CN112371711A - 低渗透性土壤多相抽提装备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低渗透性土壤多相抽提装备及方法，抽提装备包括抽提单元，抽提单元包括抽提井、抽提泵、输送管以及防堵组件；抽屉泵设于抽提井内，输送管与抽提泵的出水口连通，用于输送抽提泵抽取的地下水；防堵组件包括均设于抽提井内的自动清洁组件、格栅以及填料层，格栅以及填料层均为沿抽提井的周向延伸的环形结构，抽提泵均位于格栅以及填料层围成的区域中。抽提装备作业过程中不易被堵塞，抽提半径不会减小，从而使得抽提效率高。

Description

低渗透性土壤多相抽提装备及方法

技术领域

本发明涉及环境治理设备领域，具体而言，涉及一种低渗透性土壤多相抽提装备及方法。

背景技术

随着经济的快速发展，大量的矿产开采、石油化工、工农业生产等活动产生的污染物进入水体，导致地下水受到严重的污染威胁，使得地表水和地下水受到严重污染。这些废水中已检测出包括重金属和有机污染物等在内的多种有毒有害物质，他们对人体健康造成的危害极大。如何有效去除水环境和污水中的各种污染物尤其是持久性污染物是近些年环境科学和工程研究领域的前沿和热点。其中，石化污染物在低渗透性土壤传质能力差，传统多相抽提技术处理效率低下。并且，针对非水相液体污染物多相抽提修复过程中，易发生抽提井堵塞的问题。

发明人在研究中发现，传统的抽提系统存在如下缺点：

传统工作于低渗透性污染场地的抽提井，易发生井管堵塞现象，使抽提影响半径减少，降低抽提效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低渗透性土壤多相抽提装备及方法，以改善传统的抽提井易发生井管堵塞现象，使抽提影响半径减少，降低抽提效率的技术问题。

本发明的实施例是这样实现的：

基于上述目的，本发明提供了一种低渗透性土壤多相抽提装备，包括：

抽提单元，所述抽提单元包括抽提井、抽提泵、输送管以及防堵组件；

所述抽屉泵设于所述抽提井内，所述输送管与所述抽提泵的出水口连通，用于输送所述抽提泵抽取的地下水；

所述防堵组件包括均设于所述抽提井内的自动清洁组件、格栅以及填料层，所述格栅以及所述填料层均为沿所述抽提井的周向延伸的环形结构，所述抽提泵均位于所述格栅以及所述填料层围成的区域中。

在本发明较佳的实施例中，所述自动清洁组件包括脉冲式反冲洗机构以及超声波振动筛机构，所述脉冲式反冲洗机构位于所述格栅以及所述填料层围成的区域中；所述格栅以及所述填料层的外侧以及内侧均布设有所述超声波振动筛机构。

在本发明较佳的实施例中，所述格栅以及所述填料层均设置有多层，多层所述格栅在所述抽提井的延伸方向上重叠排布，且相邻层的所述格栅上的格栅孔在所述抽提井的延伸方向上至少部分重叠；

多层所述填料层在所述抽提井的延伸方向上重叠排布，且多层所述填料层位于所述抽提井的井底与最低层的所述格栅之间。

在本发明较佳的实施例中，所述抽提井的井底设有沉砂管段，所述抽提泵与所述沉砂管段在所述抽提井的延伸方向上具有间距。

在本发明较佳的实施例中，所述低渗透性土壤多相抽提装备还包括净化单元，所述净化单元与所述输送管连通，用于净化由所述输送管输送的地下水。

在本发明较佳的实施例中，所述净化单元包括气液分离机构、废水处理机构、真空泵组、工作储液罐和废气处理机构，所述气液分离机构与所述输送管连通，用于使所述地下水气液分离；所述废水处理机构与所述气液分离机构的出液口连通，用于净化从所述地下水分离出来的液体；

所述真空泵组的进口与所述输送管连通，其出口与所述工作储液罐连通，所述工作储液罐与所述废气处理机构连通，所述废气处理机构用于净化所述抽提井中的废气。

在本发明较佳的实施例中，所述真空泵组包括液环真空泵和罗茨真空泵，所述液环真空泵与所述输送管连通，所述工作储液罐与所述液环真空泵的出口连通，所述罗茨真空泵与所述工作储液罐连通，所述废弃处理机构与所述罗茨真空泵连通，用于净化从所述输送管中排出的废气。

