发明内容
本发明实施例的目的是提供一种土壤与地下水协同修复***,通过注入井群、抽水井群和可渗透反应墙装置在污染土壤地下水场地中水平及纵向的有机耦合,实现多种污染物的协同修复、水土协同修复、物理化学方法协同及单个技术组合协同修复。
为了实现上述目的,本发明实施例提供一种土壤与地下水协同修复***,所述土壤与地下水协同修复***包括:加药装置、注入井群、抽水井群以及可渗透反应墙装置;所述加药装置用于,将药剂注入所述注入井群中的各个注入井;所述各个注入井用于,将所述药剂注入污染场地,以对所述污染场地的地下水与土壤中的有机污染物进行氧化分解;所述抽水井群用于,抽出经过氧化分解后的地下水;以及所述可渗透反应墙装置用于,对所述经过氧化分解后的地下水进行修复,并将经过修复后的地下水通过所述注入井群回渗至含水层。
可选地,所述土壤与地下水协同修复***还包括:监测装置,用于监测地下水的修复过程,以确定所述地下水的修复进度和/或所述可渗透反应墙装置的工作状态。
可选地,所述加药装置包括:药剂桶;注药管,所述注药管与所述各个注入井连接;空压机,用于将所述药剂桶内的所述药剂通过所述注药管加入到所述各个注入井内。
可选地,所述药剂包括氧化剂和缓释剂。
可选地,所述土壤与地下水协同修复***还包括:参数确定装置,用于执行以下步骤:利用所述污染场地的特征数据,构建三维地下水水流模型;在预设轮次迭代中的各轮次迭代中,利用所述三维地下水水流模型模拟所述注入井群中的注入井的数量与第一流量以及所述抽水井群中的抽水井的数量与第二流量;并根据所述注入井的数量与第一流量以及所述抽水井的数量与第二流量,确定资金成本目标函数的数值;以及在所述预设轮次迭代中的特定轮次迭代中的资金成本目标函数的数值最小的情况下,确定所述特定轮次迭代中的所述注入井的数量与第一流量以及所述抽水井的数量与第二流量为所述注入井的目标数量与第一目标流量以及所述抽水井的目标数量与第二目标流量。
可选地,所述土壤与地下水协同修复***还包括:水力控制装置,用于控制所述各个注入井的地下水以所述第一目标流量流动与所述各个抽水井中的地下水以所述第二目标流量流动。
可选地,所述资金成本目标函数为:
其中,J为资金成本;α1为注入井的建井单价;α2为抽水井的建井单价;α3为注入井的运行单价;α4为抽水井的运行单价;y1i为第i口注入井的状态变量;y2i为第i口抽水井的状态变量;d1i为第i口注入井的建井深度;d2i为第i口抽水井的建井深度;Q1i为第i口注入井的第一流量;Q2i为第i口抽水井的第二流量;Δt1i为第i口注入井的运行时间;Δt2i为第i口抽水井的运行时间;N1为注入井的数量,以及N2为注入井的数量。
可选地,所述污染场地的特征数据包括:地下稳定水埋深、稳定水位标高、包气带厚度、含水层厚度和有机污染物原始浓度中的一者或多者。
可选地,所述可渗透反应墙装置包括进水口、多层模块组件、过滤网、磁体棒组架、填充介质及出水口,其中,所述进水口与所述抽水井群的各个抽水井连接,以及所述出水口与所述注入井群的各个注入井连接。
可选地,所述多层模块组件中依次填充有石英砂、零价铁、缓释零价铁材料、过硫酸盐缓释材料及颗粒活性炭。
可选地,所述多层模块组件的长度L的计算公式如下:L=SF×tR×K×I/ne,其中,tR为有机污染物的停留时间;SF为安全系数;K为所述多层模块组件中的填充物的有效渗透系数;I为水力梯度;ne为所述填充物的有效孔隙度。
可选地,所述可渗透反应墙装置为水平放置的可渗透反应墙装置。
