CN112875881A - 一种修复VOCs污染的曝气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种修复VOCs污染的曝气装置，属于地下水土有机物污染修复领域。曝气装置包括顶管、转接管、内管、外管、底管、气囊A、气囊B和气囊C。根据VOCs污染区的位置可以任意调节曝气装置在曝气井中的安置位置，实现曝气点位的改变。外管和内管之间的气孔形成曝气口，通过移动外管，调节曝气口大小，改变曝气区间范围；气囊A、气囊B和气囊C鼓起后可以固定曝气装置在曝气井中的位置，并实现曝气井的密封，使气体从曝气口释放，进入VOCs污染区，从而促进污染物的去除。该曝气装置对于提高曝气效率，降低修复成本以及推动曝气法技术的发展具有重要的工程实际意义。

Description

一种修复VOCs污染的曝气装置
技术领域
本发明专利涉及地下水土有机物污染修复领域，具体的涉及一种修复VOCs污染的曝气装置。
背景技术
经济的快速发展一方面提高了人民的生活水平，另一方面也带来了严重的环境污染问题，如地下储油管道的老化泄露、化工厂有机溶液的非法排放等。其中，石油烃类、有机氯化溶剂等已成为我国城市水土最主要的污染物质之一。
而曝气法技术由于具有原位操作，经济有效，环境友好等优点，已成为处理饱和土体和地下水中VOCs污染最有效的方法之一。曝气过程中，通过曝气井向污染区域注入空气，使之产生渗流通道，水土中的VOCs污染物通过溶解、扩散作用运移至通道，然后挥发至非饱和区，最后利用气相抽提技术抽出地表进行处理，从而达到修复的目的。在传统的现场曝气技术中，曝气井建立时，是将底部布设有滤网的注气管道直接安置在井底，然后开始填砂形成一砂层，在砂层上面一般填埋一层膨润土材料，最后在膨润土上方一般再填埋水泥-膨润土等混合材料，以最终实现曝气井的密封。整个施工工艺相对繁琐，曝气井密封复杂，消耗成本较大。此外，在实际污染场地复杂的地质条件下，VOCs污染的分布差异较大，同一污染区的污染范围可能存在垂直深度跨度较大，甚至不同层位的污染情况。然而，现有传统的曝气井建立工艺，存在曝气点位固定，单一以及曝气区间固定，单一的缺点，难以合理有效的对不同情况的污染区进行曝气修复处理，这也限制了曝气法技术的应用和推广。
因此，为解决以上问题，发明了一种修复VOCs污染的曝气装置。该曝气装置的发明对于提高曝气效率，降低修复成本以及推动曝气法技术的发展具有重要的工程实际意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题而发明了一种修复VOCs污染的曝气装置及其操作方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
本发明提供了一种修复VOCs污染的曝气装置，包括顶管、底管、转接管、内管、外管、气囊A、气囊B、气囊C和辘轳；所述顶管、底管、转接管、内管、外管同轴，所述外管套装在内管上；
所述顶管为顶端封闭的空心圆管，在顶管顶端开有注气孔，在顶管尾部的内壁上开有内螺纹；所述辘轳的支架装在顶管的外侧管壁上；
所述转接管为三段同轴空心圆管固接构成，按照从上而下的顺序分别为转接头管、转接主管和转接尾管，转接主管的外直径为D0，所述转接头管和转接尾管的外直径D02＜D0，且转接头管和转接尾管的外表面上均开有外螺纹，转接头管通过该外螺纹与顶管的尾部连接在一起；
所述内管为空心圆管，且外直径D1＝D0，内管上部的内壁上开有与转接尾管外螺纹相应的内螺纹，且通过该内螺纹与转接管的转接尾管连接在一起；将内管上自上端面为L距离以下的部分记为曝气区，气囊A镶套在曝气区的顶部位置，且在曝气区的内管的管壁上均匀分布开有多个气孔；所述底管为底端封闭的空心圆管，其外直径D2＞D1，底管的顶端与内管的尾端固接成为一体，气囊C镶套在底管的外部，且气囊C所在位置的底管的管壁上均匀分布多个气孔；
