一种基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法
阅读：780发布：2020-05-16
专利汇可以提供一种基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于动态地下 水 循环 的污染场地原位修复方法。所述原位修复方法将动态 地下水 循环和原位 微 生物 或化学还原/ 氧 化等技术进行耦合优化，通过原位微生物或化学方法的还原/氧化作用对污染物进行修复、固定、解毒，同时通过动态地下 水循环 系统减少或去除污染总量，提高污染物的脱附能 力 和修复药剂在地下环境中的传输及分布能力。本发明污染场地原位修复方法充分发挥这些技术各自的特长并弥补其不足，在污染总量减量的同时进行微生物或化学还原/氧化、固定及解毒，提高了原位微生物或 化学修复 效率，降低了成本和能耗，缩短了修复周期。，下面是一种基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法专利的具体信息内容。
1.一种基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法，其特征在于，所述污染场地原位修复方法包括：
获取待修复区域的基础参数；所述基础参数包括所述待修复区域各个分区的分区面积、分区地下水层厚度、分区土壤总孔隙率及分区数量；
根据所述基础参数确定修复工程量；所述修复工程量包括待修复区域内的地下水总量、污染总量及动态地下水循环总水量；
根据所述修复工程量确定注射井数量、抽水井数量以及井间距；
根据所述注射井数量、所述抽水井数量以及所述井间距在所述待修复区域内布设所述注射井、所述抽水井及所述监测井，形成动态地下水循环井点网络；
采用所述动态地下水循环井点网络及动态地下水循环系统进行动态地下水循环实施运行及污染总量减量；所述动态地下水循环系统包括注射系统、抽提系统、自控系统和废水处理系统；
当所述动态地下水循环稳定实施运行预设时间后，通过所述注射井向所述待修复区域的地下水中注入修复药剂，进行原位微生物或化学还原/氧化处理；
采用所述动态地下水循环运行结合所述原位微生物或化学还原/氧化处理的方式对所述待修复区域的污染土壤与地下水进行原位修复。
2.根据权利要求1所述的污染场地原位修复方法，其特征在于，所述根据所述基础参数确定修复工程量，具体包括：
根据所述基础参数，采用公式Vi＝Ai×Hi×θi确定分区地下水量Vi；其中Ai为所述待修复区域各个分区的分区面积；Hi为分区地下水层厚度；θi为分区土壤总孔隙率；
根据所述分区地下水量Vi，采用公式 确定分区污
染量Mi；其中CW，i为分区地下水中污染物浓度；ρb为饱和土壤的密度；CS，i为分区土壤中污染物浓度；
根据所述分区污染量Mi，采用公式 确定待修复区域内的污染总量M；其中n
为分区数量；
根据所述分区地下水量Vi，采用公式 确定待修复区域内的地下水总量V；
根据所述待修复区域内的地下水总量V确定待修复区域内的动态地下水循环总水量。
3.根据权利要求2所述的污染场地原位修复方法，其特征在于，所述根据所述待修复区域内的地下水总量V确定待修复区域内的动态地下水循环总水量，具体包括：
根据所述饱和土壤的密度ρb，采用公式 确定特定污染物在土壤
表面的吸附延缓系数Rfoc；其中θ为修复区域土壤总孔隙率，Kd为所述特定污染物在土壤和地下水界面上的分配系数；
根据所述特定 污染物在土壤表面的吸附 延缓系数R foc ，采 用公式
确定修复完成所需的待修复区域饱和带土壤孔隙冲刷次数NFT；
其中CGW为修复前地下水中污染物浓度；CCL为修复完成后所需达到的地下水中污染物浓度；
根据所述待修复区域内的地下水总量V及所述修复完成所需的待修复区域饱和带土壤孔隙冲刷次数NFT，采用公式QT＝V×NFT确定待修复区域内的动态地下水循环总水量QT。
4.根据权利要求3所述的污染场地原位修复方法，其特征在于，所述根据所述修复工程量确定注射井数量、抽水井数量以及井间距，具体包括：
根据所述待修复区域内的动态地下水循环总水量QT，采用公式 确定
所述注射井数量nIW；其中qIW为注水试验获取的最大单井注射流量；t为既定修复周期；
根据所述注射井数量nIW，采用公式 确定所述抽水井数量nEW；其中qEW
为抽水试验获取的最大单井抽水流量；
根据所述注射井数量nIW及所述抽水井数量nEW，采用公式 确定待
修复区域内所述注射井和所述抽水井的井间距D；其中A为待修复区域面积。
5.根据权利要求4所述的污染场地原位修复方法，其特征在于，所述根据所述注射井数量、所述抽水井数量以及所述井间距在所述待修复区域内布设所述注射井、所述抽水井及所述监测井，形成动态地下水循环井点网络，具体包括：
根据所述井间距将多口所述抽水井及多口所述注射井等间距均匀布置在所述待修复区域内，将多口所述监测井布置在所述待修复区域内具有污染物代表性浓度水平的位置，形成所述动态地下水循环井点网络。
6.根据权利要求5所述的污染场地原位修复方法，其特征在于，所述采用所述动态地下水循环井点网络及动态地下水循环系统进行动态地下水循环实施运行，具体包括：
采用所述抽水井及所述抽提系统将所述待修复区域内受污染的地下水抽出，抽出的地下水经安装于地面的所述废水处理系统中的污水处理设备进行处理达标后，将处理达标后的地下水通过有选择地使用所述注射井及所述注射系统在特定区域回注入所述待修复区域内受污染的地下水中，形成地下水的动态循环过程。
7.根据权利要求6所述的污染场地原位修复方法，其特征在于，所述采用所述动态地下水循环井点网络及动态地下水循环系统进行动态地下水循环实施运行，还包括：
根据地下水单井抽水流量qEW，i，采用公式 确定地下水日抽水流量
qEW，t；其中ni为进行地下水抽取的抽水井数量；
根据所述地下水日抽水流量qEW，t，采用公式 确定累计抽水水量QEW；
其中t为累计运行时间；
根据所述地下水日抽水流量qEW，t、所述累计抽水水量QEW及所述待修复区域内的动态地下水循环总水量QT对所述抽水井的数量、位置及流量进行调整。
8.根据权利要求6所述的污染场地原位修复方法，其特征在于，所述采用所述动态地下水循环井点网络及动态地下水循环系统进行动态地下水循环实施运行，还包括：
根据地下水单井抽水流量qEW，i，采用公式 确定单井污染物日去除
总量mi，其中Ci为单井抽取地下水中污染物浓度；
根据所述单井污染物日去除总量mi，采用公式 确定多井污染物日去除总
量mt；其中ni为进行地下水抽取的抽水井数量；
根据所述多井污染物日去除总量mt，采用公式 确定多井污染物累计去除
总量m；其中t为累计运行时间；
根据所述单井污染物日去除总量mi、所述多井污染物日去除总量mt、所述多井污染物累计去除总量m及所述待修复区域内的污染总量M对所述抽水井的数量、位置及流量进行调整。