通过上述技术方案,通过加药装置将药剂注入所述注入井群中的各个注入井;通过注入井群中的各个注入井将所述药剂注入污染场地,以对所述污染场地的地下水与土壤中的有机污染物进行氧化分解;通过抽水井群抽出经过氧化分解后的地下水;通过可渗透反应墙装置对所述经过氧化分解后的地下水进行修复,并将经过修复后的地下水通过所述注入井群回渗至含水层,由此可通过在所述污染场地内建设土壤与地下水协同修复***来有效干预污染场地的地下水及土壤的修复。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例,并不用于限制本发明实施例。
图1是本发明第一实施例提供的土壤与地下水协同修复***。其中,所述土壤与地下水协同修复***包括:加药装置100、注入井群101、抽水井群102以及可渗透反应墙装置103。所述加药装置100用于,将药剂注入所述注入井群101中的各个注入井;所述各个注入井用于,将所述药剂注入污染场地,以对所述污染场地的地下水与土壤中的有机污染物进行氧化分解;所述抽水井群102用于,抽出经过氧化分解后的地下水;以及所述可渗透反应墙装置103用于,对所述经过氧化分解后的地下水进行修复,并将经过修复后的地下水通过所述注入井群101回渗至含水层。
具体地,将土壤与地下水协同修复***建设在欲修复的污染场地内。通过加药装置100将药剂注入所述注入井群101中的各个注入井中,通过所述各个注入井将药剂注入污染场地。所述药剂在通过各个注入井注入污染场地的地下水的过程中,同时对地下水周围的土壤进行淋洗,以达到同时对土壤和地下水中的有机污染物例如氯乙烯、苯等有害物质进行氧化分解的目的。为了使污染场地的地下水和土壤的中的有机污染物的浓度达标(例如达到行业标准或设定修复目标值),通过抽水井群102将经过氧化分解后的地下水抽至可渗透反应墙装置103中,进一步对经过氧化分解后对地下水进行修复,例如对有害物质进行吸附、氧化还原或降解。最终将经过修复后的地下水通过所述注入井群101回渗至含水层,从而实现对所述污染场地的地下水和土壤的协同修复。
本发明实施例利用注入井群、抽水井群的抽吸作用使得污染场地的地下下水形成循环水流,并将可渗透反应墙装置设置在循环水流上,以通过循环水流的作用使经过多次循环的地下水(例如含水层中的地下水)中的有机污染物浓度逐渐降低,直至满足行业标准或修复目标值,完成土壤与地下水的协同修复。示例性地,通过现有技术手段勘察污染场地的污染状况,可将注入井群设置在有机污染物浓度较高的地方(例如污染场地的上游位置),将抽水井群设置在有机污染物浓度较低的地方(例如污染场地的下游位置)。本发明实施例可应用于土壤与地下水的原位修复领域。
其中,所述加药装置100包括:药剂桶以及注药管,所述注药管与所述各个注入井连接;空压机,用于将所述药剂桶内的药剂通过所述注药管加入到所述各个注入井内。
所述药剂包括氧化剂和缓释剂,其中所述氧化剂可以加快氧化分解污染场地的地下水及土壤中的有机污染物,所述氧化剂可为过硫酸盐、高锰酸钾、臭氧、过氧化物等其中的至少一种。所述缓释剂可刺激土壤中微生物的生长,加快受污染的地下水和土壤的修复速度,所述缓释剂可优选过氧化钙。
进一步地,图2为本发明第二个实施例提供的土壤与地下水协同修复***结构图。在第一实施例的基础上,本发明实施例进一步增加了监测装置200,所述监测装置200用于监测地下水的修复过程,以确定所述地下水的修复进度和/或所述可渗透反应墙装置103的工作状态。
示例性地,可依次在污染场地的污染羽的边界处、污染场地的上游及下游共建设4口监测井,也可利用抽水井或注入井作为监测井。监测装置200通过监测井采集地下水修复数据,例如监测井的监测频率为每6天/次,主要监测有机污染物中的苯和氯乙烯的浓度,还可以监测包括pH值、Eh值(氧化还原电位)、DO(溶氧量)、电导率、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、HCO3 -、溶解性硅等数据,用于监测污染场地的地下水的修复过程,以确定所述地下水的修复进度和/或所述可渗透反应墙装置的工作状态。根据地下水的修复进度和/或所述可渗透反应墙装置103的工作状态,可通过监测到的有机污染物的浓度实时调整加药装置100注入各个注入井中的药剂量以及种类,以加快修复的速度。同时,可以通过监测可渗透反应墙装置103的工作状态,以便及时更换老化失活的所述可渗透反应墙装置103中的填充介质。
