專利名稱：排除地污染的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的方法及裝置涉及從地下水和其鄰近地方排除含有油性廢物和其它有機(jī)烴物的污染。
排除土壤及地下水污染已成為近年來重要的問題。由于污染物在地面下并且在許多情況下不易除去等獨(dú)特的性質(zhì)，為了提供污染地點(diǎn)的生境安全以及/或控制和防止污染物轉(zhuǎn)移到未污染地方，所以這種排污已顯示出其獨(dú)特的挑戰(zhàn)性。
美國專利No.4，435，292公開了一種排除地污染的具體方法。在該方法中，將多孔管和豎井插入污染處的地殼中，其中將一些多孔管和豎井加壓同時(shí)將另外一些減壓，使沖洗流體在土壤中流動，以加速除去污染物及防止污染物轉(zhuǎn)移到其它區(qū)域。關(guān)閉該系統(tǒng)在一端加壓并且，例如利用連接在中心集管上的真空吸管，在另一端抽空空。然后在壓力下迫使沖洗流體通過多孔管進(jìn)入被污染的土壤中，沖洗出其中的存在的污染物。沖洗流體既可以是液體也可以是氣體，例如氮?dú)獾榷栊詺怏w或者與污染物反應(yīng)生成惰性或無害化學(xué)物質(zhì)的活性氣體體系。但是，該方法需要耗資昂貴的惰性沖洗液體和/或氣體，或具有被未反應(yīng)的沖洗溶劑進(jìn)一步污染的危險(xiǎn)。
美國專利No.4，600，508公開了另一種土壤去污染的方法，據(jù)說該法是在上述方法的改進(jìn)。在該方法中，將多支多孔管連接在一個(gè)供水集管上，在泵驅(qū)動下使水分配通過整個(gè)被污染的區(qū)域。將另外一組多孔管連接到返回集管上在壓力下抽出含有地下污染物的循環(huán)水。再將污染物從水中除去，并將該循環(huán)水返回到系統(tǒng)中。
其它一些已知的方法涉及用一種循環(huán)系統(tǒng)從滲流層(在土地的地下水面上方的地方)浸取污染物，使之進(jìn)入地下水面，在此通過排水井和泵將污染物抽出。美國專利No.4，167，973是這種方法的典型實(shí)例。
但是，上述的這種水沖洗法和浸取法，由于大多數(shù)有機(jī)污染物的水溶性差，所以效率低和回收耗資大。
一些減少土壤和/或地下水污染的其它方法采用在滲流區(qū)設(shè)置的抽取井中建立真空的措施。在抽取井周圍各處注入土壤的空氣推動污染物流到抽取井，在此使其氣化然后利用抽真空吸取法在抽取井中收集污染物。美國專利No.4，593，760和Re.33，102公開了這種方法的一些實(shí)例。
在美國專利No.4，730，672中討論了上述真空法的一種變型，它公開了一種活性連續(xù)閉路法從被污染地的滲流區(qū)除去和收集揮發(fā)性的液體污染物，其中由位于被污染滲流區(qū)的抽取井中的多孔導(dǎo)管內(nèi)的真空源造成一個(gè)減壓區(qū)，使其中所含的污染物氣化，并且被抽到抽取導(dǎo)管中收集并排掉。
這些方法雖然對于除去滲流層一些易揮發(fā)的液體污染物是有效的，但已證明對于除去和排掉許多其它普通的地下污染物來說作用是十分有限的。另外，這些方法不能用于除去位于飽和區(qū)中地下水之下的污染物。
因此，有必要提供一種能迅速有效除去地下水區(qū)域(包括高于和低于地下水面)的烴類污染物的工藝方法。
附

圖1是用于本發(fā)明排污方法的裝置剖面示意圖。
附圖2是用于附圖1所示裝置的附加部件的示意圖。
附圖3是用于本發(fā)明方法的蒸汽和/或營養(yǎng)物供應(yīng)井的剖面視圖。
附圖4是用于本發(fā)明方法的抽取井的剖面視圖。
附圖5是按照本發(fā)明布置的蒸汽和營養(yǎng)物注入井和抽取井的一種平面陣列示意圖。
本發(fā)明方法滿足上述要求并且提供了從被污染的地下區(qū)域除去污染物的改進(jìn)方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種從被污染的地下區(qū)域去除污染物的方法，其中該地下區(qū)域具有地下水面、低于地下水面的地下飽和區(qū)以及高于地下水面的地下滲流區(qū)，而污染物存在于飽和區(qū)和/或滲流區(qū)，而且，其中該方法包括如下步驟(a)從地面往下延伸建立至少兩口注射井，其中每口所述的注射井具有讓物料從中流過的多孔下部，以及其中將該注射井的多孔下部設(shè)置在地下水飽和區(qū)或其鄰近處;
