專(zhuān)利名稱(chēng)：一種處理地下水氟污染的修復(fù)裝置和修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地下水修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種處理地下水氟污染的抽注結(jié)合的套筒式滲透性反應(yīng)墻(PRB)修復(fù)裝置。本發(fā)明還涉及一種利用上述修復(fù)裝置對(duì)地下水氟污染進(jìn)行修復(fù)的方法。
背景技術(shù)：
地下水是全球人類(lèi)賴(lài)以生存的保證之一。隨著社會(huì)日益繁榮，我國(guó)工、農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)地下水需求量日漸增大。然而工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生的固液廢物垃圾通過(guò)各種途徑對(duì)地下水造成污染。氟是人體中必須的微量元素，水中含氟量在I. ο-I. 5mg/L之間時(shí)，長(zhǎng)期飲用對(duì)人體有輕微的不良影響；水中含氟量超過(guò)I. 5mg/L時(shí)，長(zhǎng)期飲用易患氟斑牙和氟骨癥。我國(guó)地下水氟污染事件近些年屢見(jiàn)不鮮。因此，為了人類(lèi)安全生存，地下水污染修復(fù)勢(shì)在必行。特殊軟土區(qū)域土層以粘土為主，由于土層滲透性差，地下水流速慢的特點(diǎn)，單純的傳統(tǒng)原位或異位修復(fù)方法很難在該區(qū)域施展功效。目前，國(guó)內(nèi)外地下水修復(fù)技術(shù)最為常見(jiàn)的主要有以下三種I)抽出處理修復(fù)技術(shù)(P&T)，該技術(shù)是最早出現(xiàn)的地下水污染修復(fù)技術(shù)，也是地下水異位修復(fù)的代表性技術(shù)。自20世紀(jì)80年代開(kāi)展地下水污染修復(fù)至今，地下水污染治理仍以P&T技術(shù)為主。傳統(tǒng)的P&T技術(shù)是把污染的地下水抽出來(lái)，然后在地面上進(jìn)行處理。近年來(lái)，隨著污染治理研究的不斷深入，該技術(shù)已有了更廣泛的含義，只要在地下水污染治理過(guò)程中對(duì)地下水實(shí)施了抽取或注入的，都?xì)w類(lèi)為P&T技術(shù)。2)監(jiān)測(cè)天然衰減修復(fù)技術(shù)MNA技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)間較晚，于20世紀(jì)90年代才開(kāi)始正式用于地下水污染治理。該技術(shù)基于污染場(chǎng)地自身理化條件和污染物自然衰減能力進(jìn)行污染修復(fù)，從而達(dá)到降低污染物濃度、毒性及遷移性等目的。另外，MNA技術(shù)還必須根據(jù)污染區(qū)域的治理目標(biāo)，采用相應(yīng)的監(jiān)測(cè)控制技術(shù)，對(duì)地下水的自然修復(fù)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。3)原位修復(fù)技術(shù)。近年來(lái)，地下水原位修復(fù)技術(shù)的興起受到人們的廣泛關(guān)注。較典型的地下水原位修復(fù)技術(shù)有空氣注入(Air Sparging)修復(fù)技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)AS技術(shù))、可滲透性反應(yīng)墻(Permeable Reactive Barrier)修復(fù)技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)PRB技術(shù))、原位生物(Bioremediation)修復(fù)技術(shù)、多相抽提(Multi2Phase Extraction)修復(fù)技術(shù)、原位化學(xué)修復(fù)(ChemicalTreatment)技術(shù)、植物修復(fù)(Phytoremediation)技術(shù)以及多種方法相結(jié)合的修復(fù)技術(shù)等。