基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法
2023-12-03 16:58:21 1
基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，該修複方法通過開槽挖溝敷設注氣井和抽提井，注氣井和抽提井均採用豎井和橫井的組合結構，注氣井的橫井敷設於汙染區域下方飽和帶土壤，抽提井的橫井敷設於汙染區域上方非飽和帶土壤；之後對溝槽回填，其中各橫井上均布有小孔；分別將所述注氣井和抽提井同位於地面的地下水注氣系統和土壤氣相抽提系統連接；之後開啟土壤氣相抽提系統並通過抽提井中的橫井抽提汙染區域中的氣體，同時開啟所述地下水注氣系統並通過所述注氣井中的橫井向汙染區域中輸送空氣，以對汙染物所在土體進行修復。本發明的優點是，受汙染土體中具有較強的空氣流通效率，可加速汙染場地修復效率，可適用於較大面積的受VOC汙染的土壤修復。
【專利說明】基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於環境保護和土壤修復【技術領域】，具體涉及一種基於氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法。
【背景技術】
[0002]地下水和土壤環境是寶貴的自然資源，亦是人類賴以生存的基礎。目前，有機物汙染已經超過放射性汙染和重金屬汙染，成為地下水和土壤汙染的主要類型，其主要形式包括化工企業排放的苯系汙染物、農業中使用的有機氯類農藥對土壤的汙染，尤其是輸油管破裂、地下儲油罐洩露等事故對不飽和層(或稱通氣層，Vadose Zone) 土壤造成揮發性有機物(VOCs)和半揮發性有機物(SVOCs)的汙染。這些土壤汙染往往進一步汙染地下水、空氣，最終危害生態環境與人體健康。目前，常見的揮發性有機汙染的土壤修復技術包括開挖處理、生物堆肥、原位轉化、化學添加等。但這些方法應用於範圍大、土層深(不飽和層)的汙染土壤的修復中時，或將導致修復成本高、耗資大、破壞生態環境、造成二次汙染等問題。
[0003]土壤氣相抽提(Soil Vapor Extract1n,簡稱SVE),亦稱土壤真空抽提,是近些年發展迅速的原位修復技術。SVE利用真空設備抽出空氣而去除不飽和層多孔介質土壤的揮發性/半揮發性有機物而達到修復汙染土壤的目的，具有成本低、可操作性強、可採用標準設備、處理有機物的範圍寬、不破壞土壤結構和不引起二次汙染等優點。相關研究表明，SVE對於苯系物等輕組分石油烴類汙染物的去除率可達90%。
[0004]我國專利(ZL200410056888.7)公開了一種揮發性有機物汙染土壤的場外修復的工藝和裝置，該裝置由抽排氣路裝置(包括抽排井)、控溫裝置及加熱裝置組成。通過對汙染土壤進行真空抽提處理，以到達修復揮發性/半揮發性有機汙染土壤的目的。亦存在相關改良的SVE專利，包括一種汙染場地原位熱強化氣相抽提修復集成裝備及應用方法(CN103350104A)，氯苯汙染土壤強化氣相抽提修復裝置及其小試裝置和用該裝置處理氯苯汙染土壤的方法(CN103447291A)等，通過增設加熱設施、優化提取設施以達到快速修復揮發性有機汙染土壤的目的。但該類氣相抽提的土壤修復裝置亦存在如下問題:①處理規模小，不能滿足大面積汙染土壤的修復需求；②由於不飽和層土壤汙染往往進一步汙染地下水，因此僅修復受汙染的不飽和層土壤不能達到徹底修復汙染的目的。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，該修複方法通過在汙染物土壤上方、下方分別水平設置注氣橫井和抽氣橫井，使得汙染物所處土壤中具有較強的空氣流通效率，加速汙染場地的修復效率，滿足較大面積內受汙染土壤的修復要求。
[0006]本發明目的實現由以下技術方案完成:
一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，其特徵在於所述修複方法包括如下步驟:對汙染場地進行現場調研，確定場地的土壤性質、汙染物分布情況等信息，確定修復的方案；在所述汙染區域內通過開槽挖溝方式敷設注氣井和抽提井，所述注氣井和所述抽提井均採用豎井和橫井的組合結構，所述注氣井的所述橫井敷設於所述汙染區域下方的飽和帶土壤，所述抽提井的所述橫井敷設於所述汙染區域上方的非飽和帶土壤，其中所述橫井上均布有小孔，之後對所述溝槽回填；將所述注氣井與位於地面的地下水注氣系統連接，將所述抽提井與位於地面的土壤氣相抽提系統連接；開啟所述土壤氣相抽提系統並通過所述抽提井中的所述橫井抽提所述汙染物所在土體中的氣體，促進所述汙染物的揮發，同時開啟所述地下水注氣系統並通過所述注氣井中的所述橫井向所述汙染物所在土體中輸送空氣，促進所述汙染物的分解和揮發，以對所述汙染物所在土體進行修復。
