一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法技术

本发明专利技术公开了一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法，按照三角形法布点，设计孔距垂直地下水流动方向，排距沿着地下水流动方向且考虑修复药剂反应有效时间内在地下水中的流动扩散。该方法分为三个步骤：①观察法：高压旋喷注射条件下，修复药剂与一定比例的溴离子作为示踪剂同时注入含水层中。通过观察相邻注入点的返浆和串浆现象，判断药剂的扩散情况；②溴离子示踪剂法：完成注射后，地下水定深快速取样，现场快速检测示踪剂浓度，地下水中溴离子浓度与背景值进行比较；③溴离子示踪剂+观察法，综合判断，确定最优扩散半径。本发明专利技术适用于土壤及地下水原位注入试验及修复施工中，扩散半径及布孔参数的优化设计及注射效果的监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法，属于污染土壤及地下水修复监测方法

技术介绍
地下水污染及修复近年来受到了重视，诸多地下水原位修复技术，如可渗透性反应墙(PRB)、抽出-处理、原位化学修复、原位微生物修复等技术在国内得到了工程应用。原位注入技术相对于搅拌技术能耗较低，因而应用更广，尤其是地下水修复领域，含水层良好的渗透性有利于水溶性强的修复药剂的添加。原位修复技术受到青睐的重要原因，是因其能解决深层土壤及地下水污染问题，避免了深基坑开挖、降水、二次污染等问题，安全性及经济性也大大提高。修复药剂有效扩散半径的确定和优化设计是原位注入修复(原位化学氧化/还原、原位微生物修复)中的首要任务，有效扩散半径(R0)是工程设计的最关键技术参数之一，设计是否合理直接影响修复工程的成败。设计值过大修复区域不能完全覆盖导致出现修复“死角”，设计值偏小造成返浆严重且机械成本大大增加。岩土注浆领域(如旋喷桩)半径的确定，一般通过现场试验开挖实测或采用钻机取芯法、静力触探、超声波检测法等技术测试。由于其形成固化桩体，相对容易测量获得较为准确的半径数据。但该方法难以应用于以水溶性为主的修复药剂扩散半径的测试。注入井原位修复工艺中目前也多采用经验法设计药剂扩散半径，对于水文地质条件复杂、污染场地未通过现场试验确定有效扩散半径参数，具有较大的盲目性。注入井本身对于粘土层的适应性差，也限制了其在粘土为主的场地的应用，注射压力的偏低难以
应用观察法等方法。示踪剂的物理化学性质及其与注射药剂及土壤/地下水中污染物的相互作用程度，将直接影响示踪剂的流动特性。它直接关系到示踪剂能否跟踪注入流体，反馈注入流体的流动特性，并对最终解释结果产生影响。由于大部分修复药剂为水溶性较强的物质，容易有效注入土壤及地下水环境，与其中的污染物发生化学或生物反应。目前使用的示踪剂可分为五类：水溶性化学示踪剂、水溶性放射性示踪剂、气体示踪剂、非放射性同位素示踪剂、稳定同位素示踪剂。国内地下水曝气修复采用了乙炔气体示踪剂，研究了地下水曝气(AS)的流型分布，相对于溶氧法具有更大的灵敏度和准确性，但该方法适合注入气体介质在土壤及地下水的扩散情况，适用范围较窄。申请号为201110314616.2的“基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷桩直径确定方法”的中国专利技术专利，公开了一种高压旋喷基础加固施工的固化体半径的确定方法，根据土层的临界破坏速度、喷嘴出口处的水泥浆流速及沿喷射距离的衰变系数，确定固化桩体直径。该方法较经验法有所改进，但仍无法解决高压注射条件下修复药剂的渗透扩散半径问题。申请号为201510159423.2的中国专利技术专利“一种铬污染的原位修复方法”，提到的一种药剂注射布点方法，并未考虑地下水流动的影响，工程化施工可操作性差。