每種方法都有其局限性和區(qū)域性，如I)在抽出處理技術(shù)中，對(duì)于軟土地區(qū)，含水層滲透系數(shù)很小，水流慢，長(zhǎng)時(shí)間的抽水不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且會(huì)引起地面沉陷。2)傳統(tǒng)PRB技術(shù)是一種被動(dòng)的原位修復(fù)技術(shù)，在利用地下水流的自然條件下被污染的地下水通過(guò)PRB后進(jìn)行修復(fù)。PRB主要由滲透系數(shù)較高的反應(yīng)介質(zhì)組成，它垂直于地下水流方向。如果在該污染區(qū)域土層滲透系數(shù)小地下水流速很小的情況下，傳統(tǒng)的PRB對(duì)其無(wú)明顯的修復(fù)效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種處理地下水氟污染的修復(fù)裝置。本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用上述裝置對(duì)地下水氟污染進(jìn)行修復(fù)的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的處理地下水氟污染的修復(fù)裝置，主要包括一抽水井，該抽水井的井管內(nèi)安裝有抽水泵；至少一個(gè)注水井，該注水井的井管內(nèi)安裝有增壓泵；抽水井和注水井的井管位于水位面以下部分設(shè)有井篩；抽水泵與增壓泵之間連接有輸水管道；抽水井和注水井的井管分別安置在各自的帶孔的護(hù)壁中，井管的井篩部分與護(hù)壁(塑料(ABS塑料)排水板)中間填充有去除氟的修復(fù)材料而形成可滲透性反應(yīng)墻；井管的井篩以上部位與護(hù)壁中間填充有起支撐作用的材料(聚乙烯閉孔泡沫板)。所述的修復(fù)裝置中，抽水井和注水井中的井管與護(hù)壁以及填充的修復(fù)材料預(yù)制成套筒而整體放入土層中，以隨時(shí)取出更換修復(fù)材料和處理濾料阻塞。 所述的修復(fù)裝置中，填充的修復(fù)材料為沸石、石灰石、活性氧化鋁、中砂。所述的修復(fù)裝置中，在抽水井橫向附近設(shè)有與抽水井同等深度的監(jiān)測(cè)井，監(jiān)測(cè)井的井管位于水位面以下部分設(shè)有井篩，以監(jiān)測(cè)水位和水質(zhì)。所述的修復(fù)裝置中，監(jiān)測(cè)井距離抽水井為l-5m。所述的修復(fù)裝置中，抽水井頂端、注水井頂端及輸水管道均埋設(shè)在地面O. 5m以下，防止地面活動(dòng)對(duì)該修復(fù)裝置的破壞，同時(shí)在修復(fù)過(guò)程中減小對(duì)地面活動(dòng)的影響。所述的修復(fù)裝置中，輸水管道為金屬軟管。所述的修復(fù)裝置中，抽水井和注水井沿著水流方向或污染羽放射方向設(shè)置，抽水井設(shè)置在水流的下游，注水井設(shè)置在水流的上游。本發(fā)明提供的利用上述修復(fù)裝置對(duì)氟污染的地下水進(jìn)行修復(fù)的方法，抽水井通過(guò)可滲透性反應(yīng)墻將污染的地下水抽入抽水井內(nèi)，使污染的地下水經(jīng)過(guò)可滲透性反應(yīng)墻進(jìn)行第一次修復(fù)，再通過(guò)輸水管道注入至注水井內(nèi)經(jīng)過(guò)可滲透性反應(yīng)墻進(jìn)行二次修復(fù)后滲入含水層內(nèi)。所述的修復(fù)方法中，抽水井通過(guò)抽水泵將地下水抽入抽水井內(nèi)，注水井通過(guò)增壓泵將水通過(guò)注水井注入含水層內(nèi)。本發(fā)明的有益效果I)本發(fā)明的修復(fù)裝置中具有一定厚度的套筒式PRB和起支撐作用可滲透墻滲透性強(qiáng)，具備較強(qiáng)的蓄水功能。對(duì)于滲透性較差的軟土地區(qū)，加大了抽水和注水速率。