本實(shí)用新型涉及污染場地的注入修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種類芬頓藥劑體系的污染場地原位注入修復(fù)系統(tǒng)，該修復(fù)系統(tǒng)采用新型的類芬頓藥劑體系，適用于復(fù)雜水文地質(zhì)條件和污染物特征的有機(jī)物污染場地。

背景技術(shù)：

原位注入修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于污染場地土壤與地下水修復(fù)已有近20年時(shí)間，在美國、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家及地區(qū)已有較為成熟的應(yīng)用案例。原位注入技術(shù)采用化學(xué)藥劑，在動(dòng)力設(shè)備、管路系統(tǒng)及注入井系統(tǒng)的協(xié)同作用下注入至污染場地地下污染區(qū)域，通過化學(xué)藥劑與污染物的一系列地球化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生污染物降解、削減、固化、生物分解的作用，減少污染物的地下濃度負(fù)荷，降低污染物通過蒸散、揮發(fā)、地下水流動(dòng)傳導(dǎo)帶來的人體健康風(fēng)險(xiǎn)及生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

原位注入修復(fù)技術(shù)目前在我國仍處于新興階段，其中針對(duì)眾多土壤與地下水受到有機(jī)物污染（如總石油烴、氯代烴、苯系物等）的場地，注入氧化劑的方式由于具有較強(qiáng)的氧化效果及顯著的降解能力而成為注入技術(shù)的首選；雖然目前注入的氧化劑種類繁多，但是具有廣譜適用的氧化劑仍未能誕生，其原因是由于污染場地的水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度及污染物特征的特異性造成，而在眾多應(yīng)用的氧化劑中，芬頓體系應(yīng)用較為廣泛，但由于芬頓體系在反應(yīng)過程生成自由基，反應(yīng)劇烈，穩(wěn)定性差，注入過程中雙氧水損耗極大，尤其是雙氧水與催化劑在導(dǎo)流管路中混合后的自身快速分解、催化劑受到氧化以及場地地化環(huán)境對(duì)雙氧水的損耗（如鐵錳化合物對(duì)雙氧水的分解）等，因此芬頓體系在原位注入系統(tǒng)中造價(jià)高昂；此外，由于目前眾多原位注入系統(tǒng)未能全面對(duì)場地土壤滲透系數(shù)等地質(zhì)特征進(jìn)行評(píng)估，場地粘性土壤（如粘土、粉質(zhì)粘土等）受到注入壓力作用時(shí)往往在注入井孔壁或地層之間形變、生成優(yōu)先通道，造成注入藥劑垂向返流或地層間串流，造成注入失敗。同時(shí)，在面對(duì)污染范圍較大，污染區(qū)域地質(zhì)環(huán)境滲透系數(shù)較低或區(qū)域地質(zhì)條件差異較大的污染場地，簡單的藥劑導(dǎo)流管路拼接造成注入實(shí)地實(shí)施的操作難度加大，現(xiàn)場實(shí)施人員無法確切根據(jù)每口注入井實(shí)際情況進(jìn)行細(xì)微調(diào)節(jié)，造成這個(gè)注入系統(tǒng)壓力分配不均勻，最終造成地下水優(yōu)先通道生成而注入失敗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種類芬頓藥劑體系的污染場地原位注入修復(fù)系統(tǒng)，該修復(fù)系統(tǒng)采用新型的類芬頓藥劑體系，通過分流注入的導(dǎo)流方式輸送催化劑和氧化劑以延長氧化劑的壽命，同時(shí)配合采用止水工藝建設(shè)的注入井以防止藥劑垂向串流，適用于復(fù)雜水文地質(zhì)條件及污染物特征的污染場地的注入修復(fù)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型具有如下構(gòu)成：

