專利名稱：一種處理地下水氟污染的修復裝置和修復方法
技術領域：
本發(fā)明屬于地下水修復技術領域，具體地涉及一種處理地下水氟污染的抽注結合的套筒式滲透性反應墻(PRB)修復裝置。本發(fā)明還涉及一種利用上述修復裝置對地下水氟污染進行修復的方法。
背景技術：
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。然而工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生的固液廢物垃圾通過各種途徑對地下水造成污染。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，長期飲用對人體有輕微的不良影響；水中含氟量超過I. 5mg/L時，長期飲用易患氟斑牙和氟骨癥。我國地下水氟污染事件近些年屢見不鮮。因此，為了人類安全生存，地下水污染修復勢在必行。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，單純的傳統(tǒng)原位或異位修復方法很難在該區(qū)域施展功效。目前，國內(nèi)外地下水修復技術最為常見的主要有以下三種I)抽出處理修復技術(P&T)，該技術是最早出現(xiàn)的地下水污染修復技術，也是地下水異位修復的代表性技術。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技術為主。傳統(tǒng)的P&T技術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。2)監(jiān)測天然衰減修復技術MNA技術出現(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，對地下水的自然修復過程進行監(jiān)測評價。3)原位修復技術。近年來，地下水原位修復技術的興起受到人們的廣泛關注。較典型的地下水原位修復技術有空氣注入(Air Sparging)修復技術(簡稱AS技術)、可滲透性反應墻(Permeable Reactive Barrier)修復技術(簡稱PRB技術)、原位生物(Bioremediation)修復技術、多相抽提(Multi2Phase Extraction)修復技術、原位化學修復(ChemicalTreatment)技術、植物修復(Phytoremediation)技術以及多種方法相結合的修復技術等。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技術是一種被動的原位修復技術，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。

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裝置。本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用上述裝置對地下水氟污染進行修復的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的處理地下水氟污染的修復裝置，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，井管的井篩部分與護壁(塑料(ABS塑料)排水板)中間填充有去除氟的修復材料而形成可滲透性反應墻；井管的井篩以上部位與護壁中間填充有起支撐作用的材料(聚乙烯閉孔泡沫板)。所述的修復裝置中，抽水井和注水井中的井管與護壁以及填充的修復材料預制成套筒而整體放入土層中，以隨時取出更換修復材料和處理濾料阻塞。 所述的修復裝置中，填充的修復材料為沸石、石灰石、活性氧化鋁、中砂。所述的修復裝置中，在抽水井橫向附近設有與抽水井同等深度的監(jiān)測井，監(jiān)測井的井管位于水位面以下部分設有井篩，以監(jiān)測水位和水質(zhì)。所述的修復裝置中，監(jiān)測井距離抽水井為l-5m。所述的修復裝置中，抽水井頂端、注水井頂端及輸水管道均埋設在地面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。所述的修復裝置中，輸水管道為金屬軟管。所述的修復裝置中，抽水井和注水井沿著水流方向或污染羽放射方向設置，抽水井設置在水流的下游，注水井設置在水流的上游。本發(fā)明提供的利用上述修復裝置對氟污染的地下水進行修復的方法，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)。所述的修復方法中，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)本發(fā)明的修復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，具備較強的蓄水功能。對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)反應充分。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。
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3)相比傳統(tǒng)PRB技術來講此方法易于施工安裝、節(jié)省土地、減少開支。本發(fā)明的裝置占地面積小且完全在地下運行，對地面活動影響很小。泵和地下管道的安裝簡單，相比傳統(tǒng)PRB技術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題時，可以隨時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合套筒式PRB修復裝置示意圖。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修復裝置平面布置圖。圖4是實施例I中PRB修復裝置側(cè)面剖示圖。
