包氣帶原位溶液監測裝置與氨氮增強硝化系統的製作方法

2023-05-28 06:15:31

包氣帶原位溶液監測裝置與氨氮增強硝化系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種包氣帶原位溶液監測裝置與氨氮增強硝化系統，該包氣帶原位溶液監測裝置包括泵以及布置在包氣帶內的至少一根溶液溶液採集管(8)，所述溶液採集管(8)包括沿軸向布置的導向部(13)和採集部(12)，該採集部(12)具有中空空腔且所述採集部(12)的壁上設有通孔，所述泵與所述採集部(12)的中空空腔連通。包氣帶原位氨氮增強硝化系統包括與包氣帶內的垃圾體(6)緊鄰的第一操作井(1)和包氣帶原位溶液監測裝置，從所述第一操作井(1)的井壁向所述垃圾體(6)方向設有至少一根布水管(3)。通過對包氣帶溶液進行原位監測，能夠在不破壞包氣帶結構的情況下，更精確地監測包氣帶內的氨氮硝化效果。
【專利說明】包氣帶原位溶液監測裝置與氨氮増強硝化系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及汙染包氣帶修復與地下水保護技術，更具體涉及一種包氣帶原位溶液監測裝置以及包氣帶原位氨氮增強硝化系統。

【背景技術】
[0002]日常生活中的生活垃圾、工業廢品等固廢(垃圾體)的堆積會產生大量氨氮，而目前卻未具有解決該問題的技術，導致氨氮逐漸滲入土壤中，造成土壤汙染，同時對其周邊地下水造成一定程度的汙染威脅。
[0003]在自然地表水體和地下水體中的汙染形式主要以硝酸鹽氮為主還包括以游離氨和銨離子形式存在的氮，而受汙染水體的氨氮叫水合氨，也稱非離子氨，非離子氨是引起水生生物毒害的主要因子，而離子氨相對基本無毒。氨氮可以在一定條件下轉化成亞硝酸鹽，如果長期飲用，水中的亞硝酸鹽將和蛋白質結合形成亞硝胺，這是一種強致癌物質，對人體健康極為不利。
[0004]因此，研宄人員針對上述問題提出很多促進地下水氨氮硝化的技術，然而，在這些技術中對包氣帶的氨氮硝化效果的監測卻仍然是一個大難題。特別是為了更精確地監測包氣帶的氨氮硝化效果，需要在包氣帶原位進行包氣帶採樣，因為不能破壞包氣帶結構，在原位進行包氣帶溶液採樣和在線監測的難度相當大。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種能夠在原位進行包氣帶溶液採樣和在線監測的包氣帶原位溶液監測裝置。
[0006]其中，經過實用新型人的深入研宄發現，不必破壞包氣帶結構，在原位進行包氣帶採樣，而能夠達到對包氣帶的氨氮硝化效果進行精確監測的目的。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型提供一種包氣帶原位溶液監測裝置，其包括泵以及布置在包氣帶內的至少一根溶液採集管，所述溶液採集管包括沿軸向布置的導向部和採集部，該採集部具有中空空腔且所述採集部的壁上設有通孔，所述泵與所述採集部的中空空腔連通。
[0008]優選地，所述溶液採集管以所述採集部向下傾斜的方式布置於包氣帶內，所述溶液採集管的軸向與水平面之間的夾角為15°至45°。
[0009]本實用新型還提供一種包氣帶原位氨氮增強硝化系統，其包括與包氣帶內的垃圾體緊鄰的第一操作井和上述的包氣帶原位溶液監測裝置，從所述第一操作井的井壁向所述垃圾體方向設有至少一根布水管，所述布水管延伸至所述垃圾體下方，以溼潤所述包氣帶中位於垃圾體下方的部分，所述溶液採集管布置於所述包氣帶中位於垃圾體下方的部分。