(b)從地面往下延伸建立至少一口抽取井，并具有允許物料流入其中的多孔下部，其中將該多孔下部設(shè)置在地下水飽和區(qū)或其鄰近處;然后(c)將水蒸汽通入至少一口注射井，使蒸汽從多孔下部流入地下水飽和區(qū);以及(d)同時(shí)將營養(yǎng)物注入至少一口所述的注射井，所說的營養(yǎng)物能有效地促使所說的地下污染區(qū)存在的自然和/或非自然存在的降解烴類的生物生長，從而使該營養(yǎng)物從該注射井的多孔下部流入該飽和區(qū)，以有效地提高至少部分存在的污染物的生物降解作用和/或生物轉(zhuǎn)化作用;及(e)將抽力加在至少一口提取井上，使注入的蒸汽經(jīng)由被污染的地下區(qū)抽出，以便將至少部分污染物處在所說地下飽和區(qū)的，以液態(tài)或汽態(tài)或其混合形式被抽到抽取井的多孔下部，借以從抽取井抽出污染物，從該被污染的地下區(qū)域除去作進(jìn)一步處理和/或排掉。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，提供了一種從被污染的地下區(qū)域除去污染物的方法，其中所述的地下區(qū)域具有地下水面、低于地下水面的地下飽和區(qū)以及高于地下水面的地下滲流區(qū)，而污染物存在于飽和區(qū)和/或滲流區(qū)，其中該方法包括如下步驟(a)從地面往下延伸建立至少兩口注射井，其中每口注射井具有讓物料從中流過的多孔下部，以及將該注射井的多孔下部設(shè)置在地下飽和區(qū)或其鄰近處;
(b)從地面往下延伸建立至少兩口抽取井，其中每口抽取井具有允許物料流入其中的多孔下部，以及將一口抽取井中的多孔下部設(shè)置在地下飽和區(qū)或其鄰近處，另一口抽取井的多孔下部設(shè)置在地下滲流區(qū)或其鄰近處;然后(c)將蒸汽通入至少一口注射井中，使蒸汽從多孔下部流入地下飽和區(qū);
(d)同時(shí)將營養(yǎng)物注入另外的注射井中，其中該營養(yǎng)物能有效地促使該地下被污染區(qū)存在的自然或非自然存在的烴類降解的生物生長，并且使該營養(yǎng)物從該注射井的多孔下部流入該飽和區(qū)，有效地提高至少一部分存在的污染物的生物降解作用和/或生物轉(zhuǎn)化作用;以及(e)將抽力加在抽取井上，使注入的蒸汽通過污染區(qū)被抽出，將存在于地下飽和區(qū)和/或滲流區(qū)的至少一部分污染物，以液態(tài)或汽態(tài)或其混合形式被抽到兩口抽取井中一口或兩口井的多孔下部，以便，利用一口或兩口所說的抽取井從被污染的地下區(qū)域抽出污染物，作進(jìn)一步處理和/或排掉。
本發(fā)明在下文詳細(xì)說明中參照優(yōu)選的實(shí)施方案作更加充分地描述。
本發(fā)明用于從大地的被污染地下區(qū)域去除污染物，尤其用于從中去除非自然存在的烴類污染物。
本文所用的術(shù)語“非自然存在的烴類污染物”，是指本發(fā)明要去除這樣的烴類，它們是石油中一般發(fā)現(xiàn)的那些芳烴、烷烴、烯烴以及雜環(huán)化合物，以及這些化合物的各種衍生物，例如醇、酯、酮、羧酸酯、酸以及其它鹵代衍生物。尤其要去除的是鹵代脂肪族化合物，如三氯乙烯及1，1，1-三氯乙烷，它們一般用來作干洗劑和工業(yè)脫脂劑。
本發(fā)明要清除和去污的被污染地下區(qū)域是具有地下水面、低于地下水面的地下飽和區(qū)以及高于地下水面并延伸到地表面的地下滲流區(qū)的那些區(qū)域。眾所周知，在地下水面的正上方通常是污染物以液體和汽體的形式存在的毛細(xì)管區(qū)或毛細(xì)管邊緣區(qū)，可以把毛細(xì)管區(qū)作為從地下水面到滲流區(qū)的一種過渡區(qū)?？墒?，對于本發(fā)明來說，該區(qū)是被看作是地下水面的廣延區(qū)或其部分。
根據(jù)本發(fā)明，為了有效地去除被污染的地下區(qū)域的烴類污染物，要在懷疑被污染的區(qū)域內(nèi)、其周圍或其緊鄰處設(shè)置一個(gè)井系統(tǒng)。本發(fā)明可以使用按常規(guī)設(shè)計(jì)的井，這些井能將蒸汽和其它物料(如營養(yǎng)物和/或降解烴類的生物)注入地下被污染的區(qū)域，其中包括飽和區(qū)和未飽和區(qū)(即滲流區(qū))。至少要有兩臺注射井，包括一口注入蒸汽的井以及一口注入營養(yǎng)物的井，該營養(yǎng)物必須能有效地促使在被污染的區(qū)域存在的自然存在降解烴類的生物生長，如果必要的話，還要(或者)注入非自然存在降解烴類的生物和營養(yǎng)物。