9.根据权利要求6所述的污染场地原位修复方法，其特征在于，所述通过所述注射井向所述待修复区域的地下水中注入修复药剂，进行原位微生物或化学还原/氧化处理，具体包括：
根据所述待修复区域面积A，采用公式v＝A×H×θm确定所述注射井的单次注射水量v；
其中H为修复地下水厚度；θm为待修复区域土壤可移动性孔隙率；
根据所述单次注射水量v，采用公式MReagent＝v×CReagent/103确定修复药剂总量MReagent；
其中CReagent为地下水中目标修复药剂浓度；
根据所述单次注射水量v及所述修复药剂总量MReagent向所述待修复区域的地下水中注入修复药剂，进行原位微生物或化学还原/氧化处理。
10.根据权利要求9所述的污染场地原位修复方法，其特征在于，所述通过所述注射井向所述待修复区域的地下水中注入修复药剂，进行原位微生物或化学还原/氧化处理，还包括：
使用较低浓度的修复药剂的稀释溶液作为注射溶液进行初始药剂添加，所述注射溶液中修复药剂的添加体积比控制在1％-2％之间；所述修复药剂的添加以整个待修复区域地下水中药剂浓度达到1000至2000mg/L为目标；所述修复药剂的添加频率为每1-3个月一次。
一种基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法
技术领域
背景技术
[0003] 铬是工业污染场地最常见的一种重金属，通常以六价铬(Cr[VI])和三价铬(Cr[III])两种形式在土壤和地下水中稳定存在。六价铬通常以溶解态在土壤和地下水中广泛存在，具有较强的致癌和致突变毒性，被列为对人体危害最大的八种化学物质之一和国际公认的三种致癌金属物之一。六价铬溶解性好、毒害性强，极易穿透包气带进入含水层污染地下水，对土壤和地下水构成极大的污染风险。三价铬则是通常以固体或沉淀状态在自然界中存在，较为稳定而不易通过地下水进行迁移，是Cr(VI)处理、处置的产物，与Cr(VI)相比危害性较低。
[0004] 氯代烃类有机物作为生产原料和溶剂被人类广泛地应用在工业生产、农药、干洗和医疗等行业。氯代烃类在环境中随着雨水，径流等渗滤到土壤中，被土壤吸附一部分后渗漏到地下含水层，导致地下水污染。氯代烃在常温下易挥发、化学性质稳定，且具有很强的生物毒性和潜在的生物累积性，并且具有刺激性、致敏性、致突变性、致畸性、致癌性等特性，已被较多国家列为优先控制污染物。
[0005] 石油烃是目前环境中广泛存在的一类有机污染物，主要包括汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡和沥青等。柴油作为一种典型的轻质石油产品，是饱和烃(60～80％)和芳香烃(20～40％)的混合物，广泛应用于船、卡车、汽车和火车等。柴油污染十分普遍，常见于石油化工厂加工、储藏、运输过程以及储油罐的泄露等。柴油进入土壤环境后，会对人体、动植物造成严重危害。
[0006] 目前我国污染场地修复技术主要包括污染介质清挖/异地堆置、淋洗、化学氧化/还原、固化/稳定化、热修复等方法，并且基于强化的原位生物修复方法也得到了越来越多的关注。然而现有技术面临工程量大、成本和能耗高、且往往通过异位实施而易造成二次污染等问题，难以成为稳定的、规模性的修复实施方法。并且，由于我国的污染场地一般污染比较严重、污染物浓度较高，水文地质条件复杂，传统污染场地修复技术难以在较短的时间内达到修复目标以满足社会经济发展对土地及地下水质量的需求，在其目前技术发展条件下难以得到应有的广泛利用。因此，亟需开发一种绿色、经济、高效的污染场地原位修复技术，对现有修复技术进行改良，提高修复效率、缩短修复周期、降低修复成本，加快对污染场地的修复进程。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法，以解决传统修复方法工程量大、成本和能耗高且易造成二次污染的问题。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0009] 一种基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法，所述污染场地原位修复方法包括：
[0010] 获取待修复区域的基础参数；所述基础参数包括所述待修复区域各个分区的分区面积、分区地下水层厚度、分区土壤总孔隙率及分区数量；
[0011] 根据所述基础参数确定修复工程量；所述修复工程量包括待修复区域内的地下水总量、污染总量及动态地下水循环总水量；
[0012] 根据所述修复工程量确定注射井数量、抽水井数量以及井间距；
[0013] 根据所述注射井数量、所述抽水井数量以及所述井间距在所述待修复区域内布设所述注射井、所述抽水井及所述监测井，形成动态地下水循环井点网络；
[0015] 当所述动态地下水循环稳定实施运行预设时间后，通过所述注射井向所述待修复区域的地下水中注入修复药剂，进行原位微生物或化学还原/氧化处理；
[0016] 采用所述动态地下水循环运行结合所述原位微生物或化学还原/氧化处理的方式对所述待修复区域的污染土壤与地下水进行原位修复。
[0017] 可选的，所述根据所述基础参数确定修复工程量，具体包括：
[0018] 根据所述基础参数，采用公式Vi＝Ai×Hi×θi确定分区地下水量Vi；其中Ai为所述待修复区域各个分区的分区面积；Hi为分区地下水层厚度；θi为分区土壤总孔隙率；
[0019] 根据所述分区地下水量Vi，采用公式 确定分区污染量Mi；其中CW，i为分区地下水中污染物浓度；ρb为饱和土壤的密度；CS，i为分区土壤中污染物浓度；
[0020] 根据所述分区污染量Mi，采用公式 确定待修复区域内的污染总量M；其中n为分区数量；
[0021] 根据所述分区地下水量Vi，采用公式 确定待修复区域内的地下水总量V；
[0022] 根据所述待修复区域内的地下水总量V确定待修复区域内的动态地下水循环总水量。
[0023] 可选的，所述根据所述待修复区域内的地下水总量V确定待修复区域内的动态地下水循环总水量，具体包括：
[0024] 根据所述饱和土壤的密度ρb，采用公式 确定特定污染物在土壤表面的吸附延缓系数Rfoc；其中θ为修复区域土壤总孔隙率，Kd为所述特定污染物在土壤和地下水界面上的分配系数；
[0025] 根据所述特定污染物在土壤表面的吸附延缓系数Rfoc，采用公式确定修复完成所需的待修复区域饱和带土壤孔隙冲刷次数NFT；
其中CGW为修复前地下水中污染物浓度；CCL为修复完成后所需达到的地下水中污染物浓度；
其中CGW为修复前地下水中污染物浓度；CCL为修复完成后所需达到的地下水中污染物浓度；
