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污染场地控制与修复
课程设计
学生姓名 郝飞 班级 四班 学号 64110401 专 业 环境工程 指导教师 董军、秦传玉
目录
1 设计条件及任务 ........................................................................................................................... 3
1.1 设计条件 ............................................................................................................................ 3
1.1.1 场地历史发展概况 ................................................................................................. 3 1.1.2当地的气象水文特征 .............................................................................................. 3 1.1.3 场地的水文地质条件 ............................................................................................. 3 1.2 设计任务 ............................................................................................................................ 4 2 污染场地分析 ............................................................................................................................... 7
2.1.2场地的水文地质条件 .............................................................................................. 7
三 污染概况 ................................................................................................................................... 10
3.1制造工艺 ........................................................................................................................... 10 3.2污染物种类 ....................................................................................................................... 12 3.3目标污染物的性质 ........................................................................................................... 13
3.3.1硝基苯的性质 ........................................................................................................ 13 3.3.2氯苯的性质 ............................................................................................................ 14
4 地下水污染检测 ......................................................................................................................... 14
4.1地下水监测点的布设 ....................................................................................................... 14
4.1.1布设原则 ................................................................................................................ 14 4.1.2详细布设 ................................................................................................................ 15 4.2场地污染现状分析 ........................................................................................................... 15 4.3监测井的设计 ................................................................................................................... 17
