阅读说明：本技术 一种用于地下水污染控制的拦截装置 (Intercepting device for controlling groundwater pollution ) 是由 张峰 王唯实 李莹莹 刘昊 王琛 凃辉 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于地下水污染控制的拦截装置,该拦截装置设有一个长条带状的地下沟体；沟体的一侧末端垂直于沟体设有一个纵向的集水集气井；沟体内设有高渗透层,高渗透层的顶部设有密封层,在靠近沟底的高渗透层下部的中间设有一条沿沟体长度方向延伸的集水管,集水管的一端与集水集气井相连通；在集水管的上方靠近密封层的高渗透层上部的中间设有一条沿沟体长度方向延伸的集气管,集气管的一端与集水集气井相连通。本发明提供的用于地下水污染控制的拦截装置,能够快速有效拦截地下水污染羽的迁移并同步修复拦截装置上游目标区域的土壤地下水污染。(The invention discloses an interception device for controlling underground water pollution, which is provided with a strip-shaped underground ditch body; a longitudinal water and gas collecting well is arranged at the tail end of one side of the ditch body and is vertical to the ditch body; a high permeable layer is arranged in the ditch body, a sealing layer is arranged at the top of the high permeable layer, a water collecting pipe extending along the length direction of the ditch body is arranged in the middle of the lower part of the high permeable layer close to the bottom of the ditch, and one end of the water collecting pipe is communicated with the water and gas collecting well; and a gas collecting pipe extending along the length direction of the ditch body is arranged in the middle of the upper part of the high-permeability layer close to the sealing layer above the water collecting pipe, and one end of the gas collecting pipe is communicated with the water collecting and gas collecting well. The intercepting device for controlling the pollution of the underground water can quickly and effectively intercept the migration of the pollution plume of the underground water and synchronously repair the pollution of the soil and the underground water in the target area at the upstream of the intercepting device.)

一种用于地下水污染控制的拦截装置

技术领域

本发明涉及一种用于地下水污染风险管控与修复领域的装置，具体地，涉及一种用于快速控制地下水污染的拦截装置。

背景技术

地下水占我国水资源总量的1/3，总供水量约20％来自于地下水。近年来随着工业生产活动加剧、超量使用农药和化肥，加之化学品生产存储设施的老化渗漏等原因，我国地下水污染形势较为严峻。

地下水拦截沟是一种用于快速拦截并收集污染地下水的地下工程设施，其运行可显著提高低渗透率地层中污染地下水的收集速率，有效拦截上游地下水污染羽的迁移，是一种简单实用的污染地下水风险管控和修复技术。地下水污染羽是指污染物随地下水运动所形成的空间范围。其空间分布及动态变化受污染源输入强度、地下水运动状态、污染物的衰减作用等影响。地下水污染羽的监测识别是地下污染修复和风险管控的重要基础工作。

相较其他地下水抽出处理方式，拦截沟施工速度更快，场地普适性更好，效率更高，水力控制效果更连续稳定，成本普遍低于建立抽提井群系统，可有满足对突发污染状况下对污染地下水进行快速拦截控制的需求。

然而，现有的地下水污染拦截沟通常仅配置单泵式液相抽提系统，运行时依靠单一液相抽提的方式被动收集污染地下水，虽然对沟体上游的地下水污染羽有一定的拦截效果，但拦截效率普遍不高。且通常为了达到较好的地下水拦截效率，现有的拦截沟的设计深度普遍较深以增大上游地下水往沟体内流动的水力梯度，但是这却不利于地下轻质非水相液体污染的控制。气相抽提和液相抽提具有一定相似性，但其抽提对象是包气带的土壤气。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于拦截并修复地下水污染的地下拦截沟设施，同时配置液相收集和气相抽提系统，能够快速有效拦截地下水污染羽的迁移并同步修复拦截沟上游目标区域的土壤地下水污染。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于地下水污染控制的拦截装置，用于场地污染地下水抽提修复，其中，所述的拦截装置设有一个长条带状的地下沟体；沟体的一侧末端垂直于沟体设有一个纵向的集水集气井；沟体内设有高渗透层，高渗透层的顶部设有密封层，在靠近沟底的高渗透层下部的中间设有一条沿沟体长度方向延伸的集水管，集水管的一端与集水集气井相连通；在集水管的上方靠近密封层的高渗透层上部的中间设有一条沿沟体长度方向延伸的集气管，集气管的一端与集水集气井相连通。

上述的用于地下水污染控制的拦截装置，其中，所述的拦截装置垂直于地下水流向布置于地下水污染羽的下游侧，沟体截面为矩形，沟体底部位于地下水位线下方，沟体长度为地下水污染羽宽度的1.1-1.2倍，宽度为0.3-1.0m。

上述的用于地下水污染控制的拦截装置，其中，所述的沟体底部的深度大于地下水污染羽深度1m以上。

上述的用于地下水污染控制的拦截装置，其中，所述的集水管和集气管均为直径100～300mm的筛管，集水管布设于沟底，集气管布置于集水管上方，高于沟内最高运行水位0.5m或0.5m以上。

