CN114716066A - 一种可渗透反应墙耦合循环井系统及修复地下水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可渗透反应墙耦合循环井系统及修复地下水的方法，该系统包括用于为地下水修复过程提供流通空间的循环井主井单元，用于为地下水流通提供动力的抽注水单元，用于对受污染地下水进行修复的可渗透反应墙单元，用于对地下水修复过程进行数据监测的监测单元，基于抽注水单元的抽吸作用使得在循环井主井单元的内外空间能够形成循环水流，可渗透反应墙单元能够以安装于循环水流流通路径上的方式使地下水穿过可渗透反应墙单元时完成污染物的至少部分去除，以通过循环水流的多次循环流通使得地下水的水质达到设定阈值，其中，基于监测单元对地下水修复过程的监测，以至少能够确定地下水修复进度及可渗透反应墙单元的运行状态。

Description

一种可渗透反应墙耦合循环井系统及修复地下水的方法

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技术领域，尤其涉及一种可渗透反应墙耦合循环井系统及修复地下水的方法。

背景技术

随着我国城市化进程中“退二进三”和“产业转移”政策落实步伐的加快，重污染行业大批关闭和搬迁，导致城市及周边出现大量遗留土壤和地下水污染地块。目前针对地下水污染的修复技术中，抽出处理费用昂贵、吹脱处理适用范围较窄(只适用于VOC、SVOCs污染的地下水)、生物修复周期较长，在实际应用中都有局限性，高效修复地下水污染的技术方法仍亟待开发。

地下水循环井技术作为一种新兴的原位修复方法，具有井体空间较大，对地层结构扰动小等优点，同时可以耦合电化学、化学氧化、微生物等技术。循环井技术属于环境友好型技术，该技术已在国外被广泛使用，在国内地下水修复中有广阔的应用空间。

现有循环井处理技术中，污染物的去除分为抽离至地表处理及原位同步修复，其中，原位修复目前主要是在循环井井内对污染地下水进行修复，如电化学循环井主要通过外加电场来促进氧化还原反应中电子传递，其能耗较高，同时井体在长期电场下的耐受度和抗性会降低，加快循环井自身腐蚀；化学氧化循环井主要通过投加药剂，去除效率较高，缺点是化学药剂对井体的腐蚀以及一定程度的二次污染；微生物循环井主要通过在循环井里提供微生物生长的载体，而微生物的挂膜对循环井的筛网存在堵塞的风险。因此，如何控制反应过程在循环井外部发生，一定程度上降低对循环井内的损害，提高使用寿命是循环井工艺广泛应用的关键。例如：

CN 109650572 A公开了一种用于修复污染地下水及其流经污染土壤的循环井，包括：井管、井底盖、第一水管、阻隔器和循环泵；井底盖与井管的底端连接，井管包括从上至下依次连接的第一筛管、第一壁管和第二筛管。循环泵连接于第一水管的端部，第一水管内填充有净水材料，阻隔器套装在第一水管外壁，并与第一水管外壁和第一壁管的内壁密封连接。土壤中的污染的地下水从阻隔器一侧流入井管中，并在经过第一水管内净水材料的净化后，从阻隔器另一侧流出井管即地下水被重新注回含水层中。在这个过程中，不会造成地下水位大幅下降或者改变地下水流向，也就不会导致污染迁移或扩散的问题，从而可以提高对地下水及其流经土壤的修复处理效率。

可渗透反应墙技术是比较成熟的原位修复技术，其原理是在地下水水流方向填充活性材料墙体，利用天然地下水力梯度使污染地下水优先通过渗透系数大于周围岩土体的可渗透反应墙并与填充在可渗透反应墙内的活性材料接触反应，达到去除污染物的目的。因此可以通过将可渗透反应墙技术与循环井技术相结合，在垂直循环井流场的方向上设置可渗透反应墙，构建耦合修复技术，可快速、高效的原位修复地下水有机污染。而地下水污染羽中污染物在水头较低的区域采用可渗透反应墙技术，时常导致反应墙中的填料与污染水流接触效率低，影响反应墙地下水的修复效果。同时可渗透反应墙埋藏在地下，难以监控以及更换老化失效的墙体。例如：

CN 106975653 A公开了一种从源头上防止含水层污染的可渗透反应墙原位修复方法，特征是采取水平设置的可渗透反应墙和抽水井；所述可渗透反应墙包括在污染羽流经的路径挖一沟渠，沟渠内挖一水平场地，铺设反应性介质形成水平的可渗透反应墙体，反应性介质材料根据污染物的修复机理选择并分层设置，反应性渗透墙的上方回填土壤或沙土覆盖至与沟渠底部齐平，墙体两侧紧贴沟渠坝埂建设防渗墙，以确保污染水通过可渗透反应材料墙体下渗进入地下含水层；抽水井是指在水平可渗透反应墙中间打一深达地下含水层的井，井壁以防渗材料制成，井底设置过滤介质层，抽出的水来自地下含水层。

