CN110090856A - 土壤地下水联动处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种土壤地下水联动处理装置及其处理方法。该土壤地下水联动处理装置包括：注入结构，设置于所述待修复区的注入井中；所述注入结构包括注入热空气组件、注入氧化剂组件以及注入微气泡组件；抽提结构，与所述注入结构之间存在预设间距；所述抽提结构包括部分设置于所述待修复区的抽提井以及部分设置于所述抽提井的液相抽提组件与气相抽提组件；以及控制结构，分别与所述液相抽提组件以及所述气相抽提组件连接，并控制所述液相抽提组件与所述气相抽提组件进行抽提操作。使得挥发性有机污染物以气相方式抽提，促进挥发性有机污染物从地下水到土壤层中的迁移，提高抽提效率、降低能耗，最大程度节约抽提成本，提高修复效率。

Description

土壤地下水联动处理装置及其处理方法

技术领域

本发明涉及地下水污染修复领域，特别是涉及一种土壤地下水联动处理装置及其处理方法。

背景技术

土壤地下水污染问题已经严重地影响了社会发展。通常采用土壤地下水原位修复对土壤地下水污染处进行处理。

目前，在土壤原位修复方面的技术已经相对成熟，但对于土壤地下水的联合原位修复仍然较少。因此，采取合理的土壤地下水原位修复技术，以此尽量降低由于土壤、地下水污染引起的健康威胁和安全隐患迫在眉睫。土壤地下水原位修复过程是一个复杂、缓慢且具有多方面局限的工程，多相抽提是当前原位修复工程中效果较好的一种方式。

传统的多相抽提是利用清洁空气或清洁水反复冲刷污染区域的原理进行修复，该技术通过同时抽取地下污染区域的土壤气体、地下水和浮油层到地面进行相分离和处理，以控制和修复土壤与地下水中有机污染。然而，当前的多相抽提设备处理目标相对单一，在抽提效率以及节能环保方面上仍有待提高，并且，抽提流量和抽提效率之间的最优效能没有考虑进来，不利于长期的原位修复，且消耗大量人工成本。

发明内容

基于此，有必要针对目前采用多相抽提存在的抽吸效率低、成本高的问题，提供一种能够提高抽提效率、降低成本的土壤地下水联动处理装置及其处理方法。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种土壤地下水联动处理装置，设置于待修复区的土壤中，所述土壤地下水联动处理装置包括：

注入结构，设置于所述待修复区的注入井中；所述注入结构包括部分设置于所述注入井的注入热空气组件、注入氧化剂组件以及注入微气泡组件，所述注入热空气组件用于向所述注入井注入热空气，所述注入氧化剂组件用于向所述注入井注入氧化剂，所述注入微气泡组件用于向所述注入井注入微气泡；

抽提结构，与所述注入结构之间存在预设间距；所述抽提结构包括部分设置于所述待修复区的抽提井以及部分设置于所述抽提井的液相抽提组件与气相抽提组件，所述液相抽提组件用于抽提所述抽提井中的气流，所述液相抽提组件用于抽取所述抽提井的地下水；以及

控制结构，所述控制结构分别与所述液相抽提组件以及所述气相抽提组件连接，并控制所述液相抽提组件与所述气相抽提组件进行抽提操作，且所述控制结构控制所述液相抽提组件以脉冲方式抽提地下水，所述控制结构还分别与所述注入热空气组件、注入氧化剂组件以及注入微气泡组件连接。

在其中一个实施例中，所述注入热空气组件包括动力源、与所述动力源连接的热空压机、与所述热空压机连接的热空气注入管、热空气注入子井以及热空气注入筛管，所述热空气注入子井部分伸入所述注入井，所述热空气注入筛管设置于所述热空气注入子井的末端，所述热空气注入管伸入所述热空气注入子井；

所述动力源控制所述热空压机产生热空气，经所述热空气注入管注入所述热空气注入子井，并经所述热空气注入筛管输送至所述注入井。

在其中一个实施例中，在所述注入井中，所述热空气注入筛管的周侧由砾料填充，所述热空气注入子井的周侧以及所述热空气注入筛管的底部由水泥灌浆填充；

所述热空气注入筛管的周侧还填充膨润土，所述膨润土分设于所述砾料的上层与下层，且所述膨润土的厚度为20cm～30cm；

所述热空气注入筛管的长度为0.5m～1m，所述热空气注入筛管的底部位于地下水面以上0.5m～1m。

在其中一个实施例中，所述热空压机设置于所述待修复区的地面，并与所述热空气注入管之间呈90°连接；

所述热空气注入子井的顶部凸出所述待修复区的地面0.05m～0.1m；

所述注入热空气组件还包括热空气密封盖，所述热空气密封盖盖设于所述热空气注入子井。

在其中一个实施例中，所述注入氧化剂组件包括氧化剂罐、与所述氧化剂罐连接的氧化剂注入管、氧化剂注入子井以及氧化剂注入筛管，所述氧化剂注入子井部分伸入所述注入井，所述氧化剂注入筛管设置于所述氧化剂注入子井的末端，所述氧化剂注入管伸入所述氧化剂注入子井；