一種類芬頓藥劑體系的污染場地原位注入修復(fù)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)注入井系統(tǒng)、裝有催化劑溶液的催化劑罐、裝有催化劑溶液的氧化劑罐、催化劑導(dǎo)流回流管路、氧化劑導(dǎo)流回流管路和注入動(dòng)力裝置；所述注入井系統(tǒng)包括注入井鉆孔、空心止水套管和注入井井管，空心止水套管管壁的下端設(shè)有穿孔；所述注入井鉆孔由上段鉆孔和下段鉆孔構(gòu)成，下段鉆孔位于污染水層處，上段鉆孔的底端位于污染水層的上方；空心止水套管內(nèi)置于上段鉆孔，空心止水套管的直徑略小于上段鉆孔的直徑、且略大于下段鉆孔的直徑；所述注入井井管由外管和內(nèi)置于外管的二內(nèi)管構(gòu)成，外管管壁的下端設(shè)有濾縫，內(nèi)管的下端設(shè)有注入噴頭；外管內(nèi)置于空心止水套管和下段鉆孔；所述催化劑導(dǎo)流回流管路和氧化劑導(dǎo)流回流管路均包括導(dǎo)流管、回流管和導(dǎo)流支管；所述導(dǎo)流管的一端與催化劑罐的出液管或者氧化劑罐的出液管相連通，另一端與回流管相連通；所述回流管的另一端與催化劑罐的回液管或者氧化劑罐的回液管相連通；所述導(dǎo)流支管的一端與連通于導(dǎo)流管，另一端與注入井井管的內(nèi)管（14）的上端相連通。

所述空心止水套管與上段鉆孔壁之間的空腔內(nèi)填充有混凝土；外管與下段鉆孔壁之間的空腔內(nèi)填充有石英砂濾料，外管與上段鉆孔壁之間的空腔內(nèi)由下向上依次填充有混凝土和膨潤土。

所述注入動(dòng)力裝置包括氣動(dòng)隔膜泵，催化劑導(dǎo)流回流管路的導(dǎo)流管和氧化劑導(dǎo)流回流管路的導(dǎo)流管上各安裝有一氣動(dòng)隔膜泵；所述氣動(dòng)隔膜泵通過氣管依次與儲(chǔ)氣罐壓力表、儲(chǔ)氣罐、干燥機(jī)和空壓機(jī)相連通。

所述注入動(dòng)力裝置為電動(dòng)隔膜泵，催化劑導(dǎo)流回流管路的導(dǎo)流管和氧化劑導(dǎo)流回流管路的導(dǎo)流管上各安裝有一電動(dòng)隔膜泵。

所述原位注入修復(fù)系統(tǒng)還包括一自動(dòng)控制系統(tǒng)，所述自動(dòng)控制系統(tǒng)包括壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)和PLC控制模塊；催化劑導(dǎo)流回流管路的導(dǎo)流支管和氧化劑導(dǎo)流回流管路的導(dǎo)流支管上，均依次安裝有壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電磁流量計(jì)；所述壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電磁流量計(jì)均通過數(shù)據(jù)線接入PLC控制模塊。

所述原位注入修復(fù)系統(tǒng)還包括一監(jiān)測(cè)井系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)井系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)井鉆孔、監(jiān)測(cè)井井管、自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀、溫度探頭和地化參數(shù)探頭，監(jiān)測(cè)井井管管壁的下端設(shè)有透水濾孔；監(jiān)測(cè)井井管內(nèi)置于監(jiān)測(cè)井鉆孔，自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀安裝于監(jiān)測(cè)井井管的頂部；溫度探頭和地化參數(shù)探頭內(nèi)置于透水濾孔621處的監(jiān)測(cè)井井管，并通過數(shù)據(jù)線與自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀相連通。

所述監(jiān)測(cè)井井管與監(jiān)測(cè)井鉆孔壁之間的空腔內(nèi)填充有石英砂濾料。

所述監(jiān)測(cè)井井管由PVC材料制成。

所述空心止水套管由鋼材制成，所述外管、內(nèi)管和注入噴頭均由PVC材料制成；所述出液管、回液管、導(dǎo)流管、回流管和導(dǎo)流支管為PPR或者U-PVC材質(zhì)的管材。

所述催化劑為沒食子酸或者與沒食子酸分子結(jié)構(gòu)相似的有機(jī)酸或植物酸和氯化鐵的水溶液，沒食子酸或者與沒食子酸分子結(jié)構(gòu)相似的有機(jī)酸或植物酸與氯化鐵的摩爾濃度配比為0.5:1至1:1；所述氧化劑為雙氧水稀釋溶液，其濃度為3%至27.5%。

與現(xiàn)有注入技術(shù)相比，本實(shí)用新型通過分流注入的導(dǎo)流方式輸送催化劑和氧化，能夠延長氧化劑的壽命，增強(qiáng)其在地下環(huán)境的穩(wěn)定性，同時(shí)配合采用止水工藝建設(shè)的注入井，增強(qiáng)氧化劑在地下環(huán)境的傳輸傳導(dǎo)，防止藥劑垂向串流，以及采用自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)每口注入井的注入進(jìn)行細(xì)微調(diào)節(jié)，達(dá)到減少注入藥劑消耗、降低藥劑成本、強(qiáng)化注入現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理、增強(qiáng)注入效率，最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)適用合理的修復(fù)系統(tǒng)。