因此，如何提高地下水污染羽与可渗透反应墙的有效接触率，如何监控可渗透反应墙的老化及更换，如何控制修复过程在循环井外部即地层中发生，降低循环井的报废率等问题，都是目前国内地下水原位修复领域技术人员亟待解决的技术问题。

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，即反应过程发生在井内增加循环井负荷；污染地下水与可渗透反应墙的接触效率低；可渗透反应墙老化监测及更换等问题，本发明提供了一种可渗透反应墙耦合循环井系统及修复地下水的方法，利用循环井抽注水单元形成循环水流使污染地下水主动到达水平可渗透反应墙修复区，修复过程发生在循环井外围。

本发明公开了一种可渗透反应墙耦合循环井系统，其包括：

循环井主井单元，用于为地下水修复过程提供流通空间；抽注水单元，用于为地下水流通提供动力；可渗透反应墙单元，用于对受污染地下水进行修复；监测单元，用于对地下水修复过程进行数据监测。

基于抽注水单元的抽吸作用使得在循环井主井单元的内外空间能够形成循环水流，可渗透反应墙单元能够以安装于循环水流流通路径上的方式使地下水穿过可渗透反应墙单元时完成污染物的至少部分去除，以通过循环水流的多次循环流通使得地下水的水质达到设定阈值，其中，基于监测单元对地下水修复过程的监测，以至少能够确定地下水修复进度及可渗透反应墙单元的运行状态。

根据一种优选实施方式，循环井主井单元的内部限定空间能够基于封隔器的阻隔被划分为不直接连通的进水筛管和出水筛管，其中，封隔器能够为抽注水单元的抽水管预留孔隙。

根据一种优选实施方式，进水筛管和出水筛管内壁的至少部分区域能够设置有作为透水结构的筛管管段，其中，进水筛管和出水筛管的筛管管段能够同侧开设。

根据一种优选实施方式，抽注水单元能够基于抽注水泵的抽吸作用将处于进水筛管中的地下水卷吸至出水筛管，其中，抽注水泵输入端和输出端分别通过抽水管和注水管连通于进水筛管和出水筛管。

根据一种优选实施方式，进水筛管中的地下水被抽注水单元抽吸后形成的负压能够将周边土层的地下水以穿过相应的透水结构的筛管管段的方式卷入，出水筛管内由于抽注水单元的引入而累积的地下水能够通过溢流的方式穿过相应的透水结构的筛管管段以流出出水筛管。

根据一种优选实施方式，从出水筛管流出的地下水能够以渗透的方式穿过可渗透反应墙单元，以使得渗透而出的经过至少部分修复的地下水在进水筛管的负压卷吸作用下再次进入循环井主井单元的内部限定空间中，从而形成循环水流位于循环井主井单元外的流通。

根据一种优选实施方式，可渗透反应墙单元能够以靠近于出水筛管的透水结构的筛管管段的方式设置于循环井主井单元周边，其中，可渗透反应墙单元能够基于进水试筛管和出水筛管各自对应的透水结构的筛管管段的位置及结构确定安装的数量及安装位置。

根据一种优选实施方式，可渗透反应墙单元能够配置为多层模块组件，沿地下水的流动方向观察，可渗透反应墙单元包括渗透进水墙、修复处理墙和渗透出水墙，其中，修复处理墙可间隔排布有第一滤网、活性填料和第二滤网。

根据一种优选实施方式，监测单元能够通过监测井管监测地下水情况，和/或对可渗透反应墙单元的工作状态进行监测，以根据监测探头和监测屏的监测数据及时更换老化失活的可渗透反应墙单元，其中，可渗透反应墙单元的安装位置能够基于监测数据而进行优化调整。

本发明还公开了一种可渗透反应墙耦合循环井系统修复地下水的方法，该方法采用前述任一可渗透反应墙耦合循环井系统，其中，该方法至少包括如下步骤：

启动抽注水单元：在抽注水泵的作用下，使受污染区域地下水随着循环水流通过可渗透反应墙单元，以实现对受污染地下水的处理，并经过循环水流再次流经可渗透反应墙单元，从而进行反复多次循环处理；

启动监测单元：通过监测单元对地下水情况进行监测和/或对可渗透反应墙单元的工作状态进行监测；

基于监测单元获取的监测数据至少对可渗透反应墙单元进行更换和/或优化安装位置。

本发明的有益技术效果至少在于：

(1)本发明提出了一种可渗透反应墙耦合循环井系统原位修复地下水有机污染的方法，把循环井技术与可渗透反应墙技术结合起来，控制修复过程在循环井外部地层中进行，缓解循环井内部腐蚀，提高使用寿命；

(2)基于抽注水泵的抽吸作用在循环井主井单元内外形成的循环水流并结合重力作用能够增加地下水的垂直流动以减少污染物的横向扩散，使得可渗透反应墙耦合循环井系统周边受污染的地下水能够通过循环水流多次流经可渗透反应墙单元，以通过多次累积的修复作用来实现地下水达到净化标准，同时减少污染物的横向扩散也可避免在多处进行开凿立井重复修复工作，在降低成本的同时还降低了对地层的扰动；抽注水泵将受污染地下水抽起并通过水平可渗透反应墙区域，使受污染地下水充分与反应墙接触，提高修复效率；

