一種用于地下水中有機污染物修復裝置和方法
【專利摘要】一種地下水中有機污染物修復裝置，包括：抽水系統、布水系統、還原性介質填充區、環形水力負荷緩沖區、吸附-高級氧化介質填充區、快速滲流區和在線監測系統。通過抽水系統抽水經布水系統均勻分布布水，并在填充還原性介質區與吸附-高級氧化介質區域分步實現還原反應與氧化反應以達到去除地下水中有機污染物的目的，且修復后的地下水并可快速滲流進入地下含水層；可實現氧化還原反應分段進行，高效的去除地下水有機物，并可有效的解決修復后的地下水去向問題。本發明涉及上述修復裝置對地下水中有機污染物進行修復的方法。
【專利說明】—種用于地下水中有機污染物修復裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于地下水污染修復技術范疇，具體涉及一種地下水中有機污染物修復裝置。
[0002]本發明涉及一種利用上述修復裝置對地下水中有機污染物進行修復的方法。
【背景技術】
[0003]地下水有機污染物修復技術已成為當前國際上地下水污染防治的熱點問題。
[0004]目前國內外研究較多的技術有抽出處理、原位曝氣、滲透性反應墻、原位化學氧化、原位生物修復等。同時出現了具有一定效果的地下水有機污染修復實際工程，包括抽出處理、原位曝氣、PRB等修復案例，但這些修復技術在實際工程應用均具有自身的優缺點，如地下水抽出異位修復技術用于地下水有機污染物修復主要將地下水抽出后，采用污水處理技術處理受污染的地下水，其具有修復周期短、易于野外實際操作等優點，但其修復后有機污染物會存在“滯尾”現象。
[0005]另外，受污染的地下水經異位修復達標后去向選擇問題，一般采用注水井人工回灌補充地下水，但將會改變原有的地下水環境引起水質變化，同時也會增加修復成本。
[0006]相比較異位抽出修復技術而言，原位修復技術具有不改變地下水環境的基礎上，進行修復地下水有機污染。但其面臨著修復周期長、運行難以及維護成本高等問題，并在實際工程應用中受到污染含水層的污染物種類、土壤和含水層的介質結構的復雜性以及地球化學等各種環境因素影響，難以達到其技術設計的最初目標。因此，針對各技術的特點，結合我國場地實際情況，如何研發高效的、快速的并降低修復成本的地下水有機污染修復技術是地下水有機污染物修復技術的難點。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種地下水中有機污染物修復裝置。
[0008]本發明的又一目的在于提供一種利用上述修復裝置對地下水中有機污染物進行修復的方法。
[0009]為實現上述目的，本發明提供的地下水中有機污染物修復裝置，包括:
[0010]抽水系統包括:
[0011]抽水井，抽水井內設有篩管，所述篩管的底端置于目標污染含水層的水位面以下；潛水泵安裝在篩管間，且位于目標污染含水層水位面以下；潛水泵連接一抽水管。
[0012]布水系統包括:
[0013]抽水管的管口周圍設有多個分水孔，多個分水孔分別與輻射狀的導水管一一對應，導水管的另一端與環形布水槽相連，環形布水槽的側面和底部開設有出水孔，環形布水槽的出水孔還原性介質填充區域內；
[0014]還原性介質填充區填充有可通過還原反應將難降解的有機污染物還原為易于降解的材料；[0015]環形水力負荷緩沖區填充有細砂；
[0016]吸附-高級氧化介質填充區填充具有高級氧化性的材料和具有吸附作用的材料；
[0017]快速滲流區填充有細砂；
[0018]在線監測探頭安裝在篩管內且位于目標污染含水層水位以下，以監測修復后下滲的水質。
[0019]所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中在還原性介質填充區和吸附-高級氧化介質填充區上方鋪蓋一定厚度的覆土層。
[0020]所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中裝置底部具有一傾斜坡度，以便水流集中到快速滲流區。
[0021]所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中在還原性介質填充區和吸附-高級氧化介質填充區的底部與側邊均進行防滲處理。
[0022]所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中還原性介質填充區填充粒徑
的沸石和粒徑為l_3mm的零價鐵的混合物；吸附-高級氧化介質層為粒徑的沸石和粒徑為6_的過硫酸鹽緩釋材料的混合物。
[0023]所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中環形水力負荷緩沖區和快速滲流區填充的細砂的粒徑為1.6mm-2.2mm。
[0024]所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中，水力阻隔擋板起到阻隔水流作用，減少水力死區。
`[0025]所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中水力緩沖區設置是為了減少水力沖擊負荷對填料的影響。