4.3.1监测井深度设计 .................................................................................................... 17 4.3.2井管管材选择 ........................................................................................................ 17 4.3.3监测井开口井径设计 ............................................................................................ 18 4.3.4沉淀管设计 ............................................................................................................ 18 4.4.5过滤管的设计 ........................................................................................................ 19 4.4.5.2过滤器设计 ......................................................................................................... 19 4.4.6 封闭和止水设计 ................................................................................................... 20 4.4.7井壁高度要求 ........................................................................................................ 20
5 地下水污染控制和修复方案 ..................................................................................................... 21
5.1污染控制技术的选择 ....................................................................................................... 21
5.1.1抽水井的布设及设计 ............................................................................................ 21 5.2污染修复技术选择的原则 ............................................................................................... 24
5.2.1筛选步骤与原则 .................................................................................................... 24 5.3可应用修复技术 ............................................................................................................... 25
5.3.1抽出—处理技术（Pump and Treat） ................................................................... 25 5.3.2原位地下水曝气（AS） ....................................................................................... 25 5.3.3循环井（GCW） .................................................................................................. 26 5.3.4可渗透反应屏障技术（PRB) ............................................................................... 27 5.3.5原位反应带技术（IRZ） ................................................................................... 27
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5.3.6自然衰减技术（NA） .......................................................................................... 27
6 修复方案的确定及其设计 ......................................................................................................... 28
6.1 修复技术的评估 .............................................................................................................. 28
6.1.1 修复技术的评分 ................................................................................................... 28 6.2 修复技术的选择 .............................................................................................................. 29 6.3 修复方案的确定和设计 .................................................................................................. 29
6.3.1井的数量、位置布局 ............................................................................................ 30 6.3.2 注水量和药剂浓度 ............................................................................................... 30
7 预期修复效果 ............................................................................................................................. 30