[0026] 根据所述待修复区域内的地下水总量V及所述修复完成所需的待修复区域饱和带土壤孔隙冲刷次数NFT，采用公式QT＝V×NFT确定待修复区域内的动态地下水循环总水量QT。
[0027] 可选的，所述根据所述修复工程量确定注射井数量、抽水井数量以及井间距，具体包括：
[0028] 根据所述待修复区域内的 动态地下水循环总水量QT，采 用公式确定所述注射井数量nIW；其中qIW为注水试验获取的最大单井注射流
量；t为既定修复周期；
量；t为既定修复周期；
[0029] 根据所述注射井数量nIW，采用公式 确定所述抽水井数量nEW；其中qEW为抽水试验获取的最大单井抽水流量；
[0030] 根据所述注射井数量nIW及所述抽水井数量nEW，采用公式 确定待修复区域内所述注射井和所述抽水井的井间距D；其中A为待修复区域面积。
[0031] 可选的，所述根据所述注射井数量、所述抽水井数量以及所述井间距在所述待修复区域内布设所述注射井、所述抽水井及所述监测井，形成动态地下水循环井点网络，具体包括：
[0032] 根据所述井间距将多口所述抽水井及多口所述注射井等间距均匀布置在所述待修复区域内，将多口所述监测井布置在所述待修复区域内具有污染物代表性浓度水平的位置，形成所述动态地下水循环井点网络。
[0033] 可选的，所述采用所述动态地下水循环井点网络及动态地下水循环系统进行动态地下水循环实施运行，具体包括：
[0034] 采用所述抽水井及所述抽提系统将所述待修复区域内受污染的地下水抽出，抽出的地下水经安装于地面的所述废水处理系统中的污水处理设备进行处理达标后，将处理达标后的地下水通过有选择地使用所述注射井及所述注射系统在特定区域回注入所述待修复区域内受污染的地下水中，形成地下水的动态循环过程。
[0035] 可选的，所述采用所述动态地下水循环井点网络及动态地下水循环系统进行动态地下水循环实施运行，还包括：
[0036] 根据地下水单井抽水流量qEW，i，采用公式 确定地下水日抽水流量qEW，t；其中ni为进行地下水抽取的抽水井数量；
[0037] 根据所述地下水日抽水流量qEW，t，采用公式 确定累计抽水水量QEW；其中t为累计运行时间；
[0038] 根据所述地下水日抽水流量qEW，t、所述累计抽水水量QEW及所述待修复区域内的动态地下水循环总水量QT对所述抽水井的数量、位置及流量进行调整。
[0039] 可选的，所述采用所述动态地下水循环井点网络及动态地下水循环系统进行动态地下水循环实施运行，还包括：
[0040] 根据地下水单井抽水流量qEW，i，采用公式 确定单井污染物日去除总量mi，其中Ci为单井抽取地下水中污染物浓度；
[0041] 根据所述单井污染物日去除总量mi，采用公式 确定多井污染物日去除总量mt；其中ni为进行地下水抽取的抽水井数量；
[0042] 根据所述多井污染物日去除总量mt，采用公式 确定多井污染物累计去除总量m；其中t为累计运行时间；
[0043] 根据所述单井污染物日去除总量mi、所述多井污染物日去除总量mt、所述多井污染物累计去除总量m及所述待修复区域内的污染总量M对所述抽水井的数量、位置及流量进行调整。
[0044] 可选的，所述通过所述注射井向所述待修复区域的地下水中注入修复药剂，进行原位微生物或化学还原/氧化处理，具体包括：
[0045] 根据所述待修复区域面积A，采用公式v＝A×H×θm确定所述注射井的单次注射水量v；其中H为修复地下水厚度；θm为待修复区域土壤可移动性孔隙率；
[0046] 根据所述单次注射水量v，采用公式MReagent＝v×CReagent/103确定修复药剂总量MReagent；其中CReagent为地下水中目标修复药剂浓度；
[0047] 根据所述单次注射水量v及所述修复药剂总量MReagent向所述待修复区域的地下水中注入修复药剂，进行原位微生物或化学还原/氧化处理。
[0048] 可选的，所述通过所述注射井向所述待修复区域的地下水中注入修复药剂，进行原位微生物或化学还原/氧化处理，还包括：
[0049] 使用较低浓度的修复药剂的稀释溶液作为注射溶液进行初始药剂添加，所述注射溶液中修复药剂的添加体积比控制在1％-2％之间；所述修复药剂的添加以整个待修复区域地下水中药剂浓度达到1000至2000mg/L为目标；所述修复药剂的添加频率为每1-3个月一次。
[0050] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0051] 本发明提供一种基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法，所述方法将动态地下水循环和原位微生物或化学还原/氧化等技术进行耦合优化，通过原位微生物或化学还原/氧化将污染物进行修复、固定、解毒，同时通过动态地下水循环系统，既能减少或去除污染总量，又能在水力冲刷作用下提高其脱附作用，同时还有利于提高修复药剂在地下环境中的传输及分布。本发明污染场地原位修复方法充分发挥这些技术各自的特长并弥补其不足，在污染总量减量的同时进行微生物或化学还原/氧化、固定及解毒，提高了原位修复效率，降低了成本和能耗，缩短了修复周期。附图说明
[0052] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0053] 图1为本发明提供的部分污染物修复过程中微生物反应机理示意图(以六价铬、氯代烃及石油烃为示例)；其中图1(a)为六价铬微生物还原反应机理示意图；图1(b)为氯代烃微生物降解反应机理示意图；图1(c)为石油烃微生物降解反应机理示意图；
[0054] 图2为本发明提供的基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法的实施过程示意图；
[0055] 图3为本发明提供的基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法的流程图；
[0056] 图4为本发明提供的动态地下水循环的工作原理示意图；
[0057] 图5为本发明提供的污染土壤与地下水原位修复井点分布图例；
[0058] 图6为本发明提供的污染土壤与地下水原位修复井点优化示意图；
[0060] 图8为本发明实施例提供的铬污染场地原位微生物修复微生物群落组成示意图。
具体实施方式
[0061] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062] 本发明提供一种创新的基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法，以解决传统修复方法工程量大、成本和能耗高且易造成二次污染等问题；同时，在动态地下水循环系统作用下，将污染物进一步从地下环境中去除，从而提高修复效率。