附圖說明

圖1：本實(shí)用新型污染場地原位注入修復(fù)系統(tǒng)第一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：本實(shí)用新型污染場地原位注入修復(fù)系統(tǒng)第二種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3：本實(shí)用新型中注入井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4：本實(shí)用新型中監(jiān)測(cè)井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。

如圖1和圖2所示，一種類芬頓藥劑體系的污染場地原位注入修復(fù)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)注入井系統(tǒng)10、裝有催化劑溶液的催化劑罐21、裝有氧化劑溶液的氧化劑罐22、催化劑導(dǎo)流回流管路31、氧化劑導(dǎo)流回流管路32、注入動(dòng)力裝置、自控控制系統(tǒng)50和監(jiān)測(cè)井系統(tǒng)60。

本實(shí)用新型采用由催化劑和氧化劑構(gòu)成的新型類芬頓藥劑體系；其中，催化劑為沒食子酸或者與沒食子酸分子結(jié)構(gòu)相似的有機(jī)酸或植物酸和氯化鐵的水溶液，沒食子酸或者與沒食子酸分子結(jié)構(gòu)相似的有機(jī)酸或植物酸與氯化鐵的摩爾濃度配比為0.5:1至1:1；氧化劑為雙氧水稀釋溶液（106），其濃度為3%至27.5%。施工時(shí)，可根據(jù)如場地污染物濃度過高、調(diào)試期間氧化劑氧化效率較低等現(xiàn)場實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)催化劑組分的濃度配比和雙氧水稀釋溶液的濃度。

如圖3所示，所述注入井系統(tǒng)10包括注入井鉆孔、空心止水套管12和注入井井管；所述注入井鉆孔由上段鉆孔11a和下段鉆孔11b構(gòu)成，下段鉆孔11b位于污染水層處，上段鉆孔11a的底端位于污染水層的上方，下段鉆孔11b的直徑D2小于上段鉆孔11a的直徑D0。具體實(shí)施例中，上段鉆孔11a的底端高于污染水層50cm至100cm。

所述空心止水套管12由鋼材制成，其管壁的下端設(shè)有二個(gè)圓形穿孔121；空心止水套管12內(nèi)置于上段鉆孔11a，空心止水套管12的直徑D1略小于上段鉆孔11a的直徑D0、且略大于下段鉆孔11b的直徑D2；空心止水套管12與上段鉆孔11a壁之間的空腔內(nèi)填充有作為止水封堵層的混凝土。

所述注入井井管由外管13和內(nèi)置于外管13的二內(nèi)管14構(gòu)成，所述外管13管壁的下端設(shè)有至少一個(gè)濾縫131；外管13內(nèi)置于空心止水套管12和下段鉆孔11b，外管13的底端靠近下段鉆孔11b的底部；外管13與下段鉆孔11b壁之間的空腔內(nèi)填充有作為濾料層的石英砂濾料，外管13與上段鉆孔11a壁之間的空腔內(nèi)由下向上依次填充有作為封堵層的混凝土和膨潤土。其中，石英砂粒度均勻、粒徑一般在4至8mm，分選性能較好。

所述二個(gè)內(nèi)管14的下端均設(shè)有注入噴頭141，其中一個(gè)內(nèi)管14的上端通過將在下文作進(jìn)一步說明的催化劑導(dǎo)流回流管路31與催化劑罐21相連通，另一個(gè)內(nèi)管14的上端通過將在下文作進(jìn)一步說明的氧化劑導(dǎo)流回流管路32與氧化劑罐22相連通。具體實(shí)施例中，所述外管13、內(nèi)管14和注入噴頭141均由PVC材料制成。