7.1 修复效果 .......................................................................................................................... 30
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1 设计条件及任务
1.1 设计条件
1.1.1 场地历史发展概况
某精细化工厂有二十年的生产史，在建厂初期，工厂以生产铅蓄电池为主，后来工厂转型扩大生产经营范围，先后增加了氯苯和硝基苯的生产线。目前该厂区共包括了三个生产车间，平面布置见图1。
其中：
（1）氯苯生产车间采用直接氯化法生产。 （2）硝基苯生产车间采用绝热硝化法生产。
三个车间的废水经过简单处理后，排入厂区下水管网，而后集中进入污水处理厂处理。车间生产原材料和成品分别储存在原料间和成品间1、2、3。生产废物集中堆放在废物堆场。
由于城市发展扩张，该厂区集体搬迁，剩下的厂区将来规划作为建筑用地使用。在搬迁过程中，由于操作不当，导致氯苯生产车间内的原料和成品严重泄漏，泄漏后大量含有污染物的废水被直接排入附近的一口废弃水井中，因此需要对污染地下水进行应急控制，防治污染区域进一步扩大，并对该场地进行详细的污染场地调查，为后续场地修复提供依据。 1.1.2当地的气象水文特征
厂区所在区域1951-2005年多年平均降水量为655.7mm，其中6—9月降水量最大，占全年降水量的70--80℅，最大年降水量952.2mm(1956年)，最小年降水量338.7mm（2001年）。多年平均蒸发度为1423.8mm。 1.1.3 场地的水文地质条件
该废弃厂址位于某河流二级阶地上，地势平坦开阔，地层岩性从上往下依此为：杂填土、黄褐色粉质粘土、砂、卵石，在卵石下面为花岗岩。
研究区地下水的渗透系数和给水度分别为I区，K=45m/d，μ=0.1；II区，K=86m/d，μ=0.15。降水入渗系数为0.1-0.15。
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图1 厂区平面布置图
1.2 设计任务
2年前，在一次事故中，有1000吨硝基苯和1000吨氯苯同时通过废弃水井进入地下水中，2天后才得到控制，利用所提供的资料，设计地下水污染控制与修复方案。
具体要求：
1、利用原有的地质资料绘制污染场地的地质剖面图； 2、提出地下水污染控制和修复方案； 3、绘制污染控制与修复构筑物相关图件。
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表1 9口监测井地下水水位
GW1 GW2 GW3 GW4 GW5 GW6 GW7 GW8 GW9
1月 186.92 187.12 187.18 186.54 187.01 187 186.33 186.42 186.87
2月 187.62 188.05 188.13 187.6 187.66 187.8 187.05 187.3 187.76
3月 187.5 187.65 187.85 187.2 187.5 187.5 186.75 186.78 187.4
4月 187.35 187.57 187.79 187.21 187.46 187.44 186.32 186.76 187.27
5月 187.28 187.51 187.76 187.25 187.32 187.42 186.1 186.75 187.21
6月 187.64 188.03 188.12 187.43 187.86 187.78 186.21 186.89 187.51
7月 187.98 188.12 188.4 187.72 188.02 187.91 186.48 187.05 187.62
8月 187.57 188.83 189.21 187.32 187.96 187.82 187.02 187.04 187.66
9月 187.03 186.93 187.2 186.85 187.14 186.9 186.01 186.32 186.78
10月 186.41 186.72 187.12 186.42 186.64 186.6 186.07 186.26 186.69
11月 186.24 186.4 187.09 186.1 186.38 186.32 186.02 186.21 186.61
12月 186.32 186.73 187 186.33 186.53 186.43 186.01 186.28 186.68
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表2 9口井的岩性和分布
井号 GW1 GW2 GW3 GW4 GW5 GW6 GW7
地面标高 198.82
199.02
199.92
196.02
193.15
199.08
189.35
X坐标 202.9
489.9
625
322.3
149.4
Y坐标
475
367.4
292.4
226.5
201
岩性 杂填土 粉质粘土 细砂 中砂
圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土 细砂
圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土 细砂 中砂
圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土 中砂 粗砂
圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土 细砂
圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土 细砂 中砂
圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土 细砂 粗砂
圆砾及卵石 花岗岩
埋深 198.12 194.02 188.62 180.12 167.22 160.42 198.62 194.42 181.32 168.32 160.32 199.22 195.22 190.02 181.82 169.42 160.97 194.82 189.22 182.37 173.95 160.48 152.28 191.65 186.65 180.35 160.05 150.75 198 194.75 188.51 179.3 162.98 155.63 187.15 179.75 171.25 158.25 144.6 138.8
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GW8 GW9
194.21
198.97 573.4
