CN114560562A - 一种地下水循环井井内生物反应器功能组件及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地下水循环井井内生物反应器功能组件及其使用方法，生物反应器功能组件配置于循环井井体内部限定空间中，以通过循环井抽注水组件实现生物反应器功能组件中地下水的流入和流出，其中，生物反应器功能组件基于不同的微生物反应类型至少配置有好氧反应室、兼氧反应室和厌氧反应室中两种或以上组合，以构成连通廊道的方式使地下水在生物反应器功能组件内通过好氧反应室、兼氧反应室和厌氧反应室的各种组合强化循环井系统去除地下水中有机污染物；生物反应器功能组件通过若干弹性铰链活动连接于循环井井体并设置在循环井井体内；生物反应器强化循环井修复系统的使用方法至少包括抽注水、吹脱气提捕集、尾气净化处理和污泥抽提等步骤。

Description

一种地下水循环井井内生物反应器功能组件及其使用方法

技术领域

本发明涉及开凿立井修复治理污染场地土壤地下水的技术领域，尤其涉及一种地下水循环井井内生物反应器功能组件及其使用方法。

背景技术

地下水循环井技术作为一种原位修复方法，因其对地层结构扰动较小、影响范围大、操作维护简单等优点，在发达国家应用于地下水修复已有30多年发展历史。循环井技术主要借助真空泵抽提井内水流，从而在循环井周围区域形成垂向循环流场，循环流冲刷并带动有机污染物进入井内，通过曝气吹脱和抽提去除挥发/半挥发性有机污染物，从而实现对地下水中有机污染物的去除。

传统的循环井技术主要采用曝气吹脱和气相抽提去除地下水中的挥发性有机污染物，对于难挥发性有机污染物的去除率有限。虽然已有报道通过井内曝气可强化土著微生物对有机污染物的降解，但仍存在循环井易堵塞、修复周期长、污染物选择性高等缺点。因此，提升循环井技术降解污染物的能力，使其可广泛的应用于地下水污染修复，是当前循环井技术亟需解决的问题之一。

氧化沟工艺作为一种成熟的水处理技术在市政污水处理方面已得到较广泛应用。氧化沟工艺主要通过在不同的廊道设置曝气设备形成厌氧-兼氧-好氧三个不同的处理区域，根据微生物的呼吸方式不同，从而在氧化沟不同的位置形成不同的微生物反应区，从而达到有效降解水中有机污染物的目的。目前，尚未见到氧化沟工艺与循环井技术相结合的报道，本专利在氧化沟工艺设计思路的基础上，将循环井技术与微生物好氧/厌氧反应相结合设计了一种井内微生物反应器功能组件，从而达到强化循环井修复有机污染地下水效能的目的。

CN 206955867 U公开了一种用于有机污染地下水原位修复的循环井装置，包括循环井、曝气系统、生物处理系统和药剂投加系统；循环井分为内井和外井；内井和外井分上、下两段，中间有隔板隔开；曝气系统包括气泵、输气管以及曝气头；生物处理系统包括微生物填料区、水泵、抽水管以及喷洒头；药剂投加系统包括修复药剂储存容器、加药泵、药剂输送管、药剂投加管以及药剂添加管。该实用新型结构简单，综合了地下水循环井技术优点，可有效提高地下水中难降解有机物的去除效果，提高修复效率。

CN 103112915 B公开了一种去除地下水中污染物的循环井方法，所述循环井是一个在污染地块内，根据土壤性质、污染程度及设备对地下水的影响半径，循环井以连续梅花状、方格或六边形布局，循环井是打1～N个直径不小于100mm、深度大于1米的水井，在此井内进行曝气、吹脱、抽提、加药处理工艺进行污染水的处理；吹脱：将井水即地下水提升至井顶部后通过喷淋头向下喷淋；曝气、抽提：井内曝气和气体真空抽提增加气液传质界面，增强气体吹脱效果，井内曝气时，增加地下水中溶解氧含量，使得被污染的水在有氧的环境中，加药：根据污染程度及污染物的不同，在曝气的高压气泵1的进气口A处或专用加药管加进氧化剂、微生物制剂、臭氧或/和絮凝剂。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种循环井井内生物反应器功能组件及其使用方法，以解决现有技术存在的上述技术问题。

本发明公开了一种地下水循环井井内生物反应器功能组件，也可以是一种地下水循环井井内强化生物反应器功能组件，所述生物反应器功能组件，用于强化循环井对受污染的地下水净化，其至少配置为：同时包含好氧反应室、兼氧反应室和厌氧反应室两种或以上组合；包含具有底管曝气孔的底部曝气盘；包含污泥收集室，所述生物反应器功能组件能够配置于循环井井体的内部限定空间中，以通过所述循环井井体实现所述生物反应器功能组件中的地下水的流入和流出，其中，所述生物反应器功能组件基于微生物反应类型至少配置有好氧反应室、兼氧反应室和厌氧反应室中两种或以上组合，以构成连通廊道的方式使地下水在所述生物反应器功能组件内流通至好氧反应室、兼氧反应室和厌氧反应室的不同区域时，能够由相应类型的微生物对有机污染物进行降解处理。

