專利名稱：原位-異位聯(lián)合修復地下水氨氮污染的裝置和方法
原位-異位聯(lián)合修復地下水氨氮污染的裝置和方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于地下水修復技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種原位-異位聯(lián)合環(huán)形PRB修復地下水氨氮污染的裝置。
本發(fā)明還涉及利用上述裝置修復地下水氨氮污染的方法。
背景技術(shù)：
地下水是全球人類賴以生存的保證之一。隨著社會日益繁榮，我國工、農(nóng)業(yè)發(fā)展對地下水需求量日漸增大。各類工業(yè)廢水中氨氮的排放是地下水中氨氮污染的主要污染源， 另外，城市污水廠脫氮不完全，使出水氨氮通常達不到國家污水排放標準。江、河、湖泊等地表水中的氨氮含量較高，地表水在向地下水補給的過程中影響了地下水中氨氮的濃度。水中的氨氮在一定情況下可以轉(zhuǎn)換為亞硝酸鹽，如果長期飲用，水中的亞硝酸鹽將和蛋白質(zhì)結(jié)合形成亞硝酸胺，這是一種強致癌物質(zhì)，對人體健康極為不利。因此，為了人類安全生存， 修復氨氮污染地下水勢在必行。
目前，國內(nèi)外地下水修復技術(shù)最為常見的主要有以下三種
I)抽出處理修復技術(shù)(P&T)，該技術(shù)是最早出現(xiàn)的地下水污染修復技術(shù)，也是地下水異位修復的代表性技術(shù)。自20世紀80年代開展地下水污染修復至今，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，然后在地面上進行處理。 近年來，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程中對地下水實施了抽取或注入的，都歸類為P&T技術(shù)。
2)監(jiān)測天然衰減修復技術(shù)MNA技術(shù)出現(xiàn)的時間較晚，于20世紀90年代才開始正式用于地下水污染治理。該技術(shù)基于污染場地自身理化條件和污染物自然衰減能力進行污染修復，從而達到降低污染物濃度、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，采用相應的監(jiān)測控制技術(shù)，對地下水的自然修復過程進行監(jiān)測評價。
3)原位PRB修復技術(shù)。PRB修復技術(shù)是可滲透性反應墻(PermeableReactive Barrier)修復技術(shù)的簡稱，指的是地下安裝活性材料墻體以便攔截污染物羽狀體，使污染羽狀體通過反應介質(zhì)后，經(jīng)過一系統(tǒng)的物理，化學，吸附作用，從而實驗污染物濃度達到環(huán)境標準的目的。
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，對于軟土地區(qū)，含水層滲透系數(shù)很小，水流慢，長時間的抽水不僅費時費力而且會引起地面沉陷。
(2)傳統(tǒng)PRB技術(shù)是一種被動的原位修復技術(shù)，在利用地下水流的自然條件下被污染的地下水通過PRB后進行修復。PRB主要由滲透系數(shù)較高的反應介質(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對其無明顯的修復效果；大面積區(qū)域地下水修復時，傳統(tǒng)的PRB修復技術(shù)需大面積開挖，占用大面積土地及嚴重破壞水文地質(zhì)條件，并需要很大的經(jīng)濟開支。因此，對于發(fā)展中國家，必須考慮經(jīng)濟有效合理的PRB修復污染地下水技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種原位-異位聯(lián)合修復地下水氨氮污染的裝置。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用上述裝置修復地下水氨氮污染的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的原位-異位聯(lián)合修復地下水氨氮污染的裝置，主要包括
一抽水井，該抽水井的井管內(nèi)安裝有抽水泵；
一注水井，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壁中，井管與護壁中間填充有修復材料而形成可滲透性反應墻。
所述的裝置，其中，帶孔的護壁為環(huán)形的帶孔塑料(ABS塑料)排水板。
所述的裝置，其中，修復材料為天然沸石(粒徑為I 2_)。
所述的裝置，其中，在抽水井橫向附近設(shè)有與抽水井同等深度的監(jiān)測井，以監(jiān)測水位和水質(zhì)。