杂填土
粉质粘土 细砂 粗砂
圆砾及卵石 花岗岩 47.7 杂填土
粉质粘土 中砂 粗砂
圆砾及卵石 花岗岩 193.36 188.58 181.93 173.41 156.99 150.74 190.97 185.97 178.47 168.27 153.88 150.68
2 污染场地分析
2.1场地水文地质条件 2.1.1场地气象水文特征分析
厂区所在区域1951-2005年多年平均降水量为655.7mm，其中6—9月降水量最大，占全年降水量的70--80℅，最大年降水量952.2mm(1956年)，最小年降水量338.7mm（2001年）。多年平均蒸发度为1423.8mm。
由该场地现有分布的九口井中监测的水位分析可知，由东向西地下水的水位略有降低。平均水位高的是七号井，平均水位最低的是三号井。一年中各井的水位七月平均水位最高，十一月平均水位最低。初步分析地下水流向为西略偏南方向，具体方向需进行详细调查后再确定。地下水位188.4m到187.05m。 2.1.2场地的水文地质条件
该废弃厂址位于某河流二级阶地上，地势平坦开阔，地层岩性从上往下依此为：杂填土、黄褐色粉质粘土、砂、卵石，在卵石下面为花岗岩。
研究区地下水的渗透系数和给水度分别为I区，K=65m/d，μ=0.1；II区，K=106m/d，μ=0.15。降水入渗系数为0.1-0.15。 2.1.3污染场地土壤污染物迁移初步分析
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污染场地地层理清晰，岩性均匀，其中杂填土厚度较低，粉质粘土厚度在4米左右，砂硕层厚达20多米，花岗岩厚度有1米左右。
① 杂填土：孔隙发育，渗透系数大，为污染物迁移、扩散提供有利通道，属于较强透水层，易污染。
② 粉质粘土:孔隙比较大，渗透系数10-6cm/s,属于较弱透水层,由于埋藏较浅,受地表水、大气降水和地下水位变化影响，随着时间推移，较易被污染。
③ 砂硕层：细砂中砂及卵石层空隙较大，渗透系数大，污染物一旦进入极易随地下水的流动而迁移，易污染。
④ 花岗岩：花岗岩质地坚硬致密、强度高、抗风化、耐腐蚀、吸水性低，渗透系数小，可截留污染物，不至使污染物进入更深的地下水，不易被污染。
该废弃厂址位于某河流二级阶地上，地势平坦开阔，地层岩性从上往下依此为：杂填土、黄褐色粉质粘土、砂、卵石，在卵石下面为花岗岩。厂区内设置9口采样井，各监测井的岩性和分布如表一所示：
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表一监测井的岩性和分布
井号
地面标高
X坐标
Y坐标
岩性
杂填土 粉质粘土
埋深
198.12 194.02 188.62 180.12 167.22 166.42 198.62 194.42 181.32 168.32 167.32 199.22 195.22 190.02 181.82 169.42 167.97 194.82 189.22 182.37 173.95 160.48 159.28 191.65 186.65 180.35 160.05 158.75
井号 地面标高 X坐标 Y坐标 岩性
杂填土 粉质粘土
埋深
198 194.75 188.51 179.3 162.98 161.63 187.15 179.75 171.25 158.25 144.6 140.8 193.36 188.58 181.93 173.41 156.99 155.74 190.97 185.97 178.47 168.27 153.88 152.68
GW1 198.82 202.9 475
细砂 中砂 圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土
GW6 199.08 602.21 179.24
细砂 中砂 圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土
GW2 199.02 448.83 388.5 细砂 圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土
GW7 189.35 149.4 201
细砂 粗砂 圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土
GW3 199.92 642.83 317.48
细砂 中砂 圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土
GW8 194.21 373.55 136.74
细砂 粗砂 圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土
GW4 196.02 194.71 311.47
中砂 粗砂 圆砾及卵石 花岗岩 杂填土 粉质粘土
GW9 198.97 573.4 47.7
中砂 粗砂 圆砾及卵石 花岗岩
GW5 193.15 397.69 239.15 细砂 圆砾及卵石 花岗岩
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根据监测井的岩性和分布情况确定1-5-9断面的水文地质剖面如图-2所示。
图-2.1.4 1-5-9水文地质剖面
研究区地下水的渗透系数和给水度分别为I区，K=10m/d，μ=0.1；II区，K=46m/d，μ=0.15。降水入渗系数为0.1-0.15。研究区域内各监测井的地下水水位如表-2所示。
表二 监测井地下水水位
GW1 GW2 GW3 GW4 GW5 GW6 GW7 GW8 GW9
1月
186.92 187.12 187.18 186.54 187.01 187 186.33 186.42 186.87
2月
187.62 188.05 188.13 187.6 187.66 187.8 187.05 187.3 187.76
3月
187.5 187.65 187.85 187.2 187.5 187.5 186.75 186.78 187.4
4月
187.35 187.57 187.79 187.21 187.46 187.44 186.32 186.76 187.27
5月
187.28 187.51 187.76 187.25 187.32 187.42 186.1 186.75 187.21
6月
187.64 188.03 188.12 187.43 187.86 187.78 186.21 186.89 187.51
7月
187.98 188.12 188.4 187.72 188.02 187.91 186.48 187.05 187.62
8月
187.57 188.83 189.21 187.32 187.96 187.82 187.02 187.04 187.66
9月