所述外管为空心圆管，其内直径D3＞D1，在外管下部的管壁上均匀分布多个气孔，气囊B套在外管设有气孔的管壁的外侧；在外管的上端面对称装有两个挂钩，两段钢丝绳的一端分别与两个挂钩相连接、另一端均缠绕在辘轳的转轴上；工作时，转轴转动，通过钢丝绳带动外管沿轴线上移，内管下部外露的多个气孔形成曝气口；
工作时，通过吊装装置将该曝气装置安装在曝气井中。
优选地，记内管的长度为L1、外管的长度L3，L＝0.2L1-0.5L1，L3＝0.5L1-L。
优选地，所述气囊A、气囊B和气囊C均为环形高压封堵气囊；所述气囊A鼓满气后外直径为d1，且满足d1≥D3，气囊B和气囊C鼓满气后外直径为d2，且满足d2≥D4，D4为曝气井的井径。
优选地，所述转接管、内管、底管和外管满足关系D0＝D1＜D3＜D2。
优选地，所述气孔半径为1mm-10mm。
优选地，底管的长度L2＝1/5L1-3/5L1。
优选地，所述辘轳至少包括两个支架、一个转轴和一个摇把，两个支架分别固定在顶管中部的外壁上，且与两个挂钩的连线错开180度角，在两个支架的上部分别开有通孔，转轴穿过两个通孔，摇把安装在转轴的一端；所述转轴的中心位置为U型结构，两段钢丝绳的一端分别缠绕在转轴中部的U型结构中。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、可以根据VOCs污染区的位置任意调节曝气装置在曝气井中的安置位置，实现曝气点位的改变；
2、可以通过移动外管，调节曝气口大小，改变曝气区间范围；
3、气囊A、气囊B和气囊C鼓起后可以固定曝气装置在曝气井中的位置，并实现曝气井的密封，使气体从曝气口释放；
4、该曝气装置结构简单，功能齐全，操作便捷，可以显著提高曝气效率，降低修复成本。
附图说明
图1是本发明实施例中曝气装置的总体结构示意图；
图2是本发明实施例中转接管的结构示意图；
图3是本发明实施例中内管和内管上气囊以及气孔分布示意图；
图4是本发明实施例中辘轳的示意简图；
图5是本发明在实际场地的曝气工作示意图。
图中：1、底管；2、顶管；3、曝气井；4、注气孔；5、辘轳；6、转接管；7、内管；8、外管；9、钢丝绳；10、挂钩；11、气囊A；12、气囊B；13、气囊C；14、曝气口；15、VOCs污染区；16、支架；17、转轴；18、摇把；19、管道A；20、开关；21、流量计；22、调压阀；23、气泵；24、抽提泵；25、管道B；26、抽提井。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。
图1是本发明实施例中曝气装置的总体结构示意图，图2是本发明实施例中转接管的结构示意图，图3是本发明实施例中内管和内管上气囊以及气孔分布示意图，由图1-图3所见，本发明一种修复VOCs污染的曝气装置包括顶管2、底管1、转接管6、内管7、外管8、气囊A11、气囊B12、气囊C13和辘轳5。其中，顶管2、底管1、转接管6、内管7和外管8同轴。外管8套装在内管7上。
所述顶管2为顶端封闭的空心圆管，在顶管2顶端开有注气孔4，在顶管2尾部的内壁上开有内螺纹。所述辘轳5的支架16装在顶管2的外侧管壁上；
所述转接管6为三段同轴空心圆管固接构成，按照从上而下的顺序分别为转接头管、转接主管和转接尾管，转接主管的外直径为D0，所述转接头管和转接尾管的外直径D02＜D0，且转接头管和转接尾管的外表面上均开有外螺纹，转接头管通过该外螺纹与顶管2的尾部连接在一起。
所述内管7为空心圆管，且外直径D1＝D0，内管7上部的内壁上开有与转接尾管外螺纹相应的内螺纹，且通过该内螺纹与转接管6的转接尾管连接在一起。将内管7上自上端面为L距离以下的部分记为曝气区，气囊A11镶套在曝气区的顶部位置，且在曝气区的内管7的管壁上均匀分布开有多个气孔。
所述底管1为底端封闭的空心圆管，其外直径D2＞D1，底管1的顶端与内管7的尾端固接成为一体，气囊C13镶套在底管1的外部，且气囊C13所在位置的底管1的管壁上均匀分布多个气孔。
