CN111943433A - 一种地下饮用水水源保护和污染防控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地下饮用水水源保护和污染防控系统及方法，该系统包括硬化导流地面、地下渗透反应墙、预处理墙和地下非渗透性阻隔墙；硬化导流地面与地下渗透反应墙之间的地面上设有地面导流排水沟；地下非渗透性阻隔墙的上方设有地上防护隔离墙；地下渗透反应墙、预处理墙和地下非渗透性阻隔墙的底部均低至地下的不透水层。在地表上方的硬化导流地面、地面导流排水沟和地上防护隔离墙保护取水井地表上方部分；在地表下方的位于不透水层上的地下渗透反应墙、预处理墙和地下非渗透性阻隔墙阻断地下污染物，达到保护取水井地下部分的目的。地下水集中进入地下渗透反应墙和地下非渗透性阻隔墙之间进行集中处理，降低处理成本。

Description

一种地下饮用水水源保护和污染防控系统及方法

技术领域

本发明涉及地下饮用水技术领域，尤其涉及一种地下饮用水水源保护和污染防控系统及方法。

背景技术

农业面源污染是指农村生活或农业生产活动中过量的化肥、农药等污染物通过土壤渗透等方式渗入到地下，使大量污染物进入河流、湖泊等受纳水体的污染。部分地区长期利用污水进行灌溉，对农田及地下水环境构成危害。城镇的迅速发展，导致城镇污水排量大量增加。由于资金投入不足，管网建设相对滞后、维护保养不及时等原因，管网漏损导致污水外渗，部分污水直接进入地下水体。同时，雨污分流不彻底，汛期污水随雨水溢流，造成地下水污染。

另外，部分行业也会威胁地下水的环境安全。如铬渣和锰渣在堆放场堆放时，堆放物渗漏污染地下水事件时有发生；石油化工行业勘探、开采及生产等活动显著影响地下水水质；加油站渗漏污染地下水问题的日益显现；部分工业企业通过渗井、渗坑和裂隙排放、倾倒工业废水，造成地下水污染；部分地下水工程设施及活动止水措施不完善，导致地表水直接污染含水层，同时不同的含水层之间还存在交叉污染。

工业、农业及城镇的各种废弃污染物的排放严重威胁地下水饮用水水源安全，部分地下水饮用水水源甚至检测出重金属和有机污染物，对人体健康构成潜在危害。地下水存在水文地质条件复杂，治理和修复难度大、成本高、周期长的特点，因而地下水一旦受到污染，所造成的环境与生态破坏往往难以逆转。目前，对于地下饮用水水源的安全防护大多以环境保护措施为主，如水源防护区的划分和水源保护区标志的设置等。虽然这些措施起到一定的积极作用，但对污染源没有进行有效的切断和防控，因而地下饮用水的安全防护亟待改进。

发明内容

本发明提供一种地下饮用水水源保护和污染防控系统及方法，以解决目前地下饮用水防护不足的问题。

本发明提供一种地下饮用水水源保护和污染防控系统，沿取水井中心向边沿方向，所述系统包括依次设置在所述取水井外围的硬化导流地面、地下渗透反应墙、预处理墙和地下非渗透性阻隔墙；