[0026]本發明利用上述的修復裝置對地下水中有機污染物進行修復的方法:
[0027]I)設置在目標污染含水層水位面以下的潛水泵抽取受有機污染的地下水，通過抽水管進入布水用的分水孔分配給輻射狀的導水管，進入環形布水槽進行布水后直接進入卵石層，均勻滲入外圈的還原性介質填充層，再經水平流動，經水力緩沖區進入內圈的吸附-高級氧化層，其中還原性介質填充層與吸附-高級氧化層中的沸石吸附大量的有機污染物，充分與過硫酸鹽緩釋材料接觸，以去除地下水中有機污染物；
[0028]2 )經過修復后的地下水在自然水力的作用下，逐漸通過小顆粒介質填充層下滲進入淺層含水層，采用在線監測探頭監測修復后下滲的水質。
[0029]所述的方法，其中覆土層具有可吸附揮發出的有機物的能力。
[0030]本發明具有的優點:
[0031]( I)本發明可實現快速異位一原地兩級多階段修復地下水有機污染，并可實現修復后地下水自然下滲進入含水層，有效的解決地下水異位處理后的去向問題；
[0032](2)本發明提供的地下水有機污染修復技術方法，其可操作性強，便于管理維護，并可降低修復成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明提供一種用于地下水中有機污染物修復裝置的剖面圖。
[0034]圖2為圖1的俯視圖。
[0035]附圖中主要組件符號說明:[0036]I還原性介質填充區；2吸附-高級氧化介質填充區；3快速滲流區；4覆土層；5篩管；6潛水泵；7環形布水槽；8抽水管；9分水孔；10快速滲流區側孔；11在線監測探頭；12導水管；13環形緩沖區域；14水力阻隔擋板。
【具體實施方式】
[0037]本發明提供了一種用于地下水有機污染高效、快速、低成本、可操作性的有機污染物修復裝置。
[0038]請參閱附圖。本發明的修復裝置是根據實際場地有機污染的分布特征，設置抽水井的位置，并結合地下水埋深在抽水井內設置篩管5。
[0039]本發明的裝置包括抽水系統、布水系統、還原性介質填充區1、環形水力負荷緩沖區13、吸附-高級氧化介質填充區2、快速滲流區3和在線監測系統。
[0040]抽水系統是由潛水泵6連接抽水管8等組成，其中潛水泵6置于篩管5內且位于目標污染含水層水位面以下2~Sm，可實現有機污染物污染地下水的定量定時抽水，抽水管8的直徑為40~100mm。該抽水管8的管口周圍設有多個分水孔9，多個分水孔9分別與輻射狀的導水管12 —一對應，導水管12的另一端與環形布水槽7相連，環形布水槽7的側面和底部開設有出水孔，環形布水槽的出水孔位于卵石層內。
[0041]還原性介質填充區I是由零價鐵(lmm-3mm)和小粒徑沸石(3mm-7mm)組成,其中零價鐵和沸石的比例沒有嚴格要求，實施例中是按體積比1:1組成。
[0042]環形水力負荷緩沖區13填充小粒徑顆粒材料是粒徑為0.5mm-1.4mm的細砂。
[0043]吸附-高級氧化介質填充區2是由粒徑的沸石和粒徑為6mm的過硫酸鹽緩釋材料的混合物組成，其中沸石和過硫酸鹽緩釋材料的比例沒有嚴格要求，實施例中是按體積比1:1組成。
[0044]還原性介質填充區I與吸附-高級氧化介質填充區2上面覆蓋有覆土層4。
[0045]在線監測探頭11是由水位探頭和水質探頭組成，安裝在篩管5內且位于目標污染含水層水位面以下。
[0046]設置在目標污染含水層水位面以下的潛水泵6抽取受有機污染的地下水，通過抽水管8進入布水用的分水孔9分配給輻射狀的導水管12，進入環形布水槽7進行布水滲入由小粒徑沸石+零價鐵組成的還原性介質填充區1，并經水力緩沖區13后進入小粒徑沸石+過硫酸鹽緩釋材料組成的吸附-高級氧化層2，并在水力阻隔擋板14的作用下減少吸附-高級氧化層的水力死區，另外二者的小粒徑的沸石將會吸附大量的有機污染物，可充分與氧化還原材料接觸，提供充裕的反應時間，達到去除地下水中有機污染物的目的。同時經過修復后的地下水在自然水力的作用下，逐漸通過快速滲流區3下滲與快速滲透區側孔10進入淺層含水層，采用在線監測系統11監測修復后下滲的水質。另外對于揮發性有機物在反應區上部設置一層覆土層。
[0047]本發明所提供的地下水有機污染修復裝置實際操作情況如下，現實例說明。
[0048]實施例1
[0049]針對受硝基苯污染的淺層地下水，埋深在3.5m,含水層厚度為3_4.5m,并通過微水試驗可知滲透系數是4.5m/d 。
[0050]建設地下水抽水井，其篩管5設置深度為4.5m，其長度為1.5m。開挖外圓半徑為3m,深度為1.5m ;在圓坑底部開挖半徑為Im的圓，其深度為0.5m。圓坑底部填充30cm的細砂(粒徑1.6mm-2.2mm)作為快速滲流區，細砂上部分填充20cm的小粒徑沸石(粒徑5mm-7mm)和過硫酸鹽緩釋材料(粒徑6mm),在此基礎上再填充半徑為1.5m,高為1.3m的區域內填充小粒徑沸石(粒徑5mm-7mm)和過硫酸鹽緩釋材料(粒徑6mm),剩余的環形區域填充還原性介質材料(粒徑為lmm-3_的小粒徑沸石+粒徑為3mm-5_的零價鐵)，其高度與吸附高級氧化層一樣，在還原性介質填充層與吸附高級氧化層上面均勻覆蓋土層，填充完畢后，通過潛水泵抽水進入布水裝置，達到均勻布水，受硝基苯污染的水逐步經過小粒徑沸石+零價鐵-小粒徑沸石+過硫酸鹽緩釋材料-細砂滲入含水層，整個過程中達到硝基苯的去除和修復后的地下水自然下滲目的，其硝基苯的去除率達到75%，處理量120m3/d。
