具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

传统的地下水处理方法或装置如下：

基于功能性阻隔的污染场地风险管控协同修复系统：该系统包括环场沟槽、集排水系统、修复填料层、曝气系统和过滤层。该系统通过将地下水抽至水处理系统进行生物处理，达到实现阻隔的同时对污染进行修复的目的。但是，该系统在阻隔设施的建设基础上，还需要不断抽提地下水至生物处理设施，设备投入和运行成本较高。

地下水修复装置：包括取水井和注射井，地面上设有抽水泵、反应箱、曝气泵。该系统通过对地下水抽提，进行异位营养液修复，回灌时再采用曝气强化生物修复，改善了对地下水的修复效果。但是，该专利只能用于地下水异位处理，需要抽出处理，且生物处理的时间较长，相应的运行成本较高。此外，该系统使用了较多的地面设施，导致设备成本增加。

可渗透性反应墙及地下水污染原位生物修复方法：涉及一种可渗透性反应墙系统。该系统由多个反应单元组成，每个反应单元包括抽水井、曝气井、生物反应填料、防渗墙、检测系统、自动控制系统。该系统通过间歇曝气，强化微生物对反应填料中铁离子的利用从而发生氧化还原作用，达到高效去除地下水中氨氮类污染物的效果。但是，该系统结构复杂，建设成本较高，且间歇曝气运行参数需要通过对水质的监测进行调控，运行难度较大。

传统的地下水修复和管控方式以及上述引用的几种技术有如下缺点：

1.使用抽出处理、多相抽提等异位修复方式，需要将污染地下水抽出来之后再进行处理，需要较多的地面设施，成本较高。

2.使用传统原位修复方式，如原位化学氧化、原位热脱附，系统运行过程需要投入大量药剂或能源，这些方式容易造成二次污染。

3.使用垂向阻隔、水力控制等风险管控方式，地下水中的污染物难以被降解，长期来看场地用途受限，地下水的资源性无法恢复。

4.大多数的修复或风险管控方式都需要建造一些地面永久性设施，譬如作业的水泥地面、地下水井等，导致成本增加、且影响土地开发利用。

石油类污染土壤及地下水原位生物修复系统：该系统包括中空纤维膜制氧机、曝气系统、曝气井、微生物制剂配制储罐、药剂注射系统及药剂注射井。该系统通过向土壤中通入氧气和石油类生物降解剂的相结合的方式，刺激污染土壤及地下水中微生物的新陈代谢功能，加快石油类污染物质的降解过程，从而缩短修复时间。但是，该系统和传统原位化学氧化技术相比，地面主要设备更为复杂，且生物修复周期更长，建设和运行成本均不具备优势。

本发明实施例提供一种污染场地风险管控协同修复系统，包括地面控制系统、布气系统、布液系统、地下填充单元。所述地面控制系统设置在地面以上，所述布气系统和所述布液系统分别从地面延伸至待修复的地下水中。

所述地下填充单元包括蒸汽入侵阻隔层、导水层和生物填料，所述蒸汽入侵阻隔层设置在地下水位以上，所述导水层形成上表面开口的中空槽状结构，所述中空槽状结构的上表面与所述蒸汽入侵阻隔层抵接，所述中空槽状结构内部形成反应区，所述反应区具有生物填料。

所述地面控制系统包括太阳能电池板储能模块、具有热对流结构的隔热外壳、鼓风机和药剂罐，所述太阳能储能模块与所述隔热外壳的内部连接，用于为所述隔热外壳内部空间提供热量，所述鼓风机设置在所述隔热外壳的内部空间并且所述鼓风机的出风口与所述布气系统连接，所述药剂罐与所述布液系统连接。

本系统通过构建高渗透性空间，充分利用药剂的自然扩散和弥散作用。通过热对流结构的隔热外壳和太阳能的耦合设计，充分利用热对流作用，有效维持地面空间的温度和供氧，解决了传统生物药剂需要持续供氧和水浴保温的需求，因此系统能耗低，绿色环保；并且通过设置阻隔层和导水层，配合地面控制系统，形成集中处理区，本系统实现了垂向阻隔和修复的双重目的。本系统安装时间短，施工方式简单，现场用工量小，人力和物力成本低。本系统的主要部件为标准化产品(如太阳能板、管材、风机)和自然资源(如砾石、黏土)，因此制造成本低。本系统独立安装单元的空间分布可以灵活布置，从而可以针对不同形状的污染区域进行有效的配置。本系统同时具有阻隔和微生物强化降解作用，兼具一定的水利调控能力，因此能对有机污染地下水起到修复和风险管控协同治理作用。

