CN113860662A - 地下水循环井结构、修复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下水及土壤修复技术领域，公开了地下水循环井结构、修复系统和方法，该系统包括循环井、抽水井、曝气管、抽气管、加药系统和尾气处理装置。循环井包括由外至内依次设置的外井管和内井管，外井管上下两端的管壁各设置多个筛孔，内、外井管之间设有隔离件，隔离件位于第一筛孔和第二筛孔之间，曝气管伸入内井管的下部，抽气管与循环井顶部连通；抽水井设在循环井附近，抽水井管下端井壁设有筛孔，其内的抽水管口略低于地下水位。地下水修复方法指基于上述修复系统在修复现场开展修复的操作方法。基于本申请所述循环井的具体结构设置，地下水能实现循环井内‑外的三维循环，配合抽水井，能扩大该循环的影响半径，提高修复效果。

Description

地下水循环井结构、修复系统及方法

技术领域

本发明涉及地下水或土壤修复技术领域，具体而言，涉及地下水循环井结构、修复系统及方法。

背景技术

有机物在储藏、运输及使用过程中的非正常泄漏已造成土壤及地下水污染，土壤地下水污染修复和治理势在必行。原位修复技术以其施工难度低、对地质结构影响小，是针对在役地块和距离敏感目标近的地块内土壤地下水修复技术的发展趋势和研究热点。地下水循环井是一种可以去除地下水和饱和带土壤中挥发性污染物的原位修复技术。该技术是由双层套管及上下两部分筛管组成的井中井，其将抽提处理技术和原位处理技术相结合，通过下部筛管将含水层中的水引入井内，然后将水从上部筛管注入含水层，不将其带出地面的同时使地下水围绕循环井进行三维循环(以循环井为中心横向迁移的同时向下迁移)，不断将地下水中溶解的挥发性污染物从地下水中吹脱至地下水循环主井中，被废气处理系统抽出去除，或随通过上部筛管排出的地下水进入包气带，通过土著生物修复进行降解，直至污染物得到充分清除。

地下水循环井技术已在国外土壤地下水修复领域得到广泛应用。国内已有相关专利进行了公开说明，但多为地下水在循环井内循环，且影响半径较小，循环周期长、能耗高。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供地下水循环井结构、修复系统和方法。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种地下水循环井结构，包括设置于地下的循环井、至少一个抽水井、气泡发生器、曝气管、抽气管和抽水管。

循环井包括由外至内设置的外井管和内井管，外井管的上下两端的管壁分别设置有与地下水存在的区域连通的多个第一筛孔和多个第二筛孔，每个第一筛孔与内井管的上端连通，每个第二筛孔与内井管的下端连通，内井管和外井管之间设置有隔离件，隔离件位于第一筛孔和第二筛孔之间，气泡发生器与曝气管连接，曝气管伸入内井管的下部，抽气管与循环井的顶部连通；

每个抽水井均设置于循环井旁，每个抽水井的井壁设置有与地下水存在的区域连通的第三筛孔，抽水管伸入抽水井内与第三筛孔对应的区域，第三筛孔的位置高度低于第一筛孔的位置高度。

在可选的实施方式中，多个第一筛孔均匀分布于对应的管壁段上，第一筛孔的均匀分布包括沿管壁的周向均匀分布；多个第二筛孔均匀分布于对应的管壁段上，第二筛孔的均匀分布包括沿管壁的周向均匀分布。

