本研究以北方某化工厂污染地块修复为案例。该化工厂始建于20世纪90年代，占地面积约4.51×10⁵ m²，经营期间主要从事香精香料生产，2008年已全部停产搬迁。该地块土地利用规划为区域公用设施用地(H3)中的环卫设施用地。实验区位于该地块内，根据场地环境详细调查报告，实验区所在地块存在地下水污染，主要污染物为氯苯，质量浓度在600~1 200 μg·L⁻¹，污染深度为2.10~16.00 m，污染范围为443 m²，修复目标值为400 μg·L⁻¹。

地质勘察结果表明，该地块地质结构按成因年代可分为5层：1)人工填土层(Qml)，主要由杂填土和素填土组成；2)第Ⅰ陆相层(Q43al)，主要由粉质黏土、粉土组成；3)第Ⅰ海相层(Q42m)，主要由粉质黏土、粉土组成；4)全新统下组沼泽相沉积层(Q41h)，由粉质黏土组成；5)全新统下组河床-河漫滩相沉积层(Q41al)，主要由粉土、粉质黏土组成。

勘测期间，实验区域地下水埋深2~16 m，附近咸水含水层底界深度约120 m。该区域潜水含水层渗透性较差，地下水径流缓慢。含水层岩性主要为黏土、粉质黏土、粉土；包气带主要为人工填土、粉质黏土和粉土；微承压含水层主要为粉土层，其隔水顶板为粉质黏土层。潜水水位一般年变幅在1.00~2.00 m；包气带垂向渗透系数平均为0.054 m·d⁻¹；潜水含水层渗透系数取值为0.19 m·d⁻¹。

本实验采用自主开发的连续管式原位注入化学氧化技术。连续管式原位注入系统主要由自动溶配药模块、连续管注入模块和自动控制集成模块3个模块组成。自动溶配药模块主要包含药剂储存槽(储存固体药剂)、干粉输送机、自动定量配药系统、液体溶药箱(储存液态药剂)、高压柱塞泵及其泵控系统、清水箱等；连续管注入模块主要包含滚筒、注入头、连续管、喷嘴及液压动力系统等；自动控制集成模块主要包含液压控制系统、仪器仪表、传感系统、信号处理系统和操作室等。

设备工作流程为：首先，通过喷嘴喷射出的高压水射流持续破碎、切削土壤，被破碎和切削下来的土壤被泥浆返浆及时带出地面，从而快速形成孔眼，连续管在注入头的给进力作用下沿孔眼不断下钻，从而完成钻进过程；然后，当钻进深度达到设计要求后，通过投珠的方式，使垂向的高压水射流转换为水平方向的高压水射流；同时，在水平方向高压注射过程中，水射流采用药剂溶液，此时控制干粉(固体)输送机和定量泵进行定量输送药剂。示意图如图1所示。

实验开始前，对设备各模块及系统参数设置等进行检查，然后，分别在水射流压力为20、15、10、5和3 MPa的情况下开展钻进实验，钻进实验现场如图2所示。实验区地下水中主要目标污染物为氯苯。综合考虑工程施工的安全性、药剂自身氧化能力及应用便利性，本实验采用过硫酸盐作为氧化剂，液碱作为活化剂，配成溶液状态后通过连续管式原位注入装备进行地下水修复。通过小试实验结果，并结合现场施工投加便利性和工程经验，拟定过硫酸钠药剂投加比为1%(质量分数)，过硫酸钠药剂中过硫酸钠和30%液碱(活化剂)的质量比为2∶1。

1)监测井建设。在注入点周围共设置8口监测井，其中7口深井，1口浅井。深井为地下16.50 m，浅井为地下8.50 m。井套管采用PVC材质的割缝管，口径为80 mm。监测井距离钻注孔0.5~2 m。具体井位布设见图3。

监测井施工采用锤击式桩机成井，成井孔径为200 mm；成井后下入直径80 mm的UPVC割缝管，各割缝管留有500 mm的沉淀段，在割缝段外包有40目不锈钢筛网；然后，用石英砂、黏土填充割缝管与成井之间的环型孔隙，其中，石英砂从井底往上填充2~4 m，再用黏土进行封井；最后，进行洗井，完成监测井建设施工。

2)示踪实验方法。本实验采用溴化钠作为示踪剂，进行影响半径测试。钻注孔深度为16 m，溴化钠溶液注射速率约为80 L·min⁻¹，压力约为20 MPa，连续管向上的运行速度约为0.10 m·min⁻¹。共投入37 kg溴化钠与3 t清水进行溶配，注入实验区。经前期调查检测，实验区溴离子背景值为0，所以在一定时间内，当某个点位明显可检测到溴离子，则可认为该点位在药剂影响半径之内。