上述的用于地下水污染控制的拦截装置，其中，所述的集水管和集气管，管型均为开缝筛管或穿孔管，外包纱网。

上述的用于地下水污染控制的拦截装置，其中，所述的集水管和集气管，均向集水集气井内方向呈一定斜率坡度倾斜铺设，坡度大于或等于0.5％。

上述的用于地下水污染控制的拦截装置，其中，所述的集水集气井，顶部密封，井内部设有用于排出井内拦截收集的污染地下水或者轻质非水相液体的潜水泵，井外部设有用于排出井内收集的土壤气的真空泵。

上述的用于地下水污染控制的拦截装置，其中，所述的集水集气井为钢筋混凝土防渗结构，井底位置低于拦截装置底部，井顶部设有气密性井盖。

上述的用于地下水污染控制的拦截装置，其中，所述的高渗透层内填有高渗透性材料，从沟底填充至集气管上方0.3m或0.3m以上处，其上再填充密封层至地表位置；高渗透性材料为石英砂滤料。

上述的用于地下水污染控制的拦截装置，其中，所述的密封层，采用的密封性材料为膨润土-水泥复合材料，渗透系数小于1×10^-7cm/s，厚度大于或等于0.3m。

本发明提供的用于地下水污染控制的拦截装置具有以下优点：

1.拦截装置在其气相抽提和液相收集系统的协同作用下，可以在相对有限的拦截装置深度的情况快速有效的拦截地下水污染羽，防止地下水污染往下游迁移。

2.拦截装置内气相抽提系统的运行可通过抽提土壤气的方式同步修复拦截装置上游区域包气带中可能存在的土壤污染，降低上游地下水污染可能引起的土壤气侵入风险，防止集水集气井内大小呼吸废气可能产生的二次污染问题。

3.气相抽提设备和液相抽提设备可以同时运行，也可以独立运行，针对地下水污染情况及风险管控目的，优选配置方式，运行方便灵活。

4.拦截装置不仅可有效拦截溶解相的地下水污染物，对于非水相流体特别是轻质非水相流体污染的拦截也有较好的效果。

5.针对浅层地下水污染，相较抽提井群式地下水污染处理技术，该拦截装置有更好的经济效益，且设计、施工及运行更为简单。

附图说明

图1为本发明的用于地下水污染控制的拦截装置的截面图。

图2为本发明的用于地下水污染控制的拦截装置的剖面图。

其中，1、集水管；2、高渗透层；3、集气管；4、密封层；5、集水集气井；6、液位仪表；7、潜水泵；8、控制系统；9、真空泵。

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。

本发明提供的用于地下水污染控制的拦截装置，该拦截装置设有一个长条带状的地下沟体；沟体的一侧末端垂直于沟体设有一个纵向的集水集气井5；沟体与集水集气井5连接贯通；沟体内设有高渗透层2，高渗透层2的顶部设有密封层4，高渗透层2内在靠近沟底的下部中间设有一条沿沟体长度方向延伸的集水管1，集水管1的一端与集水集气井5相连通；高渗透层2内在集水管1的上方靠近密封层4，即靠近填充层上端面位置的上部中间设有一条沿沟体长度方向延伸的集气管3，集气管3的一端与集水集气井5相连通。

拦截装置垂直于地下水流向布置于地下水污染羽的下游侧，沟体截面为矩形，沟体底部位于地下水位线下方一定距离，沟体长度为地下水污染羽宽度的1.1-1.2倍，宽度为0.3-1.0m，具体可根据场地实际情况、地质与水文地质条件及施工方式确定。沟体底部的深度大于地下水污染羽深度1m以上，或者直接到达含水层下覆的隔水层顶板位置。

集水管1和集气管3均为直径100～300mm的筛管，集水管1布设于沟底，集气管3布置于集水管1上方，高于沟内最高运行水位0.5m或0.5m以上。优选地，集水管1的直径大于集气管3。

该集水管1和集气管3的管型均为开缝筛管或穿孔管，外包纱网。集水管1的中心和集气管3的中心分别位于拦截装置宽度方向的中点上。

该集水管1和集气管3均向集水集气井5内方向呈一定斜率坡度倾斜铺设，坡度大于或等于0.5％。

集水集气井5顶部密封，井内部设有用于排出井内拦截收集的污染地下水或者轻质非水相液体的潜水泵7，井外部设有用于排出井内收集的土壤气的真空泵9。

该集水集气井5为钢筋混凝土防渗结构，井底位置略低于拦截装置底部，井顶部设有气密性井盖。

集水集气井5内布置的潜水泵7并与液位控制系统8相连，通过井内液位情况控制泵的启闭，及时将集水管1内收集的污染地下水排出送入外设的废水处理系统，确保井内液位低于集水管1顶部，从而使得拦截装置内的液位要明显低于周边的地下水水位，形成有效的水力梯度促使上游目标区域污染地下水流入沟内并实现污染地下水的收集及污染羽的拦截作用。