(3)可渗透反应墙单元可水平地安装在循环井上筛段出水口，不需要埋藏较深的地下，对地层扰动较小；

(4)修复后期通过监测单元的实时监测，以及时更换水平可渗透反应墙单元，在整体相当大区域内提高使用寿命及修复效率；

(5)相比于单一的循环井系统及单一的可渗透反应墙系统，该方法可以改善拖尾效应，从而提高修复效率。

附图说明

图1为一种可渗透反应墙耦合循环井系统在一种优选实施例中的结构示意图；

图2为可渗透反应墙单元模块组件剖面图；

图3为一种可渗透反应墙耦合循环井系统在一种优选实施例中的俯视结构示意图；

图4是本发明的可渗透注入井群耦合地下水循环井系统整体结构示意图；

图5是本发明的可渗透注入井管单元单井内部结构示意图；

图6是本发明的可渗透注入井管单元单井外部结构示意图；

图7是本发明的锥形渗透器内部伸缩系统结构示意图。

附图标记列表

1：抽注水泵；2：注水管；3：抽水管；4：出水筛管；5：封隔器；6：监测屏；7：监测井管；8：监测探头；9：可渗透反应墙单元；901：钢筋吊钩；902：钢筋箱架；903：渗透进水墙；904：第一滤网；905：修复处理墙；906：第二滤网；907：渗透出水墙；908：固定栓头；10：循环水流；11：进水筛管；12：低渗透区域；13：可渗透注入井群控制器；14：电机；15：药剂箱；16：注入井管；17：药剂主管；18：锥形渗透器；19：药剂分管；20：钻井管；21：转动管；22：药剂孔；23：螺旋钻头；24：动力弹簧；25：钢制外壁；26：药剂管；90：地下水水流；100：循环井主井单元。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

如图1所示为一种可渗透反应墙耦合循环井系统在一种优选实施例中的结构示意图，如图2所示为可渗透反应墙单元9模块组件剖面图，如图3所示为一种可渗透反应墙耦合循环井系统在一种优选实施例中的俯视结构示意图。

本发明公开了一种可渗透反应墙耦合循环井系统，以通过可渗透反应墙单元9与循环井模块的共同作用实现地下水在水力循环过程中的修复净化。

根据一种优选实施方式，循环井模块以开凿立井的方式在地下水污染羽覆盖的范围内沿地面朝向于地底的第一方向开挖一定深度的地下空间，以使得挖掘出的地下空间能够用于容纳循环井主井单元100。优选地，循环井主井单元100的至少部分区域能够处于地下含水层。

进一步地，循环井主井单元100的内壁所限定的可用于容纳地下水的内部空间能够被封隔器5分隔为循环井的进水筛管11和出水筛管4两个区域，其中，封隔器5以垂直于第一方向的第二方向进行布设，以使得一体式结构的进水筛管11和出水筛管4能够沿第一方向布设。优选地，进水筛管11位于出水筛管4的第一方向上，且进水筛管11至少部分区域能够位于地下含水层。

进一步地，分别在进水筛管11和出水筛管4内壁的至少部分区域可设置有作为透水结构的筛管管段，以使得地下水能够在循环井主井单元100与周边土层之间实现流通，其中，筛管管段相对于进水筛管11和/或出水筛管4内壁所开设的位置及占用的面积能够至少基于设计的地下水最大流通量而确定。优选地，进水筛管11和出水筛管4的内壁上可设置有过滤结构，以至少对流通于筛管管段的地下水进行过滤。基于筛管管段的设置，进水筛管11和出水筛管4能够分别与循环井主井单元100之外的土层实现连通，进而基于外部抽吸作用实现循环井主井单元100内部空间的地下水输入和输出。

根据一种优选实施方式，由于封隔器5的设置而被分隔的进水筛管11和出水筛管4能够通过抽注水单元实现地下水的流通，其中，在抽注水泵1的抽吸作用下，位于进水筛管11内的地下水能够被传输至出水筛管4内。优选地，在循环井主井单元100限定的内部空间中，地下水总体大致沿第一方向的反方向的运动趋势进行流通，以基于抽注水泵1的做功而使得地下水的重力势能提升。进一步地，抽注水泵1的输入端和输出端分别通过抽水管3与注水管2连通于循环井主井单元100的内部限定空间，其中，以抽水管3进口延伸至进水筛管11内、注水管2出口延伸至出水筛管4内的方式使得位于出水筛管4内的地下水能够沿第一方向的反方向流经抽水管3，并沿第一方向流经注水管2以进入出水筛管4。