在实际污染场地中还可设置监测井,例如本发明实施例中,共设置4口监测井,标号分别为监测井1、监测井2、监测井3和监测井4,对应还有16口注入井及8口抽水井,具体各个监测井、注入井以及抽水井模拟分布详情可参考图4。假设2套可渗透反应墙装置,其中第一套可渗透反应墙装置对应的8口注入井,编号分别为:注入井1、注入井3、注入井5、注入井7、注入井9、注入井11、注入井13、注入井15;对应4口抽水井的编号分别为:抽水井1、抽水井3、抽水井5、抽水井7。第二套可渗透反应墙装置对应的8口注入井,编号分别为:注入井2、注入井4、注入井6、注入井8、注入井10、注入井12、注入井14、注入井16;对应4口抽水井的编号分别为:抽水井2、抽水井4、抽水井6、抽水井8。其中4口监测井可采用监测频率为6天/次,可采用方案1(即注入井1、注入井3、注入井5、注入井7、注入井9、注入井11、注入井13、注入井15,抽水井1、抽水井3、抽水井5、抽水井7);以及方案2(即注入井2、注入井4、注入井6、注入井8、注入井10、注入井12、注入井14、注入井16)交替对各个注入井和各个抽水机进行监测。
监测装置通过监测井监测例如抽水井的流量、压力以及注入井的流量、压力、水位等参数;有机污染物中的苯和氯乙烯,以及pH、Eh、DO、电导率、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、HCO3 -、溶解性硅等参数。用于监测污染场地的地下水的修复过程,以确定所述地下水的修复进度和/或所述可渗透反应墙装置的工作状态。
在第一实施例和第二实施例之前,可通过参数确定装置确定所述特定轮次迭代中的所述注入井的数量与第一流量以及所述抽水井的数量与第二流量为所述注入井的目标数量与第一目标流量以及所述抽水井的目标数量与第二目标流量。
所述土壤与地下水协同修复***所述还包括:参数确定装置,用于执行以下步骤S300-S302,参考图3。
S300、利用所述污染场地的特征数据,构建三维地下水水流模型。
其中,所述污染场地的特征数据包括:地下稳定水埋深、稳定水位标高、包气带厚度、含水层厚度和有机污染物原始浓度中的一者或多者。
具体地,可采用现有技术手段勘测污染场地的特征数据,所述污染场地为待修复的土壤和地下水所在的区域。其中,待修复的地下水的范围至少包括污染羽的范围,待修复的土壤至少包括污染羽周围的土壤。所述特征数据为污染场地的实际的初数据,可包括污染场地的地下稳定水埋深、稳定水位标高、包气带厚度、含水层厚度和有机污染物原始浓度。将所述特征数据输入参数确定装置中,以构建三维地下水水流模型,所述三维地下水水流模型可用于模拟实际污染场地。
示例性地,勘测到所述污染场地的地下水的特征数据包括:所述污染场地的地下水稳定水位埋深约为自然地表下2.2~2.45m,取平均值为2.35m;相应稳定水位标高为40.11~40.37m,取平均值为40.24m;包气带厚度为2~3m,取平均值为2.5m;含水层厚度为7.2~8.95m,取平均厚度为8.08m;年变化幅度1~2m,给水度0.21。对地下水和土壤中修复中的有机污染物主要包括苯和氯乙烯,假设勘测的有机污染物中苯的原始浓度为9180μg/L,氯乙烯的原始浓度为3100μg/L,污染地下水需要修复的面积为825.78m2,其中氯乙烯的修复面积为825.78m2,苯的修复面积为289.05m2。结合含水层平均厚度和给水度,得到需修复的污染地下水方量为1401.18m3。平渗透系数0.0864m/d,垂直渗透系数0.00864m/d,储水系数0.00012/m,孔隙度0.25,降雨量630mm/a,降水入渗补给系数0.21。