[0007]將所述地下水注氣系統和所述土壤氣相抽提修復系統整合為一體化裝置並設置於移動廂內。
[0008]所述豎井採用PVC管，所述橫井採用帶有0.W0.7mm開孔的PVC篩管，所述PVC篩管的內徑為50?150mm。
[0009]兩座所述橫井水平設置並在空間上相互平行，各所述橫井的長度不小於所述汙染物長度。
[0010]所述抽提井的所述橫井位於所述汙染區域上部的非飽和帶土壤，埋深為0.5m?Im ;所述注氣井的所述橫井位於所述汙染區域下部的飽和帶土壤，埋深大於1.5m。
[0011]當所述溝槽中的所述注氣井和所述抽提井敷設完畢後，所述豎井採用膨潤土回填，所述橫井採用礫石或砂礫石回填，所述膨潤土回填厚度為50mnTl00mm，所述礫石或砂礫石回填厚度為50mm?200mm，其餘採用原土回填；回填後在該處場地敷設高密度聚乙烯膜，膜厚為0.5mm?2mm。
[0012]所述土壤氣相抽提系統的排氣口設置有活性炭吸附槽，所述活性炭吸附槽的容積大於0.3m3，其中填充有粒狀活性炭。
[0013]在所述土壤氣相抽提系統內設置有取樣裝置用於對抽提廢氣進行檢測，採樣檢測頻率應不小於每兩小時一次，所述取樣裝置由5mm?15mm 口徑的剛性探針和套管組成。
[0014]本發明的優點是:
(1)聯合土壤氣相抽提(SoilVapor Extract1n, SVE)和地下水注氣(Air Sparging,AS)兩種技術，一方面提高修復場地的地下水和不飽和層土壤的空氣(氧氣)含量，提升空氣(氧氣)的流動，加速揮發性有機物(VOCs)的分解速率和揮發速率，具備較高的修復速率；另一方面，同時進行地下水和不飽和層土壤的修復工作，避免受汙染的地下水對不飽和層土壤造成的二次汙染，能夠達到全面修復被汙染的不飽和層土壤和地下水的目標；
(2)將地上注氣裝置和地上抽提裝置整合於一體化移動式廂內，結構緊湊，操作性強，移動便攜；移動車廂內的AS裝置和SEV裝置分別通過地面管路與注氣井和抽提井相連，具有很強的可組配性能，能夠滿足較大的修復面積的需求，對於一些正在營運、不適合大面積開挖的石油類汙染場地具有廣闊的應用前景；
(3)注氣井和抽提井均採用豎井-橫井的組合，其中橫井長度為1m?30m，朝向為另一井位置，兩座橫井水平設置且空間上相互平行，具有較強的空氣流通效率，加速汙染場地的修復效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明中土體修複方法的示意圖；
圖2為本發明中土壤氣相抽提系統VOC回收量統計圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結合附圖通過實施例對本發明的特徵及其它相關特徵作進一步詳細說明，以便於同行業技術人員的理解:
如圖1-2，圖中標記1-28分別為:移動式SVE/AS裝置1、地下水注氣系統2、土壤氣相抽提系統3、空氣過濾器4、空氣壓縮機5、氣體流量計6、閥門7、測壓計8、真空抽氣機9、氣液分離器10、廢液收集裝置11、真空表12、軟管13、地面14、塑料布15、注氣井16、井頭保護裝置17、膨潤土 18、豎井19、轉換彎頭20、橫井21、礫石22、井封23、抽提井24、地下水位25、汙染物26、活性碳吸附槽27、取樣裝置28。
[0017]實施例:本實施例具體涉及一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，通過聯合使用地下水注氣(Air Sparging,簡稱AS)和土壤氣相抽提(Soil VaporExtract1n,簡稱SVE)兩種技術,全面修復被揮發性有機物(VOCs)的不飽和層土壤和地下水，具備較高的修復速率且可滿足較大的修復面積。
[0018]如圖1所示，本實施例中的基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法具體包括如下步驟:
(1)對汙染場地進行現場調研，確定場地的土壤性質、汙染物分布情況等信息，以確定修復的方案，包括修復區塊劃分，注氣井16和抽提井24設置、兩橫井21深度、SVE最適真空度、注氣極限壓強等；
(2)在汙染物26所處區域內進行開槽挖溝方式敷設注氣井16和抽提井24;注氣井16和抽提井24結構相同，均由沿槽壁設置的豎井19、沿槽底設置的橫井21以及連接兩者的轉換彎頭20組合而成；井管敷設完畢後進行回填，豎井19採用膨潤土 18回填，回填厚度為50mnTl00mm ;橫井21米用碌石22或砂碌石回填，回填土厚度為50mm?200mm,其餘則米用原土回填，通過採用礫石回填可避免井管在注氣和抽提過程中空氣流形成短路，以及橫井21的篩管堵塞；回填完畢後，在汙染場地地表敷設高密度聚乙烯膜，即塑料布15，膜厚為
0.5mm?2mm，以使汙染物場地與外部大氣隔絕；
其中，注氣井16和抽提井24的豎井19採用的是PVC管，橫井21採用的是帶有0.4?
