一种土壤及地下水原位化学氧化高压注射优化修复方法

摘要

本发明提供了一种土壤及地下水原位化学氧化高压注射优化修复方法，属于土壤及地下水原位修复方法技术领域。①现场试验确定典型地层的注射药剂扩散半径、单孔每延米最大注浆量及可注性参数；②加密补充调查、土壤及地下水数据分析，按空间分布划分为：四个浓度主分区，八个浓度亚分区；③通过优化各分区的单孔每延米注浆量、氧化剂配制浓度及配方的参数，实现各分区修复药剂投加比的优化，具体施工表现为注射过程调整高压注射钻杆的提升速度实现，最终达到降低修复地块药剂投加比参数的目的。本发明适用于有机污染土壤及地下水的重度、深层污染情形，可解决原位化学氧化修复工程中药剂成本较高、药剂残留的难题，具有较强的工程可操作性。

主权项

一种土壤及地下水原位化学氧化高压注射优化修复方法，其特征在于，步骤一：现场试验确定原位化学氧化高压旋喷注射条件下，主要代表性地层的扩散半径、单孔每延米最大注浆量及可注性参数：a)试验条件为：采用气、液二重管工艺，高压注浆泵注射压力25～30Mpa，空压机气泵压力0.7～0.8Mpa；注射药剂采用过硫酸盐及液碱活化剂配置的溶液；b)按地层分布特点及规律确定原位注入修复扩散半径：根据前期扩散半径试验数据及经验值，确定所修复地块的原位注入修复药剂扩散半径，自上而下基于最不利地层的渗透性确定该地块的扩散半径；c)最大药剂注射量分析及可注性参数ɑ确定：移动孔隙率及可注性参数满足以下公式：V_inj＝πR²₀hθ_mov×1000                   (1)V_v＝πR²₀hθ₁×1000                      (2)α＝(θ_m/θ₁)×100％                      (3)其中，V_inj——最大注浆量L/m；V_v——单位含水层孔隙体积，L/m；R₀——药剂有效扩散半径，m；h——单孔延米注浆段，取h＝1m；θ₁——总孔隙率，无量纲；θ_m——移动孔隙率，由于地下水流动而获得的激活孔隙体积，无量纲；ɑ——可注性参数，移动孔隙率占总孔隙率的比例，该值越高说明可注性越高，％，该参数为单轮注射单孔注浆量的设计提供了设计理论依据；步骤二：注入点布设：依据原场地调查数据，按三角形法布设原位注入点的布孔参数L、B，确定修复地块的布孔密度；步骤三：补充加密调查：有机污染场地修复前若重点污染地块的污染浓度数据不足以支持原位化学氧化修复的优化设计，则需进行加密调查，加密调查网格设置遵循以下两条原则：a)补充加密调查网格小于原场地调查网格，补充加密调查网格为原场地调查网格的1/2～1/4，根据场地污染分布复杂情况取值；b)网格划分满足条件a)的情况下，同时考虑高压旋喷注射原位注入点布孔排距设置，采用若干排距整数倍，便于后期原位修复施工优化设计及分区施工；步骤四：土壤及地下水调查结果分析：综合原场地调查、补充加密调查的主要目标污染物的浓度数据进行分析，统计按步骤三确定的单个网格区域的土壤目标污染物的浓度范围及规律，确定单个网格的主要目标污染的特征浓度数据范围以及在垂直深度的分布特点和规律；步骤五：细化分区、注浆参数优化：空间分区基于平面及深度分区，同时考虑修复深度、高压旋喷注浆钻杆参数、地下水分布特点，细化分区为：四个主浓度分区，八个亚浓度分区，具体为：a)平面星级分区：依据步骤四确定的调查分析结论，将确定单个网格的主要目标污染物的特征浓度统计归类合并，按土壤中污染物的空间浓度差异原位注入点施工区域划分按主要目标污染物浓度由低到高依次分为：*、**、***、****浓度分区，共计四个主浓度分区，四个主浓度分区注浆参数优化为：同一主分区