所述外管8为空心圆管，其内直径D3＞D1，在外管8下部的管壁上均匀分布多个气孔，气囊B12套在外管8设有气孔的管壁的外侧。在外管8的上端面对称装有两个挂钩10，两段钢丝绳9的一端分别与两个挂钩10相连接、另一端均缠绕在辘轳5的转轴17上。工作时，转轴17转动，通过钢丝绳9带动外管8沿轴线上移，内管7下部外露的多个气孔形成曝气口14。
工作时，通过吊装装置将该曝气装置安装在曝气井3中。
在本实施例中，记内管7的长度为L1、外管8的长度L3，L＝0.2L1-0.5L1，L3＝0.5L1-L1。转接管6、内管7、底管1和外管8满足关系D0＝D1＜D3＜D2。气孔半径为1mm-10mm。底管1的长度L2＝1/5L1-3/5L1。
在本实施例中，所述气囊A11、气囊B12和气囊C13均为环形高压封堵气囊。气囊A11鼓满气后外直径为d1，且满足d1≥D3，气囊B12和气囊C13鼓满气后外直径为d2，且满足d2≥D4，D4为曝气井3的井径。该种气囊的设计一方面固定曝气装置在曝气井3中的位置，另一方面实现曝气井3的密封，促使气体从曝气口14释放。
在本实施例中，曝气口14可通过移动外管8进行调节，改变曝气区间范围。具体的，在本实施例中，曝气口14大小调节为30cm宽。另外可根据VOCs污染区15的位置任意调节在曝气装置在曝气井3中的安置位置。
图4给出了本实施例中辘轳的结构简图，由图4可见，所述辘轳5至少包括两个支架16、一个转轴17和一个摇把18，两个支架16分别固定在顶管2中部的外壁上，且与两个挂钩10的连线错开180度角。在两个支架16的上部分别开有通孔，转轴17穿过两个通孔，摇把18安装在转轴17的一端。所述转轴17的中心位置为U型结构，两段钢丝绳9的一端分别缠绕在转轴17中部的U型结构中。U型结构和错开180度角的设计保证了工作时外管8与内管7始终保持同轴。
具体的，在本实施例中，所述顶管1，转接管6，内管7，外管8，均为优质合金钢制作而成。转接管6的长度有0.5m、1m、1.5m、2m和3m五种规格。L1为1m，L2为0.5m；L3为0.8m。在本实施例中，D0＝D1＝10cm，D3＝D2＝20cm。注气孔的半径为2mm。转接管6多个型号的设计可以实现多个转接，加长曝气装置的整体长度。具体的，在本实施例中，转接管6用的规格是0.5m和3m的。
图5是本发明曝气装置在实际场地的工作示意图。结合图5，该曝气装置的操作过程如下：
步骤一，查明VOCs污染区15的位置和分布范围
具体的，在本实施例中，VOCs污染区15分布在地下深4～4.5米的饱和土体中，厚约0.5m。
步骤二，曝气井3和抽提井26的建立
具体的，在本实施例中，曝气井3深5m，半径为30cm。抽提井26位于非饱和区，深2.5m。
步骤三，曝气装置的安装
使用吊装工具或者人工方式将曝气装置安置在曝气井3中。此时，转轴17上的U型结构可以作为吊装时的挂钩使用。
步骤四，辅助装置的连接
辅助装置包括两组，第一组包括管道A19、开关20、流量计21、调节阀22和气泵23，第二组包括抽提泵24和管道B25。工作时，管道A19一端连接注气孔4，另一端经开关20、流量计21、调压阀22与气泵23相连接；管道B25一端连接抽提井26，另一端与抽提泵24相连接。具体的，在本实施例中，流量计21为TMF质量流量计，测量范围1-1000L/min。调压阀22量程为0.1-20MPa。气泵23可提供0.1-20MPa的气压。
步骤五，开始曝气
打开气泵23电源，调节调压阀22至预定曝气气压P；
转动摇把18，钢丝绳9带动外管8向上移动，调节曝气口大小；
打开开关20和抽提泵24电源，气泵23泵出的气体经顶管2和转接管6进入内管7，气囊C13、气囊B12和气囊A11逐步鼓起，鼓起的气囊C13和气囊B12与曝气井3壁紧密贴合，鼓起的气囊A11与外管8内壁紧密贴合，气体从曝气口14释放，在VOCs污染区15形成渗流通道，VOCs通过扩散进入渗流通道，然后挥发至非饱和区，最后被抽提井26抽出地表进行处理，从而达到土体VOCs的去除。
