利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法与流程

本发明涉及一种环保技术领域中用于修复土壤地下水的方法，具体地，涉及一种利用微气泡发生装置结合原位注射技术强化修复污染土壤地下水的方法。

背景技术：

随着城市化进程的推进和产业结构调整，大中城市的农药、化工等工业企业逐渐关停或搬离市区，同时也遗留了大量污染场地需要开展土壤地下水修复工作。

土壤地下水原位注射修复是通过向土壤或地下水污染区域注入气态或者液态修复药剂，在药剂的作用下使土壤或地下水中的污染物转化为无毒或相对毒性较小的物质，从而实现修复的目的，主要适用于不易开挖、构筑物较多的污染场地。原位修复药剂注射一般通过注入井式注射或通过注射杆直推式注射的方式进行。注入井式注射向预先建立的注射井内直接注入修复药剂，利用地层裂隙和地下水流动输送修复药剂。注射杆直推式注射是将带有注射头的注射杆下压至目标地层后，通过高压劈裂周边地层，形成局部裂隙来快速输送药剂，同时分散开来的药剂也会通过地下水流动进一步扩散，注入的药剂将与一定范围内的污染物接触。在污染地块地层异质性不大或注射粘度较小的修复药剂时，一般使用注射井式注射。

然而，传统的原位气体药剂注射方法存在注射气泡直径偏大、注射影响半径小，气体有效成分利用率低的问题；传统的液体药剂注射方法则存在修复过程中地下扰动程度差、药剂在土壤地下水环境中迁移扩散速度缓慢、污染物难以从土壤颗粒表面脱附及难以与修复药剂有效接触等问题，整体修复效能较差。

因此，为克服以上传统的注射修复方法在原位修复场地应用时存在的局限性，有必要开发一种能够应用于原位修复场地的新型注射方法，解决现有注射技术实施时存在的相关问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于修复土壤地下水的方法，利用微气泡发生装置结合原位注射技术强化修复污染土壤地下水，将微气泡技术与原位注射技术相结合，可以在相对较低的药剂注射浓度下发挥出高效的原位注射修复效果。

为了达到上述目的，本发明提供了一种利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，所述的方法通过微气泡发生装置进行；所述的微气泡发生装置包含溶药罐、气液混合泵、注射井群、管路以及阀门；溶药罐内设有搅拌器，顶部设有药剂添加口，下部设有药液出口；注射井群包含若干竖直插入受污染土壤中的注射井，注射井顶部通过管路与溶药罐的药液出口连接，管路中间设有气液混合泵。

上述的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，所述的方法包含：步骤1，向溶药罐内加入清水和/或药剂，开启搅拌器进行修复药剂配制；步骤2，利用微气泡发生装置，同时吸入气体和步骤1中配制的药剂，并在气液混合泵内加压生产出微气泡；步骤3，利用微气泡发生装置，将步骤2中产生的微气泡溶气药剂通过管路经由注射井群注入到受污染的土壤地下水环境中；步骤4，在步骤3中的微气泡进入地下后，待微气泡缓慢释放并逐步上浮；步骤5，重复步骤3直至所有设计注射点位的区域都完成药剂注射。

上述的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，所述的步骤1中，配制的修复药剂根据土壤地下水污染物的不同，包含氧化剂、还原剂、激活剂、调节剂、微生物营养剂或微生物菌种中任意一种或多种的组合。

上述的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，所述的修复药剂中，氧化剂采用过硫酸钠时，控制其质量浓度范围为0.5～5％；激活剂采用硫酸亚铁时，控制其质量浓度范围为0.25～5％；ph调节剂采用氢氧化钠时，控制ph的范围为9～11；还原剂采用零价铁时，控制其质量浓度范围为0.5～5％。

上述的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，所述的修复药剂采用还原剂或厌氧菌种时，吸入气体选择包含甲烷气或氮气的还原性或惰性气体；修复药剂采用氧化剂或好氧菌种时，吸入气体选择包含空气或氧气的气体。

上述的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，所述的步骤2中，气体的吸入量按体积百分比计为8～10％。