所述的裝置，其中，監(jiān)測井距離抽水井為l_5m。
所述的裝置，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， 防止地面活動對該修復裝置的破壞，同時在修復過程中減小對地面活動的影響。
所述的裝置，其中，輸水管道為金屬軟管。
所述的裝置，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。
本發(fā)明提供的利用上述裝置修復地下水氨氮污染的方法，抽水井通過可滲透性反應墻將污染的地下水抽入抽水井內(nèi)，使污染的地下水經(jīng)過可滲透性反應墻進行第一次修復，再通過輸水管道注入至注水井內(nèi)經(jīng)過可滲透性反應墻進行二次修復后滲入含水層內(nèi)。
所述的方法，其中，抽水井通過抽水泵將地下水抽入抽水井內(nèi)，注水井通過增壓泵將水通過注水井注入含水層內(nèi)。
本發(fā)明的有益效果
I) 一定厚度的環(huán)狀PRB和起支撐作用的護壁滲透性強，具備較強的蓄水功能，且修復過程中采用輪換的方式運行，對于滲透性較差的軟土地區(qū)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)反應充分，加大了抽水和注水速率，增大了修復效率。
2)不受水力影響，對污染區(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靠自然水流動力無法完成修復效果，用泵給予外加動力所以不受地下水力坡度影響。抽水的同時利用增壓泵將抽水井抽出的水通過注水井注入含水層， 防止了因長時間的抽水引起地面沉陷。
3)相比傳統(tǒng)PRB技術(shù)來講，本發(fā)明的裝置占地面積減小很多而且完全在地下運行，對地面活動影響很小。易于施工安裝、減少開支。泵和地下管道的安裝簡單，相比傳統(tǒng) PRB技術(shù)中對地面大面積和大尺度深度的開挖減少了很大的開支。當裝置使用到失效后，不必停止裝置，可以用另一新井填充新的反應介質(zhì)來組成新的PRB系統(tǒng)。


圖I是本發(fā)明的聯(lián)合原位_異位修復地下水氨氮污染的裝置示意圖。
圖2是圖I中抽水井(注水井)井篩段的斷面示意圖。
圖3是實施例I中PRB裝置平面布置圖。
圖4是實施例I中PRB裝置側(cè)面剖示圖。
具體實施方式
為克服傳統(tǒng)單純的原位或異位修復技術(shù)應用于特殊軟土地區(qū)地下水氨氮污染修復的局限性，得到經(jīng)濟高效且對地面活動和水文地質(zhì)條件影響很小的地下水修復技術(shù)。本發(fā)明提供一種原位_異位聯(lián)合環(huán)形PRB地下水氨氮污染修復裝置。
請參閱圖1，本發(fā)明的裝置主要由抽水井I、抽水泵11、注水井2、增壓泵21、輸水金屬軟管3組成。在抽水井I和注水井2的外圍是環(huán)形的可滲透性反應墻(PRB)，具體構(gòu)成是在起支撐作用的帶孔的環(huán)形塑料排水板(ABS塑料)4分別與抽水井和注水井的井管5之間填充有填料6，該填料6可以采用粒徑I 2mm的天然沸石。護壁的透水性強，滲透系數(shù)為10_3 10_2cm/s。抽水井和注水井的井管5位于水位面以下部分設(shè)有井篩7。請參結(jié)合圖2所示，顯示了抽水井(注水井)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,井篩外圍的環(huán)狀PRB厚度h為15 20cm,最外圍起支撐作用的環(huán)形塑料(ABS塑料)排水板4厚度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。抽水井和注水井水平間距為(d+2h)的6 10倍。在距抽水井井口橫向距離為I 5m內(nèi)設(shè)置同等深度的監(jiān)測井8，監(jiān)測井8的井管位于水位面以下部分設(shè)有井篩，以監(jiān)測水位和水質(zhì)。抽水井、注水井的頂端及輸水金屬軟管均埋設(shè)在地面標高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。具體抽水井和注水井的設(shè)置數(shù)量根據(jù)污染面積而定。
由于污染地下水長時間與反應介質(zhì)接觸和反應，會發(fā)生抽水井井篩外圍的PRB材料失效或者發(fā)生阻塞問題，這時可在預留出的其他位置依據(jù)污染地下水修復情況再施工安裝新的抽水井與現(xiàn)存的注水井組成新的聯(lián)合原位_異位環(huán)形PRB裝置。原裝置廢棄后可用帷幕灌漿的方式將其處理以免造成二次污染。當某一個井失效后若繼續(xù)修復可在臨近該井處建造新井，并用帷幕灌漿方法將井密封。