所述生物反应器功能组件内的廊道呈螺旋状配置，不同反应室之间设置隔板分开，其中，不同反应室中的有孔反应隔板预留的部分空间能够形成用于装填微生物载体填料的装填室。

所述生物反应器功能组件能够基于水泵的抽吸作用实现地下水的流入和流出，以使得位于所述循环井井体的循环井下筛段区域的地下水能够在经过所述生物反应器内的反应后进入所述循环井井体的循环井上筛段。

所述生物反应器功能组件能够基于填充在气浮泡沫填充室中的填充物而以悬浮于所述循环井上筛段的方式随着所述循环井井体内水位高度自动调整位置，其中，所述生物反应器功能组件的位置调整范围受限于设置在所述生物反应器功能组件周围的弹性铰链的延展长度。

所述循环井井体能够在所述循环井上筛段和所述循环井下筛段分别对应的至少部分区域通过呈打开状态的循环井上筛段筛孔和循环井下筛段筛孔连通于大粒径滤料填充段，以实现所述循环井井体与周围含水层的水力连通和交换。

地下水中的挥发性和/或半挥发性有机物至少能够基于吹脱气提捕集模块的吹脱作用而吹脱出，所述吹脱气提捕集模块能够利用空气鼓风机将空气通过生物反应器曝气软管送入所述生物反应器功能组件内，其中，吹脱出的尾气能够经三相分离装置和/或抽气管进入尾气净化装置，以进行尾气处理。

所述生物反应器功能组件下部用于承接脱落污泥的污泥收集室能够在达到预设阈值时由污泥抽提装置通过与污泥抽提管连通的污泥收集管道进行抽提排出。

所述污泥收集室能够基于微生物反应类型而分为好氧污泥收集室和厌氧污泥收集室，与不同廊道连通的污泥收集室底部呈不同的倾斜程度，以使得污泥能够汇集于所述污泥收集管道的输入口。

本发明还公开了一种包含循环井井内生物反应器功能组件的循环井系统，所述循环井系统包括循环井井体和配置于所述循环井井体内部限定空间的前述任意权利要求之一所述的生物反应器功能组件，其中，所述生物反应器功能组件能够通过若干弹性铰链活动连接于所述循环井井体的内井井壁。

本发明还公开了一种循环井井内生物反应器功能组件的使用方法，该使用方法采用了上述任一生物反应器功能组件，其中，该使用方法至少包括如下步骤：

启动地下水抽注水模块：在循环井井体外部含水层形成垂向水力循环；

启动吹脱气提捕集模块：为好氧反应室提供反应所需的氧气并吹脱出水中的挥发性和/或半挥发性有机物；

启动尾气净化处理模块：吹脱出来的尾气由抽气真空泵抽至尾气净化处理模块经尾气净化装置处理达标后直接排放；

启动污泥抽提模块：基于预设污泥储量阈值周期性地对生物反应器功能组件内污泥收集室中沉降的污泥进行抽提排出。

本发明至少包括如下的有益技术效果：

(1)本发明结合了生物反应器功能组件与循环井技术，利用微生物在不同的含氧环境下高效降解有机污染物，从而达到强化循环井原位修复有机污染地下水的目的；

(2)微生物强化循环井原位修复有机污染地下水最大的阻碍于生物附着和污泥堵塞循环井筛段，本发明将微生物降解有机污染物的过程置于生物反应器功能组件中。同时，该生物反应器功能组件设置有三相分离装置和污泥收集装置，从而有效调剂了井内活性污泥的数量，避免微生物于井内大量繁殖，堵塞循环井进出水筛孔，进而延长循环井的使用寿命；

(3)本发明生物反应器功能组件可同时填充多种微生物制剂，可有效实现对地下水中多类型有机物污染物的同步去除；

(4)本发明利用污泥抽提单元对沉降于生物反应器功能组件底部的污泥进行及时抽提，避免污泥随着水流上升至上套井内发生堵塞筛管的现象，其中，污泥抽提装置可基于实时数据与预设阈值进行周期性工作，并且实时数据的传输可采用变化的数据信息传输周期进行，以保证数据信息传输、处理、储存的有效性和高效性，从而更灵活地适应于不同条件。