在本发明较佳的实施例中，所述低渗透性土壤多相抽提装备还包括回注单元，所述回注单元包括回注井、回注电极、第一管道和第二管道，所述回注电极设于所述回注井内；所述第一管道以及所述第二管道均与所述回注井连通，所述第一管道用于与所述废水处理机构的出口连通，能够将净化后的所述地下水输送至所述回注井；所述第二管道用于与所述废气处理机构的出口连通，能够将净化后的气体输送至所述回注井。

在本发明较佳的实施例中，所述回注单元还包括转接管以及均设于所述转接管上的注药管、注压管和压力变送器，所述转接管与所述回注井连通，所述注药管穿过所述转接管的管腔并伸入所述回注井内；所述注药管上设有依次设置有逆止阀、第一自动阀门和单球橡胶软接头，所述单球橡胶软接头与所述转接管连通。

基于上述目的，本发明还提供了一种低渗透性土壤多相抽提方法，该方法适用于上述的低渗透性土壤多相抽提装备，所述方法包括：

利用抽提泵抽取经过格栅以及填料层过滤后的地下水，并通过输送管输送至净化机构，同时结合自动清洁组件清洁所述抽提井以避免所述抽提井被堵塞。

本发明实施例的有益效果是：

综上所述，本发明实施例提供了一种低渗透性土壤多相抽提装备，在利用抽提泵将抽提井中的地下水抽取出来并进行净化的过程中，抽提泵设于格栅以及填料层围成的区域中，抽提泵抽取的地下水先经过格栅和填料层的过滤，然后再进入到抽提泵内被抽提泵抽取至输送管中，减少了进入抽提泵中的地下水中的杂质，避免抽提泵被堵塞。同时，由于格栅和填料层的设置，进入抽提井中的地下水中的杂质含量少，从而避免了抽提井自身被杂质堵塞，不会影响抽提半径，抽提效率高。并且，在抽提井中设置有自动清洁组件，在抽提泵运行过程中，自动清洁组件可以对抽提井进行自动清洁，使穿过格栅和填料层的部分杂质被清洁，从而避免杂质堆积在抽提井中，降低抽提井被杂质堵塞的概率，且自动清洁组件能够及时有效地清理抽提井，使抽提井始终保持干净，降低了抽提井的清洁难度，抽提井清洁便捷且效果好。

本实施例还提供了一种低渗透性土壤多相抽提方法，适用于上述的低渗透性土壤多相抽提装备，抽提井作业过程中，不易被堵塞，抽提安全可靠，抽提效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的抽提单元的结构示意图；

图2为本发明实施例的回注单元的结构示意图；

图3为本发明实施例的净化单元的结构示意图；

图4为本发明实施例的抽提单元的作业流程框图；

图5为本发明实施例的抽提单元和回注单元的作业流程示意图。

图标：

001-土壤颗粒；100-抽提单元；110-抽提井；120-抽提泵；130-输送管；140-防堵组件；141-自动清洁组件；1410-脉冲式反冲洗机构；1411-超声波振动筛机构；142-格栅；143-填料层；150-沉砂管段；200-净化单元；210-气液分离机构；220-废水处理机构；230-液环真空泵；240-工作储液罐；250-罗茨真空泵；260-废气处理机构；300-回注单元；310-回注井；320-回注电极；330-第一管道；340-第二管道；350-转接管；360-注药管；361-逆止阀；362-第一自动阀门；363-单球橡胶软接头；370-注压管；380-压力变送器；390-第二自动阀门；400-蒸汽盖。

具体实施方式

目前，多相抽提作业过程中存在抽提井易被堵塞的问题，导致抽提效率低，抽提效果差。

鉴于此，本发明设计者设计了一种低渗透性土壤多相抽提装备及方法，抽提井不易被堵塞，抽提效率高，节能环保。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例

请参阅图1-图5，本实施例提供了一种低渗透性土壤多相抽提装备，用于提取被污染场所的土壤中的地下水，从而将地下水净化并将净化后的水和气体重新排入到地下。该抽提设备工作过程中不易被杂质堵塞，使用安全可靠，提取效率高。

需要说明的是，该低渗透性土壤多相抽提装备可以用于抽提石油采集场所的地下水、加油站的地下水或者厂矿开采区的地下水等。

请参阅图1，本实施例中，低渗透性土壤多相抽提装备包括：

抽提单元100，抽提单元100包括抽提井110、抽提泵120、输送管130以及防堵组件140；

抽屉泵设于抽提井110内，输送管130与抽提泵120的出水口连通，用于输送抽提泵120抽取的地下水，且将地下水输送至净化机构处进行净化；

防堵组件140包括均设于抽提井110内的自动清洁组件141、格栅142以及填料层143，格栅142以及填料层143均为沿抽提井110的周向延伸的环形结构，抽提泵120均位于格栅142以及填料层143围成的区域中。