药剂罐为耐腐蚀塑料罐体，顶部开口通风，里面盛有生物菌剂，注入地下促进有机物的生物降解。

该系统中，曝气和药剂的传输依赖太阳能，在运行过程中，通过太阳能储能模块使地面的隔热空间温度上升，外部的冷空气从隔热外壳底部的对流结构进入，隔热外壳内部的热空气通过对流结构排出，形成对流效应，促进了空气的循环，满足生物药剂的供氧和温度维持需求，降低了系统运行成本。在一些实施方式中，所述太阳能储能模块包括光伏板、传热管路和热电转换器，所述光伏板设置于所述隔热外壳的顶部，所述隔热外壳的内部通过所述传热管路与所述光伏板连接，通过该传热管路将光伏板富集的热能传递给隔热空间内部。

在一些实施方式中，所述地面控制系统包括蠕动泵。所述药剂罐与通过蠕动泵所述布液系统连接。

在一些实施方式中，所述热电转换器的一端与所述光伏板连接，另一端分别与所述鼓风机及所述蠕动泵连接，所述热电转换器将所述光伏板的部分热能转化为电能为所述鼓风机及所述蠕动泵供电。

在一些实施方式中，所述隔热外壳的材料可以为常用的墙体保温材料，如选自玻璃棉、岩棉保温毡及硅酸铝中的任意一种或多种。

在一些实施方式中，所述具有热对流结构的隔热外壳的底部设有第一对流孔，所述具有热对流结构的隔热外壳的顶部设有第二对流孔。

在一些实施方式中，所述第一对流孔有多个，形成第一阵列。所述第二对流孔有多个，形成第二阵列。所述第一阵列的各第一对流孔与所述第二阵列的各第二对流孔为相对设置或者为错位设置。即，第一阵列的第一对流孔的数量与第二阵列的第二对流孔的数量可以相同或不同。第一阵列与第二阵列的对流孔的排布位置可以相同或不同。底部的第一对流孔可以设置在底部的中部位置，也可以设置在底部的靠近边缘的位置。顶部的第二对流孔可以设置在顶部的中部位置，也可以设置在靠近边缘的位置。

“蒸汽入侵”是专业名词，土壤和地下水中的挥发性有机物转化为气态通过土壤空隙向地表迁移的过程。蒸汽入侵阻隔层是指用低渗透材料构建阻隔层，防止蒸汽入侵。在一些实施方式中，所述蒸汽入侵阻隔层的材料为黏土。

生物药剂和氧气(空气)分别通过布气系统和布液系统传输至地下填充单元的生物填料反应层，其周围包裹的导水层用于构建高渗透性空间，便于空气中的氧气和药剂在地下水中传输，同时促进污染地下水向中间区域聚集，位于包气带以上部分的蒸汽入侵阻隔层由黏土组成，用于阻隔挥发性有机物向上迁移。蒸汽入侵阻隔层一般厚度为1m～2m，若污染深度较浅，则有可能无需再进行原土覆盖。若该地下水水位较深，则需要在所述蒸汽入侵阻隔层上覆盖原土层。

导水层材料可使用砾石、砂土、粉砂、粉土等天然矿石原料，可以是单一的一种也可以是几种的混合，根据天然含水层的渗透系数来确定，构建的导水层渗透系数要求比周围的地下含水层高至少1个数量级。导水层的位置在地下水位以下，主要根据地下水污染范围确定，深度原则上要求达到污染底部。两侧导水层的之间的宽度3m～6m，长度不超过20m。

在一些实施方式中，所述布气系统有多个气体出口，所述布液系统有多个液体出口。所述布气系统集中分布在所述反应区的一侧，所述布液系统集中分布在所述反应区的相对的一侧。气体出口集中分布在所述反应区的一侧，液体出口集中分布在所述反应区的相对的一侧。例如整个反应区系统的左侧是药剂，右半部分是气体。该系统通过氧气和微生物刺激在高渗透性空间内的快速作用，构建了绿色生物反应带，促进微生物对有机污染物的降解，实现生物修复。

