一种用于去除地下水中挥发性有机物的循环井系统

摘要

本发明涉及一种用于去除地下水中挥发性有机物的循环井系统，其目的在于提供一种适用不同土壤类型的循环井系统，该系统有效地解决了水力传输能量损失、土壤渗透性差的问题，避免了由于注入压力过大造成的气流短路的现象，同时可以有效地提高影响半径，修复效果显著。本发明所述系统包括外井、内井、气体注入系统、气体抽提系统和药剂喷淋系统，所述内井置于所述外井中，所述气体注入系统用于向所述内井井水通入气体曝气，曝气后掺杂有机污染物的所述气体一部分被所述气体抽提系统抽提后经活性炭吸附装置吸附排出，另一部分进入所述外井，所述药剂喷淋系统用于向所述外井中喷淋药液。

说明书

技术领域

本发明涉及属于地下水和土壤的原位修复技术领域，特别是涉及一种用于去除地下水中挥发性有机物的循环井系统。

背景技术

随着城市化进程的发展，许多化工、农药企业开始搬迁，搬迁后原厂区的土壤和地下水受到了不同程度的污染，需要修复后才能用于商业用地、住宅或其他建设。土壤和地下水中的污染物特别是有机污染物具有含量低、种类多、难治理、危害大等特点。其中许多有机污染物不仅致畸、致癌、致突变，还能通过挥发作用进入到周围大气环境中，严重危害着人们的身体健康和正常生活。

目前对于挥发性有机污染场地的地下水修复，应用较为广泛的是AS（原位空气曝气）技术。AS技术直接向土壤的饱和带注入空气，所需要的注入压力必须克服注入点地下水的静态压力和土壤毛细管的压力,才能形成气流通道，且容易导致气流短路。AS技术的修复效果还与土壤类型有很大的关系，不适用于土壤渗透性较差（如粘土）的场地。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于从砂土到粘土土壤类型的循环井系统直接向地下水中注入气体，有效地解决了水力传输能量损失、土壤渗透性差的问题，避免了由于注入压力过大造成的气流短路的现象，同时可以有效地提高影响半径，修复效果显著的循环井系统。

为达上述目的，本发明一种用于去除地下水中挥发性有机物的循环井系统，所述系统包括外井、内井、气体注入系统、气体抽提系统和药剂喷淋系统，所述内井置于所述外井中，所述气体注入系统用于向所述内井井水通入气体曝气，曝气后掺杂有机污染物的所述气体一部分被所述气体抽提系统抽提后经活性炭吸附装置吸附排出，另一部分进入所述外井，所述药剂喷淋系统用于向所述外井中喷淋药液。

其中所述内井井壁上有上层筛管和下层筛管，使得所述内井与所述外井内水体流通，所述上层筛管底端低于井水水面。

其中所述上层筛管与所述下层筛管附近填充砾石于所述内井与外井之间，所述上层筛管与所述下层筛管之间填充混凝土于所述内井与外井之间。

其中气体注入系统包括空气泵、阀门和曝气管，所述曝气管一端经所述阀门连接所述空气泵，另一端插入内井并置于所述下层筛管处。

其中所述曝气管头部设有曝气头，用于均匀曝气。

其中所述气体抽提系统包括抽提泵、阀门和抽气管，所述抽气管一端通过所述阀门与所述抽提泵连接后通向所述活性炭吸附装置，另一端插入内井并置于井水水面之上，所述内井井口封闭设置。

其中所述药剂喷淋系统包括注药泵、阀门和注药管，所述注药管一端经所述阀门与所述注药泵连接，另一端插入所述外井并置于井水水面之上，所述外井井口密封设置。

其中还包括位于外井内的药剂喷淋管，所述药剂喷淋管与所述外井内喷药管相连并置于井水水面之上。

其中还包括位于所述循环井附近的气体抽提井系统，所述气体抽提井系统包括抽提井、抽提管、抽提泵和活性炭吸附装置，所述抽提管一端连接所述抽提泵，另一端置于所述抽提井内，所述抽提泵连接所述活性炭吸附装置。

其中所述内井为UPVC管或不锈钢管。

本发明与现有技术相比取得了如下技术效果：

本发明提供一种适用于从砂土到粘土土壤类型的循环井系统直接向地下水中注入气体，有效地解决了水力传输能量损失、土壤渗透性差的问题，避免了由于注入压力过大造成的气流短路的现象，同时可以有效地提高影响半径，修复效果显著的循环井系统；增加药剂喷淋系统，可强化循环井系统的处理效果；结合气体抽提井系统，同时实现了土壤饱和带和非饱和带挥发性有机污染的去除。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1本发明循环井装置结构示意图；

图2药剂喷淋管的管道布置图。

附图标记说明：1-下层筛管；2-上层筛管；3-地下水流速仪；4-空气泵；5-曝气头；6-活性炭吸附装置；7-药剂罐；8-药剂喷淋管；9-曝气管；10-抽提泵；11-注药泵；12-外井；13-内井；14-阀门；15-阀门；16-阀门；17-注药管；18-混凝土；19-砾石；20-抽气管；21-气体抽提井；22-抽提泵；23-活性炭吸附装置；24-非饱和带；25-地下水位；26-饱和带。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