采用贝勒管进行取样，每次取样前均进行洗井工作。共开展3次采样，第1次采样时间为药剂注入后4 h、第2次采样时间为注入后12 h、第3次采样时间为注入后24 h。

采用便携式多参数测量仪对溴离子溶度进行检测。正式检测前，需对仪器进行标定。每个样品检测后，都需用清水清洗仪器探头，直到仪器读数为0并稳定为止。

1)注入点位布设。根据实验区水文地质条件及药剂影响半径实验(影响半径取2 m)，决定采用长方形布点方式对污染区域进行全覆盖。长方形长4 m、宽2 m，注入点位于长方形的中心，南-北行距1.50 m，东-西列距3.70 m，实验区共布设64个注入点，注入井深度16 m。注入点位布设见图4。

2)单孔注入量。结合小试及工程经验，以区域内污染地下水总方量、药剂投加比、布点数量等共同计算单孔药剂注入量，具体计算公式如式(1)。

式中：I_well为过硫酸钠单孔注入量，kg；S为污染区域面积，443 m²；H为污染地下水深度，污染区地下水分布范围2.10~16.00 m，则污染地下水深度13.90 m；θ为含水层孔隙度，取0.38；ρ为地下水密度，取1 000 kg·m⁻³；R为药剂投加比，1%；N为实验区布点数量，64。

单个注入点所需药剂：过硫酸钠365.60 kg，作为活化剂的30%液碱182.80 kg。将过硫酸钠、液碱同清水进行混合溶配作为药剂溶液。溶配设计为：每100 L水中，加入过硫酸钠4.57 kg、30%液碱2.285 kg。

3)原位注入施工。原位药剂注入施工时，按注入点序号从1~64进行，即从西向东、从北向南依次注入，充分利用本实验区水文地质特性，最大程度提高氧化药剂利用率，增强修复效果。

实验结果表明，连续管式原位注入设备在水射流压力为3 MPa、流量为27 L·min⁻¹时，在钻进实验区的钻进深度仍可达20 m以上，满足本实验场地钻进深度需求。钻进测试数据详见表1。

为增强氧化药剂在饱和层介质中的横向迁移扩散，保证修复效果，结合前期设备性能测试实验，取连续管式原位注入设备的最大水射流压力20 MPa进行高压水射流横向药剂注入，药剂溶液注射流量为80 L·min⁻¹。结合工程经验，设置连续管向上的运行速度为0.10 m·min⁻¹。

1)影响半径分析。监测结果见图5。监测井1~8中均明显检出溴离子存在，这说明实验区药剂影响半径可达2 m。其中，3号监测井(距离注入点0.50 m)注入后4 h浓度最高，达253.60 mg·L⁻¹；8号监测井(距离注入点2 m)，注入12 h后溴离子检出浓度最低，为24.90 mg·L⁻¹。

2)药剂扩散趋势分析。采用双线性插值法，对不同时间点实验区内溴离子的浓度变化进行了分析，以揭示实验区药剂扩散趋势。如图6所示，该区域在南-北方向药剂扩散较缓慢，但总体药剂有由北向南扩散的趋势；同时，该区域在东-西方向具有相对的优势通道，药剂更易于向东-西方向扩散，且随着时间推移，药剂有由西向东扩散的趋势。本场地的土壤结构为较为均质的粉粘土层，在横向方向上基本具有各相同性，因此，在本实验场地中药剂扩散趋势受土壤结构差异的影响较小，受地下水流向的影响较大。

实验结果表明，药剂扩散趋势同本场地总体地下水流场的流向基本吻合，地下水流向从东向西，从北向南。只是在本实验区块，东-西方向的地下水流向更加明显。

单个注入点开展注入工作时，先使用清水进行高压水射流垂向钻进，清水流量为20~100 L·min⁻¹，压力为3~20 MPa，从地表至地下16 m，连续管向下的钻进速度为0.50~2.00 m·min⁻¹；然后进行投珠作业，完成投珠后采用药剂溶液进行高压水射流横向注入，从地下16 m至地下2.10 m，部分注入点的工艺运行数据见表2。每米注射的药剂溶液剂量为600 L，其中，注射压力约为20 MPa、药剂溶液注射速率约为80 L·min⁻¹、连续管向上的运行速度约为0.10 m·min⁻¹。

实验区内共设有2口监测井，1号监测井为地下14 m的深井，2号监测井为地下4 m的浅井。注入完成并经30 d的药剂反应期后，在工程监理人员监督下取样送第三方检测机构进行检验，检验结果见表3。2口监测井中目标污染物氯苯的质量浓度均达到了修复目标值以下(400 μg·L⁻¹)。其中，深井中地下水氯苯的质量浓度未达到检测限，浅井中地下水氯苯质量浓度为1.30 μg·L⁻¹。

1)在本实验条件下，连续管式原位注入技术的药剂影响半径可达2.00 m。药剂在实验区的扩散趋势主要受地下水流向影响，药剂扩散梯度与场地地下水流场的流向吻合。

2)经连续管式原位注入化学氧化处理30 d后，实验区地下水中目标污染物氯苯的质量浓度均低于修复目标值(400 μg·L⁻¹)，这进一步证明原位注入药剂在实验区地层中的有效影响半径达到了2.00 m。