所述氧化剂罐中的氧化剂经所述氧化剂注入管注入所述氧化剂注入子井，并经所述氧化剂注入筛管输送至所述注入井。

在其中一个实施例中，在所述注入井中，所述氧化剂注入筛管的周侧由砾料填充，所述氧化剂注入子井的周侧以及所述氧化剂注入筛管的底部由水泥灌浆填充；

所述氧化剂注入筛管的周侧还填充膨润土，所述膨润土分设于所述砾料的上层与下层，且所述膨润土的厚度为20cm～30cm；

所述氧化剂注入筛管的长度为0.5m～1m，所述氧化剂注入筛管伸入地下水面以下1m～2m。

在其中一个实施例中，所述氧化剂罐设置于所述待修复区的地面，并与所述氧化剂注入管之间呈90°连接；

所述氧化剂注入子井的顶部凸出所述待修复区的地面0.05m～0.1m；

所述注入氧化剂组件还包括热氧化剂密封盖，所述氧化剂密封盖盖设于所述氧化剂注入子井。

在其中一个实施例中，所述注入微气泡组件包括鼓风机、与所述鼓风机连接的注入风管、与所述注入风管连接的微气泡发生器、微气泡注入子井以及微气泡注入筛管，所述微气泡注入子井部分伸入所述注入井，所述微气泡注入筛管设置于所述微气泡注入子井的末端，所述微气泡发生器位于所述微气泡注入子井底部，并对应所述微气泡注入筛管；

所述鼓风机产生的风泡经所述注入风管注入所述微气泡发生器，所述微气泡发生器在所述微气泡注入子井中产生微气泡，并所述微气泡注入筛管输送至所述注入井。

在其中一个实施例中，在所述注入井中，所述微气泡注入筛管的周侧由砾料填充，所述微气泡注入子井的周侧由水泥灌浆填充；

所述微气泡注入筛管的周侧还填充膨润土，所述膨润土设于所述砾料的上层，且所述膨润土的厚度为20cm～30cm；

所述微气泡注入筛管的长度为0.5m～1m，所述微气泡注入筛管伸入所述注入井的底部。

在其中一个实施例中，所述鼓风机设置于所述待修复区的地面，并与所述微气泡注入管之间呈90°连接；

所述微气泡注入子井的顶部凸出所述待修复区的地面0.05m～0.1m；

所述注入微气泡组件还包括热微气泡密封盖，所述微气泡密封盖盖设于所述微气泡注入子井。

在其中一个实施例中，所述气相抽提组件包括抽气泵以及抽气管，所述抽气泵设置于所述待修复区的地面，所述抽气管与所述抽气泵连接，并伸入所述抽提井，所述抽提井的底部具有抽提筛管，所述抽提筛管的顶部位于地下水与土壤的分界面；

所述抽气管的底部具有斜切口，所述斜切口的倾斜角度为45°～60°；

所述抽气管位于所述待修复区的地面与地下水面之间，且所述抽气管的底部距离所述待修复区的地面的距离为0.5m～1m。

在其中一个实施例中，所述液相抽提组件包括抽水泵以及抽水管，所述抽水泵设置于所述待修复区的地面，所述抽水管与所述抽水泵连接，并伸入所述抽提井，所述抽水管的端部具有抽水泵头；

所述抽水泵头竖直设置于所述抽提井，并位于所述抽提井内地下水面以下5m～6m。

在其中一个实施例中，所述抽提井的顶部凸出所述待修复区的地面0.05m～0.1m；

所述抽提结构还包括抽提密封盖，所述抽提密封盖盖设于所述抽提井；

所述抽水管与所述抽水泵之间呈90°连接，所述抽气管与所述抽气泵之间呈90°连接。

在其中一个实施例中，所述控制结构包括控制器、控制开关、数据转化器以及液位计；

所述液位计位于所述抽提井内地下水面以下10m～15m，用于检测所述抽提井内地下水的水位变化；

所述数据转化器连接所述控制器与所述液位计，所述液位计检测的水位变化数据通过所述数据转化器传输给所述控制器；

所述控制开关设置于所述抽水管，并与所述控制器连接，所述控制器根据所述地下水的水位变化控制所述控制开关的通断；

在其中一个实施例中，所述气相抽提组件还包括气相压力计，液相抽提组件还包括液相压力计以及流量计；

所述气相压力计设置于所述抽气管，用于测量气相抽提过程中的气相压力变化情况；

所述液相压力计设置于所述抽水管，用于测量液相抽提过程中的液相压力变化情况；

所述气相抽提压力计与所述液相抽提压力计之间的量程范围至少满足抽提影响半径，且所述抽提影响半径的范围为5m～15m；

所述流量计设置于所述抽水管，用于测量液相抽提过程中的流量，所述流量计的量程范围为0.1m³/h～10m³/h。

在其中一个实施例中，所述土壤地下水联动处理装置还包括防渗透件，所述防渗透件盖设于所述待修复区的地面，所述注入结构与所述抽提结构工作时，所述防渗透件用于防止所述待修复区的地面以上与地面以下进行物质交换。

在其中一个实施例中，所述注入结构与所述抽提结构的数量均为多个，多个所述注入结构与多个所述抽提结构成行和/或成列排布，且相邻的两个注入结构之间存在一个所述抽提结构，相邻的两个所述抽提结构之间存在一个所述注入结构；

相邻的所述抽提结构与所述注入结构之间的所述预设距离相等，且所述预设间距的范围为5m～20m。

一种土壤地下水联动处理方法，应用于土壤地下水联动处理装置中，所述处理方法包括如下步骤：

控制结构控制注入热空气组件向注入井注入热空气，控制注入氧化剂组件向所述注入井注入氧化剂，控制注入微气泡组件向所述注入井注入微气泡；

所述控制结构控制液相抽提组件以脉冲方式抽提地下水；

所述控制结构控制气相抽提组件抽气。

在其中一个实施例中，所述控制结构控制液相抽提组件以脉冲方式抽提地下水的步骤包括：

开启控制器与控制开关，所述液相抽提组件工作；

待所述地下水液面稳定，所述液相抽提组件抽提第一预设时间后，关闭控制开关；

待所述地下水液面上升至预设高度后，重复执行上述步骤。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的土壤地下水联动处理装置及其处理方法，采用注入结构的注入热空气组件、注入氧化剂组件以及注入微气泡组件可以对待修复区的污染物进行原位修复，并通过抽提结构的液相抽提组件与气相抽提组件对待修复区的气流以及地下水进行抽提，实现将地下水与土壤中的挥发性有机污染物最大化抽提出来。并且，采用控制结构以脉冲方式控制液相抽提组件可以降低土壤中的含水率，使得挥发性有机污染物以气相方式抽提，促进挥发性有机污染物从地下水到土壤层中的迁移。有效的解决目前采用多相抽提存在的抽吸效率低、成本高的问题，以提高抽提效率、降低能耗，最大程度节约抽提成本，提高修复效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的土壤地下水联动处理装置设置于待处理区的结构示意图；