[0063] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0064] 本发明提供的是一种基于动态地下水循环和原位微生物及化学还原/氧化的污染场地(包括污染土壤与地下水)原位修复方法，通过原位微生物或化学还原/氧化将污染物进行修复、固定、解毒，同时通过动态地下水循环系统，减少或去除污染总量，提高污染物的脱附能力，以及修复药剂在地下环境中的传输及分布。
[0065] 本发明方法是一种通过对原位微生物或化学还原/氧化及动态地下水循环进行耦合优化而形成的创新的污染场地原位修复方法。本发明中污染物原位微生物或化学还原/氧化的修复技术原理在于通过在污染地下水中引进修复药剂(例如使用有机碳源强化微生物还原、使用具有氧化性的无机药剂强化微生物氧化、使用化学还原/氧化剂实现化学还原/氧化作用)，激发原位微生物的生长、代谢活动及化学还原/氧化作用过程，对污染场地进行治理，具体修复原理主要包括以下方面：
[0066] (1)修复药剂的引入：向污染的土壤和地下水中引进可生物降解的有机碳源(本发明采用甲醇、乙醇、工业糖浆等有机碳制剂)或具有氧化性的无机药剂(本发明采用硫酸根盐、硝酸根盐、过硫酸盐等无机药剂)或具有还原性的无机药剂(本发明采用纳米零价铁等无机药剂)，促进污染物的微生物或化学还原/氧化反应。
[0067] (2)微生物或化学还原/氧化：通过微生物生长、代谢及有机碳源发酵分解产生可作为强还原剂的电子，对污染物进行还原(污染物为电子受体)，或者通过微生物生长、代谢利用具有氧化性的无机药剂所提供的电子，对污染物进行氧化(污染物为电子供体)，或者通过化学氧化还原药剂氧化还原降解污染物，降低污染物浓度，将毒性高的污染物还原为毒性低的污染物或去除污染物。针对重金属的修复，通过地下水中原有或通过还原/氧化反应产生的离子(本发明利用亚铁离子、锰离子、硫离子、氢氧根离子等)与重金属污染物经微生物还原/氧化后的产物进行化学沉淀、络合、共沉淀等反应将重金属永久地固定至土壤颗粒表面，以完成对重金属污染场地的原位微生物修复。
[0068] 其中，原位微生物生物还原及氧化对几种常见污染物(重金属六价铬、氯代烃及石油烃)的反应机理如图1所示。
[0069] 本发明中动态地下水循环的修复技术原理是通过对污染地下水进行抽取以达到土壤和地下水中污染总量减量的目的，抽出的地下水经安装于地面的处理设备(例如气浮、活性炭过滤、化学还原/氧化沉淀工艺等)进行处理达标后通过有选择地使用注射井在特定区域回注入污染地下水中，在维持对污染土壤进行冲刷而促进土壤表面吸附的污染物脱附、去除的同时，定向提高修复区域内地下水局部水力梯度(注射井和抽水井之间、高浓度与低浓度区域之间)，增强抽水去除及总量减量效率。
[0070] 图2为本发明提供的基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法的实施过程示意图。参见图2，本发明在污染场地修复中的实施主要通过以下几个步骤完成：(1)修复工程量计算；(2)抽水、注射及监测井点设计、布置及安装；(3)动态地下水循环运行；(4)修复药剂添加；(5)修复效果监测及评估；(6)修复实施优化。
[0071] 图3为本发明提供的基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法的流程图。图4为本发明提供的动态地下水循环的工作原理示意图。本发明所述原位修复方法基于动态地下水循环井点网络及动态地下水循环系统实施，所述动态地下水循环井点网络包括注射井、抽水井和监测井，如图5所示。所述动态地下水循环系统包括注射系统、抽提系统、自控系统和废水处理系统等必要设备。
[0072] 参见图3，本发明提供的基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法具体包括：
[0073] 步骤301：获取待修复区域的基础参数。
[0074] 所述基础参数包括所述待修复区域各个分区的分区面积Ai、分区地下水层厚度Hi、分区土壤总孔隙率θi及分区数量n。
[0075] 步骤302：根据所述基础参数确定修复工程量。
[0076] 本发明修复工程量的计算基于特定场地的场地概念模型、污染物的浓度、分布及具体的场地修复目标，包括待修复区域内的地下水总量V、污染总量M及动态地下水循环总水量QT等几个方面。具体计算方法如下:
[0077] (2.1)污染物通常主要以溶解态存在于地下水中或以固态吸附于土壤颗粒表面，气态污染物总量较小，一般可以忽略。由于土壤和地下水中的污染物分布具有不均一性，本发明中污染总量根据现场采样获取的地下水及土壤中污染物的浓度，并根据场地特性进行分区、汇总计算获得，各个分区的面积大小、厚度及分区数量可根据污染物浓度的水平及纵向分布分别来确定。所述地下水总量V和污染总量M的具体计算方法如下：
[0078] Vi＝Ai×Hi×θi (1)
[0079]
[0080]
[0081]
[0082] 上式(1)-(4)中：Vi为分区地下水量(m3)，Ai为分区面积(m2)，Hi为分区地下水层厚度(m)，θi为分区土壤总孔隙率，CW,i为分区地下水中污染物浓度(mg/L)，CS,i为分区土壤中3
污染物浓度(mg/kg)，ρb为饱和土壤的密度(kg/m)，Mi为分区污染量(kg)，M为待修复区域污染总量(kg)，n为分区数，V为待修复区域内地下水总量(m3)。
污染物浓度(mg/kg)，ρb为饱和土壤的密度(kg/m)，Mi为分区污染量(kg)，M为待修复区域污染总量(kg)，n为分区数，V为待修复区域内地下水总量(m3)。
[0083] 污染总量M作为本发明修复工程设计及效果评估的关键参数之一，将在修复实施过程中定期进行计算更新，以对修复设计、实施运行及效果评估提高参照。
[0084] (2.2)修复过程中动态地下水循环通过抽水、注射的连续运行，对污染地下水和土壤持续进行冲刷，通常需要经过循环多个待修复地下水总量的的体积后才能完成对污染地下水和土壤的处理，达到修复目标。修复过程中所需动态地下水循环总水量可根据污染地下水中的污染物浓度及土壤的吸附特性通过下列公式计算获得：
[0085]
[0086]
[0087] QT＝V×NFT (7)
[0088] 式(5)-(7)中：Rfoc为特定污染物在土壤表面的吸附延缓系数，ρb为饱和土壤的密度(kg/L)，θ为修复区域土壤总孔隙率，Kd为该污染物在土壤和地下水界面上的分配系数(L/kg)，NFT为修复完成所需的待修复区域饱和带土壤孔隙冲刷次数，CGW为修复前地下水中污染物浓度(mg/L)，CCL为修复完成后所需达到的地下水中污染物浓度(mg/L)；QT为达到修复目标的总的循环水量(m3)，即动态地下水循环总水量；V为待修复区域内地下水总量(m3)。