注射井由置于鉆孔中的不透流體的管道材料構(gòu)成，并且具有最好置于地下飽和區(qū)(即低于地下水面)的多孔下部，能讓注入的蒸汽和營養(yǎng)物(或必要時(shí)非自然存在的生物和營養(yǎng)物)進(jìn)入地面以下并流入飽和區(qū)。本發(fā)明中還考慮到，除了飽和區(qū)的注射井之外或?yàn)榇嫠豢诨蚨嗫谏鲜鲎⑸渚哂兄糜跐B流區(qū)的多孔下部，允許注入的蒸汽和其它物流(即供自然存在的降解烴類的生物用營養(yǎng)物，和/或必要時(shí)非自然存在的降解烴類生物和營養(yǎng)物)流入滲流區(qū)。最好提供多口這樣的蒸汽和營養(yǎng)物注射井，各種井的數(shù)量取決于這樣一些因素，例如待處理的具體污染區(qū)域大小和地下地質(zhì)情況以及污染物的具體性質(zhì)等。
在注射井群中至少有一口返回或抽取井，它也是按常規(guī)設(shè)計(jì)的并且由置于鉆孔中的不透水導(dǎo)管材料構(gòu)成，它具有置于地下飽和區(qū)的多孔下部，讓含污染物的地下水和蒸汽從飽和區(qū)抽到地面，供進(jìn)一步處理和去除污染物。優(yōu)選在上述注射井群之中隔開設(shè)置多臺這樣的抽取井，以形成一個(gè)注射井和抽取井的陣列。
在一種優(yōu)選實(shí)施方案中，在所說的注射井和飽和區(qū)抽取井群之中存在和設(shè)置一口或多口額外的相對淺的抽取井，或用來替代之，它們都有置于滲流區(qū)的多孔下部，讓汽化的污染物和液體從中抽出。
通過給抽取井施加抽力，例如在泵的機(jī)械作用下或在真空泵提供的負(fù)壓下，同時(shí)注入蒸汽和營養(yǎng)物，包括以各種物理態(tài)下污染物的氣體和流體從飽和區(qū)和/或滲流區(qū)轉(zhuǎn)移到抽取井的一個(gè)或兩個(gè)多孔下部。然后將這些氣體和液體通過多孔部分從抽取井抽到地面，作進(jìn)一步處理和/或排掉，以便實(shí)現(xiàn)大地目標(biāo)地下區(qū)的除污。
根據(jù)本發(fā)明，將蒸汽通入一口或多口注射井使得地下不揮發(fā)的污染物汽化，以便于通過施加在抽取井中的抽力將污染物從注射井的鄰近區(qū)域除去。該方法尤其針對非溶解性液體污染物的濃集物或油池。根據(jù)采用蒸汽和提取的具體地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中包括礦物的結(jié)構(gòu)和孔隙率，在飽和區(qū)和/或滲流區(qū)使所注入的蒸汽和汽化的化合物及液體(如不揮發(fā)的污染物)從各個(gè)方向通過地下區(qū)域流向抽取井的多孔下部，最終排到地面。利用注射的蒸汽使液體和其它未汽化的物料移動和被驅(qū)趕到抽取井的多孔部分。
根據(jù)本發(fā)明，將蒸汽注入地下飽和區(qū)和/或滲流區(qū)，同時(shí)將有效地促使在被污染區(qū)中含的自然存在的降解烴類的生物生長用的營養(yǎng)物也注入飽和區(qū)或滲流區(qū)，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，污染溶劑常常以不溶解態(tài)存在于被污染區(qū)域中，因此從被污染的地下區(qū)域，尤其是從飽和區(qū)使污染物除去是困難的。通過注入這些營養(yǎng)物提高自然存在的降解烴類生物的生長速率，能方便地使得一些污染化合物或溶劑更容易生物降解和/或生物轉(zhuǎn)化成更易溶于水和/或更易揮發(fā)的物質(zhì)，因而極大地方便了經(jīng)由地下水和/或蒸汽抽取井去除污染物。例如，將三氯化的溶劑生物轉(zhuǎn)化成更易溶于水的二氯化的乙烯類和乙烷類，因此從地下飽和區(qū)經(jīng)由抽取井更容易提取污染物。
能夠生物降解和/或生物轉(zhuǎn)化有機(jī)化合物(和無機(jī)化合物)的天然菌是公知的，例如已在美國專利No.4，765，902中詳細(xì)地討論過。按照本發(fā)明加到被污染區(qū)的對這些微生物的生長是必不可少的營養(yǎng)物，也是公知的，包括例如堿金屬磷酸鹽(像六偏磷酸鈉)以及氮源(像硝酸鹽和銨化合物)。所采用的營養(yǎng)物體系最好至少包括礦物的和原始底物營養(yǎng)物，其中礦物介質(zhì)包括六偏磷酸鈉形式的磷以及以氯化銨形式的氮，最好還含有痕量的鎳鹽和鈷鹽。所說的原始底物最好是乙酸鉀和/或甲酸鉀。當(dāng)然，本發(fā)明還包括通過注射井注入非自然存在的降解烴類生物和提高其生長的營養(yǎng)物，以補(bǔ)充或補(bǔ)足自然存在降解烴類生物的作用，或者簡單地注入在污染地可能不存在的降解烴類的生物。這些非自然存在的降解烴類生物和營養(yǎng)物也是公知的，例如已在美國專利No.4，765，902中討論過。