抽水泵速低且抽水泵采用間歇式工作方式，對(duì)于滲透性差的含水層一方面節(jié)約了能源，另一方面可以使污染的地下水與PRB介質(zhì)反應(yīng)充分。2)不受水力影響，對(duì)污染區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)條件破壞性小。由于在軟土區(qū)域地下水流很慢情況下，傳統(tǒng)的PRB靠自然水流動(dòng)力無(wú)法完成修復(fù)效果，用泵給予外加動(dòng)力所以不受地下水力坡度影響。抽水的同時(shí)利用增壓泵將抽水井抽出的水通過(guò)注水井注入含水層，防止了因長(zhǎng)時(shí)間的抽水引起地面沉陷。
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3)相比傳統(tǒng)PRB技術(shù)來(lái)講此方法易于施工安裝、節(jié)省土地、減少開(kāi)支。本發(fā)明的裝置占地面積小且完全在地下運(yùn)行，對(duì)地面活動(dòng)影響很小。泵和地下管道的安裝簡(jiǎn)單，相比傳統(tǒng)PRB技術(shù)中對(duì)地面大面積和大尺度深度的開(kāi)挖減少了很大的開(kāi)支。當(dāng)抽水井和注水井中套筒式PRB中的材料失效和濾料的堵塞問(wèn)題時(shí)，可以隨時(shí)取出沖洗及更換填充材料。


圖I是一種處理地下水氟污染的抽注結(jié)合套筒式PRB修復(fù)裝置示意圖。圖2是圖I中抽水井(注水井)井篩段的斷面示意圖。圖3是實(shí)施例I中PRB修復(fù)裝置平面布置圖。圖4是實(shí)施例I中PRB修復(fù)裝置側(cè)面剖示圖。
具體實(shí)施例方式為克服傳統(tǒng)PRB修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于軟土地區(qū)地下水污染修復(fù)的局限性，得到經(jīng)濟(jì)高效且對(duì)地面活動(dòng)和水文地質(zhì)條件影響很小的地下水修復(fù)技術(shù)，本發(fā)明提供一種抽注結(jié)合的套筒式PRB系統(tǒng)對(duì)于地下水氟污染的修復(fù)裝置和修復(fù)方法。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明的修復(fù)裝置主要由抽水井A、至少一口注水井B (較佳地是兩口注水井)、抽水泵Al、增壓泵BI和連接抽水泵Al、增壓泵BI的輸水金屬軟管10組成。抽水井和注水井的井管11位于水位面以下是井篩111，井管11的外圍是帶孔的護(hù)壁12，井管11和護(hù)壁12中間分為上下兩層分別填充有不同材料，具體地說(shuō)，井管11位于水位面以下的井篩111部分填充的是PRB材料13 (沸石、石灰石、活性氧化鋁、中砂按20%、30%、30%和20%配比)，井篩111以上的井管11部分填充的是起支撐作用的材料15(用聚乙烯閉孔泡沫板填塞密實(shí)，價(jià)格低廉、質(zhì)輕且起支撐、保溫作用)。由井管11、護(hù)壁12以及井管11和護(hù)壁12中間填充的PRB材料13組成可滲透性反應(yīng)墻套筒(簡(jiǎn)稱(chēng)PRB套筒)。抽水井A或注水井B與填充有PRB套筒可以先預(yù)制成整體放入土層中，可以隨時(shí)取出更換修復(fù)材料和處理濾料阻塞問(wèn)題。圖2所示為預(yù)制成整體的PRB套筒后井篩段的斷面示意圖。抽水井和注水井的井管內(nèi)徑d均為5-15cm，套筒厚度h為15-20cm，套筒護(hù)壁厚2-4cm，抽水井和注水井井底埋深距隔水層為(d+2h)的3-5倍，輸水金屬軟管內(nèi)徑為5-15cm ;套筒式PRB和套筒護(hù)壁的透水性強(qiáng)，滲透系數(shù)為10_3-10_2cm/s。抽水井和注水井水平間距應(yīng)在(d+2h)的6-10倍；在距抽水井井口水平距離為l_5m內(nèi)設(shè)置同等深度的監(jiān)測(cè)井14，監(jiān)測(cè)井14的井管位于水位面以下部分設(shè)有井篩，用于監(jiān)測(cè)水位和水質(zhì)。