附图说明

图1为本发明的生物反应器功能组件在一种优选实施方式中设置于循环井井体内的结构示意图；

图2为本发明的生物反应器功能组件在一种优选实施方式中的俯视结构示意图；

图3为本发明的生物反应器功能组件在一种优选实施方式中的剖面结构示意图；

图4为本发明的三相分离装置在一种优选实施方式中的结构示意图。

附图标记列表

1：污泥抽提装置；2：污泥抽提管；3：空气净化器；4：空气鼓风机；5：鼓风空气流量计；6：抽气空气流量计；7：抽气真空泵；8：尾气净化处理模块；9：尾气净化装置；10：抽提分离净化装置；11：污泥抽提软管；12：循环井井体；13：外井井壁；14：循环井上筛段；15：循环井上筛段筛孔；16：生物反应器曝气软管；17：生物反应器功能组件；18：内井井壁；19：抽气管；20：三相分离器导气软管；21：水位线；22：大粒径滤料填充段；23：生物反应器出口；24：弹性铰链；25：循环井上筛段出水软管；26：封隔器；27：膨润土封；28：水泵；29：循环井下筛段进水管；30：循环井下筛段；31：循环井下筛段筛孔；32：底封；33：厌氧反应室有孔反应隔板；34：厌氧反应室无孔阻隔隔板；35：兼氧微生物载体装填室；36：厌氧微生物载体装填室；37：底管曝气孔；38：底部曝气盘；39：兼氧反应室无孔阻隔隔板；40：兼氧反应室有孔反应隔板；41：水流阻隔隔板；42：进水口；43：好氧微生物载体装填室；44：污泥收集管道；45：好氧污泥收集室；46：厌氧污泥收集室；47：反应室外壁；48：三相分离装置；49：进水孔；50：气浮泡沫填充室；51：井内地下水流动方向；52：气体收集室；53：短导流板；54：长导流板；55：污泥沉降方向；56：气体导流管；57：气体流动方向；58：污泥沉降室；59：固液气混合液流动方向；60：兼氧污泥收集室。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

图1为本发明的生物反应器功能组件17在一种优选实施方式中设置于循环井井体12内的结构示意图；图2为本发明的生物反应器功能组件17在一种优选实施方式中的俯视结构示意图；图3为本发明的生物反应器功能组件17在一种优选实施方式中的剖面结构示意图；图4为本发明的三相分离装置48在一种优选实施方式中的结构示意图。

实施例1

本发明公开了一种循环井井内强化生物反应的功能组件，也可称为一种厌氧-兼氧-好氧的局部循环曝气的生物反应器功能组件，用于有机污染地下水的原位修复。

循环井生物反应功能组件主要包括循环井井体12和生物反应器功能组件17，其中，循环井井体12能够以开凿立井的方式于出现地下水污染的地面沿朝向于地底的方向开挖一定深度的地下空间，以使得挖掘出的地下空间及其周边地层表面能够用于容纳和/或承载循环井井体12，循环井井体12的井壁限定出的内部空间能够至少容纳生物反应器功能组件17。

优选地，循环井井内生物反应功能组件还能够配置有地下水抽注水模块、吹脱气提捕集模块和/或尾气净化处理模块8，以配合于生物反应器功能组件17实现有机污染地下水的原位修复。

进一步地，循环井井体12可包括由外井井壁13构成的外套井和由内井井壁18构成的内套井，其中，外套井以套设于内套井外侧的方式布设，即内套井配置于外套井的限定空间内。对于循环井井体12而言，外侧是指远离地下空间中心并靠近周边含水层侧壁的方向，内侧则相反，其中，周边含水层侧壁是指从地面向地底开挖过程中在周向上形成的大致与循环井井体12结构相似的含水层结构。

优选地，外套井在其外井井壁13的外侧，即外井井壁13与周边含水层侧壁之间的区域空间能够设置有若干填充层，其中，在上述限定的区域空间内沿地表向地底的方向可分别配置有膨润土封27和大粒径滤料填充段22。优选地，基于生物反应器功能组件17在循环井井体14内的安装位置，可在上述限定的区域空间内沿地表向地底的方向循环配置有膨润土封27和大粒径滤料填充段22，以限定地下水流入和流出循环井井内强化生物反应器功能组件的位置和区域。换言之，填充层至少在生物反应器功能组件17的所在高度对应的位置及其附近区域可配置为膨润土封27，以避免在无需地下水进出的区域出现循环井井体12内外的地下水流通。

优选地，内套井内配置有能够将内套井阻断为循环井上筛段14和循环井下筛段30的封隔器26，其中，生物反应主要作用于循环井上筛段14，而循环井下筛段30仅作用于水力循环。换言之，生物反应器功能组件17能够以位于循环井上筛段14的方式配置于封隔器26的第一方向上，其中，第一方向为循环井井底指向循环井井口的方向。进一步地，基于生物反应器功能组件17在循环井上筛段14的设置位置能够确定填充层的分布情况。可选地，生物反应器功能组件17的一侧能够以接触或放置于封隔器26在第一方向上的表面。优选地，生物反应器功能组件17能够以不接触于封隔器26的方式悬空设置于循环井上筛段14内，其中，悬空设置方式的生物反应器功能组件17可以借助多根链条实现相对固定，以使得生物反应器功能组件17在循环井上筛段14能够基于多根链条延展长度所限定的区域内受限的浮动。进一步地，生物反应器功能组件17可大致在第一方向和第一方向的反向上通过若干弹性铰链24与内井井壁18活动连接使得生物反应器功能组件17能够悬空固定于循环井井体内部空间，且能够基于弹性铰链24的延展性随着地下水水位高度变化而上下浮动。