获取所述污染场地的地下水的特征数据后,可使用python语言调用Flopy模块耦合Modflow模型(即模块化三维有限差分地下水流动模型)和MT3DMS模型(即地下水有机污染物迁移模型)。具体地,将所述特征数据输入Modflow模型和MT3DMS模型中,并根据污染场地四周设置通用水头边界,将有机污染物的原始浓度作为初始值。利用Flopy模块并调用Modflow模型建立地下水水流场,同时设置应力期和网格剖分为含水层层数、行数和列数,导入地下水水流参数,进行地下水水流数值模拟(可采用现有技术手段实现)。在Modflow模型中的污染场地的下游位置设置抽水井并按照与地下水水流相同的流量模拟水头变化值,以构建三维地下水水流模型,当三维地下水水流模型和实际污染场地的误差在5%以内时,确定三维地下水水流模型符合模拟要求。
S301、在预设轮次迭代中的各轮次迭代中,利用所述三维地下水水流模型模拟所述注入井群中的注入井的数量、第一流量以及所述抽水井群中的抽水井的数量、第二流量;并根据所述注入井的数量、第一流量以及所述抽水井的数量、第二流量,确定资金成本目标函数的数值。
示例性地,为了在预设时间(例如预计在180天内完成所述污染场地的地下水和土壤的修复)内花最少的资金成本完成土壤和地下水的协同修复,因此在构建好三维地下水水流模型后,可耦合例如pymoo(多目标优化算法)模块,并利用pymoo模块自带的遗传算法,对注入井注水速率或流量、抽水井抽出速率或流量、注入井运行时间、抽水井运行时间,有机污染物浓度例如苯和氯乙烯的浓度等参数进行约束。
为了满足修复效果,可在pymoo模块中输入相应的约束条件:注入井群的总流量和抽水井群的总的流量相等,这样可以减少污染羽以外的地下水遭受污染;注入井群总的注水量不可过大,即注入井群的总的注水量导致的水位的升高值小于包气带的厚度(由上述步骤勘测的特征参数已知包气带厚度);抽水井的抽水量不可过大,即抽水井群总的抽水量导致的水位降低值小于等于含水层的厚度(即水井不可疏干,上述步骤勘测的特征参数已知含水层的厚度);修复工程的运行时间小于预设时间(例如180天);污染场地的地下水和土壤中的有机污染物例如苯和氯乙烯的浓度小于各自的修复目标值;为了工程实施的便利,可设置注入井群中各个注入井的流量相同,以及抽水井群中各个抽水井的流量相同。
示例性地,在利用遗传算法计算过程中,可首先设定预设轮次迭代(可根据需要进行设定,例如预设轮次为40),种群数量设置为100(可根据需要设定)。同时可根据以往经验或优化模块自动设定注入井群中注入井的初始数量为20口,以及抽水井群中抽水井的初始数量为20口(抽水井或注入井的数量均可根据场地的特征数据进行设定)。设定注入井群中各个注入井的流量为第一流量,以及抽水井群中各个抽水井的流量为第二流量。其中,可设置第一流量和第二流量相等,也可设置第一流量小于第二流量。本申请可优选第一流量小于第二流量,这样可以增加各个注入井中的药剂与土壤和地下水的反应的时间,有益于提高对土壤和地下修复的速率和效果。