图2为图1所示的土壤地下水联动处理装置注入热空气后的抽提过程示意图；

图3为图1所示的土壤地下水联动处理装置注入微气泡后的抽提过程示意图；

图4为图1所示的土壤地下水联动处理装置的处理流程图；

图5为图1所示的土壤地下水联动处理装置中注入结构与抽提结构的布局示意图。

其中：

1-动力源；2-热空压机；3-鼓风机；4-氧化剂罐；5-水泥灌浆；6-地下水面；7-气相压力计；8-抽气泵；9-流量计；10-液相压力计；11-控制开关；12-抽水泵；13-数据转化器；14-防渗透件；15-膨润土；16-砾料；17-热空气注入子井；18-微气泡注入子井；19-氧化剂注入子井；20-抽水泵头；21-液位计；22-抽气管；23-热空气注入管；24-氧化剂注入管；25-抽水管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的土壤地下水联动处理装置及其处理方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参见图1至图4，本发明提供一种土壤地下水联动处理装置。该土壤地下水联动处理装置设置于待修复区的土壤中，用于对待修复区的土壤进行原位抽提修复。可以理解的，这里的待修复区是指土壤地下水存在污染物的区域，并且，污染物包括但不限于有机挥发性污染物。本发明的土壤地下水联动处理装置可以对待修复区的污染物进行原位修复，同时降低土壤中的含水率，使得挥发性有机污染物以气相方式抽提，促进挥发性有机污染物从地下水到土壤层中的迁移，可以提高抽提效率、降低能耗，最大程度节约抽提成本，提高修复效率。

在一实施例中，土壤地下水联动处理装置包括注入结构和抽提结构。注入结构设置于待修复区的注入井中。抽提结构部分设置于待修复区中，并与注入结构之间存在预设间距。可以理解的，对待处理区的土壤与地下水进行原位修复时，通常需要在待处理区内挖一个深坑，即为注入井。这样，注入结构能够向待处理区的注入井注入用于实现原位修复的气体以及试剂等，抽提结构能够抽取注入井中的气体与液体，实现待修复区的土壤与地下水的修复。

注入结构包括部分设置于注入井的注入热空气组件、注入氧化剂组件以及注入微气泡组件，注入热空气组件用于向注入井注入热空气，注入氧化剂组件用于向注入井注入氧化剂，注入微气泡组件用于向注入井注入微气泡。抽提结构包括部分设置于待修复区的抽提井以及部分设置于抽提井的液相抽提组件与气相抽提组件，液相抽提组件用于抽提抽提井中的气流，液相抽提组件用于抽取抽提井的地下水。控制结构分别与液相抽提组件以及气相抽提组件连接，并控制液相抽提组件与气相抽提组件进行抽提操作，且控制结构控制液相抽提组件以脉冲方式抽提地下水，控制结构还分别与注入热空气组件、注入氧化剂组件以及注入微气泡组件连接。

控制结构控制注入热空气组件向注入井内注入热空气，控制注入氧化剂组件向注入井内注入氧化剂。这样，热空气会渗透到注入井周围的土壤中，氧化剂会渗透到注入井周围的土壤以及地下水中，从而改变土壤层以及地下水中的温度并增加土壤层中的氧气含量，促进气相以及液相中污染物的挥发效果以及生物降解能力，同时可在一定程度上对污染物进行原位去除。同时，控制结构控制注入微气泡组件向注入井内注入微气泡，微气泡会渗透到注入井周围的土壤中。此时，可以利用微气泡在污染地下水中的运动促进地下水中污染物到土壤的相间传质作用。

控制结构控制液相抽提组件抽提抽提井中的液体即为地下水，控制气相抽提组件抽提抽提井中的气体。液相抽提组件抽提地下水后，土壤中地下水的液位会下降，降低土壤层中的含水率，这样，挥发性有机污染物会从地下水中转移到土壤中，最终以气相抽提方式被抽提处。这样可以提高抽提效率。采用液相抽提组件与气相抽提组件可以直接将挥发性有机污染物以气相和液相两种不同形式分别抽提出来，显著降低后续处理负荷。

同时，采用控制结构控制液相抽提组件的抽提操作，控制液相抽提组件以脉冲方式抽提地下水。也就是说，控制结构控制液相抽提组件抽提地下水的过程中，当地下水的液位高度下降预定高度后，控制结构控制液相抽提组件停止抽提操作。当地下水的液位高度恢复到预定高度后，控制结构控制液相抽提组件进行抽提操作。这样，控制结构可以根据地下水的液位高度判断抽水工作是否进行，实现脉冲式抽水。这样，可以减小土壤中的含水率，极大促进使挥发性有机污染物从地下水中转移到土壤中，最终以气相抽提的方式进行，能够显著提高抽提效率，降低人工成本。

本发明的土壤地下水联动处理装置从分子动力学、热力学及水化学角度出发，通过耦合土壤地下水中的多种修复技术方法，将土壤和地下水中的有机污染物最大化的抽提出来，有效的解决目前采用多相抽提存在的抽吸效率低、成本高的问题，优化了抽提土壤地下水中挥发性有机污染物的过程，降低了能耗以及人工成本，显著提高了修复效率。同时，以脉冲方式抽提的液相抽提组件配合气相抽提组件后，还可以最大限度节约抽提的人工成本，提高抽提效率，有利于土壤地下水联动处理装置的普及应用。