由所述取水井向所述地下渗透反应墙方向，所述硬化导流地面向下倾斜设置；

所述硬化导流地面与所述地下渗透反应墙之间的地面上设有地面导流排水沟；

所述地下非渗透性阻隔墙的上方设有地上防护隔离墙；

所述地下渗透反应墙、所述预处理墙和所述地下非渗透性阻隔墙的底部均低至地下的不透水层。

优选地，所述地面导流排水沟的沟壁抹面由水泥砂浆和20%的树脂混合浆涂抹；所述地面导流排水沟的末端设有排水口。

优选地，所述地上防护隔离墙的墙体抹面由M7.5的水泥砂浆和10%的树脂混合浆涂抹。

优选地，所述地下非渗透性阻隔墙为旋喷桩喷射浆液形成的防渗止水帷幕；所述浆液的相对密度为1.1-1.2。

优选地，所述浆液的制备原料包括水、水泥、膨润土和碳酸钠，所述水、所述水泥、所述膨润土和所述碳酸钠的质量比为1:0.8:0.2:0.5。

优选地，由所述不透水层向地面方向，所述预处理墙内部依次填充有垫层、功能填料层、多介质填料层和粘土覆盖层。

优选地，所述功能填料层为钢渣、粉煤灰和沸石的混合物；所述多介质填料层为果壳活性炭、硅藻土和海绵铁的混合物。

优选地，所述地下渗透反应墙包括不锈钢墙壁以及填充在所述不锈钢墙壁内部的生物反应填料床；所述生物反应填料床的上方设有检修孔。

优选地，所述生物反应填料床中的填料包括活性氧化铅、玉米秸秆粒、颗粒污泥以及硅藻土。

本发明提供一种地下饮用水水源保护和污染防控方法，包括：

地表积水在倾斜设置的硬化导流地面作用下导入地面导流排水沟中；

地下非渗透性阻隔墙、预处理墙和地下渗透反应墙阻隔地下污染物。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供一种地下饮用水水源保护和污染防控系统，沿取水井中心向边沿方向，所述系统包括依次设置在所述取水井外围的硬化导流地面、地下渗透反应墙、预处理墙和地下非渗透性阻隔墙；由所述取水井向所述地下渗透反应墙方向，所述硬化导流地面向下倾斜设置；所述硬化导流地面与所述地下渗透反应墙之间的地面上设有地面导流排水沟；所述地下非渗透性阻隔墙的上方设有地上防护隔离墙；所述地下渗透反应墙、所述预处理墙和所述地下非渗透性阻隔墙的底部均低至地下的不透水层。本申请提供的地下饮用水水源保护和污染防控系统及方法中，在地表上设置的硬化导流地面、地面导流排水沟和地上防护隔离墙能够对取水井进行地表上方的保护；在地表下方设置的位于不透水层上的地下渗透反应墙、预处理墙和地下非渗透性阻隔墙能够对地下污染物进行阻断，达到保护取水井地下部分的目的。另外，地下渗透反应墙和地下非渗透性阻隔墙的组合，地下非渗透性阻隔墙能够改变地下水的流向，使地下水集中进入地下渗透反应墙和地下非渗透性阻隔墙之间进行集中处理，降低处理成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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。

图1为本发明实施例提供的地下饮用水水源保护和污染防控系统的俯视图；

图2为本发明实施例提供的图1中A-A方向的剖视图；

符号表示：

1-取水井，2-硬化导流地面，3-地下渗透反应墙，4-预处理墙，5-地下非渗透性阻隔墙，6-地面导流排水沟，7-地上防护隔离墙，8-不透水层，9-排水口；

301-不锈钢墙壁，302-生物反应填料床，303-检修孔；

401-垫层，402-功能填料层，403-多介质填料层，404-粘土覆盖层。

具体实施方式

请参考附图1、2，附图1、2分别示出了本申请实施例提供的地下饮用水水源保护和污染防控系统的俯视图以及图1中A-A方向的剖视图。由附图1、2可见，沿取水井1中心向边沿方向，本申请实施例提供的地下饮用水水源保护和污染防控系统包括依次设置在取水井1外围的硬化导流地面2、地下渗透反应墙3、预处理墙4和地下非渗透性阻隔墙5，由此，取水井1、硬化导流地面2、地下渗透反应墙3、预处理墙4和地下非渗透性阻隔墙5呈现为直径逐渐增大的多个圆环形，如附图1所示。地下渗透反应墙3、预处理墙4和地下非渗透性阻隔墙5的底部均低至地下的不透水层8，由此，在地下区域，地下渗透反应墙3、预处理墙4、地下非渗透性阻隔墙5和不透水层8形成围绕取水井1的不透水结构，断绝了地下污水从地下进入取水井1的可能。

具体的，取水井1为待保护的下饮用水水源。取水井1的外侧设有硬化导流地面2，且由取水井1向地下渗透反应墙3方向，硬化导流地面2向下倾斜设置。这样的设置方式能够使得位于取水井1周边的地表污水由取水井1向地下渗透反应墙3方向流动，而不会进入到取水井1中，进而达到在地面上方保护取水井1的目的。