[0010]優選地，所述包氣帶原位氨氮增強硝化系統還包括高位水箱和分水器，所述高位水箱通過所述分水器分別與至少一根所述布水管連通。
[0011]優選地，所述包氣帶原位氨氮增強硝化系統還包括第二操作井、第三操作井、空氣壓縮機和真空泵，所述第二操作井和所述第三操作井分別設於所述垃圾體相對兩側，所述第二操作井向所述第三操作井方向設有至少一根進氣管，所述第三操作井向所述第二操作井方向設有至少一根抽氣管，所述進氣管與所述空氣壓縮機連通，所述抽氣管與所述真空泵連通。
[0012]優選地，所述包氣帶原位氨氮增強硝化系統還包括多根從地面延伸至所述包氣帶中位於垃圾體下方的部分內的氣體收集監測管。
[0013]優選地，每根所述氣體收集監測管包括多根不同長度的氣體收集分管，所述氣體收集分管的下端插入不同的深度。
[0014]優選地，每根所述氣體收集監測管的上端均一一對應地設於位於地面的多個防護井粧內，所述防護井粧包括能夠打開和封閉的蓋。
[0015]優選地，所述布水管的管壁上、所述進氣管的管壁上、所述抽氣管的管壁上、所述氣體收集監測管的管壁上以及所述氣體收集分管的中下段的管壁上均設有多個直徑為0.3?0.7謹的通孔。
[0016]優選地，所述包氣帶原位氨氮增強硝化系統還包括對包氣帶的氧化還原電位進行監測的第一測定儀器以及對包氣帶的含水率、溫度和電導率進行監測的第二測定儀器。
[0017]本實用新型的包氣帶原位溶液監測裝置通過泵使多根布置於包氣帶內的溶液採集管的採集部內產生負壓，而能夠在原位進行包氣帶溶液採樣和在線監測。通過對包氣帶溶液進行原位監測，能夠在不破壞包氣帶結構的情況下，更精確地監測包氣帶內的氨氮硝化效果。並且，根據對包氣帶溶液原位監測效果的分析，進行布水調整，而能夠進一步增強氨氮硝化效果。
[0018]本實用新型的其他特徵和優點將在隨後的【具體實施方式】部分予以詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用於解釋本實用新型，但並不構成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0020]圖1是本實用新型的包氣帶原位氨氮增強硝化系統的結構示意圖；
[0021]圖2是沿圖1中的線A-A所截的剖視圖；
[0022]圖3是沿圖1中的線B-B所截的剖視圖；
[0023]圖4是本實用新型的溶液採集管的結構示意圖；
[0024]圖5是本實用新型的氣體收集監測管的結構示意圖；
[0025]圖6是一個監測點的包氣帶溶液中氨氮濃度變化的曲線圖；
[0026]圖7是另一個監測點的包氣帶溶液中氨氮濃度變化和硝酸鹽氮濃度變化的曲線圖。
[0027]附圖標記說明
[0028]I第一操作井2第二操作井
[0029]3布水管4進氣管
[0030]5氣體收集監測管6垃圾體
[0031]7表土覆蓋層8溶液採集管
[0032]9第三操作井10抽氣管
[0033]11氣體收集分管12採集部
[0034]13導向部14安裝孔
[0035]15泥漿管29真空泵
[0036]30空氣壓縮機

【具體實施方式】
[0037]以下結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限制本實用新型。