在可选的实施方式中，第一筛孔的均匀分布还包括沿管壁长度方向均匀分布；第二筛孔的均匀分布还包括沿管壁的长度方向均匀分布。

在可选的实施方式中，气泡发生器为在水下产生直径中位数为0.02～1mm的气泡的微气泡发生器。

在可选的实施方式中，内井管的底部位于外井管的下部开筛处之上或位于与开筛处的中部对应位置。

在可选的实施方式中，外井管的底部为沉淀管段，沉淀管段位于第二筛孔的下方。

在可选的实施方式中，抽水井与循环井之间的距离为5-50m。

第二方面，本发明提供一种地下水修复系统，包括抽水泵、真空泵和如前述实施方式任一项的地下水循环井结构，抽水泵与抽水管连接，真空泵与抽气管连接。

在可选的实施方式中，地下水修复系统还包括加药装置，加药装置与循环井连通；

优选地，加药装置内的药剂包括臭氧、过硫酸钠和次氯酸中至少一种；

优选地，加药装置与气泡发生器连接。

在可选的实施方式中，还包括气液分离罐和废气处理系统，气液分离罐与抽水泵连接，气液分离罐的出气口与真空泵连接，真空泵与废气处理系统连接。

在可选的实施方式中，气液分离罐的出液管与气泡发生器连接。

第三方面，本发明提供一种地下水修复方法，采用如前述实施方式任一项的地下水修复系统对地下水进行修复，包括：

在地下设置的地下水循环井结构；

向循环井内通过气泡发生器通入微气泡；

将循环井内的气体抽出，将抽水井内的水抽出。

在可选的实施方式中，设置地下水循环井结构时，内井管的顶部位于地下水位以上；

内井管内微气泡体积保有量为内井管内水体积的0.1～0.5倍。

优选地，注入循环井内的微气泡的直径中位数为0.02～1mm。

本发明具有的有益效果包括：

由于循环井的具体结构设置，可使地下水在循环井内实现内-外循环，从而提高循环井内地下水曝气吹脱效率，降低循环周期及能耗；循环井结合附近设置的抽水井能使循环井周围形成地下水三维循环流场，以扩大地下水循环井的影响半径，缩短了地下水循环井的循环周期和能耗。

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为本申请实施例提供的地下水修复系统的结构示意图。

图标：110-循环井；111-外井管；112-内井管；113-第一筛孔；114-第二筛孔；115-隔离件；116-抽气管；120-抽水井；121-抽水管；122-第三筛孔；130-沉淀管段；140-气泡发生器；141-曝气管；10-地下水修复系统；11-抽水泵；12-真空泵；13-加药装置；14-气液分离罐；15-废气处理系统；16-循环液泵；17-气水分离室；21-液位。

具体实施方式

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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

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“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

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。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

如图1所示，本申请实施例提供一种地下水循环井结构，包括设置于地下的循环井110、至少一个抽水井120、气泡发生器140、曝气管141、抽气管116和抽水管121。

具体地，循环井110包括由外至内设置的外井管111和内井管112，外井管111的上下两端的管壁分别设置有与地下水存在的区域连通且沿外井管111的管壁的周向分布的多个第一筛孔113和多个第二筛孔114，每个第一筛孔113与内井管112的上端连通，每个第二筛孔114与内井管112的下端连通，内井管112和外井管111之间设置有隔离件115，隔离件115位于第一筛孔113和第二筛孔114之间，气泡发生器140与曝气管141连接，曝气管141伸入内井管112内且高于内井管112的底端，抽气管116与循环井110的顶部连通。

每个抽水井120均设置于循环井110旁，抽水井120的井壁设置有与地下水存在的区域连通的第三筛孔122，抽水管121伸入抽水井120内与第三筛孔122对应的区域，第三筛孔122的位置高度低于第一筛孔113的位置高度。

本申请实施例提供的地下水循环井结构具有以下优点：

1.地下水循环井110在地下设置好后，通过气泡发生器140向循环井110中通入微气泡，能形成稳定的密度较小的气水混合物，由于循环井110内外流体密度差的关系，配合内井管112和外井管111具体的结构设置可使地下水在循环井110的作用下实现其在地下水循环井内-外循环，从而提高循环井内地下水曝气吹脱效率，降低循环周期及能耗。

2.通过在循环主井附近增设至少一个抽水井120，抽水井120内启动抽水后，抽水井120附近的液位21下降，在循环井上筛管周围形成水力梯度，带动循环井上筛管周围地下水流动，冲刷土壤孔隙中吸附或残留的有机物，促进曝气后的地下水在地下水位处的横向迁移，促进循环井周围形成地下水三维循环流场，以扩大地下水循环井110的影响半径，缩短地下水循环井110的循环周期和能耗。

3.采用气泡发生器140曝气，气泡直径小、比表面积大，该曝气方式水相中挥发性有机污染物向气相中迁移的传质效率高，气泡在水体中分散均匀，而且停留时间较长；气泡直径小，溶解气体能力强，可以将空气中大量氧气溶入水相，在浓度梯度作用下扩散，会在循环井周围形成一个强化的原位好氧生物降解区域，从而加速污染物的去除。

优选地，抽水井120的数量可以是多个，多个抽水井120围绕循环井均匀分布。

具体地，多个第一筛孔113和多个第二筛孔114均匀分布于对应的管壁段上，多个第三筛孔122均均匀分布于对应的井壁段上。第一筛孔113的均匀分布包括沿管壁的周向均匀分布；第二筛孔114的均匀分布包括沿管壁的周向均匀分布。进一步地，第一筛孔113的均匀分布还包括沿管壁长度方向均匀分布；第二筛孔114的均匀分布还包括沿管壁的长度方向均匀分布。例如是阵列式分布。

隔离件115的设置是避免地下水在循环井110内发生内循环。具体地，隔离件115可以是填充在内井管112和外井管111之间的不透水材料，也可以是焊接的环形的平行于水平面的隔离板，总之，只要能达到内外井管之间间隙上下隔离的效果均可。