187.03 186.93 187.2 186.85 187.14 186.9 186.01 186.32 186.78
10月
186.41 186.72 187.12 186.42 186.64 186.6 186.07 186.26 186.69
11月
186.24 186.4 187.09 186.1 186.38 186.32 186.02 186.21 186.61
12月
186.32 186.73 187 186.33 186.53 186.43 186.01 186.28 186.68
三 污染概况
3.1制造工艺
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（1）氯苯生产车间采用直接氯化法生产。
直接氯化法反应方程式
用苯直接氯化制氯苯的方法，是英国于1909年首先进行工业化生产的，并一直沿用至今。有气相法和液相法两种。
①气相法，反应温度400～500℃，成本高于液相法，故已被淘汰。
②液相法，通常用三氯化铁催化，但在生成氯苯的同时，还伴有多氯苯生成。其相对速度常数如下：
从以上的相对速度常数可知，如能在反应过程中维持苯有较高的浓度，而使氯苯的浓度较低，则可控制多氯苯的生成。为此可采用多釜串联或接近活塞流的管式反应器连续操作。氯化是放热反应，可用载热体移出反应热。但更好的方法是使反应在液体的沸点下进行。此时，一部分过量的苯和少量氯苯气化，带走大量热量，可使反应器的生产能力增加。反应产物中含有氯化氢，在蒸馏前要用氢氧化钠溶液中和。
（2）硝基苯生产车间采用绝热硝化法生产。
图-3.1绝热硝化法流程
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硝基苯的绝热硝化工艺流程如上图所示，使用的原料有苯、硝酸、硫酸，产物为硝基苯，生产过程中有酸性废水产生。
（3）铅蓄电池采用扩展式板栅制造工艺生产。
铅蓄电池的生产原料主要有：a)板栅采用铅锑合金。铅锑合金又分别由金属铅、锑由固态转为液态互溶后形成固态合金。b)脱模剂:为使合金充型性好, 板栅易脱模,在生产实践中,往往喷涂一层脱模剂。一般生产厂用的脱模剂有:滑石粉,乙炔黑及悬浮物。c)在铅蓄电池工业生产中,用来制造极板活物质的主要原料是铅粉和铅的一些氧化物如Pb304, PbO,铅粉是外面复盖着一层铅的氧化物(PbO)的金属铅颗粒。d)蓄电池极板的粉膏,是用铅粉、硫酸及纯水制成。生产上通常是添加一些俗称为膨胀剂的物质：硫酸钡和腐殖酸。
铅蓄电池的生产工艺主要分为铅粉制造、板栅和铅零件铸造、极板制造、极板化成、电池装配等工序。经过分析得出以上5个生产工序都将产生铅尘或铅烟,铅粉制造工序、极板制造工序和极板化成工序将产生含铅废水,极板制造工序将产生废铅渣,板栅和铅零件铸造工序将产生铅和铅合金下脚料,厂内污水处理站将产生含铅污泥。含铅废水经厂内污水处理站的处理排入污水管线中。所产生的的废铅渣和含铅污泥将堆放在废物堆场，会使此部分的土壤以及附近的土壤产生大量的铅污染，甚至极大可能污染此处的地下水。原料间、成品间的堆放、生产车间的生产也会造成此种现象，可能污染程度较废物堆场处稍减轻。 3.2污染物种类
根据场地环境调查技术规范附录中给出的常见场地类型及特征污染如表-3所示。根据厂区的生产工艺以及规范中给出的参考，确定场地中的污染物有重金属（铅）、氯代有机物（氯苯等）、苯、硝基苯。
表-3.1常见场地类型及特征污染物
行业分类
场地类型
化学原料及化学品制造
潜在特征污染物类型
挥发性有机物、半挥发性有机物、重金属、持久性有机污染物（POPs）、农药
电气机械及器材制造 纺织业 造纸及纸制品
制造业
金属制品业 金属冶炼及延压加工 机械制造 塑料和橡胶制品 石油加工 炼焦厂
交通运输设备制造
重金属、有机氯溶剂、持久性有机污染物（POPs） 重金属、氯代有机物 重金属、氯代有机物 重金属、氯代有机物 重金属 重金属
半挥发性有机物、挥发性有机、重金属
挥发性有机物、半挥发性有机物、重金属、石油烃 挥发性有机物、半挥发性有机物、重金属 重金属、石油烃、持久性有机污染物（POPs）
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行业分类 场地类型
皮革、皮毛制造
废弃资源和废旧材料回收加工 煤炭开采和洗选业
重金属
潜在特征污染物类型
持久性有机污染物（POPs）、半挥发性有机物、重金属、农药 重金属 重金属、氰化物 重金属、氰化物、石棉
石油烃、挥发性有机物、半挥发性有机物 重金属、持久性有机污染物（POPs） 持久性有机污染物（POPs）
半挥发性有机物、半挥发性有机物、重金属
持久性有机污染物（POPs）、半挥发性有机物、重金属、农药 持久性有机污染物（POPs）、半挥发性有机物、重金属、挥发性有机物
采矿业
黑色金属和有色金属矿采选业 非金属矿物采选业 石油和天然气开采业
电力燃气及水的生产和供应
火力发电 电力供应 燃气生产和供应 水污染治理
水利、环境和公共设施管理业
危险废物的治理
其它环境治理（工业固废、生活垃圾处理） 军事工业
持久性有机污染物（POPs）、半挥发性有机物、重金属、挥发性有机物
半挥发性有机物、重金属、挥发性有机物 半挥发性有机物、重金属、挥发性有机物 挥发性有机物、有机氯溶剂 重金属、石油烃
其它
研究，开发和测试设施 干洗店
交通运输工具维修
3.3目标污染物的性质 3.3.1硝基苯的性质
物理性质：苯分子中一个氢原子被硝基取代而生成的化合物。无色或淡黄色（含二氧化氮杂质）的油状液体，有像杏仁油的特殊气味。硝基是强钝化基，硝基苯须在较强的条件下才发生亲电取代反应，生成间位产物；有弱氧化作用，可用作氧化脱氢的氧化剂。硝基苯常用硝酸和硫酸的混合酸与苯反应制取。主要用于制取苯胺、联苯胺偶氮苯等。硝基苯毒性较强，吸入大量蒸气或皮肤大量沾染，可引起急性中毒，使血红蛋白氧化或络合，血液变成深棕褐色，并引起头痛、恶心、呕吐等。为无色或微黄色具苦杏仁味的油状液体。（纯净应为无色，实验室制硝基苯由于溶有硝酸分解产生的二氧化氮而有颜色，可加氢氧化钠溶液后分液除去）。 相对密度1.205(15/4℃),，熔点5.7℃，沸点210.9℃，闪点87.78℃，自燃点482.22℃，蒸气密度4.25，蒸气压0.13kPa(1mmHg44.4℃)，溶解度难溶于水，密度比水大;易溶于乙醇、乙醚、苯和油。遇明火、高热会燃烧、爆炸。与硝酸反应剧烈。
化学性质：硝基苯在水中具有极高的稳定性。由于其密度大于水，进入水体的硝基苯会沉入水底，长时间保持不变。又由于其在水中有一定的溶解度，所以造成的水体污染会持续相当长的时间。硝基苯的沸点较高，自然条件下的蒸发速度较慢，与强氧化剂反应生成对机械震动很敏感的化合物，能与空气形成爆炸性混合物。倾翻在环境中的硝基苯，会散发出刺鼻的苦杏