所述注入井系統(tǒng)10按照止水工藝成井，具體操作如下：在鉆探至注入目標(biāo)的污染水層以上50至100cm的深度即停止鉆探，形成上段鉆孔11a；然后在上段鉆孔11a內(nèi)放置一根直徑D1略小于上鉆鉆孔11a直徑D0的空心止水套管12；空心止水套管12放置完畢后，在空心止水套管12內(nèi)伸入下端帶有注漿噴頭的注漿管、至上段鉆孔11a的底部，并在空心止水套管12的頂部焊接封蓋以保持其內(nèi)密閉，隨后將注漿管與注漿泵連接，在空心止水套管12內(nèi)注入混凝土漿料，混凝土漿料通過空心止水套管12下端的圓形穿孔21流出，并向上溢流，填滿空心止水套管12與上段鉆孔11a壁之間的環(huán)形空腔，直至溢出地面70。完成注漿后，將注漿管向上提起一定高度，避免注漿管與混凝土漿粘連，在保持空心止水套管12密閉一定的時(shí)間后，用氣焊切開焊接封蓋（023），并從上段鉆孔11a底部的位置，采用直徑D2略小于空心止水套管12直徑D1的鉆頭，向下鉆探至注入目標(biāo)污染水層處的深度，形成下段鉆孔11b。鉆探結(jié)束后，在空心止水套管12和下段鉆孔11b內(nèi)安裝下端帶有濾縫131的外管13；在外管13與下段鉆孔11b之間形成的空腔內(nèi)，填充石英砂濾料；然后在注入井外管13與上段鉆孔11a之間形成的空腔內(nèi)，由下向上依次填充混凝土和鵬潤土，最后在注入井鉆孔外圍安裝保護(hù)井臺(tái)15。完成上述操作后，將二個(gè)下端帶有注入噴頭141的內(nèi)管14插入外管13內(nèi)，內(nèi)管14的上端延伸至地面70，并分別通過催化劑導(dǎo)流回流管路31和氧化劑導(dǎo)流回流管路32與催化劑罐21和氧化劑罐22相連通；在內(nèi)管14伸出地面段上安裝調(diào)節(jié)閥及壓力表。由于注入井內(nèi)外均有封堵，并且經(jīng)混凝土固結(jié)以及土層自身受側(cè)向應(yīng)力收縮后，使得注入井管的外管13與土層緊密相連，因此注入過程在有效控制壓力的條件下，可以很好的防止藥劑沿孔壁向上返流或串流，減少了藥劑浪費(fèi)，提高了注入效率。

所述催化劑導(dǎo)流回流管路31包括導(dǎo)流管311、回流管312和導(dǎo)流支管313，導(dǎo)流管311的一端與催化劑罐21的出液管211相連通，另一端與回流管312的一端相連通；回流管312的另一端與催化劑管21的回液管212相連通；導(dǎo)流支管313的一端連通于導(dǎo)流管311，另一端與注入井井管的一個(gè)內(nèi)管14的上端相連通。

所述氧化劑導(dǎo)流回流管路32包括導(dǎo)流管321、回流管322和導(dǎo)流支管323，導(dǎo)流管321的一端與氧化劑罐22的出液管221相連通，另一端與回流管322的一端相連通；回流管312的另一端與氧化劑罐22的回液管222相連通；導(dǎo)流支路323的一端連通于導(dǎo)流管323，另一端與注入井井管的另一個(gè)內(nèi)管14的上端相連通。

本實(shí)用新型所述的新型類芬頓藥劑體系中，催化劑在水溶液pH值3至5的條件下，鐵離子與沒食子酸發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，沒食子酸將鐵離子絡(luò)合，形成鐵基絡(luò)合物；雙氧水與鐵基絡(luò)合物混合后，首先發(fā)生氧化反應(yīng)，將沒食子酸氧化并將鐵離子釋放到水溶液中，然后雙氧水再與鐵離子產(chǎn)生芬頓體系，生成氧化性能高的氫氧自由基，氫氧自由基再與地下污染物發(fā)生氧化反應(yīng)，形成一種新型的鐵離子緩慢釋放到溶液中的類芬頓藥劑體系。

本實(shí)用新型中使用的催化劑和氧化劑采用分流的導(dǎo)流回流管路，可以防止藥劑在混合流動(dòng)條件下氧化劑對(duì)催化劑的分解，并且也減少雙氧水試劑在導(dǎo)流管內(nèi)自身分解產(chǎn)生氧氣，對(duì)管路造成壓力，進(jìn)而造成管路發(fā)生形變而泄露，降低了管路重新組裝的成本。具體實(shí)施例中，所述出液管、導(dǎo)流管、回流管、導(dǎo)流支管和回液管為PPR或者U-PVC材質(zhì)的管材，經(jīng)濟(jì)適用。