在一些实施方式中，所述气体出口的开口方向与所述液体出口的开口方向相同。具体的，布气系统可以为树枝状，具有主管和延伸出主管的侧管，侧管上具有气体出口。布液系统可以为树枝状，具有主管和延伸出主管的侧管，侧管上具有液体出口。布气导管在地下垂向方向有数个支管，每个支管垂向间距1m，埋深浅的支管曝气孔的孔径较小，埋深深的支管曝气孔的孔径较大，使得反应带中深层的气泡尺寸大，浅层气泡尺寸小。这样做的目的是：①平衡压力，防止均匀开孔情况下导致深层压力过大无法形成气泡；②深层大气泡更有利于带动有机污染物向上迁移至反应区。本系统中定向布气系统的曝气设计采用了梯度差异结构的精细化设计，可以有效控制气泡的方向和在地下环境的均匀分布。

在一些实施方式中，所述生物填料为多孔介质和矿石颗粒的均匀混合物。例如生物填料为多孔介质(如活性炭、生物炭等)和无机矿石颗粒(如砾石、沸石、石英砂等)的均匀混合物，其比例需要根据场地条件来判断，原则是混合后的渗透系数高于导水层0-1个数量级。

地下填充单元采用渗透性梯度设计，包括导水层、生物反应区、蒸汽入侵阻隔层组成的区域，这三个区域由不同的填料组成，渗透性存在极大的差异，由此控制地下水和污染物在三个区域内的迁移趋势：区域周边地下水→高渗透导水层→活性生物反应区，同时蒸汽入侵阻隔层可以防止活性生物反应区的有机物向包气带迁移导致上层土壤污染。通过填充区域渗透性梯度设计，达到污染迁移阻隔和污染羽控制的风险管控目的，从而以较低的成本实现有机污染地下水修复和风险管控协同治理。

以下为一具体实施例。

实施例：

如图1和图2所示，本实施例提供一种用于降解地下水中有机污染物的低碳、低成本、高效的绿色生物反应带。绿色生物反应带由4个系统组成，包括：地面控制系统、布气系统、布液系统、地下填充单元。地面控制系统由太阳能电池板储能模块、具有热对流结构的隔热外壳、鼓风机、蠕动泵、充氧容器组成，与布气系统和布液系统连接。太阳能储能模块包括光伏板、传热管路、热电转换器，光伏板置于隔热外壳顶部吸收太阳能升温，传热管路与光伏板和隔热外壳内部连接，管路中的水吸热后升温使隔热外壳内部温度上升；热电转换器与光伏板和鼓风机、蠕动泵连接，将多余的热能转化为电能。地下填充单元分为蒸汽入侵阻隔层、导水层和生物填料层组成。生物药剂和氧气分别通过布气和布液系统传输至地下填充单元的生物填料层，其周围包裹的导水层用于构建高渗透性空间，便于空气中的氧气和药剂在地下水中传输，同时促进污染地下水向中间区域聚集，位于包气带以上部分的蒸汽入侵阻隔层由黏土组成，用于阻隔挥发性有机物向上迁移。

该系统中，曝气和药剂的传输依赖太阳能，在运行过程中，通过太阳能使地面的隔热空间温度上升，外部的冷空气从隔热外壳底部的对流孔进入，内部的热空气通过顶部的对流孔排出，形成对流效应，促进了空气的循环，满足生物药剂的供氧和温度维持需求，降低了系统运行成本。该系统通过氧气和微生物刺激在高渗透性空间内的快速作用，构建了绿色生物反应带，促进微生物对有机污染物的降解，实现生物修复，同时通过填充区域渗透性梯度设计，达到污染迁移阻隔和污染羽控制的风险管控目的，从而以较低的成本实现有机污染地下水修复和风险管控协同治理。

地下水中的污染物通过高渗透导水层向活性生物反应带聚集(图1)，活性生物反应带中，生物药剂从一侧定向传输，氧气则从另一侧的两相阻隔带传输过来，在生物填料空间构建了利于微生物生长的理想环境，在此条件下氧气含量逐渐上升、微生物快速生长、污染物快速降解(图3)；当污染物传输至两相阻隔带时，污染物的迁移被不断向上迁移的气泡物理阻隔(图1)，在这个区域中污染物进一步降解，虽然氧气维持在较高浓度水平，但可供微生物利用的碳源不断减少，微生物总量逐渐下降(图3)。在系统运行过程中，通过对流孔和太阳能的耦合设计，充分利用了热对流作用(图2)，有效维持地面空间的温度和供氧，解决了传统生物药剂需要持续供氧和水浴保温的需求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。