一種汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統及修複方法與流程
2024-03-04 10:26:15
本發明涉及一種汙染土壤、地下水的原位強化修復系統，屬於環境保護中的汙染治理技術領域。
背景技術：
抽出處理技術被廣泛應用於汙染地下水的修復工程中，其原理是將受汙染的地下水抽出，採用地面上的水處理設施對其進行無害化處理，處理達標後的水可以回灌到地下或排入到地表水體中。
由於抽出處理需要進行大量水體的抽出，一般需要在修復區域布設大量的抽水井，如果場地不具備建設大量水井的條件，將影響修復的實施；大量地下水的抽出，會影響修復區域局部的水文地質條件，可能會對周圍建構築物的穩定造成不良影響；大量地下水的抽出處理，增加了修復施工的成本；抽出至達標後，過一段時間後，往往會出現「反彈現象」，即地下水中汙染物的含量又超標，會導致抽出處理修復周期往往較長。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種汙染土壤、地下水原位反應帶阻隔修復系統。
本發明提供的一種汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統，包括：
直流電源；
偶數個電極井，開設在汙染源地下水流向的下遊方向，所述電極井底部位於土壤含水層，電極井中具有地下水滲入電極井形成的電解液；
偶數個電極，其數量與電極井的數量相等，各電極井中均插設一電極，電極插入到電解液中（優選地，電極插入到電極井的底部，電極的高度不低於電極井中電解液液面高度）；一半電極連接直流電源的正極，另一半電極連接直流電源的負極；
抽提和處理系統，通過設有過濾器的管線抽提各電極井中的電解液。
作為優選技術方案，插設有連接直流電源正極的電極的電極井與插設有連接直流電源負極的電極的電極井交錯分布。
作為優選技術方案上述的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統，還包括：輔助藥劑注入井，設置在汙染源地下水流向的下遊、電極井的上遊，輔助藥劑注入井的底部位於土壤含水層；其中，輔助藥劑注入井的深度不大於電極井深度，輔助藥劑注入井的內徑不小於5cm。
作為優選技術方案，上述的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統，還包括：監測井，設置在電極井的地下水流向的下遊方向，距離電極井5-10m，監測井的數量不少於電極井的數量。
作為優選技術方案，電極井內徑不小於6cm，電極井的間距在4-5m範圍內。
作為優選技術方案，所述直流電源為直流變頻電源；所述電極為碳鋼、鐵、焦碳或石墨。
本發明還提供上述的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統的修複方法，包括如下步驟：
1）電極與直流電源連通並通電後，在直流電場的作用下，地下水流過反應帶修復系統時，地下水中的帶電汙染離子或極性有機汙染物會富集在電極井的電解液中；
2）將電極井中的電解液抽出至抽提和處理系統中，經過無害化處理將處理達標的電解液回灌到電極井中。
作為優選技術方案，所述直流電源為直流變頻電源，所述修複方法還包括：步驟3）切換直流電源的正負極的極性，重複步驟1）~2）；其中，步驟3）可重複至少一次。
作為優選技術方案，所述汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統還包括：輔助藥劑注入井，設置在汙染源地下水流向的下遊、電極井的上遊，輔助藥劑注入井的底部位於土壤含水層；所述修複方法還包括如下步驟：步驟1）~3）通電的同時，向輔助藥劑注入井中加入有利於微生物生長的藥劑。
作為優選技術方案，所述汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統還包括：監測井，設置在電極井的地下水流向的下遊方向；所述修複方法還包括：通過監測井檢測地下水的水質。
本發明的有益效果包括：
1.本發明的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統，利於將地下水中的汙染物進行攔截和濃縮，利於營養物質的擴散和遷移。
2.本發明的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統的使用，只對電解液進行抽出了處理，避免對汙染地下水進行大量的抽出，降低了能耗和成本，減少了對修復區域地質穩定性的影響。
3.本發明的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統有陽極和陰極可以定期切換，從而保證土壤和地下水ph被控制在預定水平。
4.本發明的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統中陽極、陰極電解液集成到單獨的閉環泵出系統中，通過施加電壓將地下水中的汙染物進行捕捉，通過電解液調節並將電解液周期性地去除，從而實現對汙染物的去除。
5.本發明的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統可以在電極前端的輔助藥劑加入井中加入藥劑，通過電場利於營養物質的分散，從而強化微生物對汙染物的降解。