[0089] 修复过程中所需动态地下水循环总水量QT作为本发明修复工程设计的关键参数之一，将对抽水、注射井点的设计、布置提供关键技术依据。
[0090] 步骤303：根据所述修复工程量确定注射井数量、抽水井数量以及井间距。
[0091] 在修复工程量计算确定的基础上，本发明实施的下一个步骤是对修复实施所需的井点(抽水井、注射井及监测井)进行设计、布置及安装。注射井、抽水井的数量、布局将根据待修复区域的面积大小，地下水层深度及厚度，污染特性、浓度及总量，场地地质水文条件，污染的修复目标浓度以及既定修复周期进行设计。具体方法如下：
[0092] (3.1)在整体实施之前，通过在修复区域地下水中安装单个或多个注射井及抽水井，分别进行注水和抽水试验，以获得最大单井注射及抽水流量。实际运行中的抽水及注射流量不应高于通过抽水及注射试验获取的最大地下水抽取流量和最大注射流量。最大单井注射流量为实际注射试验中所能达到的不造成土壤结构变化(由于压力过大导致土层出现裂隙)的最大的注射流量，最大单井抽水流量为造成最大水位降低、但抽水井未被抽干时的抽水流量。通过抽水试验获取的最大单井抽水流量，可以通过下列公式计算土壤渗透系数(Kh)并用于更新场地概念模型：
[0093]
[0094]
[0095] 式(8)、(9)中：Kh为土壤渗透系数(m/day)，qEW为最大单井抽水流量(m3/hr)，r1和r2分别为两个监测点距离抽水井的距离(m)，h1和h2分别为这两个监测点地下水水头(m)。
[0096] (3.2)本发明的井点设计首先进行所需注射井数量的计算。完成修复所需注射井数量根据达到修复目标所需的总的循环/注射水量(通过步骤102的公式(7)计算获得)、既定修复周期及最大单井注射流量(注射试验获得)，通过以下公式计算确定：
[0097]
[0098] 式(10)中：nIW为注射井数量，QT为达到修复目标的总的循环/注射水量(m3)，qIW为注水试验获取的最大单井注射流量(m3/hr)，t为既定修复周期(日)。
[0099] (3.3)为达到待修复区域地下水总量平衡的目的，设计总抽水流量应与总注射流量相同。在计算得到注射井数量nIW后，完成修复所需抽水井数量nEW可以通过以下公式计算确定：
[0100]
[0101] 式(11)中：nEW为抽水井数量，nIW为注射井数量，qIW为注射试验获取的最大单井注3 3
射流量(m/hr)，qEW为抽水试验获取的最大单井抽水流量(m/hr)。
射流量(m/hr)，qEW为抽水试验获取的最大单井抽水流量(m/hr)。
[0102] (3.4)注射井、抽水井的位置布局根据修复关键技术需求来确定：当修复以动态地下水循环及总量减量为主时，抽水井安装在高浓度区域(或地下水污染区域中心)，注射井安装在低浓度区域(或地下水污染区域边缘)；当修复以原位生物降解为主时，注射井安装在高浓度区域(或地下水污染区域中心)，抽水井安装在低浓度区域(或地下水污染区域边缘)。
[0103] (3.5)在本发明的设计过程中，考虑到抽水井与注射井在未来运行过程中可能进行功能互换，抽水井及注射井的点位布置将等间距均匀布置在待修复区域内。与常规注射井与抽水井间距的计算方法不同，本发明中井与井之间的距离将由待修复区域的面积及注射井/抽水井总数量而决定。典型抽水井及注射井的点位布置如图5所示。注射井和抽水井的井间距可通过下列公式计算获得：
[0104]
[0105]
[0106] 式(12)和(13)中：A为待修复区域面积(m2)，D为修复区域内注射井和抽水井的井间距(m)，nEW为抽水井数量，nIW为注射井数量。
[0107] 步骤304：根据所述注射井数量、所述抽水井数量以及所述井间距在所述待修复区域内布设所述注射井、所述抽水井及所述监测井，形成动态地下水循环井点网络。具体包括：
[0108] (4.1)根据所述井间距将多口所述抽水井及多口所述注射井等间距均匀布置在所述待修复区域内。
[0109] (4.2)将多口所述监测井布置在所述待修复区域内具有污染物代表性浓度水平的位置，形成所述动态地下水循环井点网络。
[0110] 所述监测井的数量及安装位置将根据修复项目目标，由修复区域的范围、污染物浓度、分布以及未来潜在的抽水、注射点位而确定。本发明在具有污染物代表性浓度水平的位置(例如高、中、低及周边无污染区域)均设置3-5口监测井，以对修复过程中不同区域、不同浓度条件下的修复进程进行监测、评估。监测井还将安装在未来可能进行抽水及注射的区域，可转化为抽水井或注射井。典型监测井的点位布置如图5所示。实际监测井数量和位置可根据场地实际条件进行调整。
[0111] (4.3)本发明中注射井、抽水井及监测井的设计安装将按照相同的方式(如下4.4所述)进行，以便于在修复实施过程中对井的使用进行更改。在修复实施运行及优化过程中，抽水井可以改为注射井，而监测井可以改为注射井或抽水井。
[0112] (4.4)本发明中注射井、抽水井及监测井的安装使用直径为115mm的不锈钢或PVC材料制造的筛管及115mm的PVC材料制造的给水管。筛管安装于地下水中受污染的纵向范围，总长度通常不大于10m。当污染地下水的纵向范围厚度大于10m时，将在同一点位安装多个井(筛管)以覆盖整个污染纵向范围厚度。同一点位的不同井间应相隔1-2m的距离。
[0113] 步骤305：采用所述动态地下水循环井点网络及动态地下水循环系统进行动态地下水循环实施运行及污染总量减量。
[0114] 当修复实施所需的井点设计并安装完成后，首先进行动态地下水循环的运行。动态地下水循环运行所需硬件设备为本发明建立的所述动态地下水循环井点网络及动态地下水循环系统；所述动态地下水循环系统包括注射系统、抽提系统、自控系统和废水处理系统等必要设备。本发明在动态地下水循环运行过程中，需要根据污染地下水修复效果，不断对地下水的抽取进行优化、调整，以达到最佳修复效果。具体运行方法如下：
[0115] (5.1)采用所述抽水井将所述待修复区域内受污染的地下水抽出，抽出的地下水经安装于地面的污水处理设备进行处理达标后，将处理达标后的地下水通过有选择地使用所述注射井在特定区域回注入所述待修复区域内受污染的地下水中，形成地下水的动态循环过程，实现污染总量减量。
[0116] (5.2)在动态地下水循环实际运行过程中，需要对地下水即时及累计抽取流量进行监测及计算，并与设计阶段计算出的总的地下水循环水量QT进行比较，以对抽水井的运行的数量、位置及流量进行调整，在污染物浓度较高的区域提高抽水流量，增加局部水力梯度，以获得在最短的运行周期内获得最大的抽水效率。地下水日抽水流量及累计抽水流量，通过下列公式计算获得：
[0117]
[0118]
