CN114804291A - 一种地下水循环井系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地下水循环井系统，其循环井体由轴向上彼此分隔的多个筛管段和实管段一体构成，其中，在不同筛管段中还有可形成尾流空化泡的可变向水力空化组件，沿周向布设于相应筛管位置，以便借助于待净化地下水流动在相应筛管进水前端形成含有用于清除各自筛管污垢的空化泡液流。本发明通过水力空化作用破除循环井筛管周围的堵塞物，减缓循环井井体堵塞；通过改变空化管方向来减小/增大筛管空化冲蚀的速度，延长循环井使用寿命。

Description

一种地下水循环井系统

技术领域

本发明涉及地下水污染原位修复技术领域，尤其涉及一种地下水循环井系统。

背景技术

地下水循环井是一种可以去除地下水和饱和土壤中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合形成的井中井模式，其将抽提处理技术与原位处理技术相结合，可以通过下部筛管将含水层中的水引入井中，然后从上部筛管注入含水层，而不将其带出地面，同时使得地下水围绕循环井反复循环，不断将地下水中挥发性污染物进行气液分离并抽离至地面上进行处理，或通过上部筛管排放到包气带，通过原位生物修复进行降解，直至污染物得到充分清除。

地下水循环井技术通过将井体分隔成不同的筛管段，并在不同筛管段之间通过抽注水或曝气来改变筛管段之间的水压力分布，从而驱动水流由高压力筛管段向低压力筛管段流动。地下水循环井周围形成的三维垂向循环水流带动周边含水层中的污染地下水进入循环井内，通过吹脱、降解等方式实现污染物的去除。地下水循环井技术具有地层扰动小、占地面积小和操作简便等优点，因此，地下水循环井技术在污染场地的地下水修复中具有广阔的应用前景。

现有的循环井技术存在一些缺陷，例如，循环井技术在成井过程中易造成循环井周边含水层部分空隙受损，致使孔隙内泥浆易析出；循环水流反复冲刷易造成含水层泥浆成分析出；地下水中的污染物性质不明确且分布不均匀，这些污染物容易在进出筛管时受到阻碍而沉积在筛管局部流速减慢的部位；在修复过程中使用的化学或生物等强化降解手段改变了地下水化学和生物组分，地下水容易在不洁净或不光滑的筛管表面形成无机盐垢、有机油膜和生物膜等化学和生物污渍。这些物理、化学及生物污渍长时间累积成垢，堵塞循环井筛管的筛孔或曝气头等重要组件，从而阻断筛管部位地下水流进和流出，进而减小循环井三维循环水流的半径，在筛管堵塞严重时，还会导致循环井的循环功能完全丧失致使循环井报废。这些缺陷都严重影响地下水循环井技术的应用发展。

现有技术如公开号为CN214763784U的中国专利文献公开了一种应用于地下水循环井的高效过滤筛，包括壳体，所述壳体的内表面固定连接有复位机构，所述复位机构的顶部和底部分别固定安装有上过滤机构和下过滤机构，所述上过滤机构包括上框架，所述上框架的内部固定安装有上过滤网，所述下过滤机构包括下框架，所述下框架的内部固定安装有下过滤网，所述壳体的内部固定安装有振动机构，通过设置在壳体内部的振动机构，使振动机构工作带动过滤机构进行振动，对地下水进行振动过滤，减少地下水中含有的杂质，通过设置的复位机构带动过滤机构进行复位，配合振动机构使过滤机构进行往复振动，防止地下水中过滤出的杂质积存对过滤网造成堵塞，从而提高过滤机构对地下水的过滤效果。但是，该装置通过振动过滤粗颗粒杂质，并未考虑细颗粒成分或者化学、生物成分的结垢堵塞。该装置仅适合地下水的初步过滤，其防堵塞能力较低，且对含大量化学、生物成分的污染地下水的过滤效果较差。

公开号为CN112682521A的中国专利文献公开了一种耐冲蚀型多级降压角阀阀内件，包括阀体和上盖，阀体与上盖通过螺柱连接，阀体内设有阀芯、阀座、套筒、第一防冲刷管、第二防冲刷管和第三防冲刷管，所述第二防冲刷管上端与上盖之间通过防转平键定位连接，所述第二防冲刷管与所述第一防冲刷管采用镶嵌工艺连接，所述第一防冲刷管与阀体为过盈配合连接，且与管道突面法兰通过夹持方式安装，所述阀芯采用轴流式多级降压结构，所述阀芯与阀杆采用包覆式连接。该发明通过轴流式多级降压避免空化现象产生，规避了阀件空蚀破坏的风险，但，该发明也丢失了空化在增强水质活性和防止阀件结垢堵塞报废等方面的优势。

