T∕GIA 033-2026 原位注入井处理砷氟原生劣质地下水技术指南

CCSZ05原位注入井处理砷氟原生劣质地下水技术指南Technicalguidelinesforin-situinjectionwelltreatmentofarsenicorfluorinenative中关村中环土壤地下水污染防控与修复产业联盟发布I I1适用范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14基本原则 25工作程序 26原生劣质地下水调查 37水文地质试验 48原位注入井处理适宜性分析 49处理方案设计 610工程实施与过程控制 611处理效果评估 812处理效果长效性保障措施 9附录A（资料性）砷处理材料 附录B（资料性）氟处理材料 附录C（资料性）注入工艺 附录D（资料性）工程记录 附录E（资料性）原位注入井处理砷氟原生劣质地下水报告大纲 参考文献 本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中关村中环土壤地下水污染防控与修复产业联盟提出并归口。本文件起草单位：河北省生态环境科学研究院、中国地质科学院水文地质环境地质研究所、南方科技大学、河北海鹰环境安全科技股份有限公司、河北地质大学、河北绿泰环保科技有限公司、河北省地质环境监测院、河北中科鑫润环境工程有限公司、河北省地质矿产勘查开发局第六地质大队（河北省地质矿产勘查开发局航空测量应用中心）、河北省地质矿产勘查开发局地质勘查技术中心。本文件主要起草人：夏凡、曹文庚、马跃涛、宋乐、康苏花、李祥志、徐铁兵、宋洪伟、卢合峰、吕幽、段艳华、孙玉艳、董跃勇、武兰顺、谭俊、徐振科、王妍妍、于遵、南天、崔邢涛、闫佰忠、任宇、马心宇、鲁重生、王曌瑞、卢瑶、宋锦铃、李泽岩、张亚琳、余鸣潇、简彦涛、叶明霞、刘阳、郭记菊、张荣、付秋爽、侯逍遥、张娟娟、付世骞、郑搏英、徐素娟。本文件在实施过程中，如发现需要修改或补充之处，请将意见和有关资料寄给中关村中环土壤地下水污染防控与修复产业联盟标准委员会，以便修订。联系邮箱：cngpc_org@126.com1原位注入井处理砷氟原生劣质地下水技术指南（发布稿）1适用范围本文件规定了原位注入井处理砷氟原生劣质地下水的调查、水文地质试验、原位注入井处理适宜性分析、处理方案设计、工程实施与过程控制、处理效果评估及长效性保障措施等的技术要求。本文件适用于利用注入井，原位注入材料处理原生劣质地下水中的砷氟。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T14848地下水质量标准GB/T50027供水水文地质勘察标准DZ/T0288区域地下水污染调查评价规范HJ164地下水环境监测技术规范HJ610环境影响评价技术导则地下水环境SL373水利水电工程水文地质勘察规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1原生劣质地下水primaryinferiorgroundwater天然地质条件下，因矿物溶解、水文地球化学作用等自然过程，导致地下水水质不符合使用标准的地下水。3.2目标含水层targetaquifer砷氟原生劣质组分所在的地下取水层位。3.3注入井injectionwell用于向目标含水层注入处理材料的现有完整井和非完整井。23.4原位注入井处理技术in-situinjectionwelltreatmenttechnology通过注入井向目标含水层输送处理材料，利用其在地下环境中的物理、化学或生物作用，原位固定、转化或去除原生劣质组分的地下水处理技术。4基本原则4.1科学性原则原位注入井处理技术的应用应建立在充分的地质、水文地质和地球化学研究基础上，基于成熟的科学研究成果和技术进展，确保科学性和先进性。4.2系统性原则应整合水文地质、环境和材料科学、信息技术等多学科知识，综合考虑水文地质条件，砷氟富集及迁移转化规律，处理材料与技术的适宜性等因素制定处理方案。4.3可持续性原则宜采用绿色长效处理材料，确保效果的持久性。工程实施过程中，应最大限度降低对周边生态环境的扰动，采取相应污染防治措施，实现生态环境保护与水资源可持续利用的协调统一。4.4经济性原则应在确保处理效果的前提下综合考虑成本效益，宜选择经济合理的处理工艺，减轻处理工程的经济负担。