[0119] 式(14)和(15)中：qEW,t为地下水日抽水流量(m3)，qEW,i为地下水单井抽水流量(m3/d)，QEW为累计抽水水量(m3)，ni为进行地下水抽取的抽水井数量，t为累计运行时间(d)。
[0120] (5.3)在动态地下水循环实际运行过程中，需要对地下水污染的去除进行监测及计算，并与设计阶段计算出的总的污染总量M进行比较，以对抽水井的运行的数量、位置及流量进行调整，在污染物浓度较高的区域提高抽水流量，增加污染总量减量效率及局部水力梯度，以获得在最短的运行周期内获得最大的污染总量减量及药剂的传输与分布效率。地下水中污染总量减量可通过抽水流量及抽取出的地下水中污染物浓度以下列公式计算获得：
[0121]
[0122]
[0123]
[0124] 式(16)-(18)中：mi为单井污染物日去除总量(kg)，qEW,i为地下水单井抽水流量(m3/d)，Ci为单井抽取地下水中污染物浓度(mg/L)，mt为多井污染物日去除总量(kg)，m为多井污染物累计去除总量(kg)，ni为进行地下水抽取的抽水井数量，t为累计运行时间(d)。
[0125] (5.4)在本发明修复实施的初期阶段，仅使用动态地下水循环进行水力冲刷、脱附及抽水回收处理运行，实现污染总量减量，降低地下水中污染物的浓度。稳定运行一段时间后，开始在注射溶液中添加修复药剂，在动态地下水循环运行的同时，促进原位微生物或化学还原/氧化，加快修复进程，提高修复效果。
[0126] 步骤306：当所述动态地下水循环稳定实施运行预设时间后，通过所述注射井向所述待修复区域的地下水中注入修复药剂，进行原位微生物或化学还原/氧化处理。
[0127] 如步骤(5.4)所述，当系统稳定运行一段时间后，开始在注射溶液中添加修复所需药剂(例如有机碳制剂、具有还原性/氧化性的无机药剂)，在动态地下水循环运行的同时，促进原位微生物或化学还原/氧化。本发明中原位微生物或化学还原/氧化处理技术的设计、实施及运行主要通过修复药剂的引入来实现。修复药剂的引入通过注射井进行，其添加量、添加浓度及添加频率根据地下水中修复药剂的浓度、药剂在原位微生物或化学还原/氧化修复过程中的消耗、以及地下水中的地质化学条件进行动态调整。具体动态调整方法如下：
[0128] (6.1)本发明使用较低浓度的修复药剂的稀释溶液作为注射溶液进行初始药剂添加，注射溶液中修复药剂的添加体积比控制在1％-2％之间。较低的修复药剂添加浓度便于在注射过程中保证药剂的安全使用及操作(例如防止有机碳制剂的挥发而在周边空气中形成易爆炸性危险环境)，并防止由于过度添加而可能造成的微生物过度生长及土壤孔隙生物堵塞现象。
[0129] (6.2)本发明中修复药剂的添加以整个修复区域地下水中药剂浓度达到1000至2000mg/L为目标。在这个浓度下，既可以提供足够的药剂在注射间歇期间能够维持较高的微生物活性或化学还原/氧化反应动力学速率，也可以防止微生物过度生长及由此造成的土壤孔隙的堵塞现象。
[0130] (6.3)在本发明的实施过程中，动态地下水循环连续进行，而修复药剂的添加以间歇式进行：当完成修复药剂在待修复区域中可移动孔隙率中的传输和分布后(根据监测井取样分析的药剂浓度数据确定)，停止药剂添加，而动态地下水循环将继续运行。因此，单次注射溶液总量与整个地下水修复区域中可移动性渗透孔隙总的地下水总量相同。单次注射溶液总量及达到地下水中修复药剂目标浓度(1000至2000mg/L)的单次注射修复药剂总量可通过以下公式计算获得：
[0131] v＝A×H×θm (19)
[0132] MReagent＝v×CReagent/103 (20)
[0133] 式(19)和(20)中：v为单次注射水量(m3)，A为修复区域面积(m2)，H为修复地下水厚度(m)，θm为修复区域土壤可移动性孔隙率，MReagent为修复药剂总量(kg)，CReagent为地下水中目标修复药剂浓度(mg/L)。
[0134] 根据所述单次注射水量v及所述修复药剂总量MReagent向所述待修复区域的地下水中注入修复药剂，进行原位微生物或化学还原/氧化处理。
[0135] (6.4)修复实施过程中根据修复药剂在修复区域地下水中的消耗情况进行不断的补充添加，以维持地下水中修复药剂的浓度不低于能够促进微生物生长、代谢或化学还原/氧化的经验最低有效浓度100mg/L。
[0136] (6.5)修复药剂的添加频率通常设计为每1-3个月进行一次，当地下水监测数据显示修复药剂浓度低于100mg/L时进行药剂的添加注射。实际添加频率可根据地下水中修复药剂的实时取样分析结果进行调整。
[0137] (6.6)在不进行修复药剂添加时，地下水抽取、地面系统处理及经处理后的水的注射将连续运行，在增进已经注射的修复药剂的传输与分布的同时，持续对地下水及土壤中污染物的冲刷及总量减量去除。
[0138] 步骤307：采用所述动态地下水循环运行结合所述原位微生物或化学还原/氧化的方式对所述待修复区域的污染土壤与地下水进行原位修复。
[0139] 在使用本发明原位修复方法进行污染土壤及地下水修复实施过程中，需要对抽水、注射、修复药剂添加等系统运行及地下水中污染物浓度进行实时和定期监测，根据监测数据对修复效果进行评估，并据此对系统运行参数进行优化、调整，以提高修复效率。修复效果监测及评估的具体方法如下：
[0140] (8.1)系统运行参数监测：系统运行参数包括单井及总抽水流量、累计抽水流量；单井及总注射流量、累计注射流量。系统运行参数的监测通过安装于系统中的流量计、流速表等进行读数，每日进行一次。
[0141] (8.2)修复药剂添加参数：修复药剂添加参数包括添加浓度及累计添加量。修复药剂添加参数的监测通过记录修复药剂溶液的使用体积和注射流量，每日计算获得。
[0142] (8.3)抽取地下水中水质参数：抽取地下水中水质参数包括抽水单井中污染物浓度及修复药剂浓度。抽取地下水中水质参数通过安装于抽水管道中的取样口取样，送交专业实验室进行分析，每周进行1-2次。
[0143] (8.4)地下水水质参数：地下水水质参数包括污染物，亚铁、锰离子、硫离子等还原性离子，总有机碳(TOC)，硫酸根离子、硝酸根离子，溶解氧、氧化还原电位、pH值、电导率、温度、浊度等现场水质参数，以及地下水水位埋深。地下水水质参数通过在所有地下水监测井中取样，送交专业实验室进行分析或在现场读取(现场参数)，每1-2周进行一次。
[0144] (8.5)其他相关水质参数：其他相关水质参数将根据现场具体情况进行确定。
[0145] (8.6)实际系统运行及地下水监测参数及频率可根据修复实施进程及效果评估结果进行调整。例如，当修复效果趋于稳定时，地下水水质参数监测频率可降低到每1-2月进行一次；当地下水中还原条件持续稳定时，可以停止对亚铁、锰离子、硫离子等还原性离子的取样监测。