进一步地，处于进水筛管11内的地下水在被抽注水泵1抽吸后进水筛管11逐渐形成负压，驱使循环井主井单元100周边的地下水，尤其是位于进水筛管11周边的地下水，通过透水结构进入进水筛管11内以对进水筛管11内部的地下水进行补充。随着抽注水单元不断将进水筛管11内的地下水输送至出水筛管4，使得出水筛管4内的地下水储存量逐渐增加，出水筛管4内的液位逐渐沿第一方向的反方向升高直至达到位于出水筛管4的透水结构对应的安装高度。进一步地，位于出水筛管4的透水结构的安装位置对应的地下水能够以溢流的方式通过透水结构从循环井主井单元100的内部限定空间流入周边土层中，其中，从循环井主井单元100流入周边土层的地下水基于更高的重力势能以在重力作用下在土层中沿第一方向流动，从而使得地下水在循环井主井单元100内外形成循环水流10。

根据一种优选实施方式，在从出水筛管4的透水结构流出的地下水基于重力作用下落的路径上可配置有用于修复地下水的可渗透反应墙单元9，以使得在循环井模块建立的循环水流10过程中与地下水中的污染物进行吸附和/或反应等修复工作。进一步地，蕴含于周边土层中的地下水也可以基于抽注水单元的抽吸作用及其自身的重力作用流经可渗透反应墙单元9。

优选地，可渗透反应墙单元9可包括沿第二方向布设的可渗透反应墙单元9，以使得地下水基于重力作用沿第一方向在土层中流动时能够在可渗透反应墙单元9一侧以最大的接触面积吸纳更多的地下水，以避免地下水绕开可渗透反应墙单元9而直接被循环井主井单元100抽吸进入。进一步地，可渗透反应墙单元9能够以第一表面输入地下水并以第二表面输出地下水，其中，第一表面与第二表面均可并行于第二方向布设且第二表面位于第一表面的第一方向上。第一表面和第二表面沿第二方向布设的可渗透反应墙单元9能够接收更多的沿第一方向渗透的地下水，以使得污染物在随地下水沿第二方向扩散时即使仅依靠于自身的重力作用而缓慢下落，也能够流经可渗透反应墙单元9以进行地下水修复，从而避免了污染物沿第二方向的扩散并对更广区域的地下水进行污染。通常地，位于第一表面附近区域的受污染的地下水能够通过第一表面进入可渗透反应墙单元9并从第二表面以经过修复净化后的形式流出。

进一步地，可渗透反应墙单元9在第一方向上的安装高度(或者基于地面的安装深度)能够基于进水筛管11和出水筛管4上各自透水结构的安装位置而确定，其中，可渗透反应墙单元9在第一方向上能够安装于进水筛管11和出水筛管4的安装高度之间，以使得可渗透反应墙单元9能够位于循环水流10的路径上。优选地，可渗透反应墙能够安装在循环井主井单元100的出水筛管4的透水机构附近，由于在循环井主井单元100中出水筛管4位于进水筛管11的第一方向的反方向上，即出水筛管4在循环井主井单元100中位于地面以下更靠近于地面的区域，因此，可渗透反应墙单元9也能够以不需要埋藏于较深的地下的方式减小对地层的扰动。

优选地，可渗透反应墙单元9能够以多层结构的组合方式安装于循环井主井单元100的四周，其中，可渗透反应墙单元9可沿第一方向依次排布有渗透进水墙903、修复处理墙905和渗透出水墙907。进一步地，渗透进水墙903和渗透出水墙907可采用基于第二方向上的凹槽设计，并在呈矩形结构的修复处理墙905靠近渗透进水墙903和渗透出水墙907的位置固定有若干石块和石英沙，其中，两侧配置有固定筛网的修复处理墙905之间可填充有活性填料。优选地，活性填料可基于所处地下水污染羽区域内地下水中污染物的种类及其相应的修复机理进行适应性地选择，并可基于预设的反应顺序确定多种材料分层铺设的顺序或方式。第一表面可配置于渗透进水墙903，第二表面可配置于渗透出水墙907。优选地，修复处理墙905内沿第一方向依次布设有第一滤网904、零价铁填料和第二滤网906。进一步地，修复处理墙905内设置有零价铁、生物炭等具有吸附还原特性的填料的区域地下水修复的主体区域，其中，地下水修复的主体区域位于可渗透反应墙单元9中以避开循环井主井单元100，从而极大地降低了循环井主井单元100的腐蚀程度，提高循环井使用寿命。

优选地，渗透进水墙903、第一滤网904、修复处理墙905、第二滤网906、渗透出水墙907为多层模块，可通过固定栓头908依次连接并限定于钢筋箱架902中，以保证可渗透反应墙单元9能够维持其多层结构。进一步地，钢筋箱架902在位于第一表面的同侧可连接有钢筋吊钩901以使得可渗透反应墙单元9能够被整合成可吊装的箱体以通过外界起重设备对可渗透反应墙单元9进行吊装，从而便于对可渗透反应墙单元9进行更换和位置调整。