较为优选的，硬化导流地面2为水泥混凝土地面，其厚度为150-200mm，宽度为4m，坡度为i=0.05。

为使地表污水通过特定渠道排出且不渗漏至地表之下，硬化导流地面2与地下渗透反应墙3之间的地面上设有地面导流排水沟6，且地面导流排水沟6的末端设有排水口9，以便于通过排水口9排出地表污水。在本申请实施例中，地面导流排水沟6采用水泥砂浆砖砌形成，且排水沟宽为600mm，起始端沟深为400mm，坡度i=0.05。地面导流排水沟6底部的垫层采用厚度为100mm的C15素混凝土垫层，地面导流排水沟6的沟壁采用M7.5的水泥砂浆和Mu15烧结普通砖砖砌形成。砖砌后的地面导流排水沟6的沟壁抹面由水泥砂浆和20%的树脂混合浆涂抹形成。树脂混合浆具有防水性能，由此，进入到地面导流排水沟6内部的地表污水不会通过地面导流排水沟6渗漏到地下，进而不会污染地下水源。

地表上方还设有地上防护隔离墙7，且该地上防护隔离墙7位于地下非渗透性阻隔墙5的正上方。地上防护隔离墙7远离取水井1，该地上防护隔离墙7用于隔离取水井1周边的地表污水流入到地面导流排水沟6中，进而减少取水井1与地上防护隔离墙7之间的地表污水量，降低地下饮用水水源保护和污染防控系统的负荷。

进一步，地上防护隔离墙7采用水泥砂浆砖砌形成，且地上防护隔离墙7的宽度为120mm，高度为1500mm。地上防护隔离墙7的顶部向外侧倾斜200mm。地上防护隔离墙7底部的垫层采用厚度为150mm的C15素混凝土垫层，地上防护隔离墙7的墙体采用M7.5的水泥砂浆和Mu15烧结普通砖砖砌形成。砖砌后的地上防护隔离墙7的墙体抹面采用M7.5的水泥砂浆和10%的树脂混合浆涂抹形成。树脂混合浆具有防水性能，由此，地上防护隔离墙7周边的地表污水不会通过地上防护隔离墙7浸入到取水井1中。

地下非渗透性阻隔墙5为距离取水井1最远的一层阻隔墙，其位于地上防护隔离墙7的正下方。本申请实施例中的地下非渗透性阻隔墙5为旋喷桩喷射浆液形成的防渗止水帷幕，其用于阻断有可能对地下饮用水造成污染的重金属、有机物、农药残留、氮、磷等污染物进入取水井1。

具体的，地下非渗透性阻隔墙5为在取水井1的周边设置一圈由旋喷桩组成的垂直形式的防渗止水帷幕。该垂直形式的防渗止水帷幕的制备过程为：利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底不透水层设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，在土中形成一定直径的柱状成桩，周而复始形成一圈止水帷幕。本申请实施例中的旋喷桩的直径为800mm。另外，浆液的制备原料包括水、水泥、膨润土和碳酸钠，水、水泥、膨润土和碳酸钠的质量比为1:0.8:0.2:0.5，且制备出的浆液的相对密度为1.1-1.2。

预处理墙4为位于地面导流排水沟6和地下非渗透性阻隔墙5之间的阻隔层，其用于对地下的重金属、有机物、农药残留、氮、磷等污染物进行预处理。在预处理墙4的设定位置挖土坑或沟槽至不透水层8后，由不透水层8向地面方向，预处理墙4内部依次填充有垫层401、功能填料层402、多介质填料层403和粘土覆盖层404。

具体的，垫层401为预处理墙4的基础层，垫层401的材料为粒径4-8mm的石英砂。功能填料层402为钢渣、粉煤灰和沸石的混合物，其粒径为0.6-0.8mm，钢渣、粉煤灰和沸石的质量比为1:1:1。在本申请实施例中，钢渣具有强度高、表面粗糙、耐磨和耐久性好、容重大以及稳定性好的特点；粉煤灰为燃料燃烧产生的烟气灰分中的细微固体颗粒物，大部分呈球状，表面光滑、微孔较小；沸石具有离子交换性、吸附分离性、催化性、稳定性、化学反应性、可逆的脱水性、电导性等；因此，钢渣、粉煤灰和沸石组合形成的混合物能够形成坚硬的底物，起到支撑多介质填料层403和粘土覆盖层404的作用。另外，功能填料层402还能够吸附阻隔地下污水中的重金属、有机物、农药残留、氮、磷等污染物。多介质填料层403为果壳活性炭、硅藻土和海绵铁的混合物，其粒径为0.8-1.0mm，果壳活性炭、硅藻土和海绵铁的质量比为1:2:0.5。在本申请实施例中，果壳活性炭具有吸附功能；硅藻土具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点；海绵铁具有反洗频率低、抗压强度高、不粉化、不板结、比表面积大、活性高以及再生效果好的优点；因此，果壳活性炭、硅藻土和海绵铁组合形成的混合物能够充分吸收、阻断地下污染物，达到保护地下水源的目的。粘土覆盖层404为本地壤土层。