本实施例中，在利用抽提泵120将抽提井110中的地下水抽取出来并进行净化的过程中，抽提泵120设于格栅142以及填料层143围成的区域中，抽提泵120抽取的地下水先经过格栅142和填料层143的过滤，然后再进入到抽提泵120内被抽提泵120抽取至输送管130中，减少了进入抽提泵120中的地下水中的杂质，避免抽提泵120被堵塞。同时，由于格栅142和填料层143的设置，进入抽提井110中的地下水中的杂质含量少，从而避免了抽提井110自身被杂质堵塞，不会影响抽提半径，抽提效率高。并且，在抽提井110中设置有自动清洁组件141，在抽提泵120运行过程中，自动清洁组件141可以对抽提井110进行自动清洁，使穿过格栅142和填料层143的部分杂质被清洁，从而避免杂质堆积在抽提井110中，降低抽提井110被杂质堵塞的概率，且自动清洁组件141能够及时有效地清理抽提井110，使抽提井110始终保持干净，降低了抽提井110的清洁难度，抽提井110清洁便捷且效果好。

本实施例中，可选的，自动清洁组件141包括脉冲式反冲洗机构1410以及超声波振动筛机构1411，脉冲式反冲洗机构1410位于格栅142以及填料层143围成的区域中；格栅142以及填料层143的外侧以及内侧均布设有超声波振动筛机构1411。通过设置脉冲式反冲洗机构1410，在抽提井110作业过程中，可以清除截留在格栅142和填料层143滤中的杂质，使格栅142和填料层143能够恢复一定的过滤能力。同时，结合超声波振动筛机构1411，使格栅142和填料层143中的杂质被振动松散，与格栅142和填料层143的结合力减弱，从而再利用脉冲式反冲洗机构1410对格栅142和填料层143进行反冲洗，提高反冲洗的效果，使格栅142和填料层143恢复更大的过滤能力。

本实施例中，可选的，格栅142以及填料层143均设置有多层，多层格栅142在抽提井110的延伸方向上重叠排布，且相邻层的格栅142上的格栅142孔在抽提井110的延伸方向上至少部分重叠。

应当理解，格栅142为具有多个孔的框架结构，格栅142的具体结构在本实施例中不进行具体限定。例如，格栅142可以是网箱结构。当格栅142设置多层时，每一层的格栅142的形状可以设置为不同，以使相邻层的格栅142上的孔不完全对齐，从而提高过滤效果。

可选的，多层填料层143在抽提井110的延伸方向上重叠排布，且多层填料层143位于抽提井110的井底与最低层的格栅142之间。换句话说，在布设填料层143和格栅142时，先将填料层143一层一层的设置于抽提井110中，填料层143先填充抽提井110的底部，然后当填料层143布设完成后，再在填料层143上布设格栅142，从而形成格栅142在上，填料层143在下的组合结构。在过滤地下水的过程中，多层的格栅142可以逐级过滤土壤颗粒001，且具有降低土壤接触粘附的作用。在本实施例中，拟通过正交试验，对比20目、30目、40目、50目和60目筛滤材料之间的级配，得到最优目数配比。且经过多级格栅142过滤后大部分土壤颗粒001被截留，一部分小粒径土壤颗粒001穿过格栅142后进入填料层143被填料层143阻截，最后一部分穿过填料层143到达抽提井110中。

需要说明的是，为了保证地下水以及土壤颗粒等混合物依次经过多层格栅142以及多层填料层143后从底部进入到抽提泵120中，可以在抽提井110中设置环形阻隔筒，抽提泵120位于环形阻隔筒的筒腔中，多层格栅141以及多层填料层142环绕阻隔筒设置，且阻隔筒的底部和最底层的填料层143的底部连通。

应当理解，由于自动清洁组件141、多层格栅142和多层填料层143的设计，透过填料层143的杂质(例如土壤颗粒001等)进入抽提井110，通过启动自动清洁组件141，能够清除进入抽提井110中的杂质，从而降低抽提井110被堵塞的风险。

也就是说，本实施例提供的抽提装备，通过设置脉冲式反冲洗机构1410和超声波振动筛设备组成多级自动清洁组件141，与多层格栅142和多层填料层143耦合，构成主动清洁与静态拦截相协同作用的防堵塞抽提井110系统，阻挡土壤颗粒001进入抽提井110内，从而避免抽提井110以及抽提泵120被堵塞。实际作业时，多层格栅142和多层填料层143为第一级防堵塞措施，自动清洁组件141为第二级防杜塞措施。