优选地，被整合成可吊装的箱体的可渗透反应墙单元9能够在循环井主井单元100配置有至少一个，例如，可配置有相对于循环井主井单元100对称设置的两个可渗透反应墙单元9，以至少在循环井主井单元100的两侧接收从出水筛管4透水机构溢流出的地下水，其中，出水筛管4的透水机构至少开设于可渗透反应墙单元9的安装方向上，换言之，可渗透反应墙单元9能够基于出水筛管4的透水机构的开设方向而适应地选择安装位置。进一步地，进水筛管11和出水筛管4能够以相同的开设方向设置，以使得循环水流10的路径通畅。

优选地，靠近于出水筛管4的渗透进水墙903内装填有卵石活性炭填料，以通过卵石活性炭填料阻挡地下水中的较大颗粒杂质的流动，以降低第一滤网904被堵塞的风险，同时对污染地下水进行初步物理净化。

进一步地，第一滤网904和第二滤网906能够用于固定修复处理墙905，其中，第一滤网904和第二滤网906可根据活性填料的粗细选择滤网规格，以防止填料移动。

进一步地，循环井主井单元100的外壁上沿周向环绕套设有滤料围填机构，以通过滤料围填机构提高循环井的稳定性，防止循环井主井单元100塌陷，其中，滤料围填机构可以采用不同粒径的分级石英砂。

根据一种优选实施方式，可渗透反应墙耦合循环井系统在地下水污染羽区域可配置有用于获取可渗透反应墙耦合循环井系统运行状态及效果的监测单元，其中，监测单元可包括监测屏6、监测井管7和监测探头8。优选地，监测单元可通过监测井管7监测地下水质、水位的变化，还可以监测可渗透反应墙单元9的活性及老化程度，其中，可渗透反应墙单元9的活性通常与其老化程度呈相反变化趋势。进一步地，基于监测探头8和/或监测屏6获取的数据及时更换可渗透反应墙单元9，并可优化其安装位置。

优选地，监测单元在对地下水质进行监测时是以发生预设水质单位变化量为驱动事件进行记录的。具体地，监测井管7在监测到距离上一时间序列记录监测数据的时刻至当前时间序列地下水质的变化值正好等于预设水质单位变化量时，则将当前时间序列的时刻下所获取的地下水质实时信息发送至监测屏6，以进行下一时间序列的循环，其中，预设水质单位变化量可基于经验、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，对于任一当前时间序列而言，上一时间序列至当前时间序列和当前时间序列至下一时间序列之间的时间间隔均可作为记录时间周期，且不同段的时间序列之间可形成不同时间跨度的记录时间周期，即记录时间周期可以是基于实时情况变化的非定值。例如，对于同样的预设水质单位变化量，不同活性或老化程度的可渗透反应墙单元9、不同水质的地下水及不同的水流流通速度等因素均可以影响记录时间周期。

进一步地，记录时间周期还可随着预设水质单位变化量的改变而适应性变化。通常地，减小预设水质单位变化量的设定值可提高记录频率以降低记录时间周期；反之，增大预设水质单位变化量的设定值可降低记录频率以增加记录时间周期。可渗透反应墙耦合循环井系统在处于正常的地下水修复过程时，过短的记录时间周期所频繁地记录的数据作用有限，同时还增加了数据的传输、处理和/或储存量，增大了系统的负荷并加剧数据的延迟效应；而过长的记录时间周期可能错过某些重点数据的记录并导致相应时间的滞后，从而可能引起可渗透反应墙耦合循环井系统地下水修复效率的低下。因此，需要灵活地设定适当的预设水质单位变化量，以保证地下水高效地修复。

优选地，预设水质单位变化量可基于可渗透反应墙单元9的活性状态和/或地下水质总体情况进行调节。通常地，随着可渗透反应墙耦合循环井系统对于相应污染地下水修复时间的延续，可渗透反应墙单元9以降低活性为代价换取地下水的净化以提升水质，因此，在通常情况下，随着修复时间的延续，预设水质单位变化量能够以减小的方式设定来更灵敏地获取地下水水质的细微变化，从而在更精准地判断水质总体情况的同时，便于对可渗透反应墙单元9的活性状态进行确认，以便于及时对老化失活的可渗透反应墙单元9进行更换。进一步地，在非通常情况下，可渗透反应墙单元9的活性状态与地下水质总体情况之间的关系因特定因素的介入而打破，使得预设水质单位变化量能够基于特定因素的特性及影响程度进行调节，其中，特定因素可包括二次污染、可渗透反应墙单元9被更换等情况，以导致可渗透反应墙单元9的活性状态和/或地下水质总体情况发生突变。

进一步地，预设水质单位变化量是随着抽注水泵1的抽吸作用加大而以缩小记录时间周期的方式设置的。具体地，在抽注水泵1功率提升的情况下，循环井主井单元100内地下水的流通速度增大，通过循环水流10使得循环井主体单元外流经可渗透反应墙单元9的水流流速增大而导致水流在可渗透反应墙单元9内的停留时间缩短，因此可以通过减小预设水质单位变化量设定值的方式来缩小记录时间周期，以更高的记录频率来获取水质的变化情况。