将上述注入井群中的注入井的数量与第一流量以及抽水井群中的抽水井的数量与第二流量作为遗传算法中确定资金成本目标函数的数值的初始值。同时,为可视性地观察各轮次迭代的过程和结果,利用所述三维地下水水流模型模拟所述注入井群中的注入井的数量、第一流量以及所述抽水井群中的抽水井的数量、第二流量。例如,在三维地下水水流模型中手动地或***自动地将20口注入井分散设置在三维地下水水流模型中的污染场地的***即污染场地的上游位置(即在高污染区注入),将20口抽水井分散地设置在三维地下水水流模型中的污染场地的内部即污染场地的下游位置(即在中低污染区抽出),可实现在有机污染物不外溢的情况下对土壤和地下水进行修复。对应地,在三维地下水水流模型中会自带各个注入井及各个抽水井的位置坐标,可为实际建设抽水井和注入井时提供位置参考。同时,为将抽水井和注入井的流向区分开来,可将注入井的流量取为正值(或负值),抽水井的流量取为负值(或正值)。示例性地,在三维地下水水流模型中设定20口注入井的第一流量均为1.2m3/d(立方米/天),以及20口抽水井的第二流量均为1.2m3/d。以预设轮次(例如40次)迭代的各轮次迭代中,利用所述三维地下水水流模型模拟注入井群中的注入井的数量、第一流量以及所述抽水井群中的抽水井的数量、第二流量。
进一步地,从步骤S300中已知勘测的特征数据,需要进一步确定资金成本目标函数的数值。其中,资金成本包括注入井群中的注入井的建设成本和抽水井群中抽水井的建设成本之和,以及各个注入井的运行成本和各个抽水井的运行成本之和。其中,资金成本目标函数计算方法为:
其中,J为资金成本;α1为注入井建井单价;α2为抽水井的建井单价;α3为注入井的运行单价;α4为抽水井的运行单价;y1i为第i口注入井的状态变量,y1i的状态值取0或1;y2i为第i口抽水井的状态变量,y1i的状态值取0或1;d1i为第i口注入井的建井深度;d2i为第i口抽水井的建井深度;Q1i为第i口注入井的第一流量;Q2i为第i口抽水井的第二流量;Δt1i为第i口注入井的运行时间;Δt2i为第i口抽水井的运行时间;N1为注入井的数量,N2为注入井的数量。
示例性地,已知注入井群中注入井的数量N1的初始值为20,对应的状态变量y11,y12,y13,......,y120取值均为1;抽水井群中抽水井的数量N2的初始值为20,对应的状态变量y21,y22,y23,......,y220取值均为1;各个注入井的运行时间(假设180天*24小时)、各个抽水井的运行时间(运行180天*24小时)。根据实际经验设定注入井群中各个注入井的建井深度为10m,即d11,d12,d13,......,d120的取值均为10m(可根据污染场地的污染状况而定)。抽水井的建井深度通常比注入井更深,根据实际经验设定抽水井群中各个抽水井的深度为15m,即d21,d22,d23,......,d220的取值均为15m(可根据污染场地的污染状况而定)。其中,α1为建设注入井的建井成本,例如每米的价格,为已知数值;α2为抽水井的建井成本,通常和注入井的价格相等。α3为注入井的运行成本,α4为抽水井的运行成本,例如运行成本为电费,为已知数值。各个注入井的第一流量Q11,Q12,Q13,......,Q120均为1.2m3/d,各个抽水井的第二流量Q21,Q22,Q23,......,Q220均为1.2m3/d。因此可以根据上述公式中已知的初始值求出资金成本目标函数的数值。
S302、在所述预设轮次迭代中的特定轮次迭代中的资金成本目标函数的数值最小的情况下,确定所述特定轮次迭代中的所述注入井的数量与第一流量以及所述抽水井的数量与第二流量为所述注入井的目标数量与第一目标流量以及所述抽水井的目标数量与第二目标流量。
上述步骤S301中求出的资金成本目标函数的数值并非最小资金成本,为了在预设时间段内花费最小资金成本完成污染场地的地下水和土壤的协同修复,可利用遗传算法以预设轮次(例如40轮次)迭代,当迭代至特定轮次(例如30轮次)时,对应的资金成本目标函数的数值最小。因此选择特定轮次(30轮次)迭代的结果中所对应的注入井的数量与第一流量以及所述抽水井的数量与第二流量为所述注入井的目标数量与第一目标流量以及所述抽水井的目标数量与第二目标流量。