采用相同的氧化剂浓度、注射药剂溶液/浆液配方；b)垂直深度两段分区：按垂直浓度显著差异划分为两个深度区间，主分区第一亚层，主分区第二亚层；四个主浓度分区注浆参数优化为：同一主分区采用相同的氧化剂浓度、注射药剂溶液/浆液配方；八个亚浓度分区注浆参数优化为：同一主分区每个钻孔采用相同的单孔注浆量，自下而上第一亚层和第二亚层采用不同的单孔每延米注浆量，施工中通过调节高压注射旋喷钻杆提升速度实现；步骤六：按主分区进行原位化学氧化原位注入修复操作及分区施工，其步骤如下：a)高压旋喷原位注射施工条件同步骤一中所述a)试验条件；根据各主分区代表性污染物浓度，设计相应的单孔注浆量及每延米注浆量，施工中各主分区注入点分别单独编号，便于施工记录及识别；b)同一浓度主分区的各浓度亚分区必须采用同一药剂配方，即注射药剂溶液/浆液采用同一氧化剂浓度；c)不同浓度主分区的各浓度亚分区采用不同药剂配方，即注射药剂溶液/浆液采用不同氧化剂浓度；d)各浓度亚分区的单孔每延米注浆量参数优化为：*(V1，V2)、**(V3，V4)、***(V5，V6)、****(V7，V8)，即根据垂直污染分布情况每个主浓度分区单孔每延米注浆量采用两个不同取值的参数；施工中表现为完成单孔下段药剂注射操作后，需调整高压注浆钻杆的提升速度，以完成单孔上段的药剂注射操作；e)不同主分区投入不同的原位注入高压旋喷设备进行施工，同一设备不可在不同主分区之间交叉作业；步骤七：原位化学氧化高压旋喷注射分区药剂综合投加比的优化：a)单孔注浆量参数优化过程及特征：按主分区优化为：*、**、***、****，V1～V8取值根据步骤一所确定的可注性参数范围来调整，并通过药剂配比、注射氧化剂配置浓度来反算优化，以满足理论计算药剂投加比设计值的要求；b)各分区药剂投加比按如下公式计算：*分区：$C1\%=\frac{N1*K1\%*[V1*(H-H1)+V2*H1]}{V*1*A1*H*\rho }---\left(4\right)$**分区：$C2\%=\frac{N2*K2\%*[V3*(H-H1)+V4*H1]}{V*A2*H*\rho }---\left(5\right)$***分区：$C3\%=\frac{N3*K3\%*[V5*(H-H1)+V6*H1]}{V*1*A3*H*\rho }---\left(6\right)$****分区：$C4\%=\frac{N4*K4\%*[V7*(H-H1)+V8*H1]}{V*1*A4*H*\rho }---\left(7\right)$其中，A、A1、A2、A3、A4分别为整个研究地块、*、**、***、****主分区对应修复面积，单位：m²；N1、N2、N3、N4分别为*、**、***、****主分区对应高压旋喷原位注入点数量，暂按注射一轮考虑，单位：个点；V1、V3、V5、V7依次为*、**、***、****主分区第一亚层单孔每延米注浆量参数，单位：L/m；V2、V4、V6、V8依次为*、**、***、****主分区第二亚层单孔每延米注浆量参数，单位：L/m；K1％、K2％、K3％、K4％依次为*、**、***、****主分区对应的氧化剂对应配置浓度，单位：无量纲；四个主分区采用药剂配方为配方1～配方4，配置氧化剂溶液比重假设为1，单位：无量纲；V为配药站单罐药剂溶液的体积，单位：m³，一般取3m³；ρ为土壤密度，单位：t/m³，一般取值1.6～1.8t/m³；c)整个地块氧化剂的综合投加比按以下公式计算：$C0\%=\frac{C1\%*A1+C2\%*A2+C3\%*A3+C4\%*A4}{A}---\left(8\right).$