[0038]如圖4所示，本實用新型提供一種包氣帶原位溶液監測裝置，其包括泵以及布置在包氣帶內的至少一根溶液採集管8，溶液採集管8包括沿軸向布置的導向部13和採集部12，該採集部12具有中空空腔且採集部12的壁上設有通孔，泵(即採樣泵)與採集部12的中空空腔連通。本實用新型的包氣帶原位溶液監測裝置通過泵使多根布置於包氣帶內的溶液採集管8的採集部12內產生負壓，而能夠在原位進行包氣帶溶液採樣和在線監測。通過對包氣帶溶液進行原位監測，能夠在不破壞包氣帶結構的情況下，更精確地監測包氣帶內的氨氮硝化效果。
[0039]其中，採集部12優選為陶瓷多孔結構，導向部13優選為實心結構，溶液採集管8優選以採集部12向下傾斜的方式布置於包氣帶內，溶液採集管8的軸向與水平面之間的夾角為a，其中夾角a可為15°至45°，從而使包氣帶溶液能夠順著導向部13流至採集部12，並被泵所產生的負壓抽吸出來。進一步地，溶液採集管8的軸向與水平面之間的夾角a優選為25° ο
[0040]另外，本實用新型還提供一種包氣帶原位溶液監測方法，其包括如下步驟:
[0041]S1、在包氣帶內緊鄰垃圾體6的位置挖第一操作井1，並從第一操作井I的井壁向包氣帶中位於垃圾體6下方的部分鑽取安裝孔14 ；
[0042]S2、將上述的包氣帶原位溶液監測裝置中的溶液採集管8安裝於安裝孔14內，封閉安裝孔14與溶液採集管8之間的間隙；
[0043]S3、採集來自於包氣帶內的溶液，並對採集到的溶液進行檢測。
[0044]垃圾體6的上方覆蓋有表土覆蓋層7。採用上述的包氣帶原位溶液監測方法對包氣帶溶液進行原位監測，能夠在不破壞包氣帶結構的情況下，更精確地監測包氣帶內的氨氮硝化效果。
[0045]其中，在步驟S2中將溶液採集管8安裝於安裝孔14後，將與泥漿泵連接的泥漿管15插入安裝孔14與溶液採集管8之間的間隙中，開啟泥漿泵向安裝孔14與溶液採集管8之間的間隙內注漿而封閉該間隙，封閉完成後抽出泥漿管15。通過封閉安裝孔14與溶液採集管8之間的間隙，而能夠防止包氣帶內的空氣被抽入採集部12內。
[0046]進一步地，在步驟S3中，對包氣帶中的三氮和總氮進行檢測時，定期進行溶液採集，並進行現場檢測。具體為，針對包氣帶中的三氮和總氮的檢測，每周進行兩次溶液採集，現場採樣後快速檢測來判斷硝化反應進程。對包氣帶中的三氮、總有機碳和總氮進行檢測時，定期進行溶液採集，並在實驗室進行分析。具體為，針對包氣帶中的三氮、總有機碳和總氮的檢測，每周進一次行溶液採集，現場取樣後在實驗室進行分析，並與現場快速檢測的結果進行對照，來確定短程反硝化的效果。
[0047]另外，如圖1至圖3所示，本實用新型還提供一種包氣帶原位氨氮增強硝化系統，其包括與包氣帶內的垃圾體6緊鄰的第一操作井I和上述的包氣帶原位溶液監測裝置，從第一操作井I的井壁向垃圾體6方向設有至少一根布水管3，布水管3延伸至垃圾體6下方，以溼潤包氣帶中位於垃圾體6下方的部分，溶液採集管8布置於包氣帶中位於垃圾體6下方的部分。通過布水管3向包氣帶中位於垃圾體6下方的部分供水，而使得垃圾體6下方的包氣帶為溼潤狀態，進一步提高了微生物的繁殖速度，更有利於對氨氮的分解。同時，採用包氣帶原位溶液監測裝置對包氣帶溶液進行原位監測，能夠在不破壞包氣帶結構的情況下，更精確地監測包氣帶內的氨氮硝化效果。
[0048]其中，包氣帶原位氨氮增強硝化系統還包括高位水箱和分水器，高位水箱通過分水器分別與至少一根布水管3連通，從而能夠對包氣帶中位於垃圾體6下方的部分進行均衡供水，而使得包氣帶中位於垃圾體6下方的部分的溼度均衡。