示例性地,当资金成本目标函数的数值迭代至特定轮次时,符合资金成本目标函数的数值最小。对应的求出注入井群中有16口注入井的第一流量为1.5m3/d(即第一目标流量),4口无流量,即y11,y12,y13,......,y120中有16个状态值为1,4个状态值为0(即注入井的目标数量为16)。抽水井群中有8口抽水井的第二流量为3m3/d(即第二目标流量),12口无流量,即y21,y22,y23,......,y220中有8个状态值为1,12个状态值为0(即抽水井的目标数量为8)。
最终可参考模拟结果在实际的污染场地中建设对应数量的注入井和抽水井,以便在预设时间段内花费最小的资金成本完成对污染场地的地下水和土壤的修复。注入井和抽水井的建井位置也可以参考三维地下水水流模型中的模拟位置在实际污染场地中进行选取。
之后,所述三维地下水水流模型按照所述注入井的目标数量与第一目标流量以及所述抽水井的目标数量与第二目标流量进行模拟,以模拟在预设时间段内完成污染场地的地下水和土壤的修复的过程。具体地,当模拟的污染场地周边的水头值小于污染场地周边实际的水头值时,说明模拟的污染场地内地下水已被很好的控制在污染场地内,即没有溢出至污染场地之外。模拟稳定运行180天后,当苯浓度为2412μg/L,氯乙烯浓度为787μg/L,说明有机污染物浓度达到了修复目标值。同时,注入井和抽水井还可以考虑间采用间歇式工作方式,例如,注入井和抽水井均采用运行9小时,间歇3小时,依次循环共持续180天,以使得有机污染物去除达到最好的效果。总流量不变的情况下,对应的,注入井的第一目标流量增大至2m3/d,即对应每口注入井的流量为0.111m3/h(立方米/小时);抽水井的第二目标流量增大至4m3/d,即每口抽水井的流量为0.222m3/h。
完成上述计算后,还要进一步根据污染场地的实际情况,设置与注入井和抽水井配套使用的可渗透反应墙装置。例如当污染场地内的有机污染物比较集中时,可以设置1套可渗透反应墙装置,即一套可渗透反应墙装置对应16口注入井和8口抽水井。当污染场地内的有机污染物比较分散时,还可以设置例如2套可渗透反应墙装置,即每套可渗透反应墙装置对应8口注入井和4口抽水井,参考图5为模拟的效果图,其中水流管线的指向即为注入井和抽水井的循环水流的方向。需要说明的是,由于注入井和抽水井可以采用间歇的运行方式,因此,可以在注入井或抽水井在非运行状态时作为监测井使用。另外,为了使经过可渗透反应墙装置的地下水充分进行沉淀,还可以将经过可渗透反应墙装置的地下水放置在暂存池中,并经过暂存池流向注入井群的各个注入井中,最终将经过修复的地下水通过各个注入井回渗至含水层。另外,为了有效干预地下水和土壤中的有机污染物的氧化分解,可渗透反应墙装置优选水平放置的可渗透反应墙装置(即水平可渗透反应墙装置),同时设置在注入井群和抽水井群的循环水流上,在各个注入井和各个抽水井的抽吸作用下,加快了可渗透反应墙装置对有机污染物的修复速度。在实际施工过程中,为了方便施工并降低施工成本,可渗透反应墙装置可设置在包气带层,详情可参考图6,为注入井群、抽水井群及一套可渗透反应墙装置在实际污染场地的设置方式。
进一步地,所述可渗透反应墙装置包括进水口、多层模块组件、过滤网、磁体棒组架、填充介质及出水口,其中,所述进水口与所述抽水井群的各个抽水井连接,以及所述出水口与所述注入井群的各个注入井连接。
其中,所述多层模块组件中的填充物采用了复合材料进行填充,依次填充有石英砂、零价铁、缓释零价铁材料、过硫酸盐缓释材料及颗粒活性炭。各个抽水井将经过氧化修复的污染地下水抽至可渗透反应墙装置,逐级经过可渗透反应墙装置中的活性填料将有机污染物转化去除,从而完成对地下水的进一步修复。