公开号为CN102417233A的中国专利文献提供了一种水力空化增氧曝气机，属于一种污水生化处理时向水中高效增氧曝气，同时利用产生的水力空化效应，直接降解水中有机污染物质的装置。水力空化增氧曝气机包括电机和传动轴，其中：它还包括上端盖、螺旋搅拌叶轮、锥形多孔阻流板和增氧曝气筒体，电机装在上端盖的上面，电机轴穿过上端盖的轴孔与传动轴的上端联接，传动轴的下端与螺旋搅拌叶轮联接，电机通过上端盖装在增氧曝气筒体的上面并将传动轴和螺旋搅拌叶轮位于增氧曝气筒体的内腔中，锥形多孔阻流板设在增氧曝气筒体内腔的下部并位于螺旋搅拌叶轮的下面。该装置通过曝气筒体整体曝气，虽然能够减少曝气死角，但曝气过于均匀，对阻流板各锥形小孔曝气针对性不强，锥形小孔水中含气量不能迅速提高到较高水平。该装置的空化射流方向也不具备可调节的特点。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明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，本发明提供一种地下水循环井系统，旨在解决现有技术存在的至少一个或多个技术问题。

在现有的原位修复循环井技术中，循环井筛管防堵塞措施包括增加高效振动过滤筛或者循环井外注射除垢药剂，其能够直接或者间接减少地下水粗颗粒杂质或高浓度药剂通过循环井筛管引发的堵塞。但，这些措施忽略了细颗粒杂质、低浓度药剂或者地下水氧化还原条件变化造成铁锰等元素结垢沉淀造成的堵塞风险。这些细颗粒杂质或者低浓度药剂在地下水中悬浮时间长，反复通过筛管，具有较大的堵塞风险。因此，本发明申请一种地下水循环井系统，将水力空化和循环井技术耦合以减少原位修复循环井的筛管堵塞风险，达到维护地下水循环功能正常运转和提高循环井技术实用性的目的。

本发明的水力空化组件能够分别安装在循环井的上筛管段和下筛管段，水力空化组件包括空化管，本发明的空化管采用变直径结构，并在空化管进水端设置旋转叶片，地下水在循环井内高压力差的驱使下进入管径变化的空化管内，带动旋转叶片发生高速转动，形成进水涡流，从而在空化管内发生局部压力降低，导致流经空化管的地下水内部、地下水与空化管内壁接触的固液界面经历空化泡形成、发展和破灭的过程。当空化管内的空化泡破灭时，空化泡产生瞬时局部高温高压，形成强烈的空化冲击波和微射流，其微射流速度能达到400km/h。若空化泡在与空化管对应的筛管表面破灭，则高能量的冲击波和微射流将在筛管表面形成高压区域，单个空化泡在筛管表面破灭点较小，因此，空化泡释放的巨大能量集中作用在筛管表面的许多非常小的面积单元内，这些面积单元内沉积着由细小颗粒杂质构成的污垢，空化泡破灭的强烈冲蚀能够破坏筛管中的污垢。同时，空化泡在压缩和释放过程中产生不同频率的振动，这些振动通过地下水传导到固有频率不同的筛管和污垢表面，激发筛管和污垢以不同频率振动，进而破坏筛管与污垢之间的结合力，使得筛管上的污垢发生松动；尤其是，因本发明空化过程所引起频率波动较大，相比传统振动过滤措施，本发明显著提高去除筛管不同部位上固有振动频率不同的污垢的效率。

此外，本发明通过曝气泵向空化管进水端对应的曝气口供气，使得空化管中的空化泡的气液界面积聚了大量离子，这些离子能够在空化管内产生局部高浓度强氧化自由基，促进地下水的水分子裂解为H·、HO·等活性物质，这些活性物质能够提高地下水的活性和增强地下水的溶解能力，从而提升地下水的溶垢能力，以清洁筛管表面，使得污垢不容易在筛管表面淀积成为硬垢，还能够促进已成垢物质微晶核的释放并逐步消解已成垢物质。空化泡在筛管表面破灭时，空化泡中的气体吸收热量具有较高温度，在短时间内难以通过水气热交换来降温，因此，这些热气流对已成垢物质进行烘烤，从而加速了筛管表面污垢的崩解、溶解。