本技術(shù)領(lǐng)域里的技術(shù)人員還將了解到，同時(shí)注入蒸汽使得有機(jī)化合物揮發(fā)和/或移動，并且隨后從被污染的地下區(qū)域去除，也具有將這些有機(jī)污染物的濃度降低到對本地的降解烴類生物(和/或必要時(shí)補(bǔ)加的非自然的生物)幾乎沒有毒性水平的作用，或者至少減少一些對地下水菌有毒性的具體化合物，以便進(jìn)一步提高或加速這些生物的生長速度。因此該作用反過來會提高有機(jī)污物的現(xiàn)場生物轉(zhuǎn)化和/或生物降解作用，使之變成更易溶于水和/或更易揮發(fā)的類似物，于是極大地方便了通過抽取被污染的地下水和汽化的地下物質(zhì)將其去除。
通過參照附圖1-5以及下文的討論，最能表明和了解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案?？墒牵瑧?yīng)理解，這些討論僅僅是為了說明本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施方案，對于本技術(shù)領(lǐng)域里的技術(shù)人員來說許多其它方法及其變型將是顯而易見的，這些討論不能認(rèn)為是以任何方式對本發(fā)明范圍或權(quán)利要求書或其精神的限制。
現(xiàn)在參照附圖的圖1，它描述了一種單礦區(qū)去污方法，將其用圖標(biāo)1表示。圖標(biāo)2和4分別表示蒸汽和營養(yǎng)物注入用供給集管。圖標(biāo)6和8分別表示去除抽取的地下水和抽取的氣體和液體用提取或返回集管。正如此優(yōu)選實(shí)施方案所示，該集管沿地面水平延伸，在其下實(shí)際上是待處理的被污染的地下。地面用“S”表示，從地表面往下延伸到地下水面(WT)的滲流區(qū)用“V”表示，地下水面之下的區(qū)域是飽和區(qū)。在圖1中也表示了一種含有以下不溶態(tài)液體污染物的非水液體相占據(jù)了地下水面下飽和區(qū)的部分被污染區(qū)域。
置于鉆孔內(nèi)的數(shù)個(gè)相互隔開的垂直提升管，向下延伸進(jìn)入地下水面之下的飽和區(qū)，將注入的蒸汽和營養(yǎng)物送到飽和區(qū)中懷疑被污染的地下區(qū)域，它們分別用圖標(biāo)10和12表示。提升管10和12的底部是多孔的或裝上篩網(wǎng)，允許注入的蒸汽和營養(yǎng)物從中通過進(jìn)入欲除去污染的地下水面中的地下區(qū)域。提升管10和12的上端分別與各自的供料集管2和4連成一體。在本優(yōu)選實(shí)施方案中，盡管可以看到在地表面上分別將供給蒸汽和營養(yǎng)物的集管2和4與各自的提升管10和12連接，但是這樣的結(jié)構(gòu)并不是必須的，因?yàn)檎麄€(gè)裝置可以置于地下。另外，在設(shè)想的另一些實(shí)施方案中，提升管能夠與地表面成一夾角向下延伸進(jìn)入被污染的地下區(qū)域，或者如果必要的話，能夠以水平的方式向地下延伸。在本實(shí)施方案中還指出了，注射蒸汽的提升管10的多孔部分最好延伸到有未溶解的污染物的區(qū)域或非水液相的區(qū)域，這些物質(zhì)占據(jù)著欲消除污染的部分地下水面的地下區(qū)域。例如當(dāng)?shù)叵滤柡蛥^(qū)靠近粘土層或密堆積的礫石層，或一些其它基本上不透水的填充材料時(shí)，這些非水液相常常包含在上述大體上已定義的區(qū)域內(nèi)。但是本發(fā)明也考慮到將蒸汽經(jīng)由多孔的提升管底部注入被污染的地下區(qū)域，這些區(qū)域缺少非水液相或者由于具體的地下地質(zhì)情況缺乏已定義的非水液相區(qū)，其中未溶解的污染液體烴類(如果有的話)分散遍及更大部分地下污染區(qū)域，并且例如聚積在地孔隙或地層之間。