[0049]作為一種優選的實施方式，包氣帶原位氨氮增強硝化系統還包括第二操作井2、第三操作井9、設於第二操作井2內的空氣壓縮機30和設於第三操作井9內的真空泵29。第二操作井2和第三操作井9分別設於垃圾體6相對兩側，第二操作井2向第三操作井9方向設有至少一根進氣管4，第三操作井9向第二操作井2方向設有至少一根抽氣管10，進氣管4與空氣壓縮機30連通，抽氣管10與真空泵29連通。啟動空氣壓縮機30和真空泵29，使得進氣管4和抽氣管10之間形成了一個空氣流場，使得該空氣流場中的微生物繁殖速度增加，以提高對垃圾體6所產生的氨氮的分解能力，從而能夠減少垃圾體6產生的氨氮所造成的環境汙染。
[0050]進一步地，如圖5所示，包氣帶原位氨氮增強硝化系統還包括多根從地面延伸至包氣帶中位於垃圾體6下方的部分內的氣體收集監測管5。每根氣體收集監測管5包括多根不同長度的氣體收集分管11，氣體收集分管11的下端插入不同的深度。並且，每根氣體收集監測管5的上端均一一對應地設於位於地面的多個防護井粧內，防護井粧包括能夠打開和封閉的蓋。檢測人員在進行氣體採樣時需先打開防護井粧的蓋，然後將集氣袋套於氣體收集監測管5的上端進行氣體採樣。針對包氣帶中的02、NO2, N2O, CO2的檢測，通過氣體收集監測管5每周進行兩次氣體採集，現場採樣後快速檢測，檢測不同點位、深度的包氣帶氣體濃度變化，判斷通風效果及硝化反應程度。
[0051]另外，布水管3的管壁上、進氣管4的管壁上、抽氣管10的管壁上、氣體收集監測管5的管壁上以及氣體收集分管11的中下段的管壁上均優選設有多個直徑為0.3?0.7mm的通孔(該多個通孔的直徑均更優選為0.5mm)，以便於管道內外的流體流通。
[0052]進一步地，包氣帶原位氨氮增強硝化系統還優選包括對包氣帶的氧化還原電位進行監測的第一測定儀器以及對包氣帶的含水率、溫度和電導率進行監測的第二測定儀器。其中，第一測定儀器優選為ORP測定儀，第二測定儀器優選為水分溫度電導率測量儀。並且，作為一種優選的本實施方式，在包氣帶中位於垃圾體6下方的部分按上、中、下三層分別設置一個在線監測探頭，這些監測探頭分別與ORP測定儀、水分溫度電導率測量儀連接，每小時進行一次在線監測。
[0053]並且，本實用新型還提供一種包氣帶原位氨氮增強硝化方法，其包括如下步驟:
[0054]F1、在包氣帶內緊鄰垃圾體6的位置挖第一操作井1，並從第一操作井I的井壁向包氣帶中位於垃圾體6下方的部分鑽取安裝孔14，將上述的包氣帶原位溶液監測裝置中的溶液採集管8安裝於安裝孔14內，封閉安裝孔14與溶液採集管8之間的間隙；
[0055]F2、向包氣帶中位於垃圾體6下方的部分間歇供水；
[0056]F3、採集來自於包氣帶內的溶液，並對採集到的溶液進行檢測。
[0057]採用上述的包氣帶原位氨氮增強硝化方法，向包氣帶中位於垃圾體6下方的部分供水，而使得垃圾體6下方的包氣帶為溼潤狀態，進一步提高了微生物的繁殖速度，更有利於對氨氮的分解。同時，採用包氣帶原位溶液監測裝置對包氣帶溶液進行原位監測，能夠在不破壞包氣帶結構的情況下，更精確地監測包氣帶內的氨氮硝化效果。
[0058]其中，在步驟F2中，供水頻率為每周一次，每次供水量為100?150L (其中，每次供水量優選為100L)，供水速度為40?50L/h(其中，供水速度優選為50L/h)。
[0059]另外，包氣帶原位氨氮增強硝化方法還包括如下步驟:
[0060]F4、在包氣帶內緊鄰垃圾體6的位置挖第二操作井2和第三操作井9，且使第二操作井2和第三操作井9分別設於垃圾體6相對兩側，從第二操作井2向第三操作井9方向布置至少一根進氣管4，從第三操作井9向第二操作井2方向布置至少一根抽氣管10，將進氣管4與空氣壓縮機30連通，將抽氣管10與真空泵29連通；