抽水井、注水井頂端及輸水金屬軟管均埋設(shè)在地面O. 5m以下；抽水井和注水井沿著水流方向或污染羽放射方向設(shè)置，其中抽水井設(shè)置在水流的下游，注水井設(shè)置在水流的上游(如圖3和圖4所示，圖3所示是以一口抽水井和兩口注水井為例)。具體設(shè)置抽水井和注水井的數(shù)量可以根據(jù)污染面積而定。整個(gè)修復(fù)裝置工作過(guò)程中，抽水泵是間歇工作方式，每天工作2-4個(gè)小時(shí)。修復(fù)裝置在運(yùn)行過(guò)程中，抽水井和注水井的循環(huán)抽注水流能將吸附在土壤表面的氟離子解吸到土壤水溶液中，進(jìn)而能夠達(dá)到對(duì)污染土壤修復(fù)的效果。抽水井和注水井的設(shè)置通過(guò)改變軟土區(qū)域土層局部滲透系數(shù)，從而該修復(fù)裝置中抽水井和注水井能形成具有蓄水功能介質(zhì)。進(jìn)而有助于軟土層飽和土層中污染的地下水更快速地通過(guò)套筒式PRB材料中達(dá)到更佳的修復(fù)效果。本發(fā)明的修復(fù)裝置主要針對(duì)地下水埋深淺、土層滲透性差、地下水流速很小的飽和軟土區(qū)域中的地下水污染進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)裝置應(yīng)用的多樣性主要體現(xiàn)在污染區(qū)域的布設(shè)、更換維護(hù)和填充反應(yīng)介質(zhì)配比等方面。并且可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)該區(qū)域任何位置地下水位和地下水質(zhì)修復(fù)情況。本發(fā)明的修復(fù)裝置對(duì)地下水氟污染的修復(fù)過(guò)程為抽水井利用間歇式泵抽方式通過(guò)四周及底部的PRB的反應(yīng)介質(zhì)將井篩四周及底部污染的地下水抽入井內(nèi)，污染的地下水經(jīng)過(guò)PRB反應(yīng)介質(zhì)的物理和化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行第一次修復(fù)后，通過(guò)輸水金屬軟管再利用增壓泵將其注入注水井內(nèi)再次經(jīng)過(guò)環(huán)形PRB反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行二次修復(fù)后滲入含水層內(nèi)。抽水泵速根據(jù)含水層厚度和滲透系數(shù)決定。當(dāng)系統(tǒng)中的某一個(gè)井中修復(fù)材料失效或?yàn)V料等發(fā)生堵塞后可將其取出沖洗及更換填充材料。實(shí)施例I該區(qū)域條件地下水位埋深3m，包氣帶和含水層主要為淤泥質(zhì)粘土加細(xì)砂，土層平均滲透系數(shù)為9X10_7cm/s,該污染區(qū)域地下水水質(zhì)pH為7. 2 ;0RP為115mV ;地下水中氟化物的平均濃度為10. 6mg/L。修復(fù)系統(tǒng)注水井、抽水井井管內(nèi)徑IOcm ;套筒式PRB厚度20cm ;抽水泵泵速500ml/min,每天運(yùn)行3小時(shí)。首先，利用調(diào)查、模擬等手段了解污染區(qū)域情況。明確污染羽范圍，根據(jù)地質(zhì)條件和污染狀況布設(shè)聯(lián)合修復(fù)裝置。運(yùn)行穩(wěn)定后60天，對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，地面無(wú)明顯沉陷，對(duì)氟污染的地下水處理效果好，該區(qū)域地下水氟化物濃度為O. 67 O. 95mg/L達(dá)到地下水III類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，且沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞情況，去除率達(dá)到91%以上。
權(quán)利要求