在一实施例中，注入热空气组件包括动力源1、与动力源1连接的热空压机2、与热空压机2连接的热空气注入管23、热空气注入子井17以及热空气注入筛管，热空气注入子井17部分伸入注入井，热空气注入筛管设置于热空气注入子井17的末端，热空气注入管23伸入热空气注入子井17。动力源1控制热空压机2产生热空气，经热空气注入管23注入热空气注入子井17，并经热空气注入筛管输送至注入井。

热空气注入管23的一端与热空压机2连接，另一端伸入热空气注入子井17中，热空气注入子井17的顶部露出注入井，其余部分位于注入井中。这样，注入热空气组件注入热空气时，以动力源1为动力，由热空压机2经过热空气注入管23向热空气注入子井17中注入热空气，并且，热空气通过热空气注入筛管渗入到周围的土壤中，实现向土壤层中注入热空气。

在一实施例中，在注入井中，热空气注入筛管的周侧由砾料16填充，热空气注入子井17的周侧以及热空气注入筛管的底部由水泥灌浆5填充。热空气注入筛管的周侧还填充膨润土15，膨润土15分设于砾料16的上层与下层，且膨润土15的厚度为20cm～30cm。也就是说，热空气注入筛管附近主要由砾料16包围，砾料16上下分别填充厚度约20cm～30cm的膨润土15，其余部分填充水泥灌浆5。这样的热空气注入组件有利于注入热空气工作工作顺利进行。

热空气注入筛管的长度为0.5m～1m，热空气注入筛管的底部位于地下水面6以上0.5m～1m。热空气注入筛管上具有筛孔，用于实现热空气的渗透。可以理解的，热空气注入筛管的长度依据待修复区水文地质条件的参数以及热空气的注入量决定。而且，热空气注入子井17的深度根据待修复区的水文地质条件决定。可以理解的，热空气注入子井17可以与热空气注入筛管为一体结构，示例性地，热空气注入子井17的末端周侧具有与外界连通的筛孔。当然，在本发明的其他实施方式中，热空气注入筛管也可与热空气注入子井17分体设置，并可靠固定于热空气注入子井17的末端。

在一实施例中，热空压机2设置于待修复区的地面，并与热空气注入管23之间呈90°连接。这样有利于热空压机2稳定和顺畅的输出热空气。热空气注入子井17的顶部凸出待修复区的地面0.05m～0.1m。注入热空气组件还包括热空气密封盖，热空气密封盖盖设于热空气注入子井17。这样可以保证热空气注入子井17的密封性，避免热空气注入子井17中的热空气外泄，同时还可避免挥发性有机污染物从热空气注入子井17流出。

通过在待修复区的土壤非饱和带注入热空气，可提高土壤层中的温度，在一定程度上促进了土壤孔隙中的挥发性有机污染物挥发。此外，通过适当向土壤层中增加一些热量，使土壤中的温度控制在20～37℃之间，有利于土壤中对挥发性有机污染物的生物降解效果。

在一实施例中，注入氧化剂组件包括氧化剂罐4、与氧化剂罐4连接的氧化剂注入管24、氧化剂注入子井19以及氧化剂注入筛管，氧化剂注入子井19部分伸入注入井，氧化剂注入筛管设置于氧化剂注入子井19的末端，氧化剂注入管24伸入氧化剂注入子井19。氧化剂罐4中的氧化剂经氧化剂注入管24注入氧化剂注入子井19，并经氧化剂注入筛管输送至注入井。示例性地，注入氧化剂管由UPVC(Unplasticized Polyvinyl Chloride，硬聚氯乙烯)制成。

氧化剂罐4内存储有氧化剂，如存储Fenton(芬顿)试剂。氧化剂罐4中存储的氧化剂可以满足注入井周围半径约为10m～20m内的污染物的总量。氧化剂注入管24的一端与氧化剂罐4连接，另一端伸入氧化剂注入子井19中，氧化剂注入子井19的顶部露出注入井，其余部分位于注入井中。这样，注入氧化剂组件注入氧化剂时，氧化剂罐4中的氧化剂经过氧化剂注入管24向氧化剂注入子井19中注入氧化剂，并且，氧化剂通过氧化剂注入筛管渗入到周围的土壤中，实现向土壤层中注入氧化剂。

在一实施例中，在注入井中，氧化剂注入筛管的周侧由砾料16填充，氧化剂注入子井19的周侧以及氧化剂注入筛管的底部由水泥灌浆5填充。氧化剂注入筛管的周侧还填充膨润土15，膨润土15分设于砾料16的上层与下层，且膨润土15的厚度为20cm～30cm。也就是说，氧化剂注入筛管附近主要由砾料16包围，砾料16上下分别填充厚度约20～30cm的膨润土15，其余部分填充水泥灌浆5。这样的氧化剂注入组件有利于注入氧化剂工作工作顺利进行。

氧化剂注入筛管的长度为0.5m～1m，氧化剂注入筛管伸入地下水面6以下1m～2m。氧化剂注入筛管上具有筛孔，用于实现氧化剂的渗透。可以理解的，氧化剂注入筛管的长度依据待修复区水文地质条件的参数以及氧化剂的注入量决定。而且，氧化剂注入子井19的深度根据待修复区的水文地质条件决定。可以理解的，氧化剂注入子井19可以与氧化剂注入筛管为一体结构，示例性地，氧化剂注入子井19的末端周侧具有与外界连通的筛孔。当然，在本发明的其他实施方式中，氧化剂注入筛管也可与氧化剂注入子井19分体设置，并可靠固定于氧化剂注入子井19的末端。