0.7mm開孔的PVC篩管,管徑為50mm?150mm,在PVC篩管的端部設置有井封23 ;在敷設時，抽提井24的橫井21位於汙染物26所處區域上部的非飽和帶土壤(即包氣帶)，埋深通常為
0.5m?lm，而注氣井16的橫井21則位於汙染物26所處區域下部的飽和帶土壤，埋深通常大於2m ;兩座橫井21是水平設置的且兩者在空間上相互平行，注氣井16中橫井朝向抽提井24，而抽提井24中橫井則朝向注氣井16 ;橫井21的長度通常為1m?30m，但需要注意的是，橫井21的長度應不小於汙染物26的長度，以確保汙染物26在橫井21的修復影響範圍內；
(3)將移動式SVE/AS裝置I移動至汙染場地，其內整合有地下水注氣系統2和土壤氣相抽提系統3，之後令注氣井16通過地面軟管13與地下水注氣系統2連接，同時令抽提井24通過地面軟管13與土壤氣相抽提系統3連接；
其中地下水注氣系統2包括依次連接的空氣過濾器4、空氣壓縮機5、氣體流量計6、閥門7和測壓計8等設備；
土壤氣相抽提系統3包括依次連接的活性炭吸附槽27、真空抽氣機9、氣液分離器10、廢液收集裝置11、取樣裝置、氣體流量計6、閥門7和真空表12等設備，在這些裝置中，真空抽氣機9具體採用的是防爆馬達再生式抽氣機，最大真空壓力3 110-1nch H2O ;活性炭吸附槽27的材質為碳鋼，容積規格大於0.3m3，其中填充粒狀活性炭用於吸附廢氣中汙染物；在氣液分離器10的前端、活性炭吸附槽27的前端和後端分別設置有氣體取樣裝置28，該取樣裝置28具體是由5mnTl5_ 口徑的剛性探針和相應套管組成；
(4)開啟土壤氣相抽提系統3，通過真空抽氣機9作用促進地下土壤中VOCs的揮發，並通過控制真空抽氣機9和閥門7，選取SVE最適真空度；同時開啟地下水注氣系統2，通過橫井21上的小孔向汙染物26中注入空氣，增加修復場地的地下水和不飽和層土壤的空氣(氧氣)含量，促進VOCs的分解速率和揮發，達到快速修復地下土壤汙染的目的；
通過聯合土壤氣相抽提和地下水注氣兩種技術，一方面提高汙染場地的地下水和不飽和層土壤的空氣(氧氣)含量，提升空氣(氧氣)的流動，加速揮發性有機物(VOCs)的分解速率和揮發速率，具備較高的修復速率；另一方面，同時進行地下水和不飽和層土壤的修復工作，避免受汙染的地下水對不飽和層土壤造成的二次汙染，能夠達到全面修復被汙染的不飽和層土壤和地下水的目標；
(5)土壤氣相抽提系統3通過抽提井24中的橫井21抽提的廢氣經過氣液分離器10，廢液進入廢液收集裝置11中，便於集中收集後進一步處理；經分離後的廢氣進入活性炭吸附槽27進行吸附處理，吸附完全後排放至大氣；
(6)在移動式SVE/AS裝置I運行過程中，通過氣液分離器10前端、活性炭吸附槽27前端和後端的取樣裝置採集廢氣樣品進行檢測，採樣頻率I次/2小時，廢氣檢測採用可攜式TVOCs檢測儀。
[0019]在傳統方法中，採用豎井進行土壤抽提和地下水注氣的修復時，由於土壤間隙率較小，導致無論是土壤抽提井還是注氣井，其水平面上的作用半徑均較小，導致修復系統的抽氣和注氣井的影響面積較小，且修復速率較低；而本實施例中注氣井和抽提井均採用豎井-橫井的組合，其中兩座井的橫井長度均為1m?30m,朝向為另一井位置，且兩座橫井水平設置且空間上相互平行，通過這種橫向的結構增加水平面上的抽氣和注氣的影響範圍，使得該修復系統能滿足較大範圍土壤修復的需求；由於兩座橫井的間距適宜，使得整個修復系統具有較強的空氣流通效率，可加速汙染場地的修復效率，節省修復時間。
[0020]為了驗證本實施例中土體修複方法的修復效果，利用本實施例中的基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法對上海北部某受石油烴類汙染的場地開展修復工程。根據場地歷史情況調查，區域I曾於2006年發生過變壓器油洩露，導致土壤受到石油烴類汙染。通過前期場地汙染情況調研和檢測，最終選取其中某塊15m*30m的區域作為修復場地。