[0051]實施例2
[0052]選擇受氯乙烯污染的廢棄加油站，其地下水埋深9m左右，含水層厚度近6m，其滲透系數是5.1/d。
[0053]建設地下水抽水井，其篩管設置深度為11m，其長度為3m。開挖半徑為4m的圓坑，深度為2m ;在圓坑底部開挖圓的半徑為1.5m，深度為4m。在整個坑的側邊均采取防滲，由坑底部填充高度為3.2m的細砂(粒徑2.0mm-2.8mm)作為快速滲流區，快速滲流區上部填充80cm的小粒徑沸石(粒徑7mm-9mm)和過硫酸鹽緩釋材料(粒徑8mm),然后在底部圓坑上面半徑為2.5m的圓形區域填充小粒徑沸石(粒徑5mm-7mm)和過硫酸鹽緩釋材料(粒徑6mm),其高度為1.6m。剩余的環形部分填充填充還原性介質材料(小粒徑沸石+零價鐵)，其高度與吸附高級氧化層一樣，在還原性介質填充區與吸附高級氧化區上面均勻覆土，填充完畢后，通過潛水泵抽出進入布水裝置，達到均勻布水，受氯乙烯污染的水經小粒徑沸石+零價鐵-小粒徑沸石+過硫酸鹽緩釋材料-細砂滲入含水層，整個過程中達到硝基苯的去除和修復后的地下水自然下滲目的，`其氯乙烯的去除率達到80%，日處理量180m3。
【權利要求】
1.一種地下水中有機污染物修復裝置，包括: 抽水系統包括: 抽水井，抽水井內設有篩管，所述篩管的底端置于目標污染含水層的水位面以下；潛水泵安裝在篩管間，且位于目標污染含水層水位面以下；潛水泵連接一抽水管。 布水系統包括: 抽水管的管口周圍設有多個分水孔，多個分水孔分別與輻射狀的導水管一一對應，導水管的另一端與環形布水槽相連，環形布水槽的側面和底部開設有出水孔，環形布水槽的出水孔還原性介質填充區域內； 還原性介質填充區填充有可通過還原反應將難降解的有機污染物還原為易于降解的材料； 環形水力負荷緩沖區填充有細砂； 吸附-高級氧化介質填充區填充具有高級氧化性的材料和具有吸附作用的材料； 快速滲流區填充有細砂； 在線監測探頭安裝在篩管內且位于目標污染含水層水位以下，以監測修復后下滲的水質。
2.根據權利要求1所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中，在還原性介質填充區和吸附-高級氧化介質填充區上方鋪蓋一定厚度的覆土層。
3.根據權利要求1所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中，裝置底部具有一傾斜坡度，以便水流集中到快速滲流區。
4.根據權利要求1所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中，在還原性介質填充區和吸附-高級氧化介質填充區的底部與側邊均進行防滲處理。
5.根據權利要求1所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中，還原性介質填充區填充粒徑3mm-6_的沸石和粒徑為1_3_的零價鐵的混合物；吸附_高級氧化介質層為粒徑5mm-7mm的沸石和粒徑為6_的過硫酸鹽緩釋材料的混合物。
6.根據權利要求1所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中，環形水力負荷緩沖區和快速滲流區填充的細砂的粒徑為1.6mm-2.2mm。
7.根據權利要求1所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中，力阻隔擋板起到阻隔水流作用，減少水力死區。
8.根據權利要求1所述的地下水中有機污染物修復裝置，其中，水力緩沖區設置是為了減少水力沖擊負荷對填料的影響。
9.利用權利要求1所述的修復裝置對地下水中有機污染物進行修復的方法: 1)設置在目標污染含水層水位面以下的潛水泵抽取受有機污染的地下水，通過抽水管進入布水用的分水孔分配給輻射狀的導水管，進入環形布水槽進行布水后直接進入卵石層，均勻滲入外圈的還原性介質填充層，再經水平流動，經水力緩沖區進入內圈的吸附-高級氧化層，其中還原性介質填充層與吸附-高級氧化層中的沸石吸附大量的有機污染物，充分與過硫酸鹽緩釋材料接觸，以去除地下水中有機污染物； 2)經過修復后的地下水在自然水力的作用下，逐漸通過小顆粒介質填充層下滲進入淺層含水層，采用在線監測探頭監測修復后下滲的水質。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，覆土層具有可吸附揮發出的有機物的能力。
【文檔編號】C02F1/72GK103601280SQ201310646791
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】席北斗, 姜永海, 安達, 楊昱, 李鳴曉, 張進保, 馬志飛 申請人:中國環境科學研究院