具體實施例方式為克服傳統(tǒng)PRB修復技術應用于軟土地區(qū)地下水污染修復的局限性，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，本發(fā)明提供一種抽注結合的套筒式PRB系統(tǒng)對于地下水氟污染的修復裝置和修復方法。請參閱圖1，本發(fā)明的修復裝置主要由抽水井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的外圍是帶孔的護壁12，井管11和護壁12中間分為上下兩層分別填充有不同材料，具體地說，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，價格低廉、質(zhì)輕且起支撐、保溫作用)。由井管11、護壁12以及井管11和護壁12中間填充的PRB材料13組成可滲透性反應墻套筒(簡稱PRB套筒)。抽水井A或注水井B與填充有PRB套筒可以先預制成整體放入土層中，可以隨時取出更換修復材料和處理濾料阻塞問題。圖2所示為預制成整體的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和套筒護壁的透水性強，滲透系數(shù)為10_3-10_2cm/s。抽水井和注水井水平間距應在(d+2h)的6-10倍；在距抽水井井口水平距離為l_5m內(nèi)設置同等深度的監(jiān)測井14，監(jiān)測井14的井管位于水位面以下部分設有井篩，用于監(jiān)測水位和水質(zhì)。抽水井、注水井頂端及輸水金屬軟管均埋設在地面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置，其中抽水井設置在水流的下游，注水井設置在水流的上游(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。整個修復裝置工作過程中，抽水泵是間歇工作方式，每天工作2-4個小時。修復裝置在運行過程中，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，進而能夠達到對污染土壤修復的效果。抽水井和注水井的設置通過改變軟土區(qū)域土層局部滲透系數(shù)，從而該修復裝置中抽水井和注水井能形成具有蓄水功能介質(zhì)。進而有助于軟土層飽和土層中污染的地下水更快速地通過套筒式PRB材料中達到更佳的修復效果。本發(fā)明的修復裝置主要針對地下水埋深淺、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行修復。修復裝置應用的多樣性主要體現(xiàn)在污染區(qū)域的布設、更換維護和填充反應介質(zhì)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)明的修復裝置對地下水氟污染的修復過程為抽水井利用間歇式泵抽方式通過四周及底部的PRB的反應介質(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PRB反應介質(zhì)的物理和化學反應進行第一次修復后，通過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)過環(huán)形PRB反應介質(zhì)進行二次修復后滲入含水層內(nèi)。抽水泵速根據(jù)含水層厚度和滲透系數(shù)決定。當系統(tǒng)中的某一個井中修復材料失效或濾料等發(fā)生堵塞后可將其取出沖洗及更換填充材料。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淤泥質(zhì)粘土加細砂，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,每天運行3小時。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聯(lián)合修復裝置。運行穩(wěn)定后60天，對水質(zhì)監(jiān)測，結果表明，地面無明顯沉陷，對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達到地下水III類標準，且沒有出現(xiàn)嚴重堵塞情況，去除率達到91%以上。
權利要求
1.一種處理地下水氟污染的修復裝置，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，井管的井篩部分與護壁中間填充有去除氟的修復材料而形成可滲透性反應墻； 井管的井篩以上部位與護壁中間填充有起支撐作用的材料。
2.根據(jù)權利要求I所述的修復裝置，其中，抽水井和注水井中的井管與護壁以及填充的修復材料預制成套筒而整體放入土層中，以隨時取出更換修復材料和處理濾料阻塞。
3.根據(jù)權利要求I所述的修復裝置，其中，在抽水井橫向附近設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)權利要求4所述的修復裝置，其中，監(jiān)測井距離抽水井為l-5m。
5.根據(jù)權利要求I所述的修復裝置，其中，抽水井頂端、注水井頂端及輸水管道均埋設在地面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)權利要求I或5所述的修復裝置，其中，輸水管道為金屬軟管。
7.根據(jù)權利要求I、2或5所述的修復裝置，其中，抽水井和注水井沿著水流方向或污染羽放射方向設置，抽水井設置在水流的下游，注水井設置在水流的上游。
8.一種利用權利要求I所述修復裝置對氟污染的地下水進行修復的方法，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)權利要求8所述的修復方法，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
一種處理地下水氟污染的修復裝置，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，井管的井篩部分與護壁中間填充有去除氟的修復材料而形成可滲透性反應墻；井管的井篩以上部位與護壁中間填充有起支撐作用的材料。本發(fā)明還提供了修復地下水氟污染的方法。本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的原位、異位修復技術對污染地下水具有更高的適用性和修復率。
文檔編號C02F1/44GK102923822SQ20121044250
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權日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, 楊昱, 張進保 申請人:中國環(huán)境科學研究院