在一实施例中，氧化剂罐4设置于待修复区的地面，并与氧化剂注入管24之间呈90°连接。这样有利于氧化剂罐4稳定和顺畅的输出氧化剂。氧化剂注入子井19的顶部凸出待修复区的地面0.05m～0.1m。注入氧化剂组件还包括热氧化剂密封盖，氧化剂密封盖盖设于氧化剂注入子井19。这样可以保证氧化剂注入子井19的密封性，避免氧化剂注入子井19中的氧化剂外泄，同时还可避免挥发性有机污染物从氧化剂注入子井19流出。

通过在待处理区土壤的饱和带浅层注入氧化剂，使用Fenton体系原位氧化浅层地下水中的挥发性有机污染物，使其在化学反应过程中产生大量的热，促进浅层地下水中有机污染物的挥发。同时，到达土壤层中的挥发性有机污染物通过注入热空气的形式，驱使土壤孔隙中的挥发性有机污染物以气相形式被抽提出来，实现土壤地下水中挥发性有机污染物的原位修复。

在一实施例中，注入微气泡组件包括鼓风机3、与鼓风机3连接的注入风管、与注入风管连接的微气泡发生器、微气泡注入子井18以及微气泡注入筛管，微气泡注入子井18部分伸入注入井，微气泡注入筛管设置于微气泡注入子井18的末端，微气泡发生器位于微气泡注入子井18底部，并对应微气泡注入筛管。鼓风机3产生的风泡经注入风管注入微气泡发生器，微气泡发生器在微气泡注入子井18中产生微气泡，并微气泡注入筛管输送至注入井。

鼓风机3用于产生风，注入风管的一端与鼓风机3连接，另一端伸入微气泡注入子井18中，并与微气泡发生器连接。这样，鼓风机3产生的气流通过注入风管注入微气泡发生器后，可以在微气泡注入子井18中产生微气泡。并且，微气泡注入子井18中的微气泡通过微气泡注入筛管渗入到周围的土壤中，实现向土壤层中注入微气泡。

在一实施例中，在注入井中，微气泡注入筛管的周侧由砾料16填充，微气泡注入子井18的周侧由水泥灌浆5填充。微气泡注入筛管的周侧还填充膨润土15，膨润土15设于砾料16的上层，且膨润土15的厚度为20cm～30cm。也就是说，微气泡注入筛管附近主要由砾料16包围，砾料16上填充厚度约20cm～30cm的膨润土15。这样的微气泡注入组件有利于注入微气泡工作工作顺利进行。

微气泡注入筛管的长度为0.5m～1m，微气泡注入筛管伸入注入井的底部。也就是说，微气泡注入筛管位于待修复区的土壤的最深处。微气泡注入筛管上具有筛孔，用于实现微气泡的渗透。可以理解的，微气泡注入筛管的长度依据待修复区水文地质条件的参数以及微气泡的注入量决定。而且，微气泡注入子井18的深度根据待修复区的水文地质条件决定。可以理解的，微气泡注入子井18可以与微气泡注入筛管为一体结构，示例性地，微气泡注入子井18的末端周侧具有与外界连通的筛孔。当然，在本发明的其他实施方式中，微气泡注入筛管也可与微气泡注入子井18分体设置，并可靠固定于微气泡注入子井18的末端。

在一实施例中，鼓风机3设置于待修复区的地面，并与微气泡注入管之间呈90°连接。这样有利于鼓风机3稳定和顺畅的输出风。微气泡注入子井18的顶部凸出待修复区的地面0.05m～0.1m。注入微气泡组件还包括热微气泡密封盖，微气泡密封盖盖设于微气泡注入子井18。这样可以保证微气泡注入子井18的密封性，避免微气泡注入子井18中的微气泡外泄，同时还可避免挥发性有机污染物从微气泡注入子井18流出。

通过在待处理区土壤的饱和带底部目标修复最深层位注入微气泡，使地下水较深处的有机污染物吸附在微气泡表面，随着微气泡的缓慢上升，到达饱和带上部或者非饱和带与饱和带之间的交汇处，从而通过相间传质作用，从地下水深部转移到浅部以及土壤层中，达到促进污染物快速移动到浅层地下水中的效果，最终以气相的形式抽提。

在一实施例中，气相抽提组件包括抽气泵8以及抽气管22，抽气泵8设置于待修复区的地面，抽气管22与抽气泵8连接，并伸入抽提井。抽提井的底部具有抽提筛管，抽提筛管位于地下水面6与土壤的分界面。抽气管22的底部具有斜切口，斜切口的倾斜角度为45°～60°。抽气管22位于待修复区的地面与地下水面6之间，且抽气管22的底部距离待修复区的地面的距离为0.5m～1m。

抽气管22的一端垂直伸入抽提井，并对应抽提筛管，抽气管22的另一端与抽气泵8水平连接。抽提筛管具有筛孔，抽提筛管的长度依据待修复区水文地质条件的参数。抽提筛管附近主要由砾料16包围，砾料16上填充厚度约20～30cm的膨润土15，其余部分填充水泥灌浆5。可以理解的，砾料16的顶部应高于地下水面6，以便于热空气能够进入抽提筛管。可选的，抽气管22的直径依据待修复区水文地质条件决定。可以理解的，抽提井可以与抽提筛管为一体结构，示例性地，抽提井的末端周侧具有与外界连通的筛孔。当然，在本发明的其他实施方式中，抽提筛管也可与抽提井分体设置，并可靠固定于抽提井的末端。

气相抽提组件抽提时，土壤中的气体可以通过抽提筛管进入抽提井，并经抽提井进入到抽气管22中，然后经过与抽气管22连接的支管进入后置处理装置，通过后置处理装置对具有挥发性有机污染物的气体进行处理。