如图1所示，打一口外井12，使得外井12的井底位于待修复的有机物修复饱和带，之后将不锈钢材质的内井13置于外井12中，内井13井底略高于外井12井底，内井13底端封闭，周围为下层筛管1，上部位于有机物修复非饱和带处为下层筛管2，下层筛管2底端不低于井水水面，设置上层筛管2和下层筛管1使得内井13与外井12井水流通，上层筛管2和下层筛管1旁边用砾石19填充于内井13与外井12之间（不用混凝土18的目的是保持内井13与外井12的井水流通）；上层筛管2和下层筛管1之间用混凝土18填充于内井13与外井12之间，以实现内井13的固定。气体注入系统的曝气管9一端经阀门14连接空气泵4，另一端带有曝气头5，曝气头5插入内井13并置于所述下层筛管1处；气体抽提系统的抽气管20一端通过阀门15与抽提泵10连接后通向活性炭吸附装置6，另一端插入内井13并置于井水水面之上，将内井13井口封闭设置，药剂喷淋系统的注药管17一端经阀门16与11注药泵连接，另一端设有药剂喷淋管8，药剂喷淋管8插入外井12并置于井水水面之上，外井12井口密封设置，距所述循环井系统3～10m处设置一口或多口气体抽提井系统，所述气体抽提井系统抽提管一端连接抽提泵22，另一端置于抽提井21内，抽提泵22连接活性炭吸附装置23。

使用此系统进行修复时，打开阀门14，通过空气泵4、内井13内曝气管9和曝气头5向曝气管9的下层筛管1处注入空气或臭氧和空气的混合气体，在井内产生大量气泡，导致下层筛管1处井内地下水密度降低和上层筛管2处井内的地下水位升高；下层筛管1处的地下水通过下层筛管1进入井内，富含气体的地下水通过上层筛管2流出井外，气泡在内井13内形成上升气流，并且在上升过程中对地下水中的污染物进行捕捉或氧化；控制空气泵4的注入速率在55～105m³/h。

富含气体的地下水在上层筛管2处实现气液分离器，一部分气体通过抽提泵10并经活性炭吸附装置6进行收集和处理，另一部分气体透过上层筛管2和砾石19进入土壤非饱和带24。

注入气体的同时，打开阀门15，用抽提泵10以1.6～2.5m³/h的抽提速率对富含挥发出来的有机物的混合气体进行收集，气体经抽气管20进入活性炭吸附装置6净化后排放，定期对活性炭吸附装置6中的活性炭进行更换。

系统运行24小时后稳定，通过地下水流速仪3测定流出井体的循环地下水的流速u，根据井中地下水体积V和上层筛管的面积A，估算出本系统的循环周期T=V/Au。

打开阀门16，在上层筛管2外围喷淋氧化剂、微生物菌剂或营养物质等，药剂经注药管17进入药剂喷淋管8喷淋后随着循环地下水流进入井体周围环境，对残留污染物进行有效去除；根据有机物浓度和循环水流速确定喷洒的药剂量（污染物浓度×循环水流量×2循环周期），药剂体积为5%～50%的孔隙体积，喷洒压力0～1MPa；喷洒频率为每隔一个循环周期喷洒一次；不喷洒药剂时关闭阀门16。

通过气体注入系统注入的空气或臭氧与空气的混合气体，一部分通过抽提泵10收集，一部分进入非饱和带24中，促进非饱和带24中有机物的微生物的好氧降解和氧化分解；可联合气体抽提井21，以抽提泵22对非饱和带24中挥发出来的有机物进行收集，经过活性炭吸附装置23净化后排放，控制气体抽提速率10～100m³/h，同时修复饱和带26和非饱和带24的有机污染。

采用上述装置对污染地下水进行修复，主要包括以下步骤：

1）在污染区域打一口以上循环井，井深至污染源下方（即下层筛管1置于饱和带附近，上层筛管2置于非饱和带附近）；

2）在同一场地的非饱和带打一口以上的气体抽提井，抽提井与循环井的间距为3～10m；

3）启动曝气设备，同时启动气体收集系统，地下水从下层筛管流入，上层筛管流出，含有有机气体和空气/臭氧的混合气体一部分被收集，另一部分进入到土壤非饱和带；

4）循环系统运行稳定后，通过流出井体的地下水流速估算系统的运行周期；

5）启动气体抽提井的抽提设备，以10～100m³/h的速率对非饱和带中挥发出来以及通过上层筛管进入非饱和带的的有机物进行收集和处理，防止有机物挥发到周围大气中；

6）启动药剂喷淋系统，向上层筛管外围喷洒氧化剂、微生物菌剂或营养物质，喷洒的药剂随地下水流迁移扩散，对修复半径内的残留污染物进行去除，强化系统的处理效果，喷洒氧化药剂等还能对从上层筛管流入非饱和带的混合气体中的有机物进行氧化去除从而减少进入非饱和带的有机气体。

本发明的循环井系统，对于有机污染的地下环境修复效率可达92%以上。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。