上述的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，所述的管路包含与药液出口连接的主管路，主管路的另一端设有若干并联的分支管路，一条分支管路与一个注射井的顶部连接；主管路上设有气液混合泵，气液混合泵与溶药罐之间的主管路上设有第一阀门，气液混合泵与分支管路之间的主管路上设有第二阀门；第二阀门与分支管路之间的主管路上设有压力表；每条分支管路上分别设有第三阀门。

上述的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，所述的气液混合泵采用耐腐蚀型自吸式气液混合涡流泵。

上述的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，所述的气液混合泵中通入气体，同时溶药罐中的药液通过主管路进入气液混合泵，通过气液混合泵进行加压溶气，在药液中产生微气泡；微气泡的尺寸范围为20μm-30μm。

上述的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，所述的注射井为竖直向下的圆筒形结构，底端插入受污染的土壤地下水环境中构成出口；注射井的井壁内由下向上填充石英砂，石英砂的上部填充膨润土到地面处。

本发明提供的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法具有以下优点：

(1)本发明可以大幅提高气体注射的影响半径，提高气体有效成分在地下的利用率。

(2)本发明可以显著的缩短土壤地下水修复时间，通过强化污染物从土壤颗粒表面的脱附以及向自由流动的地下水相的迁移，提高了化学药剂与污染物的接触反应效率，同时降低了修复药剂的使用量，可以高效去除土壤地下水污染物。

(3)本发明灵活多变，可适应多种应用场景条件下多点位的土壤地下水修复。

附图说明

图1为本发明的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法的装置结构示意图。

其中：1、溶药罐；2、气液混合泵；3、搅拌器；4、药剂添加口；5、药液出口；6、注射井；7、主管路；8、分支管路；9、第一阀门；10、第二阀门；11、压力表；12、第三阀门；13、石英砂；14、膨润土；15、搅拌杆；16、桨叶；17、电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

如图1所示，本发明提供的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，该方法通过微气泡发生装置进行。

该微气泡发生装置包含溶药罐1、气液混合泵2、注射井群、管路以及阀门；溶药罐1内设有搅拌器3，顶部设有药剂添加口4，下部设有药液出口5。

溶药罐1为立式的密闭中空罐体。搅拌器3的主体设有搅拌杆15和桨叶16，由溶药罐1的顶部中心插入溶药罐1中直至接近溶药罐1底部，搅拌器3的主体上方位于溶药罐1顶面以外的部分设有电机17，通过驱动搅拌杆15和桨叶16转动对溶药罐1内的药液进行搅拌。

注射井群包含若干竖直插入受污染土壤中的注射井6，注射井6顶部通过管路与溶药罐1的药液出口5连接，管路中间设有气液混合泵2。

该方法包含：步骤1，向溶药罐1内加入一定量的清水和/或药剂，开启搅拌器3进行修复药剂配制；步骤2，利用微气泡发生装置，同时吸入一定量的气体和步骤1中配制的药剂，并在气液混合泵2内加压生产出微气泡，得到微气泡溶气药剂；步骤3，利用微气泡发生装置，将步骤2中产生的微气泡溶气药剂通过管路经由注射井群注入到受污染的土壤地下水环境中；步骤4，在步骤3中的微气泡进入地下后，待微气泡缓慢释放并逐步上浮；在此过程中，气泡的冲刷、剪切和抬升作用促使污染物从土壤颗粒表面向地下水中扩散或解析，强化污染物的脱附，并通过气泡的运动帮助药剂扩散迁移并同土壤地下水污染物充分混合，提高药剂的利用效率，与此同时气体中的有效组分也可以溶解进入地下水中实现修复作用；步骤5，重复步骤3直至所有设计注射点位的区域都完成药剂注射。

优选地，步骤1中配制的修复药剂根据土壤地下水污染物的不同，可以包含氧化剂、还原剂、激活剂、调节剂、微生物营养剂或微生物菌种等中任意一种或多种的组合。

修复药剂中的氧化剂采用过硫酸钠时，控制其质量浓度范围为0.5～5％；激活剂采用硫酸亚铁时，控制其质量浓度范围为0.25～5％；ph调节剂采用氢氧化钠时，控制ph的范围为9～11；还原剂采用零价铁时，控制其质量浓度范围为0.5～5％。