[0146] 此外，还需要对本发明原位修复方法的修复过程进行动态调整及优化。本发明是一种通过对原位微生物或化学还原/氧化及动态地下水循环这些技术进行耦合优化而形成的创新的污染土壤及地下水原位修复方法，其中注射井及抽水井的具体使用可根据污染土壤及地下水原位修复进程及修复效果监测、评估进行动态调整、优化，以实现对污染物的抽出去除及污染区域土壤和地下水冲刷作用的最大化。具体动态调整及优化方法如下：
[0147] (9.1)在修复实施过程中，对修复区域抽水井抽出流量按照步骤(8.1)所述的方法进行定期监测，按照步骤305(5.2)的方法计算日抽水流量(qEW,t)及累计抽水水量(QEW)。根据qEW,t及QEW数据，实时调整注射井的选用(注射与否)及各个注射井注射流量的大小，增强整体和局部水力梯度(抽水井与注射井之间的地下水水位差)，提高各个抽水井的单井抽水流量(根据步骤103(3.1)中公式所示)，并最终达到提高qEW,t及QEW的目的。
[0148] (9.2)在修复实施过程中，对修复区域抽水井抽出的地下水中污染物浓度按照步骤(8.4)所述的方法进行定期监测，定期根据实际运行抽水井的抽水流量及抽出地下水中污染物的浓度，通过步骤305(5.3)中的公式计算单日污染物去除量(mt)及累计污染物去除总量(m)。根据地下水中污染物浓度的变化以及累计去除污染物总量，调整抽水井的选用及抽水流量的大小，最大限度地提高mt及m。例如，在满足地下水总量平衡及系统处理水量能力的前提下，优先选用位于高浓度区域中的井进行抽水，优先提高浓度高的抽水井中的抽水流量，提高步骤305的(5.3)步骤公式中的Ci及qEW,i，提高污染物总量去除及减量的效率。
[0149] (9.3)在修复实施过程中，对修复区域地下水中以及抽水井抽出的地下水中修复药剂浓度及其它水质参数按照步骤(8.2)、(8.3)所述的方法进行定期监测，根据地下水中修复药剂及其它还原性离子的传输、分布及消耗，对药剂的添加比例、添加量及添加频率进行调整，以此强化并控制微生物活性及或化学还原/氧化反应动力学速率，提高原位生物或化学还原/氧化修复的效率。具体方法如下：
[0150] (9.3.1)如果在前次修复药剂注射1-3个月后其在地下水中浓度仍大于100mg/L，那么下次修复药剂的添加注射可适当推迟(例如推迟1、2月再进行)，直到地下水监测数据显示药剂浓度降低到100mg/L以下再进行。
[0151] (9.3.2)在降低修复药剂添加频率的同时，也可以降低注射溶液中修复药剂添加的浓度，将添加浓度从1-2％体积比降低到0.5-1％体积比，以达到在维持足够修复药剂的同时，减小造成过度生物生长、堵塞的可能性。
[0152] (9.3.3)在某些条件下，即使修复药剂的浓度降低到100mg/L以下时，微生物自身的生长、代谢仍可维持适合于污染物微生物降解的有利条件，或化学还原/氧化方应仍可以继续进行，修复药剂的注射添加频率也可进行调整，适当延迟直至地下水监测数据显示污染物的降解无法进行时再进行添加。地下水中的氧化/还原条件将通过地下水中亚铁、锰、硫等还原态离子的浓度及其在修复区域地下水中的分布的监测数据进行确定。
[0153] (9.4)在修复实施过程中，由修复实施初期从地下水污染羽周边低浓度区域进行注射，到根据地下水中污染物浓度的变化，调整注射位置，不断开始使用更加接近污染羽中心或抽水井位置的井进行注射及修复药剂的添加，实现对污染羽范围有针对性的压缩。抽水及注射井点位置的优化示意如图6所示，具体方法如下：
[0154] (9.4.1)修复初期：使用污染羽中心(污染浓度高)的井进行抽水、污染羽边缘(污染浓度低)的井进行注射，对整个污染羽进行修复治理。
[0155] (9.4.2)修复中期：污染羽边缘区域由于污染物浓度低、修复药剂比较充裕(与注射井较近)、水力冲刷效果较为明显，因此首先达到修复目标。因此，在继续在污染羽中心进行抽水的同时，停止使用污染羽边缘的井进行注射，开始使用污染羽内部的井进行注射，加强对污染羽中心部位的修复。
[0156] (9.4.3)修复后期至修复末期：与修复中期相似，使用更为接近污染羽中心的井进行注射，进一步压缩污染羽的范围，最终完成对整个污染羽的修复工作。
[0157] (9.5)在本发明的实施过程中，如果监测数据显示地下水中自然存在的微生物群落生长缓慢或需要较长时间对特定污染物的处理进行激活、适应，可根据需要通过在注射水中添加人工驯化的针对该污染物修复的功能性微生物菌群，这些功能性微生物菌群可以包括但不限于下述还原菌：枯草芽孢杆菌(Bacillus subtillis)、硫酸盐还原菌(Desulfovibrio desulfuricans)、阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)、产黄纤维单胞菌(Cellulomonasflavigena)、产黄假单胞菌(Pseudomonas synxantha)、微杆菌(Microbacterium sp)等。将对特定污染物具有最佳处理效果的微生物菌种引入待修复污染场地中，可进一步提高原位微生物降解的修复效率。
[0158] 本发明为一种基于动态地下水循环和原位微生物及化学还原/氧化的原位修复方法，通过对污染地下水进行抽出处理，将污染物从地下环境中抽出去除，达到地下环境中总量减量的目的，克服了传统原位修复技术无法将污染从环境中移除的难题；同时，将抽取的地下水进行处理达标后添加修复药剂并回注入地下水环境中，促进地下水环境中微生物的快速生长及代谢或化学还原/氧化方应动力学速率，将高毒性、高溶解性的污染物还原或氧化为无毒性或低毒性、低溶解性的反应终产物，以完成对土壤和地下水中污染的原位微生物修复。
[0159] 本发明通过抽水井抽取污染地下水并在处理达标后通过注射井回注入修复区域中来完成地下水的动态循环。与常规的地下水抽取或药剂注射修复方法相比，本发明着重于在修复实施过程中对地下水抽取、处理、修复药剂添加、注射系统的运行参数进行即时动态调整实现对修复进程及效果的实时优化。
[0160] 当采用在修复区域中心(高污染物浓度区域)抽水、周边(低污染物浓度区域)注射的井点布局时，处理水及修复药剂的注射可以根据修复进程及地下水监测结果从位于修复区域周边的注射井开始，逐步向修复区域中心或区域内部其它高污染物浓度区域转移。与常规原位修复方法相比，这种对注射井点的动态调整能够在持续进行有目的性、方向性地压缩地下水中污染羽的范围的同时，保持修复药剂的注射始终在污染物浓度较高的区域进行，提高修复药剂的使用效率。