6.本發明的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統中的電極和電場可以在一定程度上提高土壤的溫度，利於微生物對汙染物的降解。
7.本發明的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統可以採用太陽能板進行發電，降低工程能耗。
8.本發明的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統不僅可以用於汙染土壤、地下水修復（有機物、無機物均適合），還可用於沿海地區防止海水侵蝕地下水的工程。
附圖說明
圖1為本發明的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對發明的限定。
如圖1所示，本發明的汙染土壤、地下水原位反應帶系統，包括：
直流電源1，直流電源為直流變頻電源，可以通過外接電網供電，也可以通過太陽能板發電。
偶數個電極井，開設在汙染源a的地下水流向x的下遊方向，電極井底部位於土壤含水層。電極井中具有地下水滲入電極井形成的電解液。電極井內徑不小於6cm（一般可選擇8cm），電極井的間距在4-5m範圍內；電極井同時也作為電解液的抽提井，電解液處理系統為常規的廢水處理系統（可根據處理對象的不同調整處理工藝），
偶數個電極，其數量與電極井的數量相等，各電極井中均插設一電極，電極插入到電解液中（優選地，電極插入到電極井的底部，電極的高度不低於電極井中電解液液面高度）。其中，一半電極連接直流電源的正極，另一半電極連接直流電源的負極；插設有連接直流電源正極的電極的電極井（簡稱陽極井）4與插設有連接直流電源負極的電極的電極井（簡稱陰極井）5交錯分布（及陽極井周圍分布陰極井，陰極井周圍分布陽極井）。電極為碳鋼、鐵、焦碳或石墨等導電材質，一般以直徑5cm的碳鋼棒/鐵棒（或者其他非金屬的材質）作為電極。電極井（和電極）的數量根據場地實際情況調整，一般不少於4口井。
抽提和處理系統3，通過設有過濾器的管線抽提各電極井中的電解液；
輔助藥劑注入井2，設置在汙染源地下水流向的下遊、電極井的上遊，輔助藥劑注入井的底部位於土壤含水層；其中，輔助藥劑注入井的深度不大於電極井深度，輔助藥劑注入井的內徑不小於5cm。為了促進土壤和地下水中微生物對汙染物的降解，可以向輔助藥劑注入井2中添加有利於微生物生長的藥劑。
監測井（圖中未示出），設置在電極井的地下水流向的下遊方向，距離電極井5-10m，監測井的數量不少於電極井的數量。
本發明的的汙染土壤、地下水原位反應帶修復系統的修複方法，包括如下步驟：
1）電極與直流電源連通並通電後，在直流電場的作用下，地下水流過反應帶修復系統時，地下水中的帶電汙染離子或極性有機汙染物會富集在電極井的電解液中；
2）將電極井中的電解液抽出至抽提和處理系統3中，經過無害化處理將處理達標的電解液回灌到電極井中；
3）切換直流電源的正負極的極性，重複步驟1）~2）；其中，步驟3）可重複至少一次；
4）步驟1）~3）通電處理的同時，向輔助藥劑注入井2中加入有利於微生物生長的藥劑。
5）通過監測井檢測地下水的水質。
以下以一具體實施例對本發明進行進一步說明：
如圖1所示，本實施例的汙染土壤、地下水原位反應帶系統，包括：直流電源1、電極和電極井、電解液抽提和處理系統3、輔助藥劑注入井2等。
其中，直流電源1可以定期切換極性，電源電壓為100v。
電極井設置在汙染羽下遊邊緣，距離汙染源約35m，設置了4個電極井（2個插設有連接直流電源正極的電極的電極井4（簡稱陽極井），2個插設有連接直流電源負極的電極的電極井5（簡稱陰極井），交錯分布），相鄰電極井間距5m。電極井內徑為8cm，採用pvc管作為井管；陰極和陽極均為直徑5cm的碳鋼棒，長度12m。
輔助藥劑注入井2在電極井上遊方向上，共設置3口，距離電極井3.5m，相鄰藥劑注入井間距為6m，採用直徑5cm的pvc管作為井管，井管長度9m，篩孔開在地表3m以下，向其中加入富含n、c的營養物質（如碳酸銨），雨季加入固體，旱季加入50%的溶液。
通電2周後，將陽極井、陰極井中的電解液抽出至電解液抽提和處理系統3中，經過無害化處理將處理達標的電解液回灌到電極井中，並切換直流電源1的極性；繼續通電2周，然後抽出電極井中的電解液抽出至電解液抽提和處理系統3中，經過無害化處理將處理達標的電解液回灌到電極井中，並切換直流電源1的極性；如此重複上述步驟，隨著汙染物濃度的不斷降低，電解液抽出的周期可以延長到3周或4周，直流電源極性的切換周期也相應變化。
監測井設置在電極井下遊，距離電極井6m，共設置6口監測井，相鄰監測井的間距為5m；通電修復初期（前3個月），每月監測地下水的水質，後期（後9個月）季度監測1次。
該系統共運行了12個月，共添加碳酸銨150kg（固體）。運行3個月後，土壤中土壤中二氯苯的含量由為281.8mg/kg下降至0.25mg/kg，土壤中總石油烴的含量由6407mg/kg下降至低於300mg/kg；地下水中二氯苯的含量由13.5mg/l下降至低於0.5mg/l，地下水中總石油烴的含量由820mg/l下降至低於5mg/l。
以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護範圍不限於此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍以權利要求書為準。