本发明的循环井体由轴向上彼此分隔的多个筛管段和实管段构成，双筛结构的循环井由上筛管段和下筛管段构成，其中，待净化的污染地下水是从下筛管段之外，基于外内压差而穿过下筛管段的筛管进入下筛管段之内的，并且由循环井体的抽注水切换组件将进入下筛管段之内的地下水抽入上筛管段之中，其中，积聚在上筛管段之中的待净化地下水基于内外压差穿过上筛管段的筛管进入上筛管段之外的含水地层，在上筛管段和/或下筛管段中还有能够形成尾流空化泡的可变向水力空化组件，水力空化组件沿周向布设于相应筛管位置，以便借助于待净化地下水流动在相应筛管进水前端形成含有用于清除各自筛管污垢的空化泡液流。

根据一种优选的实施方式，尾流中空化泡从周向分布的水力空化组件发射时至少包括不同于径向的分量，从而尾流沿径向冲击相应筛管时至少包括周向分量的液流。

根据一种优选的实施方式，尾流中的周向分量是能够通过改变水力空化组件的空化管取向的方式来调整的。

根据一种优选的实施方式，其中的第一水力空化组件位于上筛管段之内，第一水力空化组件具有沿周向内壁布设的多个空化管，这些空化管进水前端有曝气管供气，用以增加各空化管进水前端地下水中气核含量，以促进形成空化泡。

根据一种优选的实施方式，其中的第二水力空化组件位于下筛管段之外，第二水力空化组件具有沿周向内壁分布的多个空化管，这些空化管进水前端有曝气管供气，用以增加各空化管进水前端地下水中气核含量，以促进形成空化泡。

根据一种优选的实施方式，水力空化组件在其对应的各空化管进水前端分别设有旋转叶片，旋转叶片能够旋转，使得空化管的进水水流为涡流，从而增大空化管进水前端的低压力区面积，以促进形成空化泡。

根据一种优选的实施方式，与上筛管段相比，下筛管段具有更小的直径，使得下筛管段具有缩颈部。

根据一种优选的实施方式，借助于承载各个空化管的固定板的弹性，尾流流动时能够引发固定板的弹性变化，进而带来尾流的取向变化，使得尾流冲击相应筛管时所包括的周向分量液流也是在时间上变化的。

根据一种优选的实施方式，各个空化管的取向具有大致相同的周向分量，使得流出全部空化管的液流在筛管周向上具有大致相同的周向液流分量，进而尾流冲击相应筛管时的周向分量液流在整个筛管周向上形成方向一致的流动。

根据一种优选的实施方式，各个空化管的取向是能够联合调整的，特别是在轴向上成行排列的各个空化管的取向是能够通过共同的调整机构来调整的。

本发明的优势在于，本发明的水力空化组件能够释放高能量冲击波和微射流以强力去除堵塞在循环井筛管上的污垢，能够避免不同大小颗粒杂质和不同浓度药剂在筛管的淀积；能够增强地下水的活性，从而提高地下水对成垢物质的溶解能力；能够洁净筛管表面、引起不同频率的振动和降低成垢物质在筛管表面附着结垢的能力，从而有效减缓筛管堵塞风险。本发明通过水力空化组件与循环井的耦合能够解决现有的地下水循环井技术中存在的仅能防止地下水中粗颗粒杂质和高浓度药剂堵塞的问题，本发明通过水力空化组件大幅度提高地下水循环井的防堵塞能力，并提高了地下水循环井技术的修复能力，能够防止不同大小颗粒杂质和不同浓度药剂的沉淀堵塞问题，从而对地下水污染物进行高效修复的同时显著减缓井体的堵塞问题，并使得本发明所提供的循环井适用范围更加广泛。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的循环井系统简化结构示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的循环井系统简化三维示意图；