[0161] 对动态地下水循环运行方法的引入，大大增加修复区域内地下水局部水力梯度(例如在注射井和抽水井之间的水位差)，提高抽水井的抽水流量及地下水中污染总量减量的速率；同时，在加强地下水对污染土壤的冲刷作用下，促进吸附在土壤颗粒物表面的污染物的脱附、溶解及去除。与之相对应，动态地下水循环的实施所带来的水力控制上的优势，一方面可以防止污染物通过地下水的迁移进一步扩散的同时，对目标污染修复区域进行集中处理，另一方面可以有效地加快修复药剂在修复区域土壤和地下水中的传输并保证其分布的均一性、定向性，在加快生物生长、代谢及反应速率的同时，提高修复药剂的利用效率，并防止由于修复药剂分布不均所造成的不完全修复(例如污染物浓度在修复结束后的反复升高)。
[0162] 本发明适用于各种不同的污染物，对被重金属六价铬、氯代烃及石油烃等污染的土壤和地下水的修复效果最佳。
[0163] 此外，与常规原位修复技术相比，基于动态地下水循环和原位微生物或化学还原/氧化的修复由于修复实施及处理效率的大大提高，所需要的注射、抽水井的数量以及修复药剂的总需求量都将大大降低，在提高修复效率的同时，节约了成本。通过动态地下水循环进行实施可在避免外界水源的注入并维持修复区域地下水总量平衡的同时，避免或减少使用清洁水进行药剂混合及注入，使本技术更为“绿色”环保。
[0164] 综上所述，本发明提供的修复技术操作简单、成本低廉、效果明显，对地下水无二次污染，应用于污染场地的原位修复，在经济和技术上与其它修复技术相比具有较高的可行性。
[0165] 实施例
[0166] 下面通过一个实施例说明本发明基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法的具体实施过程。
[0167] 本实施例选取具有代表性的某铬污染场地进行基于动态地下水循环和原位微生物还原的铬污染土壤与地下水修复的实施、运行及监测，对本发明方法进行了有效性的评估。该铬污染场地修复区域面积约为900m2，受铬污染地下水垂直范围为地下10-25m。地下水中铬主要以Cr(VI)的形式存在，浓度高，在500-2000mg/L范围之间。
[0168] 井点布置采用待修复区域中心抽水、周边注射的布井方式(如图5所示)，包括抽水井(图5中用EW表示)5口、注射井(图5中用IW表示)8口、监测井(图5中用MW表示)7口。修复运3
行初期首先通过抽水试验和注水试验，确定了单井抽水流量和注射流量分别为3m /hr和
2m3/hr。随后进行了基于动态地下水循环和原位微生物还原的修复的实施运行，抽水井中自动化连续抽水运行约70天，在此期间，使用处理达标后的地下水(回水)、自来水或二者的混合水连续注射运行约20天，以及有机碳制剂添加注射连续运行约10天。
行初期首先通过抽水试验和注水试验，确定了单井抽水流量和注射流量分别为3m /hr和
2m3/hr。随后进行了基于动态地下水循环和原位微生物还原的修复的实施运行，抽水井中自动化连续抽水运行约70天，在此期间，使用处理达标后的地下水(回水)、自来水或二者的混合水连续注射运行约20天，以及有机碳制剂添加注射连续运行约10天。
[0169] 乙醇作为有机碳源在修复实施中进行添加，添加程度以达到地下水中不造成由于过度添加所导致的生物堵塞或发酵气体堵塞的经验最高TOC浓度2000mg/L为目标，同时考虑乙醇添加操作及存储的便利及安全，采用在注射水中的间歇式自动添加稀释乙醇溶液的方式进行。具体添加方式为每天在注射水中按照0.5％的体积比进行4小时自动乙醇添加，剩余的20小时注射水中不进行乙醇添加，只进行处理达标后的地下水(回水)、自来水或二者的混合水连续注射运行。通过使用未添加乙醇的注射水进行注射可以大大降低有机碳发酵所造成的土壤孔隙生物堵塞及气体堵塞的可能性。
[0170] 该铬污染场地基于动态地下水循环和原位微生物还原的修复效果如图7所示。图7中的数据采集自位于修复区域右侧、在区域中心抽水井和周边注射井之间的监测井MW-04(如图5所示)。从图7可以看出，在动态地下水循环原位生物修复启动初期，注射水中未添加乙醇，监测井MW-04中地下水Cr(VI)浓度开始明显降低，从超过600mg/L降低到100mg/L以下。然而，当去除率达到90％左右后，去除效果能够维持相对稳定，但难以进一步提高。随后进行了乙醇的添加、注射，监测井MW-04中地下水TOC的浓度达到了目标值2000mg/L左右，实现了有效的有机碳源的传输及分布。随后观察到地下水中Cr(VI)浓度在MW-04中继续降低，在乙醇添加开始后一个月到整个修复实施监测工作结束时为止，该监测井地下水中Cr(VI)的浓度进一步大幅度降低并稳定维持在国家IV类水质标准以下。
[0171] 图8为乙醇注射前后在MW-04号监测井所取地下水样品中的微生物群落在中门水平上的组成，主要包括变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、Saccharibacteria和TM6_Dependentiae。由图8中的数据可以看出，变形菌门(Proteobacteria)的丰度从修复前的73％增加到了修复后87％，说明有机碳源(乙醇)的注入促进了功能微生物的生长，进一步表明了在此过程中微生物对六价铬的还原起到了主要的作用。
[0172] 在修复实施初期的动态地下水循环运行(未添加有机碳源)过程中，溶解态的Cr(VI)通过地下水的抽取及处理水的回注冲刷而得到大大降低；然而当由此形成的Cr(VI)去除速率与吸附在土壤颗粒表面的Cr(VI)的脱附速率达到平衡时，地下水中的Cr(VI)浓度无法进一步降低。这一现象同时表明污染区域土壤中仍存在铬污染源。当引入有机碳源后，原位微生物还原反应过程得到激发，在加快以吸附态存在的Cr(VI)脱附的同时，通过微生物生长、代谢对Cr(VI)进行微生物还原处理，进一步提高了Cr(VI)的去除效率，并同时对污染源进行原位处理；初期的未添加有机碳源的动态地下水循环运行大大降低了生物修复所需要处理的Cr(VI)浓度，降低了高浓度Cr(VI)对微生物生长、代谢活动的冲击、限制和延迟，使得原位生物修复能在短期内达到铬污染修复的目标。当地下水监测结束时，地下水中TOC的浓度已经降低到接近基线水平，微生物的生长和代谢水平下降；然而此时并未观测到Cr(VI)浓度的反弹，证明污染源已经通过原位修复得到完全处理，铬污染场地修复目标成功完成。
[0173] 在该铬污染场地进行的铬污染场地的原位修复表明本发明提供的修复技术操作简单、成本低廉、效果明显，对地下水无二次污染，应用于铬污染场地的原位修复，在经济和技术上具有较高的可行性。
[0174] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0175] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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