4.5安全性原则在处理过程中，应确保技术操作实施的安全性，防止对人体健康造成伤害。对于使用的处理材料，应进行环境和健康风险评估。5工作程序原位注入井处理砷氟原生劣质地下水的程序包括原生劣质地下水调查、水文地质试验、原位注入井处理适宜性分析、处理方案设计、工程实施与过程控制、处理效果评估与处理效果长效性保障措施等内容，具体工作程序见图1。3图1原位注入井处理砷氟原生劣质地下水工作程序6原生劣质地下水调查6.1地下水调查6.1.1调查方式主要包括背景资料收集、历史数据整理、野外调查、检测分析和补充调查等。6.1.2调查内容主要包括砷氟时空分布特征、迁移规律、敏感环境等。6.1.3调查实施可参照DZ/T0288开展。6.2井身调查主要内容包括：a）井参数：井深、井径、分层结构、成井方式等。b）地层岩性：岩芯编录、矿物组成等。c）井管滤料：井管材质、滤料级配等。d）井身完整性：机械稳定性、化学腐蚀风险等。47水文地质试验7.1抽水试验在待处理井中抽取地下水，观测水位随时间的变化，获取水文地质参数，如：渗透系数（K），影响半径（R）及含水层厚度（M）等。抽水试验可参照GB/T50027中的“第7章抽水试验”和“第9章水文地质参数计算”开展。7.2示踪试验开展示踪试验，监测示踪剂浓度的时空分布，确定地下水流速、流向、弥散系数及迁移路径。具体可参照GB/T50027中的“2.1.26同位素示踪测井”和SL373中的“附录K岩溶水示踪试验与应用”开展。7.3高压注水试验测定含水层在高水头压力下的渗透性及其稳定性，评估含水层的承压能力。具体可参照SL373中的“附录F钻孔高压压水试验”。8原位注入井处理适宜性分析应综合考虑水文地质条件、水化学特征、处理材料的选择、注入工艺、处理成本和环境影响等方面，分析原位注入井处理的适宜性。8.1水文地质条件8.1.1渗透性要求含水层渗透系数宜在10_3~10_1cm/s范围内，利于处理材料有效扩散；对于低渗透地层可采用高压注入工艺促进处理材料在含水层中迁移。8.1.2地层均质性均质含水层利于处理材料有效扩散；各向异性强或含有透镜体的地层可能导致处理材料短流，宜开展精细地层刻画，采用脉冲注入工艺。8.1.3地下水流速地下水流速宜介于0.3~1m/d范围内，过慢（<0.3m/d）导致处理材料滞留时间过长时，可调整注入频率。地下水流速过快（>1m/d）导致稀释处理材料时，可增加注入量。8.1.4含水介质类型a）本方法适用于孔隙含水层。b）裂隙或岩溶含水层应根据水文地质调查与示踪试验结果评估孔道连通性，连通性好时，可采用常规处理材料；连通性差时，宜采用改性处理材料，以提高其在目标含水层内的反应效率。8.2水化学特征8.2.1pH值a）处理地下水砷的pH范围宜在6.5~7.5，具体应根据砷的形态调整pH至该区间内。5b）处理地下水氟的pH范围宜在6.0~8.0，具体应根据筛选的处理材料类型调整pH至该区c）砷氟协同处理的pH范围宜在6.5~8.0。8.2.2氧化还原电位根据地下水的氧化还原电位选择适宜的处理材料。强还原或强氧化环境可能导致材料失活,可通过共注入氧化/还原剂调节地下水环境而适宜处理材料发挥作用。8.2.3共存离子地下水环境中的共存离子包括磷酸根、硅酸根、碳酸根、硫酸根及钙镁离子等。a）浓度低时，适宜处理工程的开展。b）浓度高时，可能抑制砷氟的处理，可选择抗干扰强的处理材料或增加处理材料注入量。8.2.4有机质低浓度有机质（DOC<5mg/L）地下水环境适宜处理工程的开展，有机质浓度过高（DOC>10mg/L），宜评估其对处理材料性能影响，必要时采用预氧化措施。8.3处理材料8.3.1材料类型砷氟处理应选择不同类型的材料，包括但不限于氧化剂、还原剂、微生物菌剂等。8.3.2材料形态处理材料形态宜为液态、胶体或悬浊液等。8.3.3长效性考虑处理材料的长效性，快反应材料起效迅速应短周期注入，缓释材料可延长反应时间，减少注入频次。8.3.4环境接受度应考虑环境的接受度，处理材料是否与地下水中的共存离子反应形成污染。8.3.5协同处理砷氟协同处理砷和氟的材料，零价铁氧化产生的铁（氢）氧化物可共同吸附或共沉淀砷和氟，铝盐可同时形成铝（氢）氧化物吸附砷并沉淀氟等。8.4注入工艺注入工艺包括但不限于连续注入、脉冲注入、重力注入、高压注入、循环注入等。应综合操作特点、适用场景及其优缺点选择最佳的注入工艺。一般注入压力应低于地层破裂压力，防止水力劈裂，若注入压力异常升高，应立即停止注入，排查原因。