將數(shù)根相互隔開的垂直抽取或返回提升管置于鉆孔中向下延伸到處在地下水面以下的飽和區(qū)，以抽取帶有污染物的地下水和蒸汽，用圖標(biāo)14表示。延伸到地下飽和區(qū)的抽取或返回提升管14的底部是多孔的或裝上篩網(wǎng)，允許污染的地下水和蒸汽被引流入其中，并且將其移向整體返回集管6作進(jìn)一步處理，例如空氣提取蒸餾和/或分離污染物，下文將作更詳細(xì)地討論。另外，在本優(yōu)選實(shí)施方案中，盡管圖示的返回集管6與返回提升管14在地面上連接，但是這樣的結(jié)構(gòu)并不是本發(fā)明的關(guān)鍵，因?yàn)檎麄€(gè)裝置可以置于地下。另外，提取提升管還能與地面成一夾角向下延伸到地下，或如果必要的話能以水平方式伸到地下。
在所示的優(yōu)選實(shí)施方案中，置于鉆孔中的另外數(shù)根相互隔開的垂直提取或返回管，向下延伸到地下水面以上的滲流區(qū)(和毛細(xì)管邊緣區(qū))，從中抽取蒸汽和液體，用圖標(biāo)16表示。伸到滲流區(qū)內(nèi)的提取或返回管16的底部是多孔的或裝上篩網(wǎng)，或具有一些其它滲透性設(shè)計(jì)，允許汽化的物料和液體被引流入其中，然后移向返回整體式集管8作進(jìn)一步處理。
從飽和區(qū)抽取含污染物地下水用和從滲流區(qū)抽取氣體和液體用返回集管6和8被連接到適當(dāng)?shù)难b置(圖中未示)上，以便維持返回集管6和8以及返回提升管14和16中的抽力，例如一臺泵或泵組或真空泵維持真空或負(fù)壓，將含有污染物的地下水和汽化污染物抽到返回提升管14和16的多孔部分，進(jìn)而抽到地面供處理或排掉。在本發(fā)明中還考慮到，根據(jù)返回提升管的深度，可以用一臺或多臺裝在地下部分飽和區(qū)或滲流區(qū)內(nèi)的泵提供附加的抽力(如負(fù)壓)，例如在各提升管14和16的底部。
現(xiàn)在參照圖2，它描述了本發(fā)明處理系統(tǒng)的各種部件優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖，以實(shí)現(xiàn)圖1的注射井和返回井的操作以及處理抽取的被污染地下水和汽化的污染物。
在圖2中，利用蒸汽發(fā)生器18將蒸汽送入蒸汽管道20向注射井(例如圖1中所示的集管2和提升管10)中供給蒸汽。通過城市供水管22可以將自來水供到圖示的蒸汽發(fā)生器18中。
在本實(shí)施方案中，圖示了注入各自注射井的營養(yǎng)物貯于礦物介質(zhì)貯罐24和原始底物貯罐26，兩者分別通過管線28和30將其送到注射管32中(例如圖1所示的提供營養(yǎng)物集管4和提升管12)。利用適當(dāng)?shù)挠?jì)量裝置(圖中未示出)將來自貯罐24和26的營養(yǎng)物計(jì)量送到供料管32中。一臺或多臺注射泵34a和34b還將所需量的水從脫氧罐36注入供料管32。在營養(yǎng)物和水構(gòu)成的混合物或溶劑注入營養(yǎng)物注射井之前，在線混合器(圖中未示出)在管線32中將營養(yǎng)物和水混合。也正如本優(yōu)選實(shí)施方案所示的那樣，考慮到自然存在的厭氧菌，接進(jìn)蒸汽管20的供料管38提供蒸汽加熱脫氧器36，以驅(qū)趕欲和注入的營養(yǎng)物混合用供水中存在的氧。當(dāng)然，如果采用需氧菌時(shí)，要考慮注入氧氣或維持其適當(dāng)?shù)纳L環(huán)境。
含有被提取的污染物(例如圖1所示來自集管6的)的地下水通過管線40和平衡罐42，如通過地下水抽取泵或真空泵(圖中未示)進(jìn)入系統(tǒng)，并且通過一臺或多臺空氣提取泵44a和44b而進(jìn)入空氣提取塔46。平衡罐42提供了通過空氣提取塔46的平衡流動。在分離的蒸氣通過管線50排入大氣之前，最好通過一臺或多臺碳吸收床48a和48b。通過管線52將來自提取塔46的分離的和去污染的地下水送回水緩沖罐54(如果必要的話，通過管線52a將水循環(huán)到空氣提取塔46)供進(jìn)一步處理，和/或通過管線56排到自來水處理源，或者按附圖所示通過管線52b和52c將其重新作為營養(yǎng)物和/或蒸汽進(jìn)料使用。
來自蒸汽提取井(如圖1所示來自集管8)的排出物(蒸汽和液體物料)經(jīng)管線58通過蒸汽提取泵60和冷凝器62而進(jìn)入系統(tǒng)。冷凝的液體通過管線64離開冷凝器62進(jìn)入平衡罐42，按上述討論方式處理來自冷凝器62的蒸汽最好經(jīng)管線62a通過一臺或多臺碳吸收床66a和66b，然后經(jīng)管線68排入大氣。另外，在該優(yōu)選實(shí)施方案中，將來自用蒸汽管20加熱的熱交換器70的熱空氣經(jīng)管線72轉(zhuǎn)移到置于滲流區(qū)的熱空氣進(jìn)氣井，在圖3和圖4中將作更充分地說明。