图3是本发明的水力空化组件简化三维示意图；

图4是本发明的水力空化组件剖面三维示意图。

附图标记列表

1：下筛管段拉杆；2：上筛管段拉杆；3：地面处理站；4：曝气泵；5：集气泵；6：抽注水泵；7：集气罩；8：上筛管段注气管；9：走线槽；10：上筛管段；11：上筛管段弹性板；12：抽注水自动切换组件；13：上筛管段空化管；14：上筛管；15：上筛管段旋转叶片；16：封隔器；17：上筛管段曝气口；18：环形曝气管；19：下筛管保护筒；20：下筛管段；21：下筛管段注气管；22：下筛管段曝气口；23：下筛管段旋转叶片；24：下筛管段弹性板；25：下筛管段空化管；26：下筛管；27：水力空化组件基座；28：楔形垫；29a：第一水力空化组件；29b：第二水力空化组件；30：循环井体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明涉及一种水力空化地下水循环井系统，包括循环井体30。循环井体30由轴向上的彼此分隔的上筛管段10和下筛管段20构成，其中，待净化的地下水是从下筛管段20之外，基于外内压差而穿过下筛管段20的筛管进入下筛管段20之内的，并且由循环井体30的抽注水切换组件将进入下筛管段20之内的地下水抽入上筛管段10之中，其中，积聚在上筛管段10之中的待净化地下水基于内外压差而穿过上筛管段10的筛管进入到上筛管段10之外的含水地层。

本发明在上筛管段10和/或下筛管段20中还有可形成尾流空化泡的可变向水力空化组件29a、29b，沿周向布设于相应筛管位置，以便借助于待净化地下水流动在相应筛管进水前端形成含有用于清除各自筛管污垢的空化泡液流。

水力空化组件29a、29b是通过下述方式在待净化的地下水液流中形成尾流空化泡的，即，地下水液流在水力空化组件29a、29b的驱动下穿过其液流方向上直径变化的空化管并由此在水力空化组件29a、29b的尾流中形成空化泡。

根据图1，循环井体30可以包括上筛管14、下筛管26和封隔器16，其中，封隔器16将循环井体30分割为上筛管段10和下筛管段20。上筛管14和下筛管26的管壁以石英砂为填料，使得管内和管外形成过滤性地连通；上筛管14和下筛管26使得井壁内水体流通。

根据图1，本发明的抽注水切换组件设置为抽注水自动切换组件12，其包括平管、与平管两个侧边分别垂直连接的第一竖管和第二竖管，且第一竖管与第二竖管平行。第一竖管端口位于下筛管段20作为地下水的进水口，第二竖管端口位于上筛管段10作为地下水的出水口。优选地，平管与封隔器16平行且高于地下水水位，用于抽提地下水的抽注水泵6安装在平管上，抽注水泵6外壁与泵内电路不与地下水接触，避免地下水引起电路短路，从而中断对地下水的抽提。当启动抽注水泵6时，下筛管段20中的地下水从第一竖管端口进入第一竖管，再流向平管和第二竖管，从第二竖管端口流出，进入上筛管段10。

在本发明中，该系统通过抽注水泵6抽提下筛管段20中受污染地下水并将其注入上筛管段10，进入上筛管段10地下水先流经安置在上筛管段10的背离含水层一侧的水力空化组件29a，再穿过上筛管14的管壁进入循环井周边含水层。由于地下水被抽走，下筛管段20内腔形成负压空间，周边含水层地下水在压力驱使下从经安置在下筛管段20的面向含水层一侧的水力空化组件29b进入下筛管段20。抽注水自动切换组件12利用抽注水泵6在不同筛管段之间进行抽注水，使得上筛管段10和下筛管段20之间产生地下水压力差，从而形成三维垂向循环水流带动地下水进入井内被去除。

根据图1，本发明还包括地面处理站3、集气泵5和集气罩7，集气泵5安装于集气管管体上，伞形集气罩7安装于集气管位于上筛管段10内且高于地下水水位的一端上，集气管的另一端连接于地面处理站3。地面处理站3、集气管和集气罩7内部相通，启动集气泵5，循环井体30内的废气通过集气罩7进行集气管，再输入地面处理站3中，进行废气的集中处理。地面处理站3位于地面上，操作人员在地面处理站3中对地下水循环井系统进行控制。集气罩7和集气泵5可相对抽水泵6设置于高于地下水水位的部分上筛管段10中。