另外，该专利技术的原位修复方法存在布孔方式未根据土层渗透性的差异考虑修复药剂有效反应周期内地下水的流动影响，重叠区域过大不经济等缺点。利用国外Geoprobe平台及其定深采样系统进行直推式定深快速取样，技术成熟稳定，管径小，各配件均可冲洗后重复利用，成本低，对地层扰动小，取样效率、分辨率高，有利于真实准确的示踪剂数据捕获。而传统中空螺旋钻或预制式监测井设立，耗时长，成本高，管径大，需填料作业，对地层扰动较大，不利于获取真实准确的示踪剂数据捕获。利用机械膀胱泵取样，手动操作，成本低，泵体自带筛管二次过滤，扰动小，易获得具有代表性的样品；而小型不锈钢贝勒管取样，扰动较大，无二次筛滤，样品易浑浊；另外，慢速洗井取样，系统复杂，需电力驱动，安装繁琐，成本高不经济。申请号为201510159423.2的“一种铬污染的原位修复方法”的中国专利技术专利申请，注射方式为单管法，注浆泵压力低，仅在裂隙里分布均匀，存在配药站体积偏小，注射效率低等缺点，其有效扩散半径数据稳定性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有原位注入修复系统设计中药剂有效扩散半径确定及布孔参数优化难题，针对目前大多靠经验法确定药剂有效扩散半径准确性较差、且未考虑药剂有效反应周期内地下水流动对药剂的扩散影响作用，造成机械费用浪费等问题。进而提供一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法，由以下步骤实现：步骤一、布点及引孔：原位注入布孔参数满足以下公式：L＝1.73R0 (1)B＝1.50R0+B1 (2)v＝KI (3)B1＝vt (4)其中，L——原位注入点最优孔距，垂直地下水流向；B——原位注入点最优排距，沿着地下水流向；R0——高压注射条件下药剂在含水层的有效扩散半径，单位：m；K——含水层渗透系数，单位：m/d；I——地下水水力梯度；v——地下水流速，单位：m/d；t——药剂在地下水中的有效反应时间，单位d；B1——药剂在有效反应时间内在地下水中的流动距离，单位：m。原位注入共布设三组试验孔，第Ⅰ组布孔参数：R1，L1，B1；第Ⅱ组布孔参数：R2，L2，B2；第Ⅲ组布孔参数：R3，L3，B3，其中两组共用两个注入点，总计10个注入点。引孔采用气动空气潜孔锤冲击回转钻进方法，引孔至穿透杂填土层硬层或原场地建筑基础即可，依次完成10个原位注入点钻孔，即三组试验点，引孔深度均为3m左右。步骤二、修复药剂配置：选择溴化钠作为示踪剂，按一定比例添加至典型浓度的修复药剂溶液/浆液中，待高压注射过程同时注入目标含水层中；溴离子的配置浓度及投加方式，修复药剂与示踪剂的质量比为，修复药剂：溴化钠＝100～150:1，溴化钠初始浓度300～700mg/L。步骤三、修复药剂的原位注入：采用气、液二重管法，修复药剂液流的注射压力参数为25～30Mpa，压缩空气的注入压力参数为0.7～0.8Mpa；修复药剂与溴离子配置的溶液同时注入土壤及地下水中。a)第Ⅰ组注入点药剂注射：注射过程观察该组第1孔返浆情况，其余相邻孔施工需同时观察窜浆及返浆情况；b)第Ⅱ组注入点药剂注射：注射过程利用第Ⅰ组的1个孔，其余3孔施工需同时观察相邻孔窜浆及返浆情况；c)第Ⅲ组注入点药剂注射：利用第Ⅱ组的1个孔，其余3孔施工需同时观察相邻孔窜浆及返浆情况。步骤四、注射过程的观察法判断：a)第Ⅰ组试验：通过判断是否窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏小；b)第Ⅱ组试验：通过判断是否不窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏大；c)第Ⅲ组试验：通过判断是否窜浆及返浆较少来初步确实R值是否较合理；结论为第N组(N＝1,2,3)扩散半径较为合理，因此，选择第N组为示踪剂监测采样点重点考察对象。步骤五、地下水中溴离子监测及检测：溴离子浓度监测点重点布设在R0较合理的