在圖3和圖4中，圖示了按本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中蒸汽和/或營養(yǎng)物注射井和抽取井的剖面圖。參照附圖3和4，在鉆孔100和102中分別裝有各自同軸設(shè)置的提升管104和106。這些提升管能由任何不透性的材料制成，例如用鍍鋅鋼。在附圖3中，供料管108將來自集管110(如圖1所示的集管2和4)的蒸汽和/或營養(yǎng)物提供給提升管104。在附圖4中，將抽吸軟管112作為抽取提升管106，并且將其與返回集管114(如圖1所示的地下水和蒸汽抽取或返回集管6和8)連接。在這些優(yōu)選實(shí)施方案中，在附圖3和4所示的鉆井100及102和注射和提取提升管104和106之間的各環(huán)形區(qū)域116和118，最好裝填松散的流體滲透性材料(如礫石、砂石或粗巖石)支撐提升管104和106。
在鉆孔100和102的上端，穿過地面S，從地表面S鉆孔處往下延伸的環(huán)形部分116和118各自用低滲透性的材料120和122(見附圖3和4)填充，例如水泥、灰漿粘土或壓制土，以防止空氣自地表面吸入提升管104和106。
將各提升管104和106分別從鉆孔100和102伸到按本發(fā)明要處理的地下飽和區(qū)域，提升管的底部是多孔的或帶有篩124和132。在附圖3中，注入提升管104的蒸汽和/或營養(yǎng)物流過篩124進(jìn)入環(huán)形區(qū)域116，然后進(jìn)入待處理的地下目標(biāo)區(qū)域。在此優(yōu)選實(shí)施方案中，注射提升管104上多孔或篩部分的大小根據(jù)情況應(yīng)設(shè)計(jì)成避免蒸汽和/或營養(yǎng)物通過滲流區(qū)的潛在有擇性遷移，并能確保注入的大部分物料在飽和區(qū)維持的一段時(shí)間，足以揮發(fā)和/或移走目的污染物，和/或促使生物降解和/或生物轉(zhuǎn)化菌的生長，從而加速某些污染物的生物降解和/或生物轉(zhuǎn)化作用。最好使用短篩提升管，例如根據(jù)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，采用長度約為1英尺的篩，以便將注入的物料較好地集中在被污染的地下區(qū)域。在本優(yōu)選實(shí)施方案中，在提升管104的篩部124周圍的環(huán)形管區(qū)116內(nèi)，用過濾性的材料126填充，例如砂等細(xì)松散的填充材料，以防止塞滿或堵塞提升管的篩部分。如圖3所示，過濾性材料126正上方的環(huán)形區(qū)116部分，還用低滲透性的材料128填充，例如粘土(如膨潤土)，以保證在注射提升管104的地面S處和篩區(qū)124之間形成壓力差。
在此優(yōu)選實(shí)施方案中，按圖3設(shè)計(jì)的注入蒸汽/營養(yǎng)物的井還包括注入熱空氣的提升管130，該管具有多孔端或篩網(wǎng)端。圖示出的管130從地表面通過低滲透性帽120延佳到環(huán)形管區(qū)116。熱空氣提升管130的長度(或深度)最好僅延伸到滲流區(qū)，允許以廢熱產(chǎn)出來的熱空氣從中流過環(huán)形區(qū)域116進(jìn)入滲流區(qū)來維持地下土地的溫度，達(dá)到足以防止利用注噴射蒸汽例如在飽和區(qū)中地下水面以下汽化的污染物冷凝，并且也便于從滲流區(qū)中的蒸汽抽取井將污染物除去。
附圖4抽取井設(shè)計(jì)的優(yōu)選實(shí)施方案，用于兩種提取井，一種井處于地下水位之下飽和區(qū)的地下水蒸汽提取井，另一種是置于滲流區(qū)的蒸汽/液體提取井。提取的污染物從被污染的地下相鄰的或周圍區(qū)域進(jìn)入環(huán)形區(qū)118，然后在所施加抽力的作用下(例如通過真空泵施加的負(fù)壓)，將提取的污染物通過置于提升管106底端的多孔部或篩網(wǎng)132抽到抽入提升管106中，再進(jìn)入上文所述的抽取集管114。在注射井的設(shè)計(jì)中，環(huán)繞提升管106的底部篩網(wǎng)部132的環(huán)形區(qū)118，最好用某種過濾性材料134(例如砂)填充，以防止塞滿或堵塞提升管106的底部篩網(wǎng)孔口。