优选地，在外井井壁13与内井井壁18之间可设置有筛孔，其中，对于循环井上筛段14和循环井下筛段30可分别设置有循环井上筛段筛孔15和循环井下筛段筛孔31。

进一步地，开挖的地下空间在地底一侧能够通过水泥材质制成的底封32与循环井井体12密封隔绝，即循环井井底，其中，底封32可以与位于循环井下筛段30相对区域内的大粒径滤料填充段31相接，以使得底封32能够对地下空间的地底进行全面覆盖，从而避免地下水在未经石英沙填充层过滤的情况下从地底直接进入循环井井体12内部，甚至可避免过多的地下水直接沿第一方向进入循环井井体12而造成塌陷等事故的发生。优选地，在循环井井体12顶部可采用水泥密封，其中，循环井井体12顶部为内井井壁18所限定的空间中沿第一方向的端部，即循环井井口。

根据一种优选实施方式，由于封隔器26将循环井井体12分隔为循环井上筛段14和循环井下筛段30，并且配置于循环井上筛段14内的生物反应器功能组件17能够将循环井上筛段14分隔为由生物反应器功能组件17占用的第一上部空间和剩余的第二上部空间。被污染的地下水能够依次通过下部空间、第一上部空间和第二上部空间，而实现循环井井内强化生物反应器功能组件的地下水的运输与修复，其中，下部空间与第二上部空间的至少部分区域对应的填充层为大粒径滤料填充段22，使得被污染的地下水可以通过大粒径滤料填充段22流入下部空间并在被修复后通过大粒径滤料填充段22从第二上部空间流出。

优选地，生物反应器功能组件17可以集好氧-兼氧-厌氧微生物于一体，可有效地同时进行好氧-兼氧-厌氧微生物的污染物降解，以解决依靠单一的专性刺激微生物而出现某种或多种有机污染物去除不彻底的问题。优选地，基于地下水含水层受到有机污染的情况而选用相应的微生物类型，其中，地下水含水层受到有机污染的情况可包括有机污染物的类型、成分、含量等参数。

进一步地，基于固定床形式配置的生物反应器功能组件17能够在其边壁上布设多层生物反应室，以增大地下水中有机污染物在生物反应器功能组件17中的停留时间，从而提升有机污染地下水的修复效果，其中，以固定床形式装填相应微生物可有效的避免微生物溢出附着筛孔的现象，进而延长了循环井的使用寿命。优选地，集好氧-兼氧-厌氧微生物于一体的生物反应器功能组件17能够基于所含微生物的反应类型划分成三个反应室，即好氧反应室、兼氧反应室和厌氧反应室，以使得相应反应类型的微生物能够被负载于相应反应室内的微生物载体装填室中，其中，微生物能够通过装填于微生物载体装填室中的微生物填料实现生物挂膜。可选地，无机微生物填料可选用活性炭、沸石、碳酸盐类、陶瓷类等；有机微生物填料可选用聚氯乙烯、树脂、塑料、纤维等。厌氧微生物能够被负载于固定化厌氧微生物载体装填室36，兼氧微生物能够被负载于固定化兼氧微生物载体装填室35，好氧微生物能够被负载于固定化好氧微生物载体装填室43，以使得不同类型的微生物能够在相应的反应室与对应的有机污染物进行反应。

进一步地，生物反应器功能组件17边壁设计的多层生物反应室能够基于其两侧的反应环境或反应类型而设置为有孔反应隔板和/或无孔阻隔隔板。配置有孔反应隔板的一侧所处的反应环境为相应类型微生物反应所需的环境。

进一步地，有孔反应隔板能够连通于相应反应类型微生物的装填室。例如，厌氧反应室的侧壁可配置有厌氧反应室有孔反应隔板33和厌氧反应室无孔阻隔隔板34，其中，厌氧反应室有孔反应隔板33一侧所处环境符合厌氧微生物反应所需，且厌氧反应室有孔反应隔板33和厌氧反应室无孔阻隔隔板34之间的至少部分空间能够配置为可装填厌氧微生物的厌氧微生物载体装填室36。进一步地，兼氧反应室和好氧反应室也可以按照厌氧反应室的配置方式进行设置，其中，兼氧反应室的兼氧微生物载体装填室35能够设置于兼氧反应室有孔反应隔板40和兼氧反应室无孔阻隔隔板39之间，好氧反应室的好氧微生物载体装填室43能够设置于好氧反应室有孔反应隔板和好氧反应室无孔阻隔隔板之间。

进一步地，对于固定的有机污染物，采用多种呼吸方式的微生物反应具有一定的协同降解作用。有机污染地下水首先进入厌氧反应室，经厌氧菌发酵使地下水中的有机污染物发生水解、酸化和甲烷化，从而初步去除地下水的有机污染物，并提高有机污染地下水的可生化性，利于后续的好氧反应处理。

经厌氧反应室初步处理后的有机污染地下水进入中间廊道。由于好氧反应室处于持久曝气状态，且与中间廊道具有一定的水力联系，好氧反应室部分地下水与厌氧反应室流出的地下水于中间廊道发生混合，从而形成兼氧反应室。经兼氧反应室中兼氧微生物的水解作用和产酸作用，将有机污染地下水中部分的不溶性有机物转化为溶解性的有机物。难降解的大分子有机物转化为小分子的易降解有机物，并进一步提高有机污染地下水的可生化性。