[0021]如圖1所示，修復場地中汙染物26分布深度-3.3m至-1.0m，最終確定注氣井16的橫井21篩管埋深為-2.5m,抽提井24的橫井21篩管埋深為_lm,篩管長度均為20m。通過控制真空抽風機9和閥門7等，控制抽提流量和注氣流量，其中抽提流量為200m3 /h,每天運行10小時(每運行2h後暫停0.5h)，共運行6個月。如圖2所示，經檢測和統計，經SEV/AS系統運行處理6個月後，單月VOC回收最高可達322.92m3，6個月共回收V0C586.82m3。該實施例的結果證明，本發明一種土壤氣相抽提/地下水注氣的一體化修復系統設備簡單、容易維護、投資成本低、易於移動，可快速、可全面修復VOCs的汙染土壤，對於一些正在營運、不適合大面積開挖的石油類汙染場地具有廣闊的應用前景。
【權利要求】
1.一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，其特徵在於所述修複方法包括如下步驟:對汙染場地進行現場調研，確定場地的土壤性質、汙染物分布情況等信息，確定修復的方案；在所述汙染區域內通過開槽挖溝方式敷設注氣井和抽提井，所述注氣井和所述抽提井均採用豎井和橫井的組合結構，所述注氣井的所述橫井敷設於所述汙染區域下方的飽和帶土壤，所述抽提井的所述橫井敷設於所述汙染區域上方的非飽和帶土壤，其中所述橫井上均布有小孔，之後對所述溝槽回填；將所述注氣井與位於地面的地下水注氣系統連接，將所述抽提井與位於地面的土壤氣相抽提系統連接；開啟所述土壤氣相抽提系統並通過所述抽提井中的所述橫井抽提所述汙染物所在土體中的氣體，促進所述汙染物的揮發，同時開啟所述地下水注氣系統並通過所述注氣井中的所述橫井向所述汙染物所在土體中輸送空氣，促進所述汙染物的分解和揮發，以對所述汙染物所在土體進行修復。
2.根據權利要求1所述的一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，其特徵在於將所述地下水注氣系統和所述土壤氣相抽提修復系統整合為一體化裝置並設置於移動廂內。
3.根據權利要求1所述的一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，其特徵在於所述豎井採用PVC管，所述橫井採用帶有0.W0.7mm開孔的PVC篩管，所述PVC篩管的內徑為50?150mm。
4.根據權利要求1所述的一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，其特徵在於兩座所述橫井水平設置並在空間上相互平行，各所述橫井的長度不小於所述汙染物長度。
5.根據權利要求1所述的一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，其特徵在於所述抽提井的所述橫井位於所述汙染區域上部的非飽和帶土壤，埋深為0.5m?Im ;所述注氣井的所述橫井位於所述汙染區域下部的飽和帶土壤，埋深大於1.5m。
6.根據權利要求1所述的一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，其特徵在於當所述溝槽中的所述注氣井和所述抽提井敷設完畢後，所述豎井採用膨潤土回填，所述橫井採用礫石或砂礫石回填，所述膨潤土回填厚度為50mnTl00mm，所述礫石或砂礫石回填厚度為50mm?200mm，其餘採用原土回填；回填後在該處場地敷設高密度聚乙烯膜，膜厚為0.5mm?2mmο
7.根據權利要求1所述的一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，其特徵在於所述土壤氣相抽提系統的排氣口設置有活性炭吸附槽，所述活性炭吸附槽的容積大於0.3m3，其中填充有粒狀活性炭。
8.根據權利要求1所述的一種基於土壤氣相抽提和地下水注氣的土體修複方法，其特徵在於在所述土壤氣相抽提系統內設置有取樣裝置用於對抽提廢氣進行檢測，採樣檢測頻率應不小於每兩小時一次，所述取樣裝置由5mm?15mm 口徑的剛性探針和套管組成。
【文檔編號】B09C1/00GK104190700SQ201410435621
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月31日 優先權日:2014年8月31日
【發明者】朱煜, 張辰, 謝勝, 呂永鵬, 譚學軍, 陳嫣, 王磊, 程江 申請人:上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司