较为优选地，垫层401的高度为预处理墙4高度的0.125倍；功能填料层402的高度为预处理墙4高度的0.375倍；多介质填料层403的高度为预处理墙4高度的0.375倍；粘土覆盖层404的高度为预处理墙4高度的0.125倍。

地下渗透反应墙3为位于地面导流排水沟6和预处理墙4之间的阻隔层，其用于对地下的重金属、有机物、农药残留、氮、磷等污染物进行强化处理。本申请实施例中的地下渗透反应墙3包括不锈钢墙壁301以及填充在不锈钢墙壁301内部的生物反应填料床302，该生物反应填料床302的上方设有检修孔303。

具体的，不锈钢墙壁301为薄壁不锈钢板采用利浦双折边咬口和拼装技术建造成双圆环形，其厚度为2-4mm。不锈钢墙壁301的底部到达地下的不透水层8处，双圆环的不锈钢墙壁301的宽度为2m。在双圆环的不锈钢墙壁301相对的内侧钉设孔径为5mm的梅花状打孔，相邻两个梅花状打孔之间的孔距为60mm。在梅花状打孔上紧贴透水尼龙布，该透水尼龙布能够为生物反应填料床302中的微生物生长提供适宜的湿度。双圆环的不锈钢墙壁301内部填充生物反应填料床302，该生物反应填料床302中的填料包括质量比为0.5:1:1:0.5的活性氧化铅、玉米秸秆粒、颗粒污泥以及硅藻土。较为优选地，活性氧化铅、玉米秸秆粒、颗粒污泥以及硅藻土的粒径分别为0.6-0.8mm、2-4mm、2-3mm和0.95-1.35mm。生物反应填料床302中的填料在使用时，与含水率≥80%的城镇污水处理厂的活性污泥按照质量比1:1混合后填充在生物反应填料床302中，形成污染物处理的基质。生物反应填料床302的顶部设有检修孔303，该检修孔303用于观察生物反应填料床302内部的反应情况，同时用于对地下渗透反应墙3进行检修。

基于本申请实施例提供的地下饮用水水源保护和污染防控系统，本申请实施例还提供一种地下饮用水水源保护和污染防控方法，该方法包括：

1）地表积水在倾斜设置的硬化导流地面作用下导入地面导流排水沟中。

具体的，以取水井1为中心，在取水井1的周围设置坡度为0.05、半径为3-5m的硬化导流地面2。在距离取水井1中心30m处设置地面导流排水沟6，该地面导流排水沟6能够防止地表污水直接进入到取水井1中。位于地面导流排水沟6外侧的地下非渗透性阻隔墙5的上方设有地上防护隔离墙7，该地上防护隔离墙7的高度为1.5m，顶部向外侧倾斜0.2m，以形成对取水井1的地上保护。

2）地下非渗透性阻隔墙、预处理墙和地下渗透反应墙阻隔地下污染物。

具体的，以取水井1为中心，在取水井1半径为60m处设置地下非渗透性阻隔墙5，该地下非渗透性阻隔墙5能够阻断有可能对地下饮用水水源取水井1造成污染的重金属、有机物、农药残留、氮、磷等污染物。若地下非渗透性阻隔墙5处有渗漏，则重金属等污染物渗透过地下非渗透性阻隔墙5会依次经过预处理墙4、地下渗透反应墙3。预处理墙4会对重金属等污染物进行预处理，以处理掉大部分的污染物，剩余的污染物由地下渗透反应墙3进行强化处理。地下渗透反应墙3的生物反应填料床302中填充含水率≥80%的城镇污水处理厂的活性污泥和活性氧化铅等填充物后，使用临时风机对生物反应填料床302进行曝气充氧处理，同时向生物反应填料床302中注入浓度为2%的微生物活性菌剂。生物反应填料床302曝气充氧2天后，对微生物活性菌剂进行兼氧培育，半月后形成微生物菌群，该微生物菌群在生物反应填料床302中对重金属等污染物进行强化处理。由于各地区污染水中的重金属、有机物、农药残留、氮、磷等污染物的含量不同，因而微生物活性菌剂可以根据实际情况进行添加，只要能够处理重金属等污染物即可。