经兼氧反应室处理后的有机污染地下水随后进入好氧反应室，通过底部曝气的方式为好氧微生物提供大量的氧气，促使微生物进行有氧呼吸，从而达到去除地下水中污染物的目的。

进一步地，生物反应器功能组件17配置有进水口42和生物反应器出口23以实现生物反应器功能组件17地下水的流入和流出。优选地，进水口42能够与厌氧反应室连通，以使得进入生物反应器功能组件17的地下水能够优先与厌氧微生物进行微生物的厌氧反应，经过厌氧反应后的地下水能够进入兼氧反应室与兼氧微生物进行微生物兼氧反应，经过兼氧反应后的地下水能够进入好氧反应室与好氧微生物在曝气的作用下进行微生物的好氧反应，并最终从与好氧反应室连通的生物反应器出口23流出。修复后的地下水能够通过生物反应器出口23进入第二上部空间。进一步地，基于上述流通过程可使得受污染的水体依次经过厌氧反应、兼氧反应和好氧反应来实现有机污染地下水的修复和净化。优选地，进水口42能够连通于沿第一方向间隔排布的若干进水孔49，以使得被泵入生物反应器功能组件17的地下水能够沿垂直于第一方向的流动方向推进，从而基于地下水的推流形式保证其在生物反应器功能组件17中的动力。

优选地，采用螺旋式回路设计的生物反应器功能组件17能够增大有机污染地下水的水力停留时间，以使得有机污染地下水能够在生物反应器功能组件17中停留更长的时间，从而保证更多的有机污染物被降解。进一步地，螺旋式回路设计的生物反应器功能组件17能够基于布设在廊道间的水流阻隔隔板41而实现。优选地，生物反应器功能组件17内可包括若干廊道，相邻廊道之间可具有相同或相反的水流方向，其中，设置的水流阻隔隔板41能够对廊道进行切分。

例如，生物反应器功能组件17水流阻隔隔板41被分隔成三个廊道时，厌氧反应可发生于外侧廊道，好氧反应可发生于设置有底部曝气管37和底部曝气盘38的中间廊道和内侧廊道，以使得从进水口42进入的有机污染地下水能够依次经过外侧廊道、中间廊道及内侧廊道而以被净化的状态从生物反应器出口23流出。可选地，三个廊道的位置顺序及水体流通方向能够呈相反的状态设置。优选地，基于进入生物反应器功能组件17内的地下水的受污染情况，可适当调整相应微生物的负载程度。

根据一种优选实施方式，生物反应器功能组件中的流动动力源自于地下水抽注水模块，其中，地下水抽注水模块可基于水泵28的吸力作用而将受污染地下水输送至生物反应器功能组件17中。优选地，水泵28输入端连通有循环井下筛段进水管29，并在其输出端与循环井上筛段出水软管25连通，其中，循环井下筛段进水管29与循环井上筛段出水软管25均配置于循环井井体12的内套井中，且大致地分别位于循环井下筛段30和循环井上筛段14。基于水泵28的位置设置，循环井上筛段出水软管25或循环井下筛段进水管29能够以穿过封隔器26的形式与水泵28连接，以将位于循环井下筛段30的地下水通过进水口42抽入生物反应器功能组件17内，使得循环井下筛段30中逐步形成负压，驱使循环井井体12周边的地下水逐步通过大粒径滤料填充段22流入下内套井，从而加速循环井周边地下水的循环。在水力作用的推动下，地下水在生物反应器功能组件17中沿预设廊道进行流动，水中有机污染物随水流进入生物反应器功能组件17，经廊道中不同类型微生物逐步降解，最终经生物反应器出口23的地下水进入循环井上筛段14的第二上部空间中。

进一步地，进入第二上部空间净化后的地下水能够以至少部分地暂时储存于第二上部空间的形式使剩余部分通过大粒径滤料填充段22向周边含水层溢流，以形成地下水的水力循环。

根据一种优选实施方式，进入并暂时储存于第二上部空间的净化后的地下水能够基于吹脱气提捕集模块的曝气作用将水中的挥发性和/或半挥发性有机物吹脱出。优选地，吹脱气提捕集模块的空气鼓风机4能够将含有氧气的空气通过配置有鼓风空气流量计5的生物反应器曝气软管16引入循环井井体12内。

优选地，生物反应器曝气软管16能够与位于生物反应器功能组件17中的底部曝气盘38连通，以通过底部曝气孔37提供生物反应器功能组件17内好氧反应室中微生物反应的必要氧气，从而确保好氧微生物在适宜的有氧环境下加快好氧微生物的反应速率。进一步地，通过生物反应器曝气软管16进入生物反应器功能组件17(仅包括好氧反应室)的曝气量可通过曝气流量计和曝气控制阀实现监测和控制，以实现生物反应器功能组件17中好氧反应室的有氧环境条件的控制，使得好氧微生物基于适宜的有氧环境以更高的反应速率进行地下水污染的修复。