根据图1和图4，本发明还包括第一水力空化组件29a、第二水力空化组件29b、分别搭载第一水力空化组件29a和第二水力空化组件29b的水力空化组件基座27。第一水力空化组件29a包括上筛管段弹性板11、楔形垫28和上筛管段空化管13。第二水力空化组件29b包括下筛管段弹性板24、楔形垫28和下筛管段空化管25。

第一水力空化组件29a安装在上筛管段10中，第二水力空化组件29b安装在下筛管段20中，本发明通过这种安装方式能够减小上、下筛管同时堵塞风险，防止因一个或两个筛管段堵塞导致循环功能受损，从而达到维护地下水循环功能正常运转的目的。

优选地，如图1所示，第一水力空化组件29a位于上筛管段10之内，第一水力空化组件29a具有沿周向内壁布设的多个空化管，这些空化管进水前端有曝气管供气，用以增加各空化管进水前端地下水中气核含量，以促进形成空化泡。上筛管段10中，用于供气的曝气管设置为环形曝气管18。

优选地，借助于承载各个空化管的固定板的弹性，使得在尾流流动时能够引发固定板的弹性变化，进而带来尾流的取向变化，使得尾流冲击相应筛管时所包括的周向分量液流也是在时间上变化的。本发明的固定板可以设置为弹性板，且根据其在不同筛管段的安装位置设置有上筛管段弹性板11和下筛管段弹性板24。

根据图4，上筛管段弹性板11采用弧形结构，上筛管段弹性板11首端通过扣件卡接于水力空化组件基座27上，上筛管段弹性板11尾端部分搭接于相邻上筛管段弹性板11的首端上，多个上筛管段弹性板11首尾搭接并呈环形阵列形式均匀排布。相邻两个上筛管段弹性板11首尾之间可以容纳楔形垫28，楔形垫28安装在水力空化组件基座27上并位于上筛管段弹性板11尾端，其可以契入上筛管段弹性板11使之发生弯曲变形。上筛管段空化管13包括进水端、出水端和连通管，进水端与出水端通过连通管连通，并与连通管形成哑铃型一体式结构，这种设置方式使得上筛管段空化管13为变直径结构。上筛管段空化管13设置在上筛管段弹性板11上，其可以随弹性板变形发生转向，其进水端位于水力空化组件基座27安装楔形垫28的一侧，其出水端位于背离楔形垫28的一侧。

优选地，水力空化组件29a、29b在其对应的各空化管上游分别设有旋转叶片，旋转叶片能够旋转，使得空化管的进水水流为涡流，从而增大空化管进水前端的低压力区面积，以促进形成空化泡。

第一水力空化组件29a包括上筛管段旋转叶片15，第二水力空化组件29b包括下筛管段旋转叶片23。在上筛管段空化管13进水端外壁上安装上筛管段旋转叶片15，且上筛管段空化管13外壁与上筛管段旋转叶片15通过轴承连接，上筛管段旋转叶片15中心设有供气体和液体流通的导管，导管与上筛管段空化管13进水端内部相通。

第二水力空化组件29b与第一水力空化组件29a的结构、安装方式相同。

优选地，本发明的弹性板是指在外力作用下易发生弯曲的材料制成的薄板，例如，弹性刚板和采用膨胀收缩材料制成的耐腐蚀薄板。弹性板的弯曲变形也可以通过在弹性板与楔形垫28接触面上安装弹性件来实现。弹性板尺寸可以根据实际需要设计，多个弹性板之间的轴向和纵向间距可以进行调节，从而改变水力空化组件基座27上弹性板的数量，进而满足不同水力空化通量大小的要求。

优选地，本发明的楔形垫28是指两头厚度不一样的垫片，其中垫片一端为尖角状，可以契入其他物体起到垫高作用。楔形垫28可以采用合金、铁氧体或其他磁性材料制成，其形状多样，可以是长方形、正方形、三角形或其他形状。

优选地，弹性板上空化管数量不限于一个，可以是多个，同一弹性板上的多个空化管之间的间距可以调整，从而改变空化管的数量，空化管数量越多，水力空化的通量越大。

根据图1和图3，在上筛管段10中，水力空化组件基座27按照上筛管段旋转叶片15背离含水层一侧的方式套合于上筛管14。多个上筛管段空化管13的出水端朝向上筛管14并相对上筛管14的中心轴偏心设置。通过这种偏心设置方式，本发明尾流中的空化泡在从周向分布的水力空化组件29a、29b发射时至少包括不同于径向的分量，从而尾流沿径向冲击相应筛管时至少包括周向分量的液流。