试验组，同时考虑单孔、双孔、三孔等多孔效应，监测点的选择为C1、C2、C3、C4、C5；所有注入点完成药剂注射工作24小时后，采用定深快速取样系统快速采集地下水样品，及时送至第三方实验室检测地下水中的溴离子浓度，同时留存现场快速检测待测样品；以上所述快速定深取样系统方法，采用Geoprobe钻机将底部带有抛弃式钻头的2.25英寸钢套管，内部为长度1.5m、外径1.25英寸的钢筛管，直压入地下水含水层预定深度后提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法，其特征在于，步骤一、布点及引孔：原位注入布孔参数满足以下公式：L＝1.73R0  (1)B＝1.50R0+B1  (2)v＝KI  (3)B1＝vt  (4)其中，L——原位注入点最优孔距，垂直地下水流向；B——原位注入点最优排距，沿着地下水流向；R0——高压注射条件下药剂在含水层的有效扩散半径，单位：m；K——含水层渗透系数，单位：m/d；I——地下水水力梯度；v——地下水流速，单位：m/d；t——药剂在地下水中的有效反应时间，单位d；B1——药剂在有效反应时间内在地下水中的流动距离，单位：m；原位注入共布设三组试验孔，第Ⅰ组布孔参数：R1，L1，B1；第Ⅱ组布孔参数：R2，L2，B2；第Ⅲ组布孔参数：R3，L3，B3，其中两组共用两个注入点，总计10个注入点；引孔采用气动空气潜孔锤冲击回转钻进方法，引孔至穿透杂填土层硬层或原场地建筑基础即可，依次完成10个原位注入点钻孔，即三组试验点，引孔深度均为3m；步骤二、修复药剂配置：选择溴化钠作为示踪剂，按一定比例添加至典型浓度的修复药剂溶液/浆液中，待高压注射过程同时注入目标含水层中；溴离子的配置浓度及投加方式，修复药剂与示踪剂的质量比为，修复药剂：溴化钠＝100～150:1，溴化钠初始浓度300～700mg/L；步骤三、修复药剂的原位注入：采用气、液二重管法，修复药剂液流的注射压力参数为25～30Mpa，压缩空气的注入压力参数为0.7～0.8Mpa；修复药剂与溴离子配置的溶液同时注入土壤及地下水中；a)第Ⅰ组注入点药剂注射：注射过程观察该组第1孔返浆情况，其余相邻孔施工需同时观察窜浆及返浆情况；b)第Ⅱ组注入点药剂注射：注射过程利用第Ⅰ组的1个孔，其余3孔施工需同时观察相邻孔窜浆及返浆情况；c)第Ⅲ组注入点药剂注射：利用第Ⅱ组的1个孔，其余3孔施工需同时观察相邻孔窜浆及返浆情况；步骤四、注射过程的观察法判断：a)第Ⅰ组试验：通过判断是否窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏小；b)第Ⅱ组试验：通过判断是否不窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏大；c)第Ⅲ组试验：通过判断是否窜浆及返浆较少来初步确实R值是否较合理；结论为第N组扩散半径较为合理，因此，选择第N组为示踪剂监测采样点重点考察对象；步骤五、地下水中溴离子监测及检测：溴离子浓度监测点重点布设在R0较合理的试验组，同时考虑单孔、双孔、三孔等多孔效应，监测点的选择为C1、C2、C3、C4、C5；所有注入点完成药剂注射工作24小时后，采用定深快速取样系统快速采集地下水样品，及时送至第三方实验室检测地下水中的溴离子浓度，同时留存现场快速检测待测样品；以上所述快速定深取样系统方法，采用Geoprobe钻机将底部带有抛弃式钻头的2.25英寸钢套管，内部为长度1.5m、外径1.25英寸的钢筛管，直压入地下水含水层预定深度后提升外套管，而内部钢筛管设置在设计地下水中溴离子采样深度位置，移机后采用机械膀胱泵快速采集具有代表性的地下