进一步地，通过空气鼓风机4进入生物反应器功能组件17的空气或氧气可以经空气净化器3的净化而避免悬浮于空气中的杂质在进入生物反应器功能组件17后对微生物和/或地下水环境造成影响。优选地，空气净化器3并非必要设置，在通常情况下空气鼓风机4送入空气的质量能够满足生物反应器功能组件17的使用要求。

进一步地，吹脱气提捕集模块的开启可以很好地抬升循环井井体12的井内地下水水位，促使井内地下水向周边含水层溢流，进而加大地下水的水力循环。

根据一种优选实施方式，生物反应器功能组件17在沿第一方向的端部可设置有三相分离装置48，以用于对固液气混合液进行分离。进入三相分离装置48的固液气混合液沿大致并行于第一方向的固液气混合液流动方向59流动，并基于短导流板53与长导流板54构成的污泥沉降室58使得污泥能够沿大致并行于第一方向反方向的污泥沉降方向脱落，以进入污泥收集室。在固液气混合液流动方向59上设置有气体收集室52，以实现气液分离，其中，气体沿气体流动方向57进入气体导流管56，以完成尾气的抽出；液体沿井内地下水流动方向从生物反应器功能组件17进入循环井上筛段14的第二上部空间中。三相分离装置48能够通过短导流板53、长导流板54和/或气体收集室52实现固液气分离，其中，通过短导流板53、长导流板54形成的污泥沉降室58能够将微生物凋亡或脱落后产生的絮状体经阻挡后逐步沉降至污泥收集器中以固液分离；通过气体收集室52分离后的气体可直接通过气管进入尾气净化处理模块以实现尾气处理。进一步地，三相分离装置48可避免生物反应器功能组件中产生的絮状体逸出堵塞循环井上筛段筛孔15。

根据一种优选实施方式，夹杂着被吹脱出的挥发性和/或半挥发性有机物的排出气体能够聚集于第二上部空间沿第一方向的端侧，并能够通过尾气净化处理模块抽出，其中，尾气净化处理模块可基于抽气真空泵7的抽吸作用通过伸入于第二上部空间的抽气管19实现气体的抽吸，并可通过配置于抽气管19上的抽气空气流量计6监控抽气量的大小。

优选地，抽气真空泵9的输出端能够连接于抽提分离净化装置12，以通过抽提分离净化装置12对排出气体进行分离净化，以使得从尾气净化装置9直接排放的气体能够达标。

优选地，位于第二上部空间沿第一方向端侧的水泥密封层能够以非平面的方式设置，即存在至少一处区域在第一方向上更靠近于地层表面，以将抽气管19的入口位置安装于上述区域，使得第二上部空间内沿第一方向逸散的排出气体能够基于水泥密封层的表面结构而向抽气管19入口移动，提高了抽气真空泵7的抽吸效率或降低了抽气真空泵7工作时所需的能耗。进一步地，一侧呈非平面结构的水泥密封层可以设计为倾斜结构。

根据一种优选实施方式，循环井井内强化生物反应器功能组件能够配置有污泥抽提模块，以实现对微生物自然消亡后产生的污泥进行及时抽提排出，从而避免污泥随着水流上升至上套井内发生堵塞筛管的现象。优选地，污泥抽气模块可在生物反应器功能组件17沿第一方向的反方向一侧(即朝向于封隔器26的一侧)的端部设置有污泥收集室，其中，基于生物反应器功能组件17中不同微生物类型所划分的不同反应室使得污泥收集室可相应地包括好氧污泥收集室45、兼氧污泥收集室60和厌氧污泥收集室46。优选地，污泥收集室能够被设计为呈倾斜的光滑面，且与不同廊道相连的相应污泥收集室能够具有不同的倾斜角，以使得各个倾斜的光滑面可以在底部汇聚，从而实现污泥的收集工作。进一步地，被收集的污泥能够经过污泥收集管道44抽提而出。底部呈倾斜的光滑面的污泥收集室与反应器外壁47之间可设置有气浮泡沫填充室50，以通过填充泡沫的方式使得生物反应器功能组件17能够浮于循环井上筛段14中。生物反应器功能组件17采用浮动式的方式设置可使得生物反应器功能组件17随着地下水水位的水位线21高度自动调整其位置。

优选地，污泥抽提装置1可基于预设的污泥抽提周期通过与污泥收集管道44连通的污泥抽提软管11进行污泥的抽提排出，其中，污泥抽提周期可基于固定或变化的预设值进行调节。进一步地，固定的污泥抽提周期可使污泥抽提装置1以规律性的工作模式进行污泥的抽提工作，以降低污泥抽提单元的配置要求及运行成本，使其能够以更低的软硬件配置实现模式化的工作；变化的污泥抽提周期可基于生物反应器功能组件17的实时反应情况进行动态调节，以科学灵活地保证污泥及时但不过于频繁的抽提，使得污泥抽提单元更适应于不同的地下水修复情形。

