一、技术简介

水平井注射修复技术适用于有机污染场地土壤和地下水修复，特别针对具有地表障碍物或设施设备（如在产设施、居民生活区、道路、轨道、地下储罐等），以及河流和湖泊以及敏感生态区域等场景。本技术避免在修复区域开挖和钻探而破坏地面设施或影响生产、生态和生活。污染羽的横向尺度通常远大于其厚度，在相同修复井管长度情况下，本技术实现最大限度药剂－污染物接触，相对于传统修复工艺具有更高的修复效率。

1、 水平井修复方案优化设计

在污染场地精细调查基础上，精细刻画污染分布情况（污染羽分布区域、污染浓度等），获得土壤物化参数和水文地质条件。利用COMSOL Multiphysics应力场－渗流场－化学场等多场耦合扩散模型，优化设计水平井修复方案，包括水平井布设路径、筛管段布置和注入药剂及浓度等。

2、 定向钻进水平井工艺

由钻机液压动力系统提供扭矩经钻杆驱动导向钻头实现钻进，导向钻头实时将钻头位置和姿态等信息无线传输给导向仪，导向系统根据这些反馈信息与预定路径信息比较，产生校正信息并调整钻进方向，确保符合预定建井路线。钻具出土后，钻杆连接预制井管，经井眼扩孔和回拖，完成井管铺设。水平井穿过污染羽、筛管段布设于最优注射位置，精准修复地下水污染羽。

3、 原位化学氧化注入修复工艺

注入设备通过水平井管注入氧化剂，经筛管注入地层并扩散，注入参数由计算机模拟系统优化确定。进一步注入过氧化钙溶液，过氧化钙本身就是一种氧化剂，具有降解有机污染物能力。同时其溶解速度较慢，提供长期氧源，可显著促进好氧微生物生长、提高污染物降解能力，实现化学氧化耦合微生物修复。

水平定向钻进流程示意图

工艺流程：污染场地精细调查，地下水污染刻画→水平修复井工艺设计→数值模拟论证、工艺优化→施工钻孔定位→水平定向钻进、扩孔→预制水平井管，回拖铺设→水平井洗井→氧化剂注射→注射过氧化钙强化生物修复→地下水监测。

流程说明：（1）首先根据地下水调查的数据，精准勾画地下水污染羽，结合地层理化特性、水文地质条件等，精确设计水平修复井布设，药剂种类浓度及注入量；（2）采用COMSOL Multiphysics多场模型模拟修复效果，优化工艺参数；（3）按照设计的点位坐标定位水平钻进的入土点和出土点，根据设计轨迹和深度水平完成钻进，在指定出土点钻出；出土后链接预制水平井管，回拖至入土点；依次完成所有水平井管铺设；钻进过程中泥浆较多，需要冲洗水平井管，防止井管筛孔堵塞影响后续工艺；（4）洗井完成后按设计参数注入氧化药剂；（5）氧化药剂注射完成后大约2～3周后，注射过氧化钙，促进石油烃的长效生物降解；（6）施工前、药剂注入运行期及养护期需对地下水进行监测采样，分析工艺效果。

以南京毓恒码头Y地块（道路地块）修复工程为例。

1、修复效果：

在典型应用案例中，污染羽区域内布置4口监测井、1口对照井。污染区域石油烃初始平均浓度6.64mg/L，最大浓度8.18mg/L。修复100天后，平均浓度0.23mg/L，最大浓度0.32mg/L，均达到修复目标值，降解率≧96.47%，且呈如下规律：0～20d石油烃浓度快速下降，随后降解速度缓慢降低；50d时石油烃浓度均≤1mg/L，从70d开始，浓度≤修复目标值0.6mg/L。

2、二次污染控制情况及达到的相关标准：

潜在二次污染受体为生产废水和周边地表水。实施过程中收集生产废水，在污水处理站集中处理，暂存于清水池，处理达标后排入市政管网。潜在污染地表水为十里长沟，持续监测（1次/月）表明地表水未受二次污染。

修复过程中对周边环境空气进行监测，确保满足环境空气质量标准。施工过程中遵循的质量和环境标准包括：《上海市建设用地土壤污染状况调查、风险评估、风险管控与修复方案编制、风险管控与修复效果评估工作的补充规定（试行）》（沪环土〔2020〕62号）；荷兰住房地下水修复干预值（DIV，2013）（地下水污染物：石油烃（C10-C40）；限值：0.6mg/L）；《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）；《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）；《污水综合排放标准》（GB8978-1996）；《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）。

1、应力场－渗流场－化学场等多场耦合扩散模型及软件是国家重点研发计划项目2018YFC1802400的科研成果，可模拟不同注入条件下修复材料在地下水中迁移扩散规律，优化注入修复工艺。

2、水平修复井筛管可达数百米，单口水平井在单一影响区所能达到的效果，需要多口具有重叠影响区的竖直井才能实现，水平井修复工艺的单井接触污染范围大，修复成本低、工期短。

3、水平定向钻进过程采用三维导向，实时监测钻头位置和方向，水平修复井按设定路径布设，根据不同污染场地情况量体裁衣，追踪污染羽几何形状，修复精度高，实行智慧、精准修复，有效克服过度修复或修复不足问题。