正如附圖3注射井設(shè)計(jì)所示，在過濾性材料134的正上面的部分環(huán)形區(qū)118，最好用低滲透性材料136(例如膨潤土)填充，以保證在地表面S與被提取處的地下區(qū)域之間維持所需要的壓力差。
另外，如該優(yōu)選實(shí)施方案所示，圖4所示的抽取井配置伸到滲流區(qū)中的第二個(gè)蒸汽抽取提升管140，使氣化的材料在施加負(fù)壓抽力作用下(例如使物料被除去的負(fù)壓)被抽到所說的環(huán)形管區(qū)118。
現(xiàn)參照附圖5，圖示了一種典型的井陣列，一些相互隔開的蒸汽和營養(yǎng)物注射井與一些相互隔開的抽取井交替排列。當(dāng)沒有具體指明時(shí)，抽取井表示置于飽和區(qū)和滲流區(qū)的抽取井。按這樣一些因素來確定各注射井和營養(yǎng)物井間距離，如污染物的性質(zhì)和范圍，以及欲去除污染的地下地質(zhì)的具體性質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種從被污染的地下區(qū)域去除污染物的方法，所說的地下區(qū)域具有地下水面、地下水面以下的地下飽和區(qū)以及高于地下水面的地下滲流區(qū)，其中污染物存在于飽和區(qū)和/或滲流區(qū)，該方法包括如下步驟(a)建立至少兩口注射井，其中每口注射井具有多孔的部分，允許物料從中流過，并且其中所說注射井的所說多孔部分置于地下飽和區(qū)或其鄰近處；(b)建立至少一口抽取井，所說的抽取井具有允許物料流入其中的多孔部分，其中所說的多孔部分置于地下飽和區(qū)或其鄰近處；(c)將蒸汽注入至少一口注射井中，使蒸汽從所說的多孔部分流入地下飽和區(qū)；以及(d)同時(shí)將營養(yǎng)物注入至少一口所說的注射井中，所說的營養(yǎng)物能有效地促使在所說的被污染的地下區(qū)域存在的自然存在的降解烴類生物的生長，和/或同時(shí)注入非自然存在的降解烴類生物和有效促使其生長的營養(yǎng)物，從而使所說的營養(yǎng)物和/或所說的非自然存在的生物及營養(yǎng)物從所說注射井的所說多孔部分而流入所說的地下飽和區(qū)，以便有效地增進(jìn)至少一部分存在的污染物生物降解和/或生物轉(zhuǎn)化；以及(e)在抽取井上施加抽力，借以使存在于所說地下飽和區(qū)的至少一部分污染物以液態(tài)或汽化態(tài)形式或其混合態(tài)形式被抽向所說抽取井的多孔部分，從而通過所說的抽取井抽出所說的污染物，并從被污染的地下區(qū)域除去。
2.一種從被污染的地下區(qū)域去除污染物的方法，所說的地下區(qū)域具有地下水面、地下水面以下的地下飽和區(qū)以及地下水面以上的滲流區(qū)，其中污染物存在于飽和區(qū)和/或滲流區(qū)，該方法包括如下步驟(a)建立至少兩口注射井，其中每口所說的注射井具有允許物料從中流過的多孔部分，以及其中所說注射井的所說多孔部分被置于地下飽和區(qū)或其鄰近處;(b)建立至少兩口抽取井，其中每口所說的抽取井具有允許物料流入其中的多孔部分，以及其中將一口該抽取井的多孔部分置于地下飽和區(qū)或其鄰近處，而將另一些抽取井的多孔部分置于地下滲流區(qū)或其鄰近處;然后(c)將蒸汽注入至少一口所說的注射井中，使蒸汽從所說的多孔部分流入地下飽和區(qū);與此同時(shí)(d)同時(shí)將營養(yǎng)物注入另外一些注射井中，所說的營養(yǎng)物能有效地促使地下被污染區(qū)域中存在的自然存在的降解烴類生物生長，和/或同時(shí)注入非自然存在的降解烴類生物及促使其生長的營養(yǎng)物，借以使所說的營養(yǎng)物和/或所說的非自然存在的生物和其營養(yǎng)物從所說注射井的多孔部分流入所說的飽和區(qū)，以便有效地增進(jìn)至少一部分存在的污染物生物降解和/或生物轉(zhuǎn)化;與此同時(shí)(e)在抽取井上施加抽力，借以使存在于地下飽和區(qū)和/或滲流區(qū)中的至少一部分污染物以液態(tài)或汽態(tài)或其混合態(tài)形式被抽向一或兩口所說的抽取井中的多孔部分，從而使污染物通過一或兩口抽取井抽出，而從被污染的地下飽和區(qū)和/或滲流區(qū)去除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所說的污染物是非自然存在的烴類污染物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所說的非自然存在的烴類污染物選自烷烴、烯烴、