在一实施例中，液相抽提组件包括抽水泵12以及抽水管25，抽水泵12设置于待修复区的地面，抽水管25与抽水泵12连接，并伸入抽提井，抽水管25的端部具有抽水泵头20。抽水泵头20竖直设置于抽提井，并位于抽提井内地下水面6以下5m～6m。

抽水管25的一端垂直伸入抽提井，并位于地下水面6以下5m～6m，抽水管25的另一端与抽水泵12水平连接。可选的，抽水管25的直径依据待修复区水文地质条件决定，约为1cm～2cm。液相抽提组件抽提时，土壤中的水体可以进入抽提井，并经抽提井进入到抽水管25中，然后经过与抽水管25连接的支管进入后置处理装置，通过后置处理装置对具有挥发性有机污染物的水体进行处理。示例性地，抽气管22与抽水管25均由UPVC制成。

在一实施例中，抽提井的顶部凸出待修复区的地面0.05m～0.1m。抽提结构还包括抽提密封盖，抽提密封盖盖设于抽提井。这样可以避免挥发性有机污染物从抽提井逸出。抽水管25与抽水泵12之间呈90°连接，抽气管22与抽气泵8之间呈90°连接。这样有利于抽水管25稳定和顺畅的输出液体，有利于抽气管22稳定和顺畅的输出气体。

在一实施例中，控制结构包括控制器、控制开关11、数据转化器13以及液位计21。液位计21位于抽提井内地下水面6以下10m～15m，用于检测抽提井内地下水的水位变化。数据转化器13连接控制器与液位计21，液位计21检测的水位变化数据通过数据转化器13传输给控制器。控制开关11设置于抽水管25，并与控制器连接，控制器根据地下水的水位变化控制控制开关11的通断。

示例性地，控制器为PLC控制器。控制开关11用于控制抽水管25的通断。控制器分别与数据转化器13以及控制开关11电连接。液位计21与数据转化器13电连接。可选地，液位计21与抽水泵头20之间存在一定的间距，以防止相互干扰。

控制结构控制液相抽提组件进行脉冲抽提时，开启控制器，打开控制开关11，使液相抽提组件开始运行，此时地下水面6不断下降，当液面在t₁时间内波动范围不超过Δh时，即可判断地下水面6稳定。地下水稳定后，液相抽提组件继续工作t₂时间，控制开关11关闭，液相抽提组件停止工作，这时地下水面6的水位逐渐恢复。在经过t₃时间后，地下水面6的水位恢复到一定程度，再次开启控制开关11，使液相抽提组件继续工作，此后继续判断是否稳定，实现液相抽提组件进行间歇式抽水。其中，t₁为液位稳定判断时间；Δh为液位稳定判定高度；t₂为稳定后的抽水时间；t₃为水位恢复时间。

通过控制器智能判断，依据地下水面6的水位高度的变化判断抽水工作是否进行，实现脉冲式抽水。抽水泵12抽水时会导致地下水面6的水位下降，促使原本地下水与土壤交接处的位置含水率降低，从而达到减小土壤层中的含水率，使挥发性有机污染物从地下水中转移到土壤中，使更多挥发性有机污染物暴露在土壤孔隙中，最终以气相抽提的方式进行，提高抽提效率，降低人工成本。同时，脉冲式的抽提方式可以大大降低抽提后的污水处理成本，优化抽提策略。并且，使用控制器可显著降低人工成本，有利于土壤地下水联动处理装置的广泛普及。

在一实施例中，气相抽提组件还包括气相压力计7，液相抽提组件还包括液相压力计10以及流量计9。气相压力计7设置于抽气管22，用于测量气相抽提过程中的气相压力变化情况。液相压力计10设置于抽水管25，用于测量液相抽提过程中的液相压力变化情况。气相抽提压力计与液相抽提压力计之间的量程范围至少满足抽提影响半径，且抽提影响半径的范围为5m～15m。流量计9设置于抽水管25，用于测量液相抽提过程中的流量，流量计9的量程范围为0.1m³/h～10m³/h。

在一实施例中，土壤地下水联动处理装置还包括防渗透件14，防渗透件14盖设于待修复区的地面，注入结构与抽提结构工作时，防渗透件14用于防止待修复区的地面以上与地面以下进行物质交换。示例性地，防渗透件14可以为防渗透薄膜，也可以为防渗透涂层。

在一实施例中，注入结构与抽提结构的数量均为多个，多个注入结构与多个抽提结构成行和/或成列排布，且相邻的两个注入结构之间存在一个抽提结构，相邻的两个抽提结构之间存在一个注入结构。示例性地，注入结构与抽提结构的布局如图5所示，这样可以实现待修复区的有效修复，提高修复效率。相邻的抽提结构与注入结构之间的预设距离相等，且预设间距的范围为5m～20m。可以理解的，注入结构与抽提结构之间的预设间距依据待修复区水文地质条件决定。

本发明的土壤地下水联动处理装置工作时，在土壤层中注入热空气，促进土壤孔隙中挥发性有机污染物的挥发以及好氧生物对该有机污染物的降解；在土壤浅层含水层中注入氧化剂，使其与挥发性有机污染物原位反应，产生的热促进浅层地下水中有机物向土壤中的迁移；在土壤深层含水层中注入微气泡，使深部地下水中的挥发性有机污染物聚集在微气泡的表面，并随着微气泡缓慢上升到土壤与地下水的交界面，促进相间传质作用。同时，采用脉冲式的抽水方式，优化了抽提过程中的修复成本以及抽提策略，显著降低了人工成本，显著提高抽提效率。