8.5处理成本原位注入井处理技术与抽出处理等其他技术相比，运维成本较低；地质条件复杂，高频率注入或采用高价处理材料，成本会增加。68.6环境影响应充分考虑处理工程对环境的潜在风险和对周边人群健康的影响和污染风险，提出相应的保护措施和应急预案。相关技术方法参照HJ610中的规定。9处理方案设计处理方案的主要内容应包括但不限于：筛选处理材料，实验室实验确定处理材料的效果，野外中试试验，计算处理材料用量，选择注入工艺等。9.1处理材料筛选9.1.1砷和氟处理材料原位注入井处理技术要求处理材料中所含的物质指标的浸出浓度应满足GB/T14848中规定的地下水Ⅲ类限值。可从优缺点、适用场景和影响因素等方面筛选不同类型的处理材料。砷和氟的处理材料筛选具体可分别参照附录A和附录B。9.1.2砷氟共存处理材料对于砷氟共存的地下水，应优先筛选能协同去除或固定砷氟的处理材料。9.2实验室实验针对筛选出的处理材料，开展实验室实验，以确定其对砷氟的处理参数。具体参数包括：处理时间、平衡容量、迁移扩散距离、副产物等。若实验结果表明处理材料可行，可进入野外中试试验，若不可行，则应重新筛选处理材料。9.3野外中试试验在处理工程实施前，应结合实验室结果，开展野外中试试验。中试试验旨在验证处理材料在实际水文地质条件下的适用性、迁移扩散能力及对砷氟的去除效果，评估不同注入工艺对处理效果的影响。调整优化处理材料的投加量、注入速率、压力控制等关键工程参数，确保处理方案的可行性。9.4处理材料用量基于实验室实验与野外中试试验确定的处理材料单位污染物去除量，结合含水层中砷氟的初始浓度，核算其理论消耗量。同时充分考虑含水层介质对处理材料的非特异性吸附、地下水化学反应等造成的额外损耗，预留一定的安全余量，通过综合计算最终确定处理材料用量。9.5注入工艺选择注入工艺选择，应综合考虑地层均质性和渗透性、处理材料迁移性、处理周期和运维成本等。具体可从操作特点、适用场景和优缺点等角度选择，详见附录C。10工程实施与过程控制10.1原位注入系统设计与安装10.1.1系统设计7系统设计应紧密结合水文地质条件、水化学特征及砷氟空间分布与迁移规律，计算注入流量与注入压力的合理范围。原位注入系统包括三个子系统。a）材料制备与储存系统：包括处理材料的现场制备、稀释与暂存等装置。b）注入系统：包括处理材料储存罐、可精确控制流量与压力的注入泵、浆液混匀设备及流量计、压力表等关键仪表，如图2所示。图2原位注入系统示意图c）监测系统：包括监测井、井下在线传感器等，用于实时追踪处理材料的运移与反应状态。10.1.2系统安装a）系统安装应确保所有设备、管路及阀门连接可靠，无泄漏风险。注入井口装置应便于与设备连接并能承受预定的注入压力。b）系统安装就位后应进行调试运行，使用清水或无害示踪剂进行试注入，以校准仪表读数、检验设备联动性能、确定系统的稳定性和可靠性后可进行注入操作。10.2注入操作与参数优化10.2.1注入压力应基于水文地质试验结果，设定并严格控制注入压力在目标含水层临界破裂压力以下，以防止产生新的优势流通道，确保处理材料在地层中的均匀扩散。10.2.2注入速率应根据目标含水层的渗透性进行优化调整，高渗透性地层可适当提高注入速率，低渗透性地层应采用较低速率，以保证处理材料的有效注入并避免井周堵塞。10.2.3参数优化注入过程中应根据实时监测的井内压力、流量等数据，对注入参数进行必要调整，以实现处理材料在目标含水层的最佳分布。10.3原位反应带构建8原位反应带的构建旨在通过注入处理材料，在目标含水层形成能持续有效去除或固定砷氟的活性反应屏障。10.3.1处理材料注入与扩散依据设计的注入工艺，将处理材料注入目标含水层，并利用其自身迁移性及地下水动力，促进其迁移扩散，以期形成连续覆盖充分的反应带。10.3.2实时过程监测与调控在注入及后续反应期间，宜采用在线传感器对井内压力、pH、氧化还原电位、电导率等关键参数进行实时监测。分析评估处理材料的迁移与反应状态，并为及时调整注入工艺提供依据，保障反应带的成功构建与稳定运行。10.4系统运行效果监测及评估在系统运行期间，密切关注注入井及周边区域是否出现冒浆情况，判断处理材料是否达到目标含水层，系统运行一段时间后应进行评估，根据施工进度安排制定监测计划，定期对地下水采样检测，追踪各指标的变化趋势，尤其是地下水中处理材料、砷氟的浓度变化。样品采集方法依据HJ164中的相关规定进行，并针对评估结果采取相应措施。