[0061]F5、利用空氣壓縮機30和真空泵29向包氣帶中位於垃圾體6下方的部分間歇供氣;
[0062]F6、利用多根從地面延伸至包氣帶中位於垃圾體6下方的部分內的氣體收集監測管5原位對包氣帶氣體進行監測。
[0063]其中，在步驟F5中，啟動空氣壓縮機30和真空泵29，使得進氣管4和抽氣管10之間形成了一個空氣流場，使得該空氣流場中的微生物繁殖速度增加，以提高對垃圾體6所產生的氨氮的分解能力，從而能夠減少垃圾體6產生的氨氮所造成的環境汙染。具體地，在步驟F5中，注氣量為4?5m3/h，空氣壓縮機30和真空泵29同時運行2?3h然後停止4?5ho作為一種優選的實施方式，在步驟F5中，注氣量優選為4m3/h，空氣壓縮機30和真空泵29同時運行2h然後停止4h。針對包氣帶中的02、NO2, N2O, CO2的檢測，通過氣體收集監測管5每周進行兩次氣體採集，現場採樣後快速檢測，檢測不同點位、深度的包氣帶氣體濃度變化，判斷通風效果及硝化反應程度。其中需注意的是，在供水時間與供氣時間重合時，優選為先供水後供氣。
[0064]另外，在步驟F6中，氣體收集監測管5包括多根不同長度的氣體收集分管11，氣體收集分管11的下端插入不同的深度，而能夠在原位實現對包氣帶氣體的分層監測。
[0065]作為一種優選的實施方式，包氣帶原位氨氮增強硝化方法還包括如下步驟:
[0066]F7、利用第一測定儀器對包氣帶的氧化還原電位進行監測；
[0067]F8、利用第二測定儀器對包氣帶的含水率、溫度和電導率進行監測。
[0068]通過第一測定儀器和第二測定儀器每小時進行一次在線監測，判斷包氣帶內的硝化反應程度。
[0069]以下通過具體的實驗數據對本實用新型的包氣帶原位氨氮增強硝化系統及方法所產生的效果進行說明。以其中一個溶液採集管8的採集數據為例，如圖6所示，在經過一個月的原位增強硝化(即人工強化)條件下，包氣帶溶液中氨氮由初始濃度92.3mg/L降低到49.3mg/L，發生了一定轉化，總體上濃度呈下降趨勢。
[0070]另外，如圖7所示，以另一溶液採集管8的採集數據為例，在經過一個月的原位增強硝化(即人工強化)條件下，包氣帶溶液中的氨氮濃度隨時間逐步降低，由初始濃度72.7mg/L降低到52mg/L，同時硝酸鹽氮濃度逐步升高，由初始濃度10.4mg/L降低到19.4mg/L，總氮濃度基本上不變。
[0071]上述實驗數據說明氨氮在人工強化條件下，部分被氧化成硝酸鹽。另外，亞硝酸鹽物質作為反應中間產物，狀態極不穩定，因此其濃度相對較低，基本上低於檢出限。該現象說明本實用新型的包氣帶原位氨氮增強硝化系統及方法已經初見成效，基本上與實驗設計方向一致，即在提高土壤溼度和含氧量的條件下，促進氨氮快速轉化為硝酸鹽氮。
[0072]以上結合附圖詳細描述了本實用新型的優選實施方式，但是，本實用新型並不僅限於上述實施方式中的具體細節，在不脫離本實用新型的技術構思範圍內，可以對本實用新型的技術方案進行各種變化和變型，所有等同的技術方案及簡單變型也屬於本實用新型的範疇，其專利保護範圍應由權利要求限定。
[0073]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0074]此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應當視為本實用新型所公開的內容。