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仁味。80℃以上其蒸气与空气的混合物具爆炸性，倾倒在水中的硝基苯，以黄绿色油状物沉在水底。当浓度为5mg/L时，被污染水体呈黄色，有苦杏仁味。当浓度达100mg/L时，水几乎是黑色，并分离出黑色沉淀。当浓度超过33mg/L时可造成鱼类及水生生物死亡。吸入、摄入或皮肤吸收均可引起人员中毒。中毒的典型症状是气短、眩晕、恶心、昏厥、神志不清、皮肤发蓝，最后会因呼吸衰竭而死亡。 3.3.2氯苯的性质
物理性质：外观与性状：无色透明液体，具有不愉快的苦杏仁味。
熔点(℃)-45.2，相对密度（水=1）：1.10，沸点(℃)132.2，相对蒸气密度（空气=1）3.9，分子式C6H5Cl，分子量112.56，饱和蒸气压(kPa)1.33(20℃)，临界温度(℃)359.2，临界压力(MPa)4.52，辛醇/水分配系数的对数值2.84，闪点(℃)28，爆炸上限%(V/V)9.6，引燃温度(℃)590，爆炸下限%(V/V)：1.3。
溶解性：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、氯仿、二硫化碳、苯等多数有机溶剂。
化学性质：氯苯对中枢神经系统有抑制作用和麻醉作用；对皮肤和粘膜有刺激性。刺激鼻、眼、喉；高浓度接触可引起头昏、头晕；长期暴露则损伤肺、肝、肾。由于氯苯具有很强的挥发作用，通常在水和土壤中的氯苯会很快的挥发到空气中，因此水和土壤中的氯苯会很快降低到很低的水平。氯苯在空气中的光解速度在20小时之内会降低一半，在水中的氯苯将产生水解作用。因此，受氯苯污染的水和土壤能较快地得到恢复。
4 地下水污染检测
4.1地下水监测点的布设 4.1.1布设原则
（1）上游与下游兼顾，重点在污染场地下游布置。 （2）钻孔最好分批布置。
（3）在场地信息较少的情况下，需要在水文地质条件分析、污染源泄漏情况分析基础上，初步判断地下水的流向、流速，进行钻孔的布置。 （4）分层采集。
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4.1.2详细布设
4.2场地污染现状分析
运用GMS地下水模拟系统对硝基苯污染晕进行模拟和预测。建立相应的GMS模型，输入场地的土壤特性、地下水水位、污染物种类及浓度等基本信息后，建立地下水污染物模型模拟运行。运行结果如图一、图二、图三所示：
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图一 不控制下污染物扩散180d的污染晕
图二 不控制下污染物扩散360d的污染晕
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图三 不控制下污染物扩散720d的污染晕 4.3监测井的设计 4.3.1监测井深度设计
选择GW5井为例设计监测井结构。GW5井处的地面标高为193.15，岩性及相对应的地面标高从上到下依次为：杂填土191.65，粉质粘土186.65，细砂180.35，圆砾及卵石160.05，花岗岩158.75。厚度分别为：杂填土5m；粉质粘土6.3m；细砂20m；圆砾及卵石1.3m；花岗岩未知。
GW5号井中的最高水位为187.76，则潜水层厚度为=潜水标高—花岗岩标高，即：187.76-158.75=29.01m < 30m
本设计的监测目标为潜水，其厚度为21.51，不大于30m，则监测井应凿穿整个含水层，一直凿到花岗岩。花岗岩埋深为34.4m，考虑到沉淀管的长度1m，过滤管底端往下0.5m。所以取监测井深度为35.9m。 4.3.2井管管材选择
根据监测井井深和监测目标含水层地下水水质的腐蚀性能，按照表-3..1.1选择井管管材类型。
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表-3.1 各种类型井管管材的适用条件
井管管材类型
钢管 无腐蚀性 >200
铸铁管 微弱腐蚀性 <200
钢筋混凝土管 强腐蚀性 <150
混凝土管 强腐蚀性 <100
塑料管 中等腐蚀性 <100
适用条件
地下水水质的腐蚀性
井深（m）
为强腐蚀性，所以选择混凝土管。 4.3.3监测井开口井径设计
本设计采用填砾过滤器，其开口井径为：
式中:D―监测井开口井径（mm）； d―井管外径（mm）；
b―滤料厚度（mm），含水层岩性为细砂、粉细砂时取值不宜小于 150mm，含水层为其他岩性时取值不宜小于 75mm。
井孔直径处应能下入井壁管和滤水管外，还应满足填滤料的要求。井孔终孔直径较井管外径大：采用填滤料过滤器时，中、粗砂含水层中应大于200mm，粉、细砂含水层中应大于300mm。本设计由于埋深浅，因此不需要变径。监测井所处的位置中，有细砂20m，因此所选管径应大于300mm。
综合考虑后选择无砂混凝土井管。根据《SL/T 154-1995 混凝土与钢筋混凝土井管标准》，选择内直径d1为350mm，壁厚δ为50mm，管长L为900mm，实头长度L2为100mm，孔隙率≥15%。
则井管外径:
则井管外径为450mm。考虑到监测井所处位置的各种岩性，选择滤料厚度175mm。则监测井开口井径D为800mm。 4.3.4沉淀管设计
根据《gb50296-99 供水管井技术规范》，沉淀管长度应根据含水层岩性和井深确定，宜为2~10m。由于含水层过浅，若采用2m的沉淀管影响采水效果，因此设计沉淀管的长度为1m，嵌入花岗岩内。
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根据上述可知，井深为36.4m，小于100m。污染物中有氯苯原料的泄露，原料中有强酸，
4.4.5过滤管的设计
4.4.5.1过滤管长度设计
一般要求，监测井凿穿的地下水监测目标含水层宜全部安装过滤管；潜水监测井的过滤管底部的深度应低于多年最低地下水水位以下7m。潜水厚度为29.01m，整个含水层全部安装过滤管。
4.4.5.2过滤器设计
（1）过滤器类型
过滤管所处位置的含水层岩性主要为细砂，另有约1.3m的圆砾卵石和约7.7m粉质粘土，根据地下岩性情况确定采用填砾过滤器。
（2）过滤器开孔率
由于管壁采用混凝土管。根据井管管材类型按照表-2选定滤水管的开口率10%。
表-5.5. 各种类型井管管材的开孔率
井管管材类型 钢管 铸铁管 钢筋混凝土管 开孔率（%） 25～30 20～25 5～15
注：开孔率为井管开孔面积与相应的井管表面积的比值，用百分比表示
混凝土管 5～10
塑料管 5～10
（3）过滤器开孔方式
考虑到进水的均匀性，选择条孔状且呈交错带状排列的开孔方式。条孔的宽度、长度和间距按下列三式计算。
式中：b0——调控后宽度，mm； L——条孔长度，mm； a0——条孔间距，mm；
d50——过滤管所在位置含水层岩土样筛分重量累计为50%时的颗粒直径。
所选井管管材为混凝土管，则（1）（2）式中括号内的取值范围取最小值。（3）式取最大值，则上面3式的最终形式为：
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由于下层中主要以细砂为主，且含水层厚度较小，因此综合考虑采用一种材质。选择级配好的材料，根据滤料的粒径曲线，d50为0.74。