进一步地，监测单元可基于数值模型模拟预测数据，以通过预测数据和监测数据基于时间参数的对比来判断当前地下水状态，从而可以至少通过调节抽注水泵1功率和/或更换可渗透反应墙单元9和/或优化可渗透反应墙单元9安装位置的方式来调节修复效率，同时，在出现预测数据与记录的监测数据之间的差值超出阈值的情况下，监测单元能够通过减小预设水质单位变化量的方式来提高监测精度，以及时发现修复过程异常。对于一段时间阈值内地下水水质监测数据基本不发生改变的情况，可能是由于可渗透反应墙单元9已老化失活导致的，也有可能是其他原因，例如传感器失效等情况，导致的，使得工作人员能够及时对设备进行检修及故障排除，以保证地下水修复的正常进行。

本发明还公开了一种利用可渗透反应墙耦合循环井系统修复污染地下水的方法。

采用上述系统修复污染地下水的方法至少包括如下步骤：

S1.可渗透反应墙耦合循环井系统的安装，其中，循环井主井单元100的外壁上能够设置有滤料围填机构；

S2.启动抽注水单元：在抽注水泵1的作用下，使受污染区域地下水随着循环水流10通过可渗透反应墙单元9，以实现对污染地下水的处理，并使处理完成后的水通过进水筛管11流经循环井主井单元100内部，再由出水筛管4流出以再次流经可渗透反应墙单元9，从而进行反复多次循环处理；

S3.启动监测单元：通过监测单元对地下水水质、水位变化进行监测和/或对可渗透反应墙单元9的活性及老化程度进行监测；

S4.基于监测单元获取的监测数据至少对可渗透反应墙单元9进行更换和/或优化安装位置。

优选地，上述步骤并无严格的先后顺序，在一定条件下可以进行调换或跳过。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

如图4所示是本发明的可渗透注入井群耦合地下水循环井系统整体结构示意图；如图5所示是本发明的可渗透注入井管组件单井内部结构示意图；如图6所示是本发明的可渗透注入井管组件单井外部结构示意图；如图7所示是本发明的锥形渗透器18内部伸缩系统结构示意图。

本发明还公开了一种循环井系统及修复地下水的方法，也可以是一种地下水可渗透注入井群耦合循环井系统及修复地下水的方法，该系统包括用于在地下水含水层中形成三维垂向流场的循环井主井单元100，用于为地下水水流垂向循环提供动力的抽注水单元，用于针对低渗透含水介质进行修复的可渗透注入井群单元，用于对地下水修复过程进行数据监测的监测单元。抽注水单元的抽吸作用使得在循环井主井单元100的外部含水层形成三维垂向循环水流，带动/捕获含水层的污染物；可渗透注入井群单元能够以灵活抽插的形式安装于目标污染区域，特别是低渗透区域12；监测单元对地下水修复过程的监测，以至少能够确定地下水修复进度及可渗透注入井群单元的运行状态。本系统通过循环水流10加快低渗透区域12水流运动，通过可渗透注入井群单元使修复试剂与污染地下水充分接触，强化了修复试剂与污染物的传质效率，有效扩大反应带影响区域范围，有效缓解修复试剂的非选择性消耗，能极大改善地下水循环井修复效果。

从所述出水筛管4流出的地下水能够以渗透的方式穿过所述可渗透注入井群单元，以使渗透而出的经过至少部分修复的地下水在进水筛管11的负压卷吸作用下再次进入所述循环井主井单元100的内部限定空间中，从而形成所述循环水流10位于所述循环井主井单元100外的流通。

可渗透注入井群单元能够以灵活抽插的形式安装于污染区域，特别是地下水水流90避开的低渗透区域12，能够以循环水流10流通的方式使该区域地下水流通可渗透注入井群单元时完成污染物的至少部分去除，所述可渗透注入井群单元能够基于所述低渗透区域12的位置及范围确定安装的数量及安装位置。

可渗透注入井群单元包括可渗透井群控制器13和注入井管16，其中，注入井管16内部在钻井管20的下端设置有螺旋钻头23，所述注入井管16的下端外表面均匀覆盖有药剂孔22。

注入井管16的内部转动连接有转动管21，所述转动管21通过活动绳索连接动力弹簧24以及药剂管26与锥形渗透器18组合一体。

药剂孔22内部对应有锥形渗透器18，所述锥形渗透器18的末端固定连接有药剂分管19，所述药剂分管19连接有药剂主管17，所述药剂主管17连接于可渗透井群控制器13中的药剂箱15外表面，活性药剂从药剂主管17灌入，流入药剂分管19进入锥形渗透器18，通过药剂管26流出。