芳烴、雜環(huán)烴及其衍生物和鹵代衍生物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所說的烴類污染物是鹵代脂族化合物和芳族化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中使蒸汽和有效地促使自然存在的降解烴類生物生長的營養(yǎng)物和/或非自然存在的降解烴類生物以及有效促使其生物生長的營養(yǎng)物同時(shí)從數(shù)口蒸汽和營養(yǎng)物和/或降解烴類生物的注射井流入所說的飽和區(qū)和/或滲流區(qū)，其中所說的噴射井具有置于地下飽和區(qū)和/或地下滲流區(qū)或其鄰近處的多孔部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中建立數(shù)口抽取井，其中每口所說的抽取井具有允許物料流入其中的多孔部分，而且其中將一口或多口抽取井的多孔部分置于地下飽和區(qū)或其鄰近處，和/或?qū)⒁豢诨蚨嗫诔槿【亩嗫撞糠种糜诘叵聺B流區(qū)或其鄰近處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中至少一部分所說的污染物以未溶解的液體形式存在于所說的地下區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所注入的營養(yǎng)物包括礦物營養(yǎng)物和原始底物營養(yǎng)物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所注入的礦物營養(yǎng)物包括六偏磷酸鈉和/或氯化銨，以及選擇性地含有痕量的鎳鹽和/或鈷鹽，而且所說的原始底物是乙酸鉀和/或甲酸鉀。
11.一種從被污染的地下區(qū)域有效去除污染物的裝置，其中所說的地下區(qū)域具有地下水面、地下水面以下的地下飽和區(qū)以及地下水面以上的地下滲流區(qū)，而且其中所說的污染物存在于所說的飽和區(qū)和/或滲流區(qū)，該裝置包括向所說的地下飽和區(qū)和/或所說的滲流區(qū)注入蒸汽的蒸汽注入裝置，注入有效促使自然存在的降解烴類生物生長的營養(yǎng)物和/或非自然存在的降解烴類生物和有效提高其生長的營養(yǎng)物用注入營養(yǎng)物和/或生物的裝置，將物料從地下飽和區(qū)和/或滲流區(qū)抽出用抽提裝置，其中至少一部分所說的物料包括固態(tài)、液態(tài)或汽化態(tài)的污染物料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所說的蒸汽注入裝置和所說的注入營養(yǎng)物和/或生物的裝置各包括一口或多口由無孔導(dǎo)管材料構(gòu)成的注射井，所說的注射井具有置于地下飽和區(qū)或其鄰近處的多孔部分，允許物料從中流過。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所說的蒸汽注入裝置和所說的注入噴營養(yǎng)物和/或生物的裝置還各包括一口或多口由無孔導(dǎo)管材料構(gòu)成的注射井，所說的注射井具有置于地下滲流區(qū)或其鄰近處的多孔部分，允許物料從中流過。
14.根據(jù)權(quán)利要求12和13的裝置，其中所說的抽取裝置包括一口或多口由無孔導(dǎo)管材料構(gòu)成的抽取井，所說的抽取井具有置于地下飽和區(qū)和/或地下滲流區(qū)或其鄰近處的多孔部分。
全文摘要
從地下被污染區(qū)去除污染物的方法和裝置，該區(qū)包括地下水面、其下的飽和區(qū)和其上的滲流區(qū)。通過多口井來完成去除污染物，而每口井具有多孔部分，讓物料從中流過而進(jìn)入各井且置于飽和區(qū)或其鄰近處。這些井包括至少一口注射井、營養(yǎng)物注射井及抽取井。注入的營養(yǎng)物包括(a)有效提高地下被污染區(qū)中自然存在的降解烴類生物生長的，營養(yǎng)物和/或(b)非自然存在的降解烴類生物及有效提高其生物生長的營養(yǎng)物。
文檔編號C02F101/30GK1078014SQ93100318
公開日1993年11月3日 申請日期1993年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月14日
發(fā)明者J·W·艾肯, A·J·巴塞爾, G·J·史密夫 申請人:美國電話電報(bào)公司