在一具體實(shí)施例中，所述注入動(dòng)力裝置采用氣動(dòng)動(dòng)力方式，包括氣動(dòng)隔膜泵41a、產(chǎn)生氣源的空壓機(jī)42、干燥壓縮空氣的干燥機(jī)43、儲(chǔ)氣罐44和儲(chǔ)氣罐壓力表45，見圖1；所述催化劑導(dǎo)流回流管路31的導(dǎo)流管311和氧化劑導(dǎo)流回流管路32的導(dǎo)流管321上各安裝有一氣動(dòng)隔膜泵41a，氣動(dòng)隔膜泵41a通過氣管依次與儲(chǔ)氣罐壓力表45、儲(chǔ)氣罐44、干燥機(jī)43和空壓機(jī)42相連通。

在另一具體實(shí)施例中，所述注入動(dòng)力裝置采用電動(dòng)動(dòng)力方式，為電動(dòng)隔膜泵41b，所述催化劑導(dǎo)流回流管路31的導(dǎo)流管311和氧化劑導(dǎo)流回流管路32的導(dǎo)流管321上各安裝有一電動(dòng)隔膜泵41b，見圖2。

所述自動(dòng)控制系統(tǒng)50包括壓力表51、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥52、電磁流量計(jì)53和PLC控制模塊55，所述催化劑導(dǎo)流回流管路31的導(dǎo)流支管313和氧化劑導(dǎo)流回流管路32的導(dǎo)流支管323上，均依次安裝有壓力表51、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥52和電磁流量計(jì)53；所述壓力表51、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥52、電磁流量計(jì)53、氣動(dòng)隔膜泵41a和電動(dòng)隔膜泵41b，均通過數(shù)據(jù)線54接入PLC控制模塊55；所述PLC控制模塊55通過壓力表51和電磁流量計(jì)53反饋的壓力值和流量值，自動(dòng)開啟電動(dòng)調(diào)節(jié)閥52調(diào)節(jié)注入流量，確保每口注入井的注入壓力保持在不造成場地地層優(yōu)先通道產(chǎn)生的安全壓力范圍內(nèi)。

如圖4所示，所述監(jiān)測(cè)井系統(tǒng)60包括監(jiān)測(cè)井鉆孔61、監(jiān)測(cè)井井管62、用于實(shí)時(shí)檢測(cè)地化參數(shù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀63、溫度探頭631和地化參數(shù)探頭632，監(jiān)測(cè)井井管62管壁的下端設(shè)有透水濾孔621；所述監(jiān)測(cè)井井管62內(nèi)置于監(jiān)測(cè)井鉆孔61，所述自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀63安裝于監(jiān)測(cè)井井管62的頂部；監(jiān)測(cè)井井管62與監(jiān)測(cè)井鉆孔61壁之間的空腔內(nèi)填充有石英砂濾料，所述石英砂濾料的上層填充有混凝土；所述溫度探頭631和地化參數(shù)探頭632內(nèi)置于透水濾孔621處的監(jiān)測(cè)井井管62，并通過數(shù)據(jù)線633與自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀63相連接。具體實(shí)施例中，檢測(cè)井地面上設(shè)有用于包括井蓋64，以保護(hù)監(jiān)測(cè)儀和井管。

監(jiān)測(cè)井成井的過程為：采用鉆機(jī)鉆孔至目標(biāo)深度，形成監(jiān)測(cè)井鉆孔61，然后安裝監(jiān)測(cè)井井管62，在監(jiān)測(cè)井井管62內(nèi)安裝溫度探頭631及地化參數(shù)探頭632，并用數(shù)據(jù)線633與井管口的自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀63相連，為現(xiàn)場實(shí)施人員提供監(jiān)測(cè)井內(nèi)地化環(huán)境的時(shí)空變化，指導(dǎo)注入流程的調(diào)試與運(yùn)行。

具體應(yīng)用實(shí)例：南方某軸承廠，場地污染類型為總石油烴，污染成因?yàn)榈芈袷捷斢丸F管油品泄露造成，污染時(shí)間長達(dá)近5年，場地地質(zhì)條件為雜填土、粉土及粉粘土，污染深度為地面以下1m至3m之間，土壤滲透系數(shù)介于10-7cm/s至10-6cm/s，填土層內(nèi)各向異性及滲透系數(shù)差異較大。該廠應(yīng)用了本實(shí)用新型進(jìn)行修復(fù)，污染區(qū)內(nèi)地下水總石油烴降解效率在52%至98%，輕度污染區(qū)域內(nèi)達(dá)到98%的降解率。

根據(jù)本實(shí)施例的教導(dǎo)，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全可實(shí)現(xiàn)其它本實(shí)用新型保護(hù)范圍內(nèi)的技術(shù)方案。