超过井深的50% ;在外管3的中部透水管外缠绕有滤网，且在透水管与土壤之间以及下部实管与土壤之间填充有石英砂，在前述上部实管与土壤之间填充陶土；内管4的管壁密封，且其管顶和管底均开口 ；真空泵抽气系统用于在外管3与内管4之间的真空腔中形成负压，促使地下水快速流入外管3内，其主要由真空泵6、真空管7以及密封盖5构成，真空泵6位于地面，真空管7与真空泵6相连接并深入至外管3与内管4之间的真空腔中，密封盖5用于位于降水管井2的井口用于密封；真空泵6连接降水管井2的数量根据泵量确定；
注药系统用于向外管3与内管4之间的真空腔中注入修复药剂，其主要由依次连接的储药罐10、药剂注入泵11以及药剂注入管12构成，储药罐10和药剂注入泵11设置于地面，药剂注入管12深入至外管3与内管4之间的真空腔中，且药剂注入管12的管口接近管井底部；药剂注入管12的管身均布有小孔，以增大修复药剂与污染地下水的接触面，提高反应速率；前述的修复药剂根据污染物质的种类进行选定，不限于化学药剂，修复药剂的供药量应不小于供药区域降水管井2的总出水量；
潜水泵抽水系统用于抽取外管3内的地下水至内管4中，其主要由潜水泵8和回灌管9构成，潜水泵8位于内管4内接近管底的位置，回灌管9与潜水泵8相连接并向外延伸至地面；
(3)在受污染区域14内布设若干座回灌井13，以使降水管井2与回灌井13之间的相互作用能覆盖到受污染区域14的所有区域，之后延长前述潜水泵抽水系统的回灌管9至回灌井13中；需要确保的是，回灌井13布设于渗透性较好的土层中，且每座回灌井13至少应在一座降水管井2的降水作用半径内，所谓的降水作用半径是指通过降水使地下水位出现局部负压区域形成的一个小范围的降落漏斗的半径R ；
回灌井13的井身采用全透水的不锈钢钢管，钢管外缠绕滤网，且钢管与土壤之间填充石英砂；回灌井13的井身长度不小于包气带的厚度；回灌井13的数量取决于真空管井2的总出水量与回灌井13单井回灌量，满足场地系统总出水量与总回灌量的平衡；
(4)启动真空泵6进行抽气，在外管3内形成真空度不小于0.0lMPa的负压，并使周边土体形成一定的真空度，土内孔隙水在大气压力及重力作用下加速地下水流入外管3内；待地下污染水进入外管3内后，通过药剂注入泵11持续向外管3内泵送入修复药剂，并利用药剂注入管12上均布的小孔外溢修复药剂，与进入外管3内的地下污染水发生反应；待满足修复药剂的反应时间后，启动潜水泵8进行抽水，使得地下水位降至设计降深；
(5)将潜水泵8抽出的已修复的地下污染水通过回灌管9抽提泵送至回灌井13中，由于回灌井13的井身为全透水不锈钢钢管，因此回灌的地下水重新渗入土体中，回灌时可将包气带土壤中的污染物随着水流带到降水管井2中；与此同时，降水管井2则持续注药和抽水，如此循环反复，待水土取样检测达标后，修复结束。
[0019]本实施例中，真空管井降水法是人工降低地下水位处理软弱地基土的工程方法，该技术用于地下水位较高的施工环境中，是地基基础工程施工中的重要技术措施；真空管井降水排水量大，能快速疏干土中水分、加速土体固结、提高土体强度，减少地下水对围护结构、坑底等影响，提高工程质量和保证施工安全。利用真空管井降水方法，快速促进受污染地下水向井内富集，向管井中注入修复药剂，充分反应后，通过回灌井将处理好的地下水灌入土层，在不破坏土体原状结构的情况下，使土体污染物随地下水流进入井管内被处理，从而实现污染场地土壤及地下水的原位修复，该方法施工方便、成本较低，具有较高的实用价值和推广前景。
[0020]本实施例的有益效果在于:
A.实现地下水位以下水土一体化修复，经本实施例中降水回灌方法修复后的受污染地下水质量等级能按需修复，达场地修复目标，达到同样的修复目标所需时间相比于一般的抽水处理修复技术可节省至少一半以上的时间；
B.相比于一般的抽水处理修复技术，可节约成本50%以上。
[0021]实施例二:如图1、3所示，本实施例具体涉及一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，该方法包括如下步骤:
(O首先确定场地受污染区域14的形状为条带状，所谓的条带状具体是指长宽比大于5:1的受污染区域14，围绕受污染区域14的外围布设隔水帷幕1，隔水帷幕I深入至潜水层下方的隔水层构成封闭式围护，以隔断处理区域内含水层与外部含水层之间的地下水水力联系；