则条孔宽度b0为1.33mm，条孔长度L为11.1mm，条孔间距a0为7.4mm。 （4）滤料选择
填砾过滤器的滤料应选用磨圆度良好的砂和砂砾石，滤料应自滤水管底端以下不小于1m处充填至滤水管顶端以上不小于3m处。
过滤管所在位置含水层岩土的颗粒级配系数按下列公式计算：
式中，——颗粒级配系数（无因此）
d60、d10分别为过滤管所在位置含水层岩土样筛分重量累计60%、10%时的最大颗粒直径，mm。
根据滤料粒径曲线，d60为0.91，d10为0.21。则为4＞3。此时，按公式：
式中，D50-3——＞3时滤料的粒径。则D50-3为7.4m。 （5）滤料数量 滤料数量按下式计算：
式中，V——滤料数量（m3）； Dk——填砾井段的井径（m）； Dg——过滤管外径（m）； L ——填砾井段的长度（m）；
α——超径系数（无因次），取为 1.2-1.5。
4.4.6 封闭和止水设计
充填滤料顶端至井口井段和充填滤料下端至井底井段的环状间隙，应进行封闭和止水，封闭和止水的材料宜选用粒径为20mm—30mm的半干状粘土球。 4.4.7井壁高度要求
井壁管应高出监测井附近地面0.3m
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观测井示意图
水泥封井
杂填土
粘土
杂填土
注
粉质粘土水位
塑料管直径130mm
粉质粘土
中砂砾料
中砂
卵砾石滤水管(外包尼龙网)
卵砾石
花岗岩
5 地下水污染控制和修复方案
5.1污染控制技术的选择 5.1.1抽水井的布设及设计
根据场地的情况，建立场地概念模型对污染晕情况进行模拟，结果如下图所示： 图例为：
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根据污染晕的模拟图所示，在污染7d后中部浓度为9000~10000 mg/L，外侧浓度依次降低。
污染晕随时间推移逐渐扩散，在延地下水流向方向扩散明显，既场地的西南方向。在无干扰的条件下扩散至30d后，浓度在8000~9000 mg/L的污染晕范围显著减小，浓度在9000~10000 mg/L的污染晕消失；而在60d后污染晕的中的最高浓度在7000~8000 mg/L范围内，浓度为9000~10000 mg/L的污染晕消失。
在现拟定控制浓度为2000 mg/L，因而控制应关注在2000~3000 mg/L的污染晕。现拟定三个控制方案对污染晕进行抽水控制。
方案一：在废水井处以100 m3/d的速率进行抽水，连续进行720d。 方案二：在废水井处以300 m3/d的速率进行抽水，连续进行720d。 方案三：在废水井处以500 m3/d的速率进行抽水，连续进行720d。 方案四：在废水井处以600 m3/d的速率进行抽水，连续进行720d。
在场地原有污染晕的模拟基础上，对以上四个方案分别进行模拟，对比其控制效果，具体模拟效果如下图：
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图一（0.5d 100立方米）
图二（ 0.5d 300立方米）
图三（0.5d 500立方米）
图四（0.5d 600立方米）
因为地下水污染不仅存在于水相中，还在固体相中有分布，因此在抽水量到达一定程度时，污染羽的面积不在发生变化，因此根据不同抽水量抽水后污染羽的面积做出下图：
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由图所示，可以得出抽水井的最佳抽水量为600m能有效的控制目标污染晕的
3 ,
扩散，而且在14d后的控制效果依旧满足要求。抽水量适中，不会导致大量地下水回灌至抽水漏斗造成新的污染。
5.2污染修复技术选择的原则 5.2.1筛选步骤与原则
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修复技术筛选步骤：（1）不适宜修复技术的剔除。（2）可供选择修复技术的评估筛选。
修复技术筛选评分方法 • 技术可接受性 • 场地可应用性 • 有效性
• 修复时间和修复费用
地下水污染场地修复的组合技术方案：
通过地下水污染修复技术的筛选，如评分法筛选，可能有若干个修复技术被选择。实际上，一个地下水污染场地，其应采用的修复技术往往不是单一的技术，大多情况下是多个技术的组合，单一的修复技术往往很难达到修复的目标。 5.3可应用修复技术
5.3.1抽出—处理技术（Pump and Treat）
该技术针对地下水中的溶解相污染物（可以是有机或无机污染物），可以采用在地下水污染源或高污染浓度处抽出地表，然后进行处理的方法。通过不断地抽取污染地下水，使污染羽的范围和污染程度逐渐减小，并使含水层介质中的污染物通过向水中转化而得到清除。随着抽取的进行，本方法的处理效率下降。其原因是污染物从含水层固相介质向水中的转化速率越来越小，出现拖尾效应，停止抽水后，又会发生反弹效应。有时可以通过注入表面活性剂来增强抽取－处理的效果。抽出后对污染地下水的处理有很多方法，如：吸附、过滤、气提、离子交换、微生物降解、化学沉淀、化学氧化、膜处理等。抽取－处理方法可以用于有机或重金属污染地下水的处理，应用较为广泛，其修复效果受诸多因素影响，如：场地岩性、污染物形式、含水层厚度、抽水量、抽水方式、井布局、井间距、井数量等；其缺点是达到修复目标所需的修复时间长。 5.3.2原位地下水曝气（AS）
空气扰动技术可以用来处理地下水中挥发性、半挥发性有机污染物，具体包括：在含水层中注入气体（通常为空气）使地下水水位升高，空气以注气井为中心辐射（向上）运动，使地下水中污染物汽化，汽化后的污染物进入包气带，可
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用SVE系统进行处理。该技术同时可以增加地下环境中的氧气浓度，加速含水层和包气带中有机污染物的微生物降解作用，故这种方法有时也称为微生物空气扰动。
5.3.3循环井（GCW）
地下水循环井(groundwater circulation well, GCW)由内井管和外井管组合嵌套而成，在外井上下部各有一定高度的穿孔花管，曝气头通过曝气管和曝气泵连接，在循环井上部安装气水分离装置。循环井工作原理是在循环井的周围区域形成地下水三维循环，通过不断的冲刷扰动作用，带动有机物进入内井，并通过曝气吹脱去除。按照内井中地下水的流动方向，可以分为上升流和下降流2种流动模式，目前应用较多的为上升流，即地下水由下部花管进入内井，再由上部花管流出，具体见下图；
通过地下水在井内与井外的循环，形成了2个主要有机物去除单元：井中气提和强化原位生物降解。循环井内井曝气过程中，发生相间传质作用，地下水中的挥发性和半挥发性有机物由水相进入气相，通过吹脱去除，空气中的氧气则由气相进入水相，提高地下水中的溶解氧含量，并随着地下水的流动，在浓度梯度作用下，扩散到循环井的影响区域内，进而强化原位好氧生物降解作用。该技术全部在地下环境进行，省去了地表处理设施，节约修复成本。