参见图1至图4，本发明还提供一种土壤地下水联动处理方法，应用于土壤地下水联动处理装置中，处理方法包括如下步骤：

控制结构控制注入热空气组件向注入井注入热空气，控制注入氧化剂组件向注入井注入氧化剂，控制注入微气泡组件向注入井注入微气泡；

控制结构控制液相抽提组件以脉冲方式抽提地下水；

控制结构控制气相抽提组件抽气。

本发明的土壤地下水联动处理装置工作时，控制结构控制注入热空气组件向注入井内注入热空气，控制注入氧化剂组件向注入井内注入氧化剂。这样，热空气会渗透到注入井周围的土壤中，氧化剂会渗透到注入井周围的土壤以及地下水中，从而改变土壤层以及地下水中的温度并增加土壤层中的氧气含量，促进气相以及液相中污染物的挥发效果以及生物降解能力，同时可在一定程度上对污染物进行原位去除。同时，控制结构控制注入微气泡组件向注入井内注入微气泡，微气泡会渗透到注入井周围的土壤中。此时，可以利用微气泡在污染地下水中的运动促进地下水中污染物到土壤的相间传质作用。

在注入结构工作的同时，抽提结构也工作。控制结构控制液相抽提组件抽提抽提井中的液体即为地下水，控制气相抽提组件抽提抽提井中的气体。液相抽提组件抽提地下水后，土壤中地下水的液位会下降，降低土壤层中的含水率，这样，挥发性有机污染物会从地下水中转移到土壤中，最终以气相抽提方式被抽提处。这样可以提高抽提效率。采用液相抽提组件与气相抽提组件可以直接将挥发性有机污染物以气相和液相两种不同形式分别抽提出来，显著降低后续处理负荷。

在一实施例中，控制结构控制液相抽提组件以脉冲方式抽提地下水的步骤包括：

开启控制器与控制开关11，液相抽提组件工作；

待地下水液面稳定，液相抽提组件抽提第一预设时间后，关闭控制开关11；

待地下水液面上升至预设高度后，重复执行上述步骤。

控制结构控制液相抽提组件抽提地下水的过程中，当地下水的液位高度下降预定高度后，控制结构控制液相抽提组件停止抽提操作。当地下水的液位高度恢复到预定高度后，控制结构控制液相抽提组件进行抽提操作。这样，控制结构可以根据地下水的液位高度判断抽水工作是否进行，实现脉冲式抽水。这样，可以减小土壤中的含水率，极大促进使挥发性有机污染物从地下水中转移到土壤中，最终以气相抽提的方式进行，能够显著提高抽提效率，降低人工成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书的记载范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种土壤地下水联动处理装置，其特征在于，设置于待修复区的土壤中，所述土壤地下水联动处理装置包括：

注入结构，设置于所述待修复区的注入井中；所述注入结构包括部分设置于所述注入井的注入热空气组件、注入氧化剂组件以及注入微气泡组件，所述注入热空气组件用于向所述注入井注入热空气，所述注入氧化剂组件用于向所述注入井注入氧化剂，所述注入微气泡组件用于向所述注入井注入微气泡；

抽提结构，与所述注入结构之间存在预设间距；所述抽提结构包括部分设置于所述待修复区的抽提井以及部分设置于所述抽提井的液相抽提组件与气相抽提组件，所述液相抽提组件用于抽提所述抽提井中的气流，所述液相抽提组件用于抽取所述抽提井的地下水；以及

控制结构，所述控制结构分别与所述液相抽提组件以及所述气相抽提组件连接，并控制所述液相抽提组件与所述气相抽提组件进行抽提操作，且所述控制结构控制所述液相抽提组件以脉冲方式抽提地下水，所述控制结构还分别与所述注入热空气组件、注入氧化剂组件以及注入微气泡组件连接。

2.根据权利要求1所述的土壤地下水联动处理装置，其特征在于，所述注入热空气组件包括动力源、与所述动力源连接的热空压机、与所述热空压机连接的热空气注入管、热空气注入子井以及热空气注入筛管，所述热空气注入子井部分伸入所述注入井，所述热空气注入筛管设置于所述热空气注入子井的末端，所述热空气注入管伸入所述热空气注入子井；

所述动力源控制所述热空压机产生热空气，经所述热空气注入管注入所述热空气注入子井，并经所述热空气注入筛管输送至所述注入井；

所述热空气注入筛管的周侧由砾料填充，所述热空气注入子井的周侧以及所述热空气注入筛管的底部由水泥灌浆填充；

所述热空气注入筛管的周侧还填充膨润土，所述膨润土分设于所述砾料的上层与下层，且所述膨润土的厚度为20cm～30cm；

所述热空气注入筛管的长度为0.5m～1m，所述热空气注入筛管的底部位于地下水面以上0.5m～1m；

所述热空压机设置于所述待修复区的地面，并与所述热空气注入管之间呈90°连接；

所述热空气注入子井的顶部凸出所述待修复区的地面0.05m～0.1m；

所述注入热空气组件还包括热空气密封盖，所述热空气密封盖盖设于所述热空气注入子井。

3.根据权利要求1所述的土壤地下水联动处理装置，其特征在于，所述注入氧化剂组件包括氧化剂罐、与所述氧化剂罐连接的氧化剂注入管、氧化剂注入子井以及氧化剂注入筛管，所述氧化剂注入子井部分伸入所述注入井，所述氧化剂注入筛管设置于所述氧化剂注入子井的末端，所述氧化剂注入管伸入所述氧化剂注入子井；