本發(fā)明的裝置在運行過程中，抽水井和注水井的循環(huán)抽注水流對土壤循環(huán)淋洗作用能將吸附在土壤表面氨氮解吸到土壤水溶液中，進而能夠達到對污染土壤修復的效果。
本發(fā)明主要針對地下水埋深淺流速很小的的軟土區(qū)域中的被氨氮污染地下水進行修復。其對均質(zhì)和非均質(zhì)含水層中單一或者復合污染物的去除均適用。
本發(fā)明的裝置應用的多樣性體現(xiàn)在該裝置在污染區(qū)域的布設(shè)、填充反應介質(zhì)特性、配比等方面。并且可以隨時監(jiān)測該區(qū)域任何位置地下水位和地下水質(zhì)修復情況。
本發(fā)明原位_異位環(huán)形修復氨氮污染地下水的方法是
用泵抽方式將抽水井四周污染的地下水抽入井內(nèi)經(jīng)過一次修復后再將其注入注水井內(nèi)再次修復后滲入含水層內(nèi)。污染的地下水與反應介質(zhì)充分接觸，通過化學反應/物理吸附/生物降解等作用。泵速根據(jù)監(jiān)測井觀察地下水位升降情況決定，使地下水位在小幅度范圍內(nèi)波動。
實施例I
該區(qū)域條件地下水位埋深3m，包氣帶和含水層主要為軟土，平均粒徑< O. Imm ； 土層滲透系數(shù)為8X l(T7cm/s。該污染區(qū)域地下水水質(zhì)pH為8. 2 ;0RP為128mV ;地下水中氨氮平均濃度為21mg/L。聯(lián)合修復系統(tǒng)注水井、抽水井井管內(nèi)徑IOcm ;環(huán)形PRB厚度20cm ； 塑料排水板厚2cm ;抽水泵泵速400ml/min。
運行穩(wěn)定后75天，對水質(zhì)監(jiān)測，結(jié)果表明，地面無明顯沉陷，對氨氮處理效果良好，沒有出現(xiàn)嚴重堵塞情況，處理后濃度為O. 2 O. 25mg/L去除率平均達到98%以上。
權(quán)利要求
1.一種原位-異位聯(lián)合修復地下水氨氮污染的裝置，主要包括 一抽水井，該抽水井的井管內(nèi)安裝有抽水泵； 一注水井，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壁中，井管與護壁中間填充有修復材料而形成可滲透性反應墻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，帶孔的護壁為環(huán)形的帶孔塑料排水板。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，在抽水井橫向附近設(shè)有與抽水井同等深度的監(jiān)測井，以監(jiān)測水位和水質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，監(jiān)測井距離抽水井為l-5m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，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，防止地面活動對該修復裝置的破壞，同時在修復過程中減小對地面活動的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的裝置，其中，輸水管道為金屬軟管。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，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所述裝置修復地下水氨氮污染的方法，抽水井通過可滲透性反應墻將污染的地下水抽入抽水井內(nèi)，使污染的地下水經(jīng)過可滲透性反應墻進行第一次修復，再通過輸水管道注入至注水井內(nèi)經(jīng)過可滲透性反應墻進行二次修復后滲入含水層內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，抽水井通過抽水泵將地下水抽入抽水井內(nèi)，注水井通過增壓泵將水通過注水井注入含水層內(nèi)。
全文摘要
一種原位-異位聯(lián)合修復地下水氨氮污染的裝置，主要包括一抽水井，該抽水井的井管內(nèi)安裝有抽水泵；一注水井，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壁中，井管與護壁中間填充有修復材料而形成可滲透性反應墻。本發(fā)明還公開了利用上述裝置修復地下水氨氮污染的方法。
文檔編號C02F1/00GK102923798SQ20121044251
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者白順果, 席北斗, 姜永海, 李翔, 袁志業(yè), 安達, 楊昱, 張進保 申請人:中國環(huán)境科學研究院