【權利要求】
1.包氣帶原位溶液監測裝置，其特徵在於，所述包氣帶原位溶液監測裝置包括泵以及布置在包氣帶內的至少一根溶液採集管(8)，所述溶液採集管(8)包括沿軸向布置的導向部(13)和採集部(12)，該採集部(12)具有中空空腔且所述採集部(12)的壁上設有通孔，所述泵與所述採集部(12)的中空空腔連通。
2.根據權利要求1所述的包氣帶原位溶液監測裝置，其特徵在於，所述溶液採集管(8)以所述採集部(12)向下傾斜的方式布置於包氣帶內，所述溶液採集管(8)的軸向與水平面之間的夾角為15°至45°。
3.包氣帶原位氨氮增強硝化系統，其特徵在於，所述包氣帶原位氨氮增強硝化系統包括與包氣帶內的垃圾體(6)緊鄰的第一操作井(I)和權利要求1或2所述的包氣帶原位溶液監測裝置，從所述第一操作井(I)的井壁向所述垃圾體(6)方向設有至少一根布水管(3)，所述布水管(3)延伸至所述垃圾體(6)下方，以溼潤所述包氣帶中位於垃圾體(6)下方的部分，所述溶液採集管(8)布置於所述包氣帶中位於垃圾體(6)下方的部分。
4.根據權利要求3所述的包氣帶原位氨氮增強硝化系統，其特徵在於，所述包氣帶原位氨氮增強硝化系統還包括高位水箱和分水器，所述高位水箱通過所述分水器分別與至少一根所述布水管(3)連通。
5.根據權利要求3所述的包氣帶原位氨氮增強硝化系統，其特徵在於，所述包氣帶原位氨氮增強硝化系統還包括第二操作井(2)、第三操作井(9)、空氣壓縮機(30)和真空泵(29)，所述第二操作井(2)和所述第三操作井(9)分別設於所述垃圾體(6)相對兩側，所述第二操作井(2)向所述第三操作井(9)方向設有至少一根進氣管(4)，所述第三操作井(9)向所述第二操作井(2)方向設有至少一根抽氣管(10)，所述進氣管(4)與所述空氣壓縮機(30)連通，所述抽氣管(10)與所述真空泵(29)連通。
6.根據權利要求5所述的包氣帶原位氨氮增強硝化系統，其特徵在於，所述包氣帶原位氨氮增強硝化系統還包括多根從地面延伸至所述包氣帶中位於垃圾體(6)下方的部分內的氣體收集監測管(5)。
7.根據權利要求6所述的包氣帶原位氨氮增強硝化系統，其特徵在於，每根所述氣體收集監測管(5)包括多根不同長度的氣體收集分管(11)，所述氣體收集分管(11)的下端插入不同的深度。
8.根據權利要求7所述的包氣帶原位氨氮增強硝化系統，其特徵在於，每根所述氣體收集監測管(5)的上端均一一對應地設於位於地面的多個防護井粧內，所述防護井粧包括能夠打開和封閉的蓋。
9.根據權利要求8所述的包氣帶原位氨氮增強硝化系統，其特徵在於，所述布水管(3)的管壁上、所述進氣管(4)的管壁上、所述抽氣管(10)的管壁上、所述氣體收集監測管(5)的管壁上以及所述氣體收集分管(11)的中下段的管壁上均設有多個直徑為0.3?0.7mm的通孔。
10.根據權利要求3所述的包氣帶原位氨氮增強硝化系統，其特徵在於，所述包氣帶原位氨氮增強硝化系統還包括對包氣帶的氧化還原電位進行監測的第一測定儀器及對包氣帶的含水率、溫度和電導率進行監測的第二測定儀器。
【文檔編號】C02F101/16GK204188603SQ201420657685
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】沈來新, 劉培斌, 石建傑, 付雲升, 王雷, 夏廣卿, 王惠萍, 姜思華, 李鳳翀, 王春明, 吳瓊, 丁峰 申請人:北京市水利規劃設計研究院