集水集气井5外设置的真空泵9，其进气管与集水集气井5上部空间相连，通过真空泵9的运行形成井内真空，及时将集气管3内收集的土壤气体排出送入外设的废气处理系统，确保拦截装置沟体上部高渗透性材料填充层内形成一个有效的真空负压，提高上游污染地下水流入沟内的实际水力梯度，帮助实现污染地下水的收集及污染羽的拦截作用，同步修复拦截装置上游目标区域包气带中可能存在的土壤污染。

拦截装置运行时潜水泵7和真空泵9可以同时运行，也可以独立运行。运行初期在地下水高污染负荷状态下，采用潜水泵7和真空泵9同时运行的模式可以大大提高对地下水污染羽的拦截和修复效果，有效防止高浓度的地下水污染物往下游方向迁移并迅速降低上游地下水的污染负荷。运行后期在上游地下水污染负荷大为降低后，采用潜水泵7开真空泵9关的运行模式则可以继续维持对污染地下水有效拦截的同时降低运行费用。此外，在仅需要对土壤气侵入风险进行控制的某些特殊场合，还可以采用潜水泵7关真空泵9开的运行模式来有效降低地下水污染引起的有机蒸汽入侵地表风险。

沟体内分层铺设填料，下部填充高渗透性材料，上部填充密封性材料。即，高渗透层2内填有高渗透性材料，从沟底填充至集气管3上方0.3m或0.3m以上处，其上再填充密封层4至地表位置；高渗透性材料优选为一定粒径级配的石英砂滤料。密封层4采用的密封性材料为膨润土-水泥复合材料，渗透系数小于1×10^-7cm/s，厚度大于或等于0.3m。

下面结合实施例对本发明提供的用于地下水污染控制的拦截装置做更进一步描述。

实施例1

一种快速拦截地下水污染的拦截装置，应用于某加油站中苯、石油烃污染地下水的风险管控和修复。场地地下水埋深在地下1.0m左右，从西往东流，地下水污染羽宽度约25m，最大污染深度约为地下3m。

如图1和图2所示。拦截装置布设于场地东侧边界红线处，长约30m。通过运行气相抽提和液相收集系统，保证拦截装置内地下水位位于集水管1顶端之下，且在整个运行过程中拦截装置内的地下水位都低于周边的地下水位，形成了条状的地下水水位低点，实现对上游污染地下水的拦截，防止该场地泄漏的地下污染物继续向下游方向的迁移。

拦截装置沟体主要包括顶部密封层4、中部气相抽提层和底部液相收集层，拦截装置深度4.00m，宽度0.50m，集水管1布置于拦截装置底部，集气管3顶端离地表0.65m。

密封层4位于拦截装置顶部，为一层厚度0.35m的膨润土-水泥盖层。液相收集层和气体收集层为高渗透层2，其内的集水管1为DN200的UPVC材质开缝筛管，一端连接集水集气井5下部位置，集水管1呈0.5％坡度倾向集水井方向。集水集气井5的长、宽、深分别为2m、2m和5m，井壁为钢筋防渗混凝土结构，内有受液位仪表6和控制系统8控制的潜水泵7用于抽出拦截装置内收集的污染地下水至地面废水处理系统。

集气管3位于高渗透层2内集水管1上方，为DN100的UPVC开缝筛管，一端连接集水集气井5上部位置，运行时真空泵9开启，将携带挥发性污染物的土壤气体抽出至地面废气处理系统。

具体地，自然状态下地下水从图1右侧流向左侧，地下水上游水位W3，地下水下游水位W1。因为拦截装置的运行在沟体处形成一个人为的水力降深，水位到达W2，明显低于了W1和W3，使得其周边一定影响范围内的地下水特别是上游污染的地下水向拦截装置内汇集。当气相抽提系统的运行时，使拦截装置上部的气相抽提层中形成了一个明显的负压，并与周边土壤间形成一个压力梯度，在这个梯度作用下周边地下水会加快往沟体内的流动。因此相较单一的液相收集方式，气相抽提结合液相收集能更快速地拦截地下水污染羽。

本发明提供的用于地下水污染控制的拦截装置，在拦截装置内额外配置一套气相抽提系统后，在其运行作用下拦截装置上方会形成一个真空负压，从而可以有效的提高沟体影响范围内地下水往沟体流动的实际梯度，实现在不增加拦截装置深度的前提下提高拦截效率的目的。同时，拦截装置内气相抽提系统的运行还可通过抽提土壤气的方式同步修复拦截装置上游区域包气带中可能存在的土壤污染，降低上游地下水污染可能引起的土壤气侵入风险，实现拦截装置耦合修复控制土壤地下水污染的目的。因此，同时配备了气相抽提和液相抽提系统的拦截装置可以显著提高地下污染羽的捕获效率，快速拦截收集污染地下水，同步修复管控地下污染问题，实施安装更为快速，使用灵活方便。

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。