锥形渗透器18在转动管21工作状态下通过控制动力弹簧24收缩控制药剂管26抽插。

监测单元能够通过监测井管监测地下水情况，和/或对所述可渗透注入井群单元的工作状态进行监测，以根据监测探头8和监测屏6的监测数据及时更换失活的所述可渗透注入井群单元，并能够对安装位置进行优化调整。

本发明还公开了一种采用上述系统修复污染地下水的方法，其至少包括如下步骤：

安装可渗透井群单元，启动抽注水单元：在抽注水泵1的作用下，使受污染区域地下水水流90随着循环水流10通过低渗透区域12注入井群单元，以实现对污染地下水的处理，并经过水动力循环再次流经所述可渗透注入井群单元，从而进行反复多次循环处理；

启动监测单元：通过监测单元对地下水情况进行监测和/或对所述可渗透注入井群单元的工作状态进行监测；

基于监测单元获取的监测数据至少对所述可渗透注入井群单元进行优化安装位置。

根据一种优选实施方式，在从循环井单元的循环水流10路径上可配置有用于修复地下水的可渗透注入井群单元，特别是地下水水流90避开的低渗透区域12，以使得在循环井单元建立的循环水流10过程中与地下水中的污染物进行吸附和/或反应等修复工作。进一步地，蕴含于周边土层中的地下水也可以基于抽注水单元的抽吸作用及其自身的重力作用流经可渗透注入井群单元。

优选地，可渗透注入井群单元可包括沿第二方向布设的可渗透注入井群单元，所述注入井管16包括钻井管20，所述钻井管20的下端设置有螺旋钻头23，通过可渗透注入井群控制器13，利用电机14驱动整个钻井管20转动，利用螺旋钻头23将整个注入井管16插入低渗透区域12内。

所述注入井管16的内部连接有转动管21，所述转动管21的内表面固定连接有锥形渗透器18，通过电机14转动转动管21释放活动绳索解压动力弹簧24，带动药剂管26插入低渗透区域12地层注入药剂。

所述锥形渗透器18连接有药剂分管19，所述药剂分管19连接于药剂主管17，通过可渗透注入井群控制器13控制药剂箱15注入药剂主管17并通过药剂分管19分输到达所述锥形渗透器18的药剂管26。所述锥形渗透器18与药剂管26的外表面为钢制外壁23，提高工作状态下插入时的地层耐性。

工作完成时，反向转动转动管21，收紧活动绳索，药剂管26在动力弹簧24的弹力下进行复位，最后整个注入井管16便可以方便的拔出。整个装置利用注入井管16插入低渗透区域12内，向低渗透区域12内灌入活性药剂，在循环水流10的作用下使地下水水流90主动流通在低渗透区域12，来对污染低渗透区域12进行修复，灵活方便。

根据一种优选实施方式，可渗透注入井群耦合地下水循环井系统在地下水污染羽区域可配置有用于获取该系统运行状态及效果的监测单元，其中，监测单元可包括监测屏6、监测井管7和监测探头8。优选地，监测单元可通过监测井管7监测地下水质、水位的变化，还可以监测可渗透注入井群单元的活性。进一步地，基于监测探头8和/或监测屏6获取的数据及时抽插可渗透注入井群单元，并可优化其安装位置。

进一步地，监测单元可基于数值模型模拟预测数据，以通过预测数据和监测数据基于时间参数的对比来判断当前地下水状态，从而可以至少通过调节抽注水泵1功率和/或优化可渗透注入井群单元安装位置的方式来调节修复效率，同时，在出现预测数据与记录的监测数据之间的差值超出阈值的情况下，能够通过减小预设水质单位变化量的方式来提高监测精度，以及时发现修复过程异常。对于一段时间阈值内地下水水质监测数据基本不发生改变的情况，可能是由于可渗透注入井群单元已失活导致的，也有可能是其他原因，例如传感器失效等情况导致的，使得工作人员能够及时对设备进行检修及故障排除，以保证地下水修复的正常进行。

本发明提出了一种地下水可渗透注入井群耦合循环井系统及修复地下水的方法，把循环井技术与可渗透注入井群技术结合起来，控制修复过程在循环井外部地层中进行，缓解循环井内部腐蚀，提高使用寿命；

基于抽注水泵1的抽吸作用在循环井主井单元100内外形成的地下水流场并结合重力作用能够增加地下水的垂直流动以减少污染物的横向扩散，使得可渗透注入井群耦合地下水循环井系统周边受污染的地下水能够通过循环水流10多次流经可渗透注入井群单元，循环修复地下水至标准值，同时减少污染物的横向扩散，避免开凿立井等重复工作，降低了成本及对地层的扰动；循环水流10带动受污染地下水持续通过可渗透注入井群区域，使受污染地下水充分与活性药剂接触，提高修复效率；

可渗透注入井群单元可安装在地下水污染区域，特别针对传质效率低的低渗透区域12，不需要开挖动土，地层扰动较小；

根据监测单元结果及时转换可渗透注入井工作状态，在整体相当大区域内提高使用寿命及修复效率；

相比于单一的循环井系统及单一的可渗透注入井群系统，该方法可以改善拖尾效应，从而提高修复效率。

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)