本实施例中，可选的，抽提井110的井底设有沉砂管段150，抽提泵120与沉砂管段150在抽提井110的延伸方向上具有间距。应当理解，在工程实际应用中存在自动清洁沉降颗粒以及泥浆混合水等水文地质条件较差的情况，采用预留的沉砂管段150作为第三级防堵塞措施，以起到暂存土壤颗粒001作用。

请参阅图2和图3，本实施例中，可选的，低渗透性土壤多相抽提装备还包括净化单元200和回注单元300，净化单元200与输送管130连通，用于净化由输送管130输送的地下水。回注单元300用于将净化后的地下水回归到土壤中。

本实施例中，可选的，净化单元200包括气液分离机构210、废水处理机构220、真空泵组、工作储液罐240和废气处理机构260，气液分离机构210与输送管130连通，用于使地下水气液分离；废水处理机构220与气液分离机构210的出液口连通，用于净化从地下水分离出来的液体。

真空泵组的进口与输送管130连通，其出口与工作储液罐240连通，工作储液罐240与废气处理机构260连通，废气处理机构260用于净化抽提井110中的废气。可选的，真空泵组包括液环真空泵230和罗茨真空泵250，液环真空泵230与输送管130连通，工作储液罐240与液环真空泵230的出口连通，罗茨真空泵250与工作储液罐240连通，废弃处理机构与罗茨真空泵250连通，用于净化从输送管130中排出的废气。通过两个真空泵与抽提泵120的组合，实现更高效率的地下水的抽提。

请参阅图2-图4，本实施例中，可选的，回注单元300包括回注井310、回注电极320、第一管道330和第二管道340，回注电极320设于回注井310内；第一管道330以及第二管道340均与回注井310连通，第一管道330用于与废水处理机构220的出口连通，能够将净化后的地下水输送至回注井310；第二管道340用于与废气处理机构260的出口连通，能够将净化后的气体输送至回注井310。可选的，再回注井310的井口设有蒸汽盖400，避免气体泄漏。

进一步的，回注单元300还包括转接管350以及均设于转接管350上的注药管360、注压管370和压力变送器380，转接管350与回注井310连通，注药管360穿过转接管350的管腔并伸入回注井310内；注药管360上设有依次设置有逆止阀361、第一自动阀门362和单球橡胶软接头363，单球橡胶软接头363与转接管350连通。在注压管370上设置有第二自动阀门390。在抽提作业进行过程中，将抽提的地下水进行气液分离以及净化后，利用回注单元300将净化后的地下水重新输入到地下，且在主要管中注入适量的药物，以使地下水更好的导流至地底。

本实施例提供的低渗透性土壤多相抽提装备，基于多层填料层143和分级格栅142，优化抽提井110结构以实现防堵塞功能。通过设备模拟运行手段，研发多层水平渗透增压式注流井；基于中试实验，综合比较考察影响半径、修复效果、修复时效、成本效益、安全和环境影响等，优化工艺参数，确定设计参数：绘制工艺流程图，用以描述物料和能量供给平衡，包括水槽、鼓风机、井、泵、传输管、阀门以及流速、温度、压力和流体成分；绘制管路及仪器装设系统图，确定系统运行、控制、连锁和自动关闭的设备及原件；绘制管路图，描述传输管道的位置及构筑详细参数；确定抽提井110和回注井310的设计参数，包括井头的设计；设计系统控制仪表的系统控制逻辑图；设计用以支持系统运行的围场、房基和仓库等；确定一套完整的运行、维护和监测计划。

本实施例提供的低渗透性土壤多相抽提装备，不仅具有防堵功能，且还能够高效的实现地下水的回注，实现地下水的净化以及恢复地下生态，环保安全。

本实施例还提供了一种低渗透性土壤多相抽提方法，适用于上述实施例提到的低渗透性土壤多相抽提装备，该方法包括：

请参阅图5，利用抽提泵120抽取经过格栅142以及填料层143过滤后的地下水，并通过输送管130输送至净化机构，同时结合自动清洁组件141清洁抽提井110以避免抽提井110被堵塞。