修复药剂采用还原剂或厌氧菌种时，吸入气体选择包含甲烷气或氮气等的还原性或惰性气体；修复药剂采用氧化剂或好氧菌种时，吸入气体选择包含空气或氧气等的气体。修复药剂也可仅为清水，气体种类根据修复工艺和地下污染物类型确定。

步骤2中，气体的吸入量按体积百分比计为气体和液体总流量的8～10％。

管路包含与药液出口5连接的主管路7，主管路7的另一端设有若干并联的分支管路8，一条分支管路8与一个注射井6的顶部连接。主管路7上设有气液混合泵2，气液混合泵2与溶药罐1之间的主管路7上设有第一阀门9，气液混合泵2与分支管路8之间的主管路7上设有第二阀门10。第二阀门10与分支管路8之间的主管路7上设有压力表11。每条分支管路8上分别设有第三阀门12。

气液混合泵2为耐腐蚀型自吸式气液混合涡流泵。

气液混合泵2中通入气体，同时溶药罐1中的药液通过主管路7进入气液混合泵2，通过气液混合泵2采用加压溶气原理，在药液中产生微气泡。微气泡的尺寸范围控制在20μm-30μm左右。

注射井群由若干均匀并列设置在污染场地中的注射井6组成。

注射井6为竖直向下的圆筒形结构，底端插入受污染的土壤地下水环境中构成出口。注射井6的井壁内由下向上填充石英砂13，石英砂13的上部填充膨润土14到地面处。

下面结合实施例对本发明提供的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法做更进一步描述。

实施例1

一种利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，该方法通过微气泡发生装置进行。

该微气泡发生装置包含溶药罐1、气液混合泵2、注射井群、管路以及阀门。

溶药罐1内设有搅拌器3，顶部设有药剂添加口4，下部设有药液出口5。

注射井群包含若干竖直插入受污染土壤中的注射井6，注射井6顶部通过管路与溶药罐1的药液出口5连接，管路中间设有气液混合泵2。注射井6为竖直向下的圆筒形结构，底端插入受污染的土壤地下水环境中构成出口。注射井6的井壁内由下向上填充石英砂13，石英砂13的上部填充膨润土14到地面处。

管路包含与药液出口5连接的主管路7，主管路7的另一端设有若干并联的分支管路8，一条分支管路8与一个注射井6的顶部连接。

主管路7上设有气液混合泵2，气液混合泵2与溶药罐1之间的主管路7上设有第一阀门9，气液混合泵2与分支管路8之间的主管路7上设有第二阀门10。第二阀门10与分支管路8之间的主管路7上设有压力表11。管路中的每条分支管路8上分别设有第三阀门12。

气液混合泵2为耐腐蚀型自吸式气液混合涡流泵。气液混合泵2中通入气体，同时溶药罐1中的药液通过主管路7进入气液混合泵2，通过气液混合泵2进行加压溶气，在药液中产生微气泡。微气泡的尺寸范围为20μm-30μm。

实施例2

一种利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其工艺流程包含：

步骤1，向溶药罐1内加入所需用量的清水和药剂，开启搅拌器3进行修复药剂的配制。

修复药剂根据土壤地下水污染物的不同可以包括氧化剂、还原剂、激活剂、调节剂、微生物营养剂或微生物菌种等。

优选地，化学药剂采用氧化型药剂过硫酸钠，质量浓度为5％；ph调节剂采用氢氧化钠，ph为11。

步骤2，利用微气泡发生装置，吸入步骤1中配制的药剂和气体并在气液混合泵2内加压生产出微气泡。

气液混合泵2选择耐腐蚀型自吸式气液混合涡流泵，采用加压溶气原理，微气泡尺寸范围在20μm-30μm；气体的吸入量按体积百分比计为液体流量的10％。

药剂为氧化药剂，产生涡流的气液混合泵2吸入气体选择普通空气，气体流量约1-1.5l/min。

步骤3，利用微气泡发生装置，将步骤2中产生的混合微气泡的药剂通过管路注入到受污染的土壤地下水环境中。

步骤4，待步骤3中混合微气泡的药剂进入地下后，微气泡缓慢释放逐步形成较大的气泡上浮。

在此过程中，气泡的剪切和抬升促使污染物从土壤颗粒表面向地下水中迁移扩散，强化污染物的脱附，并通过气泡的运动帮助药剂同土壤地下水污染物的进一步混合，提高药剂的利用效率。