上筛管段10中的地下水通过上筛管段旋转叶片15的导管进入上筛管段空化管13的进水端，并带动上筛管段旋转叶片15高速转动，从而在上筛管段空化管13的进水端形成进水涡流，增大上筛管段空化管13内的低压区域面积，使得上筛管段空化管13内部产生空化泡，空化泡以空化冲击波和微射流的形式从上筛管段空化管13出水端向上筛管14管壁喷射，以达到冲蚀筛管管壁和管内成垢物质的目的。

根据图1，上筛管段空化管13的进水端设置与其对应的上筛管段曝气口17，相邻两个上筛管段旋转叶片15之间限定出容纳上筛管段曝气口17的间隙，上筛管段曝气口17开设在环形曝气管18上，环形曝气管18内部相通连接有相应的上筛管段注气管8。本发明通过上筛管段曝气口17向上筛管段空化管13的进水端快速补充气核含量，用以达到促进气核在上筛管段空化管13中形成空化泡的目的。

优选地，本发明的水力空化组件29a、29b在上下筛管段空化管13、25和上下筛管段弹性板11、24，以及楔形垫28的协同作用下，可以在循环井体30中发生变向，也可以工作于除垢解堵阶段和防垢护管阶段，并在两个阶段之间转换。本发明的水力空化组件能够在除垢解堵、防结垢和筛管空蚀保护之间达到一个较好的平衡状态，提高循环井技术的实用性。在不同阶段下，楔形垫28进行选择性工作，水力空化组件通过楔形垫28进尺的调整增减弹性板的变形量，从而改变弹性板中的空化管对筛管的射流角度和距离，进而调整水力空化组件的空化泡对成垢物质及筛管冲蚀的破坏强度。因此，本发明的水力空化组件具有多工作模式的特点，从而达到减少筛管堵塞风险的同时又降低筛管边壁的空蚀速度的目的，进而延长地下水循环井的使用寿命。

优选地，本发明的尾流中的周向分量是能够通过改变水力空化组件29a、29b的空化管取向的方式来调整的，并通过调整尾流的周向分量使水力空化组件29a、29b在除垢解堵阶段和防垢护管阶段之间转换。

优选地，在上筛管段10中，第一水力空化组件29a处于除垢解堵阶段时，楔形垫28不工作，上筛管段弹性板11不发生弯曲变形，相邻两个上筛管段弹性板11之间搭接契合度高、密封性高，污染地下水经由贯穿设置于上筛管段弹性板11上的上筛管段空化管13进出，上筛管段空化管13的管径变化导致流经上筛管段空化管13的污染地下水流速和压力骤变，当压力小于饱和蒸气压时发生水力空化，此时，第一水力空化组件29a满负荷工作，空化效率较高。由于上筛管段弹性板11未弯曲变形，上筛管段弹性板11上的上筛管段空化管13垂直上筛管14的管壁，此时，第一水力空化组件29a产生的空化泡冲击上筛管14管壁的角度最大，与上筛管14的距离最短，能够到达上筛管14管壁和管内破灭的空化泡数量最多，空化冲击波与微射流垂直上筛管14喷射，正面冲蚀上筛管14，此时，第一水力空化组件29a的除垢能力最强。在第一水力空化组件29a中，污染地下水依次通过上筛管段旋转叶片15、上筛管段空化管13，然后流向上筛管14，空化泡在上筛管14的管壁和管内破灭达到强力去垢解堵的目的。

优选地，当处于防垢护管阶段时，楔形垫28工作，上筛管段弹性板11因楔形垫28契入而弯曲变形，相邻两个上筛管段弹性板11分离，密封性减弱，并带动上筛管段弹性板11上的上筛管段空化管13发生转向，此时，上筛管段空化管13与上筛管14不构成垂直关系，第一水力空化组件29a产生的空化泡冲击上筛管14管壁的角度减小，与上筛管14的距离增大，能够到达上筛管14管壁和管内破灭的空化泡数量减小，对上筛管14的空蚀破坏能力减弱。同时，污染地下水除了通过上筛管段空化管13进出，还能通过相邻两个上筛管段弹性板11之间的缝隙进出，形成双进出通道，通过该缝隙进出的部分地下水不发生水力空化，从而对上筛管14的破坏能力较弱。楔形垫28通过改变自身的高度和坡度来改变上筛管段弹性板11的变形量及相邻两个上筛管段弹性板11之间的缝隙大小。