(2)在隔水帷幕I所围护的受污染区域14内，沿受污染区域14的长度方向呈线状间隔布设一排真空管井2，井距为15m，真空管井2的结构及其内所设置的真空泵抽气系统、注药系统以及潜水泵抽水系统同于实施例一中所述；
(3)在受污染区域14内，在真空管井2的两侧布设两排回灌井13，之后延长前述潜水泵抽水系统的回灌管9至回灌井13中；回灌井13的具体结构同于实施例一中所述；
(4)启动真空泵6进行抽气，在外管3内形成真空度不小于0.0lMPa的负压，并使周边土体形成一定的真空度，土内孔隙水在大气压力及重力作用下加速地下水流入外管3内；待地下污染水进入外管3内后，通过药剂注入泵11持续向外管3内泵送入修复药剂，并利用药剂注入管12上均布的小孔外溢修复药剂，与进入外管3内的地下污染水发生反应；待满足修复药剂的反应时间后，启动潜水泵8进行抽水，使得地下水位降至设计降深；
(5)将潜水泵8抽出的已修复的地下污染水通过回灌管9抽提泵送至回灌井13中，由于回灌井13的井身为全透水不锈钢钢管，因此回灌的地下水重新渗入土体中，回灌时可将包气带土壤中的污染物随着水流带到降水管井2中；与此同时，降水管井2则持续注药和抽水，如此循环反复，待水土取样检测达标后，修复结束。
【权利要求】
1.一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，其特征在于所述方法包括如下步骤:确定场地受污染区域的范围；在所述受污染区域内设置至少一座降水管井，在所述降水管井内设置真空泵抽气系统、潜水泵抽水系统以及药剂注入管；在所述受污染区域内设置至少一座回灌井，所述回灌井经回灌管与所述降水管井内的所述潜水泵抽水系统相连接；启动所述真空泵抽气系统在所述降水管井内抽气，使土体内污染水流入所述降水管井中；向所述药剂注入管持续加入修复药剂，与进入所述降水管井中的污染水发生反应；待满足所述修复药剂反应时间后，启动所述潜水泵抽水系统进行抽水，并将抽出的水经所述回灌管输送至所述回灌井中；所述回灌井中的水重新渗透入土体中，所述降水井管中持续抽水、注药，如此反复，待水土取样检测达标后，修复结束。
2.根据权利要求1所述的一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，其特征在于所述受污染区域外设置有隔水帷幕。
3.根据权利要求1所述的一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，其特征在于所述降水管井由外管以及置于所述外管中的内管构成，所述外管和所述内管之间构成真空腔；所述真空泵抽气系统由位于所述真空腔中的真空管、位于所述外管管顶的密封盖以及位于地面的真空泵构成；所述潜水泵抽水系统由位于所述内管中的潜水泵以及与所述回灌井连接的所述回灌管构成；所述药剂注入管位于所述真空腔中，并与位于地面的药剂注入泵连接；其中，所述外管的管壁可透水、管顶和管底封闭，所述内管的管壁密封、管顶和管底开口。
4.根据权利要求1或3所述的一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，其特征在于所述药剂注入管的管身上均布有小孔。
5.根据权利要求1所述的一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，其特征在于所述回灌井管身为全透水的钢管，所述钢管外壁上缠绕有滤网，所述钢管与土体之间填充有石英砂。
6.根据权利要求1所述的一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，其特征在于所述回灌井与所述降水管井之间的距离不大于所述降水管井的降水作用半径。
7.根据权利要求1所述的一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，其特征在于当所述受污染区域呈长宽比大于5:1的条带状时，所述降水管井沿所述受污染区域的长度方向呈线状间隔布设。
8.根据权利要求1所述的一种污染场地原位水土快速修复的真空管井降水及回灌方法，其特征在于当所述受污染区域呈长宽比不大于5:1的面状时，所述降水管井呈环形布设。
【文档编号】E02D3/10GK104358267SQ201410600772
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】许丽萍, 李韬, 王蓉, 夏群, 冯凯, 沈婷婷, 叶萌 申请人:上海岩土工程勘察设计研究院有限公司