本申请实施例提供的地下饮用水水源保护和污染防控系统及方法中，在地表上设置的硬化导流地面2、地面导流排水沟6和地上防护隔离墙7能够对取水井1进行地表上方的保护；在地表下方设置的位于不透水层8上的地下渗透反应墙3、预处理墙4和地下非渗透性阻隔墙5能够对地下污染物进行阻断，达到保护取水井1地下部分的目的。另外，地下渗透反应墙3和地下非渗透性阻隔墙5的组合，地下非渗透性阻隔墙5能够改变地下水的流向，使地下水集中进入地下渗透反应墙3和地下非渗透性阻隔墙5之间进行集中处理，降低处理成本。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种地下饮用水水源保护和污染防控系统，其特征在于，沿取水井（1）中心向边沿方向，所述系统包括依次设置在所述取水井（1）外围的硬化导流地面（2）、地下渗透反应墙（3）、预处理墙（4）和地下非渗透性阻隔墙（5）；

由所述取水井（1）向所述地下渗透反应墙（3）方向，所述硬化导流地面（2）向下倾斜设置；

所述硬化导流地面（2）与所述地下渗透反应墙（3）之间的地面上设有地面导流排水沟（6）；

所述地下非渗透性阻隔墙（5）的上方设有地上防护隔离墙（7）；

所述地下渗透反应墙（3）、所述预处理墙（4）和所述地下非渗透性阻隔墙（5）的底部均低至地下的不透水层（8）。

2.根据权利要求1所述的地下饮用水水源保护和污染防控系统，其特征在于，所述地面导流排水沟（6）的沟壁抹面由水泥砂浆和20%的树脂混合浆涂抹；所述地面导流排水沟（6）的末端设有排水口（9）。

3.根据权利要求1所述的地下饮用水水源保护和污染防控系统，其特征在于，所述地上防护隔离墙（7）的墙体抹面由M7.5的水泥砂浆和10%的树脂混合浆涂抹。

4.根据权利要求1所述的地下饮用水水源保护和污染防控系统，其特征在于，所述地下非渗透性阻隔墙（5）为旋喷桩喷射浆液形成的防渗止水帷幕；所述浆液的相对密度为1.1-1.2。

5.根据权利要求4所述的地下饮用水水源保护和污染防控系统，其特征在于，所述浆液的制备原料包括水、水泥、膨润土和碳酸钠，所述水、所述水泥、所述膨润土和所述碳酸钠的质量比为1:0.8:0.2:0.5。

6.根据权利要求1所述的地下饮用水水源保护和污染防控系统，其特征在于，由所述不透水层（8）向地面方向，所述预处理墙（4）内部依次填充有垫层（401）、功能填料层（402）、多介质填料层（403）和粘土覆盖层（404）。

7.根据权利要求6所述的地下饮用水水源保护和污染防控系统，其特征在于，所述功能填料层（402）为钢渣、粉煤灰和沸石的混合物；所述多介质填料层（403）为果壳活性炭、硅藻土和海绵铁的混合物。

8.根据权利要求1所述的地下饮用水水源保护和污染防控系统，其特征在于，所述地下渗透反应墙（3）包括不锈钢墙壁（301）以及填充在所述不锈钢墙壁（301）内部的生物反应填料床（302）；所述生物反应填料床（302）的上方设有检修孔（303）。

9.根据权利要求1所述的地下饮用水水源保护和污染防控系统，其特征在于，所述生物反应填料床（302）中的填料包括活性氧化铅、玉米秸秆粒、颗粒污泥以及硅藻土。

10.一种地下饮用水水源保护和污染防控方法，其特征在于，包括：

地表积水在倾斜设置的硬化导流地面作用下导入地面导流排水沟中；

地下非渗透性阻隔墙、预处理墙和地下渗透反应墙阻隔地下污染物。

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