本发明的楔形垫28高度不固定，在楔形垫28工作过程中可以进行高度的自调节，楔形垫28的高度分别与弹性板的变形量、空化管的方向变幅和筛管的空化冲击波及微射流能量可调节区间呈正比。楔形垫28的高度越高，满进尺契入弹性板时，弹性板变形量越大，固定在弹性板上的空化管方向变幅越大，对筛管的空化冲击波及微射流能量可调节区间更广。本发明的楔形垫28坡度不固定，在楔形垫28工作过程中能够进行坡度的自调节，楔形垫28的坡度分别与弹性板的变形量和空化管方向变幅呈正比，与筛管的空化冲击波及微射流能量调节精度呈反比。楔形垫28的坡度越小，楔形垫28相同契入进尺下，弹性板变形量越小，固定在弹性板上的空化管方向改变越小，对筛管的空化冲击波及微射流能量调节精度更高，优选地，楔形垫28的坡度为平角或小于60°的锐角，可以比较精确且连续地契入弹性板，从而精确且连续地改变空化管方向，实现以除垢解堵为目的空化向以防结垢护筛管为目的空化的逐渐转变。

优选地，本发明的各个空化管的取向是能够联合调整的，特别是在轴向上成行排列的各个空化管的取向是可以通过共同的调整机构来调整的。

根据图1、图2和图3，本发明还包括多个拉杆，包括上筛管段拉杆2和下筛管段拉杆1，楔形垫28侧面与拉杆相连，垂向上同一列排布的楔形垫28为一组，每组楔形垫28连接在同一垂向拉杆上，拉杆带动一组楔形垫28同步升降，不同组的拉杆能够连接起来同步升降。垂向升降拉杆能够带动一组楔形垫28契入弹性板进尺连续变化。因此，在拉杆的同步升降下，本发明的各个空化管的取向具有大致相同的周向分量，使得流出全部空化管的液流在沿筛管周向上具有大致相同的周向液流分量，进而尾流冲击相应筛管的周向分量液流在整个筛管周向上形成方向一致的流动，并使得本发明能够连续统一调整空化管的方向，进而实现以除垢解堵为目的的空化向以防结垢护筛管为目的的空化逐渐转变。拉杆作用于防垢护管阶段。

在上筛管段10中，第一水力空化组件29a处于防垢护管阶段时，上筛管段拉杆2提升，带动楔形垫28契入上筛管段弹性板11进尺增加，上筛管段弹性板11变形量增加，安装在上筛管段弹性板11的上筛管段空化管13相对上筛管14的角度和距离发生变化，第一水力空化组件29a产生的空化冲击波和微射流对上筛管14的冲蚀破坏作用减弱，主要起到改变地下水和成垢物质活性、保护筛管的目的。

优选地，第二水力空化组件29b位于下筛管段20之外，第二水力空化组件29b具有沿周向内壁分布的多个空化管，这些空化管进水前端有曝气管供气，用以增加各空化管进水前端地下水中气核含量，以促进形成空化泡。下筛管段20的曝气管设置为下筛管段注气管21，其内部相通的连接于上筛管段10中的环形曝气管18。

根据图1，在下筛管段20中，水力空化组件基座27按照下筛管段旋转叶片23面向含水层一侧的方式套合于下筛管26。多个下筛管段空化管25的出水端朝向下筛管26并相对下筛管26的中心轴偏心设置。周边含水层地下水通过下筛管段旋转叶片23的导管进入下筛管段空化管25的进水端，并带动下筛管段旋转叶片23高速转动，从而在下筛管段空化管25的进水端形成进水涡流，增大下筛管段空化管25内的低压区域面积，使得下筛管段空化管25内部产生空化泡，空化泡以空化冲击波和微射流的形式从下筛管段空化管25的出水端向下筛管26管壁喷射，用以达到冲蚀筛管管壁和管内成垢物质的目的。

根据图1，在下筛管段20中，下筛管段空化管25的进水端设置与其对应的下筛管曝气口22，相邻两个下筛管段旋转叶片23之间限定出容纳下筛管曝气口22的间