优选地，气泡发生器为在水下产生直径中位数为0.1～3mm的微气泡的微气泡发生器。微气泡直径小，比表面积更大，挥发性有机污染物向气相中迁移的传质效率更高，微气泡在水体中分散均匀，停留时间更长。

优选地，曝气管141的曝气端应当略高于内井管112的底端，以避免曝气管141曝气时，微气泡或曝气管141周围产生的紊流影响地下水从第二筛孔114进入循环井110内。

进一步地，为了便于循环井110外部的地下水更顺利通过第二筛孔114进入内井管。内井管112的底部位于外井管111的下部开筛处之上或位于与开筛处的中部对应位置。

进一步地，外井管111的底部为沉淀管段130，沉淀管段130位于第二筛孔114的下方。

在地下水循环井结构工作过程中，不可避免地会有砂砾通过第二筛孔114进入内井管112内，进入的砂砾则在重力作用下聚集在沉淀管内，此外，地下水中含有重油的情况下，重油进入水循环管后也聚集在沉淀管内。

抽水井与循环井之间的距离为5-50m，优选地抽水井与循环井之间的距离为20-30m。

在上述距离范围内，能够更好实现抽水井120和循环井110之间三维流场的形成，对于地下水的修复效果更好。需要说明的是，具体的最佳设置距离通常需要结合地下水水位或待修复区域土壤渗透系数来确定。

本实施例提供的一种地下水修复系统10，包括抽水泵11、真空泵12和本实施例提供的地下水循环井结构，抽水泵11与抽水管121连接，真空泵12与抽气管116连接。

进一步地，地下水修复系统10还包括气液分离罐14和废气处理系统15，气液分离罐14与抽水泵11连接，气液分离罐14的出气口与真空泵12连接，真空泵12与废气处理系统15连接。

地下水从抽水井120内被抽入至气液分离罐14中，地下水中易挥发的有机物在气液分离罐14内从地下水中脱离，通过真空泵12进入废气处理系统15中被处理，同时，循环井110内的气体也通过真空泵12被进入废气处理系统15中被处理。废气处理系统15可以是包括基于吸附(例如活性炭吸附罐)、焚烧和光化学氧化原理建设的处理挥发性和半挥发性有机物的尾气处理装置。

进一步地，地下水修复系统10还包括加药装置13，加药装置13与循环井110连通。

通过加药装置13向循环井110中通入氧化剂来使地下水中存在的有机物氧化进一步提高修复效果，所加化学药剂包括但不限于臭氧、过硫酸钠和次氯酸中至少一种。所加药剂的形态可以是气态、液态、固态，或者上述几种形态的混合态。

进一步地，加药装置13与气泡发生器140连接。

药剂通过气泡发生器140与微气泡一起进入循环井110中。

进一步地，气液分离罐14的出液管与气泡发生器140通过循环液泵16连接，而加药装置13则连接于气液分离罐14和气泡发生器140之间的管道上。

通过气液分离罐14进行气液分离后的地下水中污染物含量极少，将其通入至气泡发生器140中，并在通入的过程中加入药剂循环至循环井110中。

本实施例提供的地下水修复方法，采用本申请实施例提供的地下水修复系统10对地下水进行修复，包括：

在地下设置的地下水循环井结构，内井管112的顶部位于地下水位以上；

向循环井110内通过气泡发生器140通入微气泡和药剂；

将循环井110内的气体抽出，将抽水井120内的水抽出；

抽水井120抽出的地下水进入气液分离罐14进行气液分离，气体由真空泵12送入废气处理系统15进行处理，液体通入气泡发生器140中再次进入地下；从循环井110抽出的气体被真空泵12送入废气处理系统15进行处理。

优选地，为了保证具有较佳的修复效果，微气泡注入量需保证内井管内微气泡体积保有量为内井管内水体积的0.1～0.5倍。具体的曝气量可根据内井管112内的水量来确定。

进一步地，为了获得更好的地下水修复效果，注入循环井110内的微气泡的直径中位数为0.01～1mm。

综上，本申请实施例提供的方法，其实现原理及过程如下：

药剂(优选臭氧)由曝气管141线进入循环井内部。直径微小的微气泡具有较大比表面积，与循环井内地下水中污染物充分接触，地下水中挥发性有机污染物能有效迁移至微气泡中，同时药剂的强氧化性能高效氧化水中有机污染物，将大分子有机污染物分解为小分子有机污染物，降低有机污染物的毒性。携带有药剂的微气泡在水体中分散均匀，能形成稳定的密度较小的气水混合物，该混合物上升至循环井内井管顶端后流入循环井上部筛管，气相被真空泵12抽入循环井110上方的气水分离室17，水相从上部筛管流出进入含水层。循环井下部因曝气引起的井内外流体密度差异，井周围的地下水不断流入循环井。通过持续曝气，最终在地下水循环井周围形成地下水的三维循环流场。在垂直水力冲刷作用下，地下水循环井周围土壤孔隙中吸附或残留的有机物逐渐解吸或溶解进入水相；在地下水循环井内，微气泡中挥发性有机物含量为零，在浓度差推动下，地下水中挥发性有机污染物迁移进入气相，气相经气水分离室17后由真空泵12抽入废气处理单元处理。