可选的，抽提泵120将抽取的地下水通过输送管130输送至净化单元200，在净化单元200净化后，再通过回注单元300回注到地底。

本实施例提供的低渗透性土壤多相抽提方法，可应用于挥发性有机物、可生物降解的半挥发性有机物以及可移动态轻质非水相流体等污染场地的土壤地下水修复工程，具有不易被堵塞以及作业效率高等优点。且该方法通过对地下多相抽提装备的合理设计，使得该多相抽提系统能够适应不同污染特征和不同水文地质条件的污染场地，并可针对污染场地内存在的局部差异进行精细调整，从而实现灵活高效的多相抽提修复效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低渗透性土壤多相抽提装备，其特征在于，包括：

抽提单元，所述抽提单元包括抽提井、抽提泵、输送管以及防堵组件；

所述抽屉泵设于所述抽提井内，所述输送管与所述抽提泵的出水口连通，用于输送所述抽提泵抽取的地下水；

所述防堵组件包括均设于所述抽提井内的自动清洁组件、格栅以及填料层，所述格栅以及所述填料层均为沿所述抽提井的周向延伸的环形结构，所述抽提泵均位于所述格栅以及所述填料层围成的区域中。

2.根据权利要求1所述的低渗透性土壤多相抽提装备，其特征在于：

所述自动清洁组件包括脉冲式反冲洗机构以及超声波振动筛机构，所述脉冲式反冲洗机构位于所述格栅以及所述填料层围成的区域中；所述格栅以及所述填料层的外侧以及内侧均布设有所述超声波振动筛机构。

3.根据权利要求1所述的低渗透性土壤多相抽提装备，其特征在于：

所述格栅以及所述填料层均设置有多层，多层所述格栅在所述抽提井的延伸方向上重叠排布，且相邻层的所述格栅上的格栅孔在所述抽提井的延伸方向上至少部分重叠；

多层所述填料层在所述抽提井的延伸方向上重叠排布，且多层所述填料层位于所述抽提井的井底与最低层的所述格栅之间。

4.根据权利要求1所述的低渗透性土壤多相抽提装备，其特征在于：

所述抽提井的井底设有沉砂管段，所述抽提泵与所述沉砂管段在所述抽提井的延伸方向上具有间距。

5.根据权利要求1所述的低渗透性土壤多相抽提装备，其特征在于：

所述低渗透性土壤多相抽提装备还包括净化单元，所述净化单元与所述输送管连通，用于净化由所述输送管输送的地下水。

6.根据权利要求5所述的低渗透性土壤多相抽提装备，其特征在于：

所述净化单元包括气液分离机构、废水处理机构、真空泵组、工作储液罐和废气处理机构，所述气液分离机构与所述输送管连通，用于使所述地下水气液分离；所述废水处理机构与所述气液分离机构的出液口连通，用于净化从所述地下水分离出来的液体；

所述真空泵组的进口与所述输送管连通，其出口与所述工作储液罐连通，所述工作储液罐与所述废气处理机构连通，所述废气处理机构用于净化所述抽提井中的废气。

7.根据权利要求6所述的低渗透性土壤多相抽提装备，其特征在于：

所述真空泵组包括液环真空泵和罗茨真空泵，所述液环真空泵与所述输送管连通，所述工作储液罐与所述液环真空泵的出口连通，所述罗茨真空泵与所述工作储液罐连通，所述废弃处理机构与所述罗茨真空泵连通，用于净化从所述输送管中排出的废气。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的低渗透性土壤多相抽提装备，其特征在于：

所述低渗透性土壤多相抽提装备还包括回注单元，所述回注单元包括回注井、回注电极、第一管道和第二管道，所述回注电极设于所述回注井内；所述第一管道以及所述第二管道均与所述回注井连通，所述第一管道用于与所述废水处理机构的出口连通，能够将净化后的所述地下水输送至所述回注井；所述第二管道用于与所述废气处理机构的出口连通，能够将净化后的气体输送至所述回注井。

9.根据权利要求8所述的低渗透性土壤多相抽提装备，其特征在于：

所述回注单元还包括转接管以及均设于所述转接管上的注药管、注压管和压力变送器，所述转接管与所述回注井连通，所述注药管穿过所述转接管的管腔并伸入所述回注井内；所述注药管上设有依次设置有逆止阀、第一自动阀门和单球橡胶软接头，所述单球橡胶软接头与所述转接管连通。

10.一种低渗透性土壤多相抽提方法，其特征在于，该方法适用于上述权利要求1-9中任一项的低渗透性土壤多相抽提装备，所述方法包括：

利用抽提泵抽取经过格栅以及填料层过滤后的地下水，并通过输送管输送至净化机构，同时结合自动清洁组件清洁所述抽提井以避免所述抽提井被堵塞。

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