进一步地，基于生物反应器功能组件17的实时反应情况进行动态调节预设的污泥抽提周期，其中，生物反应器功能组件17的实时反应情况可根据各空气流量计、采样监测设备等获取的若干监测数据推算得到。当生物反应器功能组件17内反应速率较快时则以提高工作频率的方式保证对污泥的及时抽提排出；反之，则适当减缓污泥抽提装置1的工作频率，以避免频繁的启用，其中，当生物反应器功能组件17内微生物的反应速率降低至阈值以下时，可基于问题根源的追溯而选择相应的解决措施，例如，调节生物反应器功能组件17中的曝气量或投加相应微生物刺激菌剂等。

优选地，生物反应器功能组件17内的污泥收集器可配置有压力传感器，以用于监测微生物在自然死亡后基于重力作用落入污泥收集器中的污泥沉积量。污泥抽提装置1可基于压力传感器获取的污泥沉积量在达到预设阈值的情况下启动抽提工作，其中，压力传感器向污泥抽提装置1发送的污泥沉积量信息是以发生预设沉积量为驱动事件来实现的。具体地，压力传感器在监测到距离上一时间序列向污泥抽提装置1发送信息的时刻至当前时刻污泥收集器内污泥的沉积量变化值正好等于预设沉积量，则将当前时刻所获取的污泥沉积量信息发送至污泥抽提装置1，以进行下一时间序列的循环，其中，预设沉积量可基于经验、有限次试验、数值模拟和/或大数据共享等方式设置或校准。进一步地，预设沉积量至少能够基于当前水体水质情况及填装的微生物种类及数量等参数而设定。优选地，预设沉积量是以随总体污泥沉积量的增大而缩短信息传输间隔周期的方式来设定的。即随总体污泥沉积量的增大，可将预设沉积量的设定值调小以缩短信息传输间隔周期，从而保证在总体污泥沉积量趋近于设定阈值时能够以更高的信息传输频率来避免因信息传输的不及时而造成总体污泥沉积量超出阈值的情况发生。相比于采用固定间隔周期来对总体污泥沉积量进行监测的方法，采用预设沉积量来灵活调节数据传输频率既可以在趋近于阈值临界范围时以更高的信息传输频率来避免数据信息传输的遗漏和延迟，也可以在远离于阈值临界范围时以相对更低的信息传输频率来减少信息的传输量、处理量和/或储存量，以避免大量数据信息传输加剧数据的延迟效应，使得在此安全范围内作用有限的沉积量信息不会加重传输、处理和/或储存的负荷。每当进行一次污泥抽提工作后，可对预设沉降量进行重置，以进行新一轮的循环。进一步地，预设沉积量还可基于受污染水体水质的变化而相应调节，例如，在水体水质较优的情况下，生物反应器功能组件17所能消耗的有机污染物有限，使得产生的污泥相对更少，能够设定相对更大的预设沉积量来降低数据信息传输频率，以适应于相对更低的风险；反之，在水体水质较差的情况下，以设定相对更小的预设沉积量来提高数据信息传输频率，以适应于相对更高的风险。通常地，一片区域内的水体随着修复时间的延续，水体质量能够呈逐渐变优的方向发展，即预设沉积量可随着修复时间的延续或水体质量的优化而以逐渐增大的方式设定，特殊地，若发生水体二次污染等特殊情况造成了地下水体以非常规的变化趋势改变时，预设沉积量需根据改变后的水体水质重新设定预设沉积量。基于适应性灵活设置的预设沉积量可以精准灵敏地掌握实时的总体污泥沉积量与预设阈值之间的关系，以便于及时进行污泥抽提工作。

实施例2

本发明还公开了一种包含循环井井内生物反应器功能组件的循环井系统，与实施例1重复的内容不再赘述。

本发明公开的循环井系统包括循环井井体12和配置于循环井井体12内部限定空间的生物反应器功能组件17，其中，生物反应器功能组件17能够通过若干弹性铰链活动连接于循环井井体12的内井井壁18。

实施例3

本发明还公开了一种循环井井内生物反应器功能组件的使用方法，与实施例1和2重复的内容不再赘述。

循环井井内生物反应器功能组件的使用方法可采用前述实施例中的任一生物反应器功能组件，该使用方法至少包括如下步骤：

S1.循环井井内强化生物反应器功能组件的安装；

S2.启动地下水抽注水模块：在抽注水模块的牵引下，使地下水在循环井井体12内大致沿第一方向流动，并在循环井井体12外大致沿第一方向的反方向流动，在循环井井体12外部含水层形成垂向水力循环；

S3.启动吹脱气提捕集模块：打开循环井井体12中循环井上筛段筛孔15与循环井下筛段筛孔31，通过空气鼓风机4将空气或氧气经生物反应器曝气软管16对内套井和/或生物反应器功能组件17进行曝气，以吹脱出水中的挥发性和/或半挥发性有机物，其中，生物反应器功能组件17内的好氧反应室能够进行提前曝气；

S4.启动尾气净化处理模块8：吹脱出来的气体由抽气真空泵7抽至地面的尾气净化装置9处理达标后直接排放，其中，抽气真空泵7的抽气量能够由抽气空气流量计6进行监控；

S5.启动污泥抽提模块：基于预设污泥储量阈值周期性地对生物反应器功能组件17内污泥收集室中沉降的污泥进行抽提排出。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (10)