10.5运维周期与环境风险管理原位注入井处理工程应明确处理周期，关注短期（0~6个月）与中长期（6个月~3年）砷氟处理效果与稳定性。应同步实施严格的环境风险管理，对处理材料进行浸出毒性检测，确保其环境安全性，规范施工期材料堆放与污废水处理，杜绝地表渗漏。应制定并落实相应的保护措施与应急预案，对可能出现的环境风险进行全过程管控。原位注入井处理砷氟原生劣质地下水工程记录可参照附录D。11处理效果评估地下水原生劣质组分砷氟的原位处理效果评估，应综合考虑处理目标达成、处理材料性能、长期稳定性、经济性和环境影响等。原位注入井处理砷氟原生劣质地下水报告编制大纲见附录E。11.1处理目标达成评估对比处理前后地下水中砷氟劣质组分的浓度，分析其时空变化规律，验证其是否达到GB/T14848中规定的地下水Ⅲ类限值或处理目标要求，计算其去除率或固定率。11.2处理材料性能评估评估处理材料的消耗情况及其在地下水中的迁移分布规律，分析材料是否失效或需要补充，检测处理过程中是否产生有害副产物。11.3长期稳定性评估结合处理材料的用量和注入频率，计算处理效果的有效持续时间。从短期和中长期评估劣质组分的浓度下降速率，监测处理后是否出现反弹，评估处理效果的长期稳定性，若反弹明显，应采取处理效果长效性保障措施。11.4处理经济性评估9计算处理工程的总成本，包括材料、设备、人工及监测费用等，评估处理工程的经济效11.5环境影响评估评估处理材料或副产物是否对地下水形成污染，评估处理工程对周边生态环境的影响。12处理效果长效性保障措施通过原位注入井技术处理砷氟原生劣质地下水，应在精细刻画水文地质条件，全面分析地下水化学特征的基础上，从优选适配处理材料、优化材料注入工艺、强化含水层防堵疏通、建立监测预警机制、实施全生命周期管理等方面采取系统性保障措施。12.1优选适配处理材料优选适配处理材料是处理效果长效性的核心。应优先选择化学性质稳定且对砷氟处理效率高的材料，同时兼顾其迁移性和缓释作用。优先选择通过负载、包覆等手段改性的纳米材料，扩大反应带的构建范围，使活性成分缓慢释放，而提供长期处理能力。对于砷氟共存地下水，应优选对两种组分均能长期稳定的材料，确保处理效果的同步性。12.2优化材料注入工艺a）处理材料宜高效均匀地注入砷氟劣质含水层，形成长效反应带。b）优化注入参数，包括注入压力、注入速率、注入方式及注入周期等。严格控制注入压力在地层破裂压力以下，避免形成优势流通道；采用较低流速可避免处理材料在近井区域快速堆积，降低堵塞风险。c）在非均质含水层，可采用脉冲注入工艺，增强处理材料在低渗透区域的穿透能力。12.3含水层防堵与疏通应采取主动防控与事后疏通相结合的措施，预防和应对处理材料或其反应产物可能造成的含水层堵塞。a）注入前：可通过实验室实验评估材料在地下水环境中的结垢风险，优化粒径与浆液浓度，避免处理材料颗粒在含水层孔隙中堵塞。b）注入中：若注入压力出现异常升高，可采取脉冲注入或共注入化学试剂等注入工艺优化方法，溶解无机垢或生物膜，疏通近井区域。c）形成堵塞后：可实施小幅度的井内抽出等低强度物理疏通以恢复渗透性，保障反应带的持续透水与处理效果。12.4建立监测预警机制长期监测地下水环境，定期检测注入井的水质，包括砷、氟、pH、氧化还原电位、共存离子等，实时掌握处理效果，建立预警机制。一旦发现反应带有被穿透的迹象，砷氟浓度回弹，及时响应采取维护措施。12.5实施全生命周期管理为确保反应带在地下水动态变化环境中的稳定，开展全生命周期管理。当处理材料接近饱和或效能下降时，触发预警机制，引入处理材料补充注入，保障处理效果的长效性，实现从一次处理转变为创建一个能长期维持的处理系统，实现反应带的可持续运行。附录A砷处理材料表A.1给出了地下水原生劣质组分（砷）处理材料表A.1地下水原生劣质组分（砷）处理材料筛选附录B氟处理材料表B.1给出了地下水原生劣质组分（氟）处理材料表B.1地下水原生劣质组分（氟）处理材料筛选类反应时间、pH值、注入工艺表C.1给出了注入工艺表C.1注入工艺选择料优点：提高处理材料的利用附录D工程记录表D.1给出了原位注入井处理砷氟原生劣质地下水工程记录表D.1原位注入井处理砷氟原生劣质地下水工程记录pH色pH注入后30天（资料性）原位注入井处理砷氟原生劣质地下水报告大纲1．项目概况1.1项目背景与目标1.2处理范围与标准1.3法律法规与标准依据1.4工作流程概述2．区