所述氧化剂罐中的氧化剂经所述氧化剂注入管注入所述氧化剂注入子井，并经所述氧化剂注入筛管输送至所述注入井；

所述氧化剂注入筛管的周侧由砾料填充，所述氧化剂注入子井的周侧以及所述氧化剂注入筛管的底部由水泥灌浆填充；

所述氧化剂注入筛管的周侧还填充膨润土，所述膨润土分设于所述砾料的上层与下层，且所述膨润土的厚度为20cm～30cm；

所述氧化剂注入筛管的长度为0.5m～1m，所述氧化剂注入筛管伸入地下水面以下1m～2m；

所述氧化剂罐设置于所述待修复区的地面，并与所述氧化剂注入管之间呈90°连接；

所述氧化剂注入子井的顶部凸出所述待修复区的地面0.05m～0.1m；

所述注入氧化剂组件还包括热氧化剂密封盖，所述氧化剂密封盖盖设于所述氧化剂注入子井。

4.根据权利要求1所述的土壤地下水联动处理装置，其特征在于，所述注入微气泡组件包括鼓风机、与所述鼓风机连接的注入风管、与所述注入风管连接的微气泡发生器、微气泡注入子井以及微气泡注入筛管，所述微气泡注入子井部分伸入所述注入井，所述微气泡注入筛管设置于所述微气泡注入子井的末端，所述微气泡发生器位于所述微气泡注入子井底部，并对应所述微气泡注入筛管；

所述鼓风机产生的风泡经所述注入风管注入所述微气泡发生器，所述微气泡发生器在所述微气泡注入子井中产生微气泡，并经过所述微气泡注入筛管输送至所述注入井；

所述微气泡注入筛管的周侧由砾料填充，所述微气泡注入井的周侧由水泥灌浆填充；

所述微气泡注入筛管的周侧还填充膨润土，所述膨润土设于所述砾料的上层，且所述膨润土的厚度为20cm～30cm；

所述微气泡注入筛管的长度为0.5m～1m，所述微气泡注入筛管伸入所述注入井的底部；

所述鼓风机设置于所述待修复区的地面，并与所述微气泡注入管之间呈90°连接；

所述微气泡注入子井的顶部凸出所述待修复区的地面0.05m～0.1m；

所述注入微气泡组件还包括热微气泡密封盖，所述微气泡密封盖盖设于所述微气泡注入子井。

5.根据权利要求1所述的土壤地下水联动处理装置，其特征在于，所述气相抽提组件包括抽气泵以及抽气管，所述抽气泵设置于所述待修复区的地面，所述抽气管与所述抽气泵连接，并伸入所述抽提井，所述抽提井的底部具有抽提筛管，所述抽提筛管的顶部位于地下水与土壤的分界面；

所述抽气管的底部具有斜切口，所述斜切口的倾斜角度为45°～60°；

所述抽气管位于所述待修复区的地面与地下水面之间，且所述抽气管的底部距离所述待修复区的地面的距离为0.5m～1m；

所述液相抽提组件包括抽水泵以及抽水管，所述抽水泵设置于所述待修复区的地面，所述抽水管与所述抽水泵连接，并伸入所述抽提井，所述抽水管的端部具有抽水泵头；

所述抽水泵头竖直设置于所述抽提井，并位于所述抽提井内地下水面以下5m～6m；

所述抽提井的顶部凸出所述待修复区的地面0.05m～0.1m；

所述抽提结构还包括抽提密封盖，所述抽提密封盖盖设于所述抽提井；

所述抽水管与所述抽水泵之间呈90°连接，所述抽气管与所述抽气泵之间呈90°连接。

6.根据权利要求1所述的土壤地下水联动处理装置，其特征在于，所述控制结构包括控制器、控制开关、数据转化器以及液位计；

所述液位计位于所述抽提井内地下水面以下10m～15m，用于检测所述抽提井内地下水的水位变化；

所述数据转化器连接所述控制器与所述液位计，所述液位计检测的水位变化数据通过所述数据转化器传输给所述控制器；

所述控制开关设置于所述抽水管，并与所述控制器连接，所述控制器根据所述地下水的水位变化控制所述控制开关的通断；

所述气相抽提组件还包括气相压力计，液相抽提组件还包括液相压力计以及流量计；

所述气相压力计设置于所述抽气管，用于测量气相抽提过程中的气相压力变化情况；

所述液相压力计设置于所述抽水管，用于测量液相抽提过程中的液相压力变化情况；

所述气相抽提压力计与所述液相抽提压力计之间的量程范围至少满足抽提影响半径，且所述抽提影响半径的范围为5m～15m；

所述流量计设置于所述抽水管，用于测量液相抽提过程中的流量，所述流量计的量程范围为0.1m³/h～10m³/h。

7.根据权利要求1至6任一项所述的土壤地下水联动处理装置，其特征在于，所述土壤地下水联动处理装置还包括防渗透件，所述防渗透件盖设于所述待修复区的地面，所述注入结构与所述抽提结构工作时，所述防渗透件用于防止所述待修复区的地面以上与地面以下进行物质交换。

8.根据权利要求1至6任一项所述的土壤地下水联动处理装置，其特征在于，所述注入结构与所述抽提结构的数量均为多个，多个所述注入结构与多个所述抽提结构成行和/或成列排布，且相邻的两个注入结构之间存在一个所述抽提结构，相邻的两个所述抽提结构之间存在一个所述注入结构；

相邻的所述抽提结构与所述注入结构之间的所述预设距离相等，且所述预设间距的范围为5m～20m。

9.一种土壤地下水联动处理方法，其特征在于，应用于土壤地下水联动处理装置中，所述处理方法包括如下步骤：

控制结构控制注入热空气组件向注入井注入热空气，控制注入氧化剂组件向所述注入井注入氧化剂，控制注入微气泡组件向所述注入井注入微气泡；

所述控制结构控制液相抽提组件以脉冲方式抽提地下水；

所述控制结构控制气相抽提组件抽气；

所述控制结构控制液相抽提组件以脉冲方式抽提地下水的步骤包括：

开启控制器与控制开关，所述液相抽提组件工作；

待所述地下水液面稳定，所述液相抽提组件抽提第一预设时间后，关闭控制开关；

待所述地下水液面上升至预设高度后，重复执行上述步骤。