水样品；步骤六、示踪剂现场快速检测：采集的地下水样品使用pH/离子浓度检测仪进行溴离子浓度监测点的地下水中的溴离子浓度的快速检测；测试条件为：BR502溴电极；溴离子标准溶液100mL，参比电极溶液30mL，离子强度调节剂，测量范围：0.4～7990mg/L，pH值范围2～11，溶液温度范围5～40℃；步骤七、示踪剂法判断：分析所有溴离子监测点、本底值快速检测数据及第三方实验室检测数据，根据所测样品中溴离子浓度是否大于本底值来判断所测样品代表的距离注射点的距离是否在有效扩散半径之内；定义浓度超过本底值50％以上的点位所对应的距离为有效扩散半径；所述示踪剂判定方法，主要以现场快速数据为依据，第三方实验室数据作为现场快速测试数据的检验和复核；步骤八、观察法结合溴离子示踪剂法综合判定：观察法初步判定的R0合理范围，溴离子示踪剂浓度显著超过本底值的点位对应的距离为R0的精确范围，最后，三组试验通过观察法+示踪剂法综合判定确定考察含水层药剂扩散的最优R0，考虑地层局部含夹层等不均匀因素，取较小值作为工程推荐数据。...

【技术特征摘要】
1.一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法，其特征在于，步骤一、布点及引孔：原位注入布孔参数满足以下公式：L＝1.73R0 (1)B＝1.50R0+B1 (2)v＝KI (3)B1＝vt (4)其中，L——原位注入点最优孔距，垂直地下水流向；B——原位注入点最优排距，沿着地下水流向；R0——高压注射条件下药剂在含水层的有效扩散半径，单位：m；K——含水层渗透系数，单位：m/d；I——地下水水力梯度；v——地下水流速，单位：m/d；t——药剂在地下水中的有效反应时间，单位d；B1——药剂在有效反应时间内在地下水中的流动距离，单位：m；原位注入共布设三组试验孔，第Ⅰ组布孔参数：R1，L1，B1；第Ⅱ组布孔参数：R2，L2，B2；第Ⅲ组布孔参数：R3，L3，B3，其中两组共用两个注入点，总计10个注入点；引孔采用气动空气潜孔锤冲击回转钻进方法，引孔至穿透杂填土层硬层或原场地建筑基础即可，依次完成10个原位注入点钻孔，即三组试验点，引孔深度均为3m；步骤二、修复药剂配置：选择溴化钠作为示踪剂，按一定比例添加至典型浓度的修复药剂溶液/浆液中，待高压注射过程同时注入目标含水层中；溴离子的配置浓度及投加方式，修复药剂与示踪剂的质量比为，修复药剂：溴化钠＝100～150:1，溴化钠初始浓度300～700mg/L；步骤三、修复药剂的原位注入：采用气、液二重管法，修复药剂液流的注射压力参数为25～30Mpa，压缩空气的注入压力参数为0.7～0.8Mpa；修复药剂与溴离子配
\t置的溶液同时注入土壤及地下水中；a)第Ⅰ组注入点药剂注射：注射过程观察该组第1孔返浆情况，其余相邻孔施工需同时观察窜浆及返浆情况；b)第Ⅱ组注入点药剂注射：注射过程利用第Ⅰ组的1个孔，其余3孔施工需同时观察相邻孔窜浆及返浆情况；c)第Ⅲ组注入点药剂注射：利用第Ⅱ组的1个孔，其余3孔施工需同时观察相邻孔窜浆及返浆情况；步骤四、注射过程的观察法判断：a)第Ⅰ组试验：通过判断是否窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏小；b)第Ⅱ组试验：通过判断是否不窜浆及返浆严重来初步确实R值是否偏大；c)第Ⅲ组试验：通过判断是否窜浆及返浆较少来初步确实R值是否较合理...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨乐巍，李书鹏，张岳，张晓斌，郭丽莉，崔双超，宋晓威，陈凡，尹鹏程，刘鹏，刘岩，牛强，
申请(专利权)人：北京建工环境修复股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11