1.一种可渗透反应墙耦合循环井系统，其包括：

循环井主井单元(100)，用于为地下水修复过程提供流通空间，

抽注水单元，用于为地下水流通提供动力，

可渗透反应墙单元(9)，用于对受污染地下水进行修复，

监测单元，用于对地下水修复过程进行数据监测，

其特征在于，

基于所述抽注水单元的抽吸作用使得在所述循环井主井单元(100)的内外空间能够形成循环水流(10)，所述可渗透反应墙单元(9)能够以安装于所述循环水流(10)流通路径上的方式使地下水穿过所述可渗透反应墙单元(9)时完成污染物的至少部分去除，以通过所述循环水流(10)的多次循环流通使得地下水的水质达到设定阈值，

其中，基于所述监测单元对地下水修复过程的监测，以至少能够确定地下水修复进度及所述可渗透反应墙单元(9)的运行状态。

2.根据权利要求1所述的可渗透反应墙耦合循环井系统，其特征在于，所述循环井主井单元(100)的内部限定空间能够基于封隔器(5)的阻隔被划分为不直接连通的进水筛管(11)和出水筛管(4)，其中，所述封隔器(5)能够为所述抽注水单元的抽水管(3)预留孔隙。

3.根据权利要求2所述的可渗透反应墙耦合循环井系统，其特征在于，所述进水筛管(11)和出水筛管(4)内壁的至少部分区域能够设置有作为透水结构的筛管管段，其中，所述进水筛管(11)和出水筛管(4)的筛管管段能够同侧开设。

4.根据权利要求3所述的可渗透反应墙耦合循环井系统，其特征在于，所述抽注水单元能够基于抽注水泵(1)的抽吸作用将处于所述进水筛管(11)中的地下水卷吸至出水筛管(4)，其中，所述抽注水泵(1)输入端和输出端分别通过所述抽水管(3)和注水管(2)连通于所述进水筛管(11)和所述出水筛管(4)。

5.根据权利要求4所述的可渗透反应墙耦合循环井系统，其特征在于，所述进水筛管(11)中的地下水被所述抽注水单元抽吸后形成的负压能够将周边土层的地下水以穿过相应的所述透水结构的筛管管段的方式卷入，所述出水筛管(4)内由于所述抽注水单元的引入而累积的地下水能够通过溢流的方式穿过相应的所述透水结构的筛管管段以流出所述出水筛管(4)。

6.根据权利要求5所述的可渗透反应墙耦合循环井系统，其特征在于，从所述出水筛管(4)流出的地下水能够以渗透的方式穿过所述可渗透反应墙单元(9)，以使得渗透而出的经过至少部分修复的地下水在所述进水筛管(4)的负压卷吸作用下再次进入所述循环井主井单元(100)的内部限定空间中，从而形成所述循环水流(10)位于所述循环井主井单元(100)外的流通。

7.根据权利要求6所述的可渗透反应墙耦合循环井系统，其特征在于，所述可渗透反应墙单元(9)能够以靠近于所述出水筛管(4)的所述透水结构的筛管管段的方式设置于所述循环井主井单元(100)周边，其中，所述可渗透反应墙单元(9)能够基于所述进水试筛管(11)和出水筛管(4)各自对应的所述透水结构的筛管管段的位置及结构确定安装的数量及安装位置。

8.根据权利要求7所述的可渗透反应墙耦合循环井系统，其特征在于，所述可渗透反应墙单元(9)能够配置为多层模块组件，沿地下水的流动方向观察，所述可渗透反应墙单元(9)包括渗透进水墙(903)、修复处理墙(905)和渗透出水墙(907)，其中，所述修复处理墙(905)能够间隔排布有第一滤网(904)、活性填料和第二滤网(906)。

9.根据权利要求8所述的可渗透反应墙耦合循环井系统，其特征在于，所述监测单元能够通过监测井管监测地下水情况，和/或对所述可渗透反应墙单元(9)的工作状态进行监测，以根据监测探头(8)和监测屏(6)的监测数据及时更换老化失活的所述可渗透反应墙单元(9)，其中，所述可渗透反应墙单元(9)的安装位置能够基于监测数据而进行优化调整。

10.一种可渗透反应墙耦合循环井系统修复地下水的方法，其特征在于，所述方法采用前述任意权利要求之一所述的可渗透反应墙耦合循环井系统，

其中，所述方法至少包括如下步骤：

启动抽注水单元：在抽注水泵(1)的作用下，使受污染区域地下水随着循环水流(10)通过可渗透反应墙单元(9)，以实现对受污染地下水的处理，并经过循环水流再次流经所述可渗透反应墙单元(9)，从而进行反复多次循环处理；

启动监测单元：通过监测单元对地下水情况进行监测和/或对所述可渗透反应墙单元(9)的工作状态进行监测；

基于监测单元获取的监测数据至少对所述可渗透反应墙单元(9)进行更换和/或优化安装位置。

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