通过本发明的曝气装置和操作方法，可以极大的提高曝气工作效率，减少曝气修复成本。

Claims (7)

1.一种修复VOCs污染的曝气装置，其特征在于，包括顶管(2)、底管(1)、转接管(6)、内管(7)、外管(8)、气囊A(11)、气囊B(12)、气囊C(13)和辘轳(5)；所述顶管(2)、底管(1)、转接管(6)、内管(7)、外管(8)同轴，所述外管(8)套装在内管(7)上；
所述顶管(2)为顶端封闭的空心圆管，在顶管(2)顶端开有注气孔(4)，在顶管(2)尾部的内壁上开有内螺纹；所述辘轳(5)的支架(16)装在顶管(2)的外侧管壁上；
所述转接管(6)为三段同轴空心圆管固接构成，按照从上而下的顺序分别为转接头管、转接主管和转接尾管，转接主管的外直径为D0，所述转接头管和转接尾管的外直径D02＜D0，且转接头管和转接尾管的外表面上均开有外螺纹，转接头管通过该外螺纹与顶管(2)的尾部连接在一起；
所述内管(7)为空心圆管，且外直径D1＝D0，内管(7)上部的内壁上开有与转接尾管外螺纹相应的内螺纹，且通过该内螺纹与转接管(6)的转接尾管连接在一起；将内管(7)上自上端面为L距离以下的部分记为曝气区，气囊A(11)镶套在曝气区的顶部位置，且在曝气区的内管(7)的管壁上均匀分布开有多个气孔；所述底管(1)为底端封闭的空心圆管，其外直径D2＞D1，底管(1)的顶端与内管(7)的尾端固接成为一体，气囊C(13)镶套在底管(1)的外部，且气囊C(13)所在位置的底管(1)的管壁上均匀分布多个气孔；
所述外管(8)为空心圆管，其内直径D3＞D1，在外管(8)下部的管壁上均匀分布多个气孔，气囊B(12)套在外管(8)设有气孔的管壁的外侧；在外管(8)的上端面对称装有两个挂钩(10)，两段钢丝绳(9)的一端分别与两个挂钩(10)相连接、另一端均缠绕在辘轳(5)的转轴(17)上；工作时，转轴(17)转动，通过钢丝绳(9)带动外管(8)沿轴线上移，内管(7)下部外露的多个气孔形成曝气口(14)；
工作时，通过吊装装置将该曝气装置安装在曝气井(3)中。
2.根据权利要求1所述的一种修复VOCs污染的曝气装置，其特征在于，记内管(7)的长度为L1、外管(8)的长度L3，L＝0.2L1-0.5L1，L3＝0.5L1-L1。
3.根据权利要求1所述的一种修复VOCs污染的曝气装置，其特征在于，所述气囊A(11)、气囊B(12)和气囊C(13)均为环形高压封堵气囊；所述气囊A(11)鼓满气后外直径为d1，且满足d1≥D3，气囊B(12)和气囊C(13)鼓满气后外直径为d2，且满足d2≥D4，D4为曝气井(3)的井径。
4.根据权利要求1所述的一种修复VOCs污染的曝气装置，其特征在于，所述转接管(6)、内管(7)、底管(1)和外管(8)满足关系D0＝D1＜D3＜D2。
5.根据权利要求1所述的一种修复VOCs污染的曝气装置，其特征在于，所述气孔半径为1mm-10mm。
6.根据权利要求1所述的一种修复VOCs污染的曝气装置，其特征在于，底管(1)的长度L2＝1/5L1-3/5L1。
7.根据权利要求1所述的一种修复VOCs污染的曝气装置，其特征在于，所述辘轳(5)至少包括两个支架(16)、一个转轴(17)和一个摇把(18)，两个支架(16)分别固定在顶管(2)中部的外壁上，且与两个挂钩(10)的连线错开180度角，在两个支架(16)的上部分别开有通孔，转轴(17)穿过两个通孔，摇把(18)安装在转轴(17)的一端；所述转轴(17)的中心位置为U型结构，两段钢丝绳(9)的一端分别缠绕在转轴(17)中部的U型结构中。
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