1.一种地下水循环井井内生物反应器功能组件，所述生物反应器功能组件(17)，用于强化对受污染的地下水进行修复净化，其配置为：

包含好氧反应室、兼氧反应室和厌氧反应室中两种或及以上组合；

包含具有底管曝气孔(37)的底部曝气盘(38)；

包含污泥收集室，

其特征在于，

所述生物反应器功能组件(17)能够配置于循环井井体(12)的内部限定空间中，以通过所述循环井井体(12)实现所述生物反应器功能组件(17)中地下水的流入和流出，其中，所述生物反应器功能组件(17)基于微生物反应类型至少配置有好氧反应室、兼氧反应室和厌氧反应室中两种或以上组合，以构成连通廊道的方式使地下水在所述生物反应器功能组件(17)内流通至好氧反应室、兼氧反应室和厌氧反应室的不同区域时，能够由相应类型的微生物对有机污染物进行降解处理。

2.根据权利要求1所述的循环井井内生物反应器功能组件，其特征在于，所述生物反应器功能组件(17)内的廊道呈类螺旋状配置，不同反应室之间设置隔板分开，其中，不同反应室中的有孔反应隔板预留的部分空间能够形成用于装填微生物载体填料的装填层。

3.根据权利要求2所述的循环井井内生物反应器功能组件，其特征在于，所述生物反应器功能组件(17)能够基于水泵(28)的抽吸作用实现地下水的流入和流出，以使得位于所述循环井井体(12)的循环井下筛段(30)区域的地下水能够在经过所述生物反应器(17)内的反应后进入所述循环井井体(12)的循环井上筛段(14)。

4.根据权利要求3所述的循环井井内生物反应器功能组件，其特征在于，所述生物反应器功能组件(17)能够基于填充在气浮泡沫填充室(50)中的填充物而以悬浮于所述循环井上筛段(14)的方式随着所述循环井井体(12)内水位高度自动调整位置，其中，所述生物反应器功能组件(17)的位置调整范围受限于设置在所述生物反应器功能组件(17)周围的弹性铰链(24)的延展长度。

5.根据权利要求4所述的循环井井内生物反应器功能组件，其特征在于，所述循环井井体(12)能够在所述循环井上筛段(14)和所述循环井下筛段(30)分别对应的至少部分区域通过呈打开状态的循环井上筛段筛孔(15)和循环井下筛段筛孔(31)连通于大粒径滤料填充段(22)，以实现所述循环井井体(12)与周围含水层的水力连通和交换。

6.根据权利要求5所述的循环井井内生物反应器功能组件，其特征在于，地下水中的挥发性和/或半挥发性有机物至少能够基于吹脱气提捕集模块的吹脱作用而吹脱出，所述吹脱气提捕集模块能够利用空气鼓风机(4)将空气通过生物反应器曝气软管(16)送入所述生物反应器功能组件(17)内，其中，吹脱出的尾气能够经三相分离装置(48)和/或抽气管(19)进入尾气净化装置(9)，以进行尾气处理。

7.根据权利要求6所述的循环井井内生物反应器功能组件，其特征在于，所述生物反应器功能组件(17)下部用于承接脱落污泥的污泥收集室能够在达到预设阈值时由污泥抽提装置(1)通过与污泥抽提管(2)连通的污泥收集管道(44)进行抽提排出。

8.根据权利要求7所述的循环井井内生物反应器功能组件，其特征在于，所述污泥收集室能够基于微生物反应类型而分为好氧污泥收集室(45)、兼氧污泥收集室(60)和厌氧污泥收集室(46)，与不同廊道连通的污泥收集室底部呈不同的倾斜程度，以使得污泥能够汇集于所述污泥收集管道(44)的输入口。

9.一种包含循环井井内生物反应器功能组件的循环井系统，其特征在于，所述循环井系统包括循环井井体(12)和配置于所述循环井井体(12)内部限定空间的前述任意权利要求之一所述的生物反应器功能组件(17)，其中，所述生物反应器功能组件(17)能够通过若干弹性铰链(24)活动连接于所述循环井井体(12)的内井井壁(18)。

10.一种循环井井内生物反应器功能组件的使用方法，其特征在于，所述使用方法采用了上述任意权利要求之一所述的生物反应器功能组件(17)，其中，所述使用方法至少包括如下步骤：

启动地下水抽注水模块：在循环井井体(12)外部含水层中地下水形成垂向水力循环；

启动吹脱气提捕集模块：为好氧反应室提供反应所需的空气/氧气并吹脱出水中的挥发性和/或半挥发性有机污染物；

启动尾气净化处理模块：吹脱出来的尾气由抽气真空泵(7)抽至尾气净化处理模块经尾气净化装置(9)处理达标后直接排放；

启动污泥抽提模块：基于预设污泥储量阈值周期性地对生物反应器功能组件(17)内污泥收集室中沉降的污泥进行抽提排出。

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