从地下水循环井110抽出的气相，以及从抽水井120抽出地下水分离的气相，为挥发性有机污染物和半挥发性有机物，送入废气处理系统15处理。

其中，抽水井120抽出地下水后，在循环井110上筛管周围形成水力梯度，带动循环井110上筛管周围地下水流动，冲刷土壤孔隙中吸附或残留的有机物，促进循环井110周围形成地下水三维循环流场，扩大地下水循环井的影响半径，提高挥发性有机污染物的去除效率。

其中，微气泡将空气中大量氧气溶入水相，在浓度梯度作用下扩散，在循环井周围形成强化的原位好氧生物降解区域，加速污染物的去除。

以上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)

1.一种地下水循环井结构，其特征在于，包括设置于地下的循环井、至少一个抽水井、气泡发生器、曝气管、抽气管和抽水管，

所述循环井包括由外至内依次设置的外井管和内井管，所述外井管的上下两端的管壁分别设置有与地下水存在的区域连通的多个第一筛孔和多个第二筛孔，每个所述第一筛孔与所述内井管的上端连通，每个所述第二筛孔与所述内井管的下端连通，所述内井管和所述外井管之间设置有隔离件，所述隔离件位于所述第一筛孔和所述第二筛孔之间，所述气泡发生器与所述曝气管连接，所述曝气管伸入所述内井管的下部，所述抽气管与所述循环井的顶部连通；

每个所述抽水井均设置于所述循环井旁，每个所述抽水井的井壁设置有与地下水存在的区域连通的第三筛孔，所述抽水管伸入所述抽水井内与所述第三筛孔对应的区域，所述第三筛孔的位置高度低于所述第一筛孔的位置高度。

2.根据权利要求1所述的地下水循环井结构，其特征在于，多个所述第一筛孔均匀分布于对应的管壁段上，所述第一筛孔的均匀分布包括沿所述管壁的周向均匀分布；多个所述第二筛孔均匀分布于对应的管壁段上，所述第二筛孔的均匀分布包括沿管壁的周向均匀分布；

优选地，所述第一筛孔的均匀分布还包括沿管壁长度方向均匀分布；所述第二筛孔的均匀分布还包括沿管壁的长度方向均匀分布；

优选地，所述内井管的底部位于所述外井管的下部开筛处之上或位于与所述开筛处的中部对应位置；

优选地，气泡发生器为在水下产生直径中位数为0.02～1mm的气泡的微气泡发生器。

3.根据权利要求1所述的地下水循环井结构，其特征在于，所述外井管的底部为沉淀管段，所述沉淀管段位于所述第二筛孔的下方。

4.根据权利要求1所述的地下水循环井结构，其特征在于，所述抽水井与所述循环井之间的距离为5-50m，优选地所述抽水井与所述循环井之间的距离为20-30m。

5.一种地下水修复系统，其特征在于，包括抽水泵、真空泵和如权利要求1～4任一项所述的地下水循环井结构，所述抽水泵与所述抽水管连接，所述真空泵与所述抽气管连接。

6.根据权利要求5所述的地下水修复系统，其特征在于，所述地下水修复系统还包括加药装置，所述加药装置与所述循环井连通；

优选地，所述加药装置内的药剂包括臭氧、过硫酸钠和次氯酸中至少一种；

优选地，加药装置与所述气泡发生器连接。

7.根据权利要求6所述的地下水修复系统，其特征在于，还包括气液分离罐和废气处理系统，所述气液分离罐与所述抽水泵连接，所述气液分离罐的出气口与所述真空泵连接，所述真空泵与所述废气处理系统连接。

8.根据权利要求7所述的地下水修复系统，其特征在于，所述气液分离罐的出液管与所述气泡发生器连接。

9.一种地下水修复方法，其特征在于，采用如权利要求5～8任一项所述的地下水修复系统对地下水进行修复，包括：

在地下设置所述的地下水循环井结构，所述内井管的顶部位于地下水位以上；

向所述循环井内通过所述气泡发生器通入微气泡；

将所述循环井内的气体抽出，将所述抽水井内的水抽出。

10.根据权利要求9所述的地下水修复方法，其特征在于，

内井管内微气泡体积保有量为内井管内水体积的0.1～0.5倍。

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