1.一種處理地下水氟污染的修復(fù)裝置，主要包括 一抽水井，該抽水井的井管內(nèi)安裝有抽水泵； 至少一個(gè)注水井，該注水井的井管內(nèi)安裝有增壓泵； 抽水井和注水井的井管位于水位面以下部分設(shè)有井篩； 抽水泵與增壓泵之間連接有輸水管道； 抽水井和注水井的井管分別安置在各自的帶孔的護(hù)壁中，井管的井篩部分與護(hù)壁中間填充有去除氟的修復(fù)材料而形成可滲透性反應(yīng)墻； 井管的井篩以上部位與護(hù)壁中間填充有起支撐作用的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的修復(fù)裝置，其中，抽水井和注水井中的井管與護(hù)壁以及填充的修復(fù)材料預(yù)制成套筒而整體放入土層中，以隨時(shí)取出更換修復(fù)材料和處理濾料阻塞。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的修復(fù)裝置，其中，在抽水井橫向附近設(shè)有與抽水井同等深度的監(jiān)測(cè)井，以監(jiān)測(cè)水位和水質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的修復(fù)裝置，其中，監(jiān)測(cè)井距離抽水井為l-5m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的修復(fù)裝置，其中，抽水井頂端、注水井頂端及輸水管道均埋設(shè)在地面O. 5m以下，防止地面活動(dòng)對(duì)該修復(fù)裝置的破壞，同時(shí)在修復(fù)過(guò)程中減小對(duì)地面活動(dòng)的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的修復(fù)裝置，其中，輸水管道為金屬軟管。
7.根據(jù)權(quán)利要求I、2或5所述的修復(fù)裝置，其中，抽水井和注水井沿著水流方向或污染羽放射方向設(shè)置，抽水井設(shè)置在水流的下游，注水井設(shè)置在水流的上游。
8.一種利用權(quán)利要求I所述修復(fù)裝置對(duì)氟污染的地下水進(jìn)行修復(fù)的方法，抽水井通過(guò)可滲透性反應(yīng)墻將污染的地下水抽入抽水井內(nèi)，使污染的地下水經(jīng)過(guò)可滲透性反應(yīng)墻進(jìn)行第一次修復(fù)，再通過(guò)輸水管道注入至注水井內(nèi)經(jīng)過(guò)可滲透性反應(yīng)墻進(jìn)行二次修復(fù)后滲入含水層內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的修復(fù)方法，其中，抽水井通過(guò)抽水泵將地下水抽入抽水井內(nèi)，注水井通過(guò)增壓泵將水通過(guò)注水井注入含水層內(nèi)。
全文摘要
一種處理地下水氟污染的修復(fù)裝置，主要包括一抽水井，該抽水井的井管內(nèi)安裝有抽水泵；至少一個(gè)注水井，該注水井的井管內(nèi)安裝有增壓泵；抽水井和注水井的井管位于水位面以下部分設(shè)有井篩；抽水泵與增壓泵之間連接有輸水管道；抽水井和注水井的井管分別安置在各自的帶孔的護(hù)壁中，井管的井篩部分與護(hù)壁中間填充有去除氟的修復(fù)材料而形成可滲透性反應(yīng)墻；井管的井篩以上部位與護(hù)壁中間填充有起支撐作用的材料。本發(fā)明還提供了修復(fù)地下水氟污染的方法。本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)的原位、異位修復(fù)技術(shù)對(duì)污染地下水具有更高的適用性和修復(fù)率。
文檔編號(hào)C02F1/44GK102923822SQ20121044250
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者李翔, 白順果, 席北斗, 姜永海, 袁志業(yè), 安達(dá), 楊昱, 張進(jìn)保 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院