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5.3.4可渗透反应屏障技术（PRB)
该技术是指在地下水污染羽流动路径上，污染源的下游开挖沟槽，设置填充有活性反应材料的墙体，地下水在流经该墙体时，与墙体内的活性物质发生一系列反应，从而达到去除污染物的目的。用于反应的充填介质可以包括零价铁、微生物、活性碳、泥炭、蒙脱石、石灰、锯屑或其它物质。在处理墙中污染物的反应包括降解、吸附和沉淀等。PRB技术属于一种被动修复技术，需要长时间在线监测，并且存在墙体阻塞、活性物质失活等问题，修复成本较高。 5.3.5原位反应带技术（IRZ）
原位反应带技术(in situ reaction zone, IRZ) 利用注入井（井排）在污染源的下游地带注入反应介质，形成一个污染物的反应带，污染物与注入的介质发生物理、化学和生物化学作用而使地下水中的污染物得以阻截、固定或降解。原位反应带包括化学反应带和生物反应带，其中化学反应带又可以分为氧化反应带和还原反应带。该技术适用于处理污染范围较大、污染程度较严重的地下水污染。技术的局限包括注入反应介质（氧化剂、还原剂、微生物）自身及反应产物是否会造成二次污染等。
5.3.6自然衰减技术（NA）
自然衰减法修复技术（NA）可以单独使用,也可以和其他修复技术联合使用,
具有费用较低、不会造成其他负面影响等优势,作为地下水污染修复的一种可选方法已得到普遍认可,执行监测式自然衰减法前必须进行自然衰减可行性评估,实施监测式自然衰减法修复技术,具有良好的发展前景。
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6 修复方案的确定及其设计
6.1 修复技术的评估 6.1.1 修复技术的评分
根据不同修复技术在可接受性、应用性、有效性、修复时间、修复费用等方面的优劣性，给出相应的评分（评分标准为5分为最好，1分最差），最后得出技术的综合评价分数，制得下表：
修复时间 修复方案 技术可接场地可以有效性 评分标受性 准
抽出-处理 技术
5
4 4
3 4
1 2
1 1
14 16
4
3
3
4
18
应用性
修复费用
总分
原位地下 水曝气 5 （AS） 循环井4 （GCW） 可渗透反2 应屏障（PRB） 原位反应5 带修复（IRZ）
2 4 1 1 10
5 4 3 3 20
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自然衰减5 技术（NA）
3 2 1 5 16
表 6.1
根据表中的数据，可知自然衰减、原位地下水曝气技术、循环井技术和原位反应带修复技术评分较高，作为备选修复方案。
6.2 修复技术的选择
根据表6.1的结果选用原位地下水修复技术。原因如下：首先，厂区周围有办公楼且不在人口稀薄地区，不宜采用自然衰减，周期太长，对环境和人体健康存在巨大的隐患，故排除。其次，原位地下水修复技术没有实际的理论公式，只能依靠经验，而且很难控制气体迁移的途径，不能确定地下水中复杂的物理、化学和生物作用，不确定因素多，不够安全。循环井技术处理的过程中，处理效果易受地下土壤粒径、有机质含量、表面活性剂、污染物质的挥发性和迁移性等因素的影响，其修复半径和效果会有很大的变化。原位反应带可以处理大面积的污染场地，而且不需要对污染物进行转移或者抽取，而且可以添加的反应试剂多样，灵活性较高。例如利用纳米铁浆反应带原位修复硝基苯污染地下水的方法。在地下水污染区打一口以上注入井和观测井，将预先制备好的纳米铁浆或淀粉改性纳米铁浆灌入注入井，灌注时要实时监测观测井中目标污染物，当达到预期处理效果时停止灌注。目标污染物硝基苯转化为易生物降解的苯胺，其转化率大于９５％，同时其它长链的难降解有机污染物也可转化为短链的相对易生物降解的有机物；反应区域呈现碱性厌氧环境，有利于厌氧微生物的生长；所制备的纳米铁浆及淀粉改性纳米铁浆均有较大比表面积，能大量吸附、拦截地下水中的其它杂质；绿色环保，成本低，维护方便，维护费用低，操作和运行管理方便；处理目标污染物直接、快速、效率高。但是在要考虑技术在反应过程中，本身的物质或产物是否会对地下水造成二次污染。
综上所述，选择原位地下水修复技术，向地下水中加入纳米铁或其他反应物质，形成反应带，对污染物进行控制修复。 6.3 修复方案的确定和设计
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6.3.1井的数量、位置布局
拟在污染场地打七个井，其位置和坐标如下图所示， 坐标 X Y
一号井 517.7 432.1
二号井 532.8 422.1
三号井 547.5 410.6
四号井 488.1 411.3
五号井 504.8 400.1
六号井 519.1 388.3
七号井 533.9 379.3
6.3.2 注水量和药剂浓度
工程采用每个井每天注水200m3，药剂浓度为350ppm。
7 预期修复效果
7.1 修复效果
在对污染场地进行原位修复以后，药剂扩散效果GMS图如下：
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图7.1.1 药剂投入1d
图7.1.2 药剂投入2d后
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图7.1.3 药剂投入3d后
图7.1.4 药剂投入4d后
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图7.1.5 药剂投入5d后
图7.1.6 药剂投入6d后
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图7.1.7 药剂投入7d后
图7.1.1为药剂投入一天后的扩散模拟图，可以看到，并没有覆盖整个污染区域，于是继续投加，直至第七天时，污染区域已经被全部覆盖，如图7.1.7所示，终止投加药物。
8.实习感想
经过一个多周的污染场地实习设计，让我对GMS这个软件有了触不到了解，
可以简单的独立运用，可以进行污染物的扩散模拟、可以模拟反应带的扩散实验等等。加深了对污染场地这门课程的认识和掌握程度，弥补了我们在课程理论学习时缺乏实际设计经验的不足。这个也应该是我们最后一次实习经历了，感觉比较难，也比较专业，内容多而且复杂，是为我们下一阶段的学习和工作做铺垫，为此我们都比较认真，老师也不辞劳苦，我们感觉都收获了许多，学习到许多知识，提高了我们的能力。
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本文来源：https://www.wddqxz.cn/bb7a5d45c9aedd3383c4bb4cf7ec4afe05a1b175.html
2022-07-26