4、水平修复井铺设在地面以下，施工不受修复区域地表设施限制和影响，所需施工面积较小，不影响修复区域生产和生活；灵活的导向钻进工艺保证修复路径避开敏感位置，对场地和环境扰动小。

5、定向钻进工艺和预制水平井管确保注射筛管段布设于污染羽最佳注射位置，精准修复地下水污染羽。

6、原位化学氧化工艺联合过氧化钙强化生物修复，通过促进持续性生物降解，可大大降低氧化剂使用量，解决高浓度复杂污染地下水治理，减少次生污染。

水平钻进作业

注射设备作业

二、典型应用案例

南京毓恒码头Y地块（道路地块）修复工程

南京毓恒码头项目地块原为南京化工厂的一部分，始建于20世纪50年代，是生产有机中间体、橡胶助剂和氯碱的大型化工生产基地，于2007年停运，2010年完成拆除，调查结果表明某一段道路地下水石油烃（C10~C40）超标。该道路为主干道，周边有新建居民区、商业区、公园及街道活动中心等，人员活动密集，且下方管线较为复杂，常规技术无法使用，采用非破坏性的水平注射原位化学氧化技术。

污染区域长度约120m，宽度28m，地下水污染深度6m，污染面积3360m2，石油烃最高浓度8.41mg/L，修复目标为0.6mg/L。污染地下水主要分布在素填土层，渗透系数约为5×10-4cm/s，素填土层以下为粉质黏土。结合软件COMSOL Multiphysics模拟论证，采用水平修复井技术耦合碱活化过硫酸钠的化学氧化+过氧化钙释氧工艺。

工程实施结果表明：该技术实施不受修复区域地表市政设施的限制，对场地及周边环境扰动小，单井接触范围大，修复精度高，工期100天内该区域地下水中石油烃浓度降低96.47%，低于修复目标0.6mg/L。在后续长期监测中，未出现反弹和超标情况，修复效果显著。

项目工程总承包单位为江苏大地益源环境修复有限公司，修复效果评估单位是江苏省环境科学研究院。2021年9月10日由江苏省生态环境评估中心组织验收，并顺利通过。

（1）《上海市建设用地土壤污染状况调查、风险评估、风险管控与修复方案编制、风险管控与修复效果评估工作的补充规定（试行）》（沪环土〔2020〕62号）、荷兰住房地下水修复干预值（DIV，2013）；地下水污染物：石油烃（C10-C40）；限值：0.6mg/L

（2）《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）

（3）《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）

（4）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）

（5）《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）

南京市江南小化工集中整治工作现场指挥部

2020.05-2020.10

前期工作：按照地下水调查数据，结合地下水污染羽分布、污染物浓度、地层信息等，设计水平注射井和药剂注入参数，根据上述参数模拟论证设计的修复效果，优化核心参数。

工艺流程：（1）首先对场地进行清理，平整和压实设备区、药剂区和水平注射井的入土和出土点区域；（2）按照设计的点位坐标，定位水平钻进的入土点和出土点及钻进轨迹；（3）安装和调试钻机、注入设备等，就位后按照定位入土点钻进，根据设计轨迹和深度水平钻进、扩孔穿越道路，在指定出土点钻出；（4）在出土端链接预制水平修复井管，回拖至入土点；依次完成所有水平井管铺设，铺设完成后用高压水冲洗水平井管；（5）配置、混合注射药剂，并连接注入设备、药剂箱和水平注射井；（6）按设计的药剂配比和注入工序注入氧化药剂；（7）氧化药剂注射施工完成大约2～3周后，注射过氧化钙浆液，促进石油烃的长效生物降解；（8）对地下水长期监测采样，满足2年监测达标要求后，进行项目效果评估。

（1）2020年5月开始，地下水修复过程中运行情况稳定，地下水浓度持续下降，0～20d石油烃浓度快速下降，随后降解速度缓慢降低；50d时石油烃浓度均≤1mg/L，从70d开始，浓度≤修复目标值0.6mg/L；修复100天后，平均浓度0.23mg/L，最大浓度0.32mg/L，均达到修复目标值，污染降解率≧96.47%。

（2）工程实施地点紧邻长江及十里长沟，周边为居住区、景观绿地等，未对周边环境和道路运营产生影响，未收到投诉。

（3）项目运行数据和周边环境监测数据定期向燕子矶新城指挥部披露，无事故及二次污染事件发生。

（4）栖霞区生态环境局、安监等部门和燕子矶新城指挥部周期性对本项目进行监督性检测，对项目实施情况和污染防治措施表示肯定，按1次/月频次持续监测地表水，未发现二次污染等问题。

（5）地块于2021年9月10日顺利通过由江苏省生态环境评估中心组织的验收，于2021年12月31日移出江苏省污染地块名单，列入《江苏省建设用地土壤污染风险管控和修复名录移出清单（第六批）》。

修复完成后场地

（1）能源消耗：

本工艺能源消耗集中于建井和注射过程，建井5天，运行20天，共耗能6120kW·h；传统竖井注射井工艺建井数预估127口，总进尺量将增加，建井21天，运行40天，需2台注入泵，以Geoprobe7822DT为例，共耗能8568kW·h。

水平井修复工艺降低能耗28.6%。

（2）水消耗：

本工艺耗水90吨，垂直井工艺耗水202吨。

水平井修复工艺减少水耗55.4%。