步骤5，重复步骤3，直至所有设计注射点位的区域都已完成药剂注射。

实施例3

一种利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，向溶药罐1内加入一定量的清水和药剂，开启搅拌器3进行修复药剂的配制，化学药剂选择还原型药剂零价铁，其质量浓度控制在0.5％。利用微气泡发生装置吸入配制的药剂和一定量的气体，并在气液混合泵2内加压生产出微气泡；气液混合泵2选择耐腐蚀型自吸式气液混合涡流泵，采用加压溶气原理，微气泡尺寸范围在20μm-30μm；气体的吸入量按体积百分比计为液体流量的8％。气液混合涡流泵吸入气体选择普通惰性气体氮气，气体流量约1-1.5l/min。其余过程与实施例2相同。

实施例4

一种利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，其中，向溶药罐1内加入一定量的清水和药剂，开启搅拌器3进行修复药剂的配制，修复药剂选择好氧生物菌剂。利用微气泡发生装置吸入配制的药剂和一定量的气体并在气液混合泵2内加压生产出微气泡；气液混合泵2选择耐腐蚀型自吸式气液混合涡流泵，采用加压溶气原理，微气泡尺寸范围在20μm-30μm；气体的吸入量按体积百分比计为液体流量的8％。气液混合涡流泵吸入气体选择氧气，气体流量约1-1.5l/min。其余过程与实施例2相同。

本发明的各实施例中，利用微气泡发生装置结合原位注射强化修复土壤地下水，可用于修复处理有机污染场地土壤和地下水中vocs(volatileorganiccompounds，挥发性有机物)、svocs(semi-volatileorganiccompounds，半挥发性有机物)、tph(totalpetroleumhydrocarbon，总石油烃)等目标污染物。利用微气泡胶体稳定、比表面积大、高传质等特点可以增强修复药剂与土壤地下水中污染物的接触，加速气相向液相的传质，降低药剂的消耗。同时微气泡自身高界面电荷以及微气泡坍塌产生的冲击波可以促进地下污染物从固-液界面快速向液相转移，进而更利于与修复药剂接触反应。

因此，本发明的特点可以归纳如下：1)微气泡比表面积大，在总体积不变的情况下，气泡总的表面积与单个气泡的直径成反比，微气泡可以有更好的传质效率，高气体有效成分在地下的利用率。2)可以通过“增流增压”提高局部区域地下水的水力梯度，帮助溶气药剂或溶气水在地下沿水平方向的迁移扩散，依靠水流带着气流从注射点往外围迁移扩散，帮助药剂的混合并提高药剂注射的影响半径，在此过程中部分不流动水相在溶气药剂或溶气水冲刷下会转化成为可流动水相以利用其中的污染物与药剂的接触反应；3)溶气药剂或溶气水进入地下后，微气泡缓慢释放上浮；在此过程中，微气泡的冲刷、剪切和抬升作用会破坏不流动水相的界面，进一步会促进土壤颗粒表面的不流动水相转为为可流动水相，同时微气泡同不流动水相的接触渗透，可以帮助修复药剂同不流动水的混合，提高药剂的使用效率。

本发明提供的利用微气泡发生装置原位注射强化修复土壤地下水的方法，利用微气泡发生形成的微气泡溶气水或溶气药剂通过原位注射技术注射到受污染的土壤地下水环境中，实现地下污染物的强化去除。相对于传统的原位注射技术，本专利可以解决气体注射气泡直径大、注射影响半径小，气体成分利用率低的问题；也可解决液体注射修复过程中地下扰动程度差、药剂在土壤地下水环境中迁移扩散速度缓慢、污染物难以从土壤颗粒表面脱附及难以与修复药剂有效接触等问题。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。