优选地,其中烧结过滤网为3层,目数为80目;磁铁棒组架纵向间隔固定在所述多层模块组件的内部,每一个磁铁棒组架包含4个磁铁棒,表面磁场可达8000-12000高斯,可充分吸附模块内的草酸改性零价铁使其悬浮与进水接触,增强其接触面积及水力停留时间。可渗透反应墙装置运行周期结合实际进水流量和出水流量监测,以便及时进行更换。
进一步地,计算可渗透反应墙装置的体积,以及多层模块组件的长度。其中,可渗透反应墙装置的体积以抽水井的总流量与停留时间相乘计算得到;多层模块组件的长度的计算公式如下:L=SF×tR×K×I/ne,其中,tR表示有机污染物的停留时间;SF表示安全系数,为已知数值;K表示所述多层模块组件中的填充物的有效渗透系数,为已知数值;I表示水力梯度,为已知数值;ne表示所述填充物的有效孔隙度,为已知数值。
示例性地,仍以采用2套可渗透反应墙装置为例,即每套可渗透反应墙装置对应8口注入井和4口抽水井,注入井和抽水井均采用间歇式工作方式,即运行9小时间歇3小时,依次循环运行180天。每口抽水井的第二目标流量为4m3/d,即对应每口抽水井的流量为0.222m3/h(立方米/小时),因此4口抽水井的总流量为0.888m3/h,根据实验室小试验测得水力停留时间为0.5h,因此可以计算出单个可渗透反应墙装置的体积为0.444m3。
同时考虑水流条件和填料利用率,各层模块组件可设为底部半径为70cm,高度为100cm的圆柱形。所述填充物的有效孔隙度例如为0.5,因此可以进一步求出多层模块组件的长度。另外,为了保证地下水修复的顺利进行,可渗透反应装置可设置4组,采用2用2备的方式,以便在其中任意一套可渗透反应墙装置发生故障时及时用备用装置顶替,保证地下水修复不间断。每套可渗透反应墙装置中的填充介质为过硫酸盐缓释材料和草酸改性零价铁,其质量比优选为10:1。例如,每套可渗透反应墙装置中单批次装填2.5吨过硫酸盐缓释材料和0.25吨草酸改性零价铁。
进一步地,所述土壤与地下水协同修复***还包括:水力控制装置,用于控制所述各个注入井的地下水以所述第一目标流量流动与所述各个抽水井中的地下水以所述第二目标流量流动。
本发明通过对污染区域水力场的定向有效干预,加速地下水流动,进一步加强原位修复速率及效果。同时把控不同技术单元的衔接环节即进入水平可渗透反应装置的各项工艺参数,并对其进行实时监测,以确保土壤和地下水修复的效果以及***运行的稳定性。通过加药控制装置可以有效防止地下水和土壤的二次污染。并且,本发明相比于单一的抽注井及单一的可渗透反应墙装置对污染场地的地下水进行修复,该技术方案可以改善拖尾效应,从而提高修复效率。
同时利用参数确定模块,以资金成本为目标函数求计算出实际需要建设的注入井和抽水井的数量、以及注入井的第一目标流量、各个抽水井的第二目标流量,保证在预设时间内以最小资金成本完成污染场地的地下水和土壤的修复,提高修复了效率,减少费用投入。
通过上述技术方案,采用土壤与地下水协同修复***对污染场地的地下水及土壤进行修复。所述土壤与地下水协同修复***包括:加药装置、注入井群、抽水井群以及可渗透反应墙装置;所述加药装置用于,将药剂注入所述注入井群中的各个注入井;所述各个注入井用于,将所述药剂注入污染场地,以对所述污染场地的地下水与土壤进行氧化分解;所述抽水井群用于,抽出经过氧化分解后的地下水;以及所述可渗透反应墙装置用于,对所述经过氧化分解后的地下水进行修复,并将经过修复后的地下水通过所述注入井群回渗至含水层。通过在所述污染场地内建设土壤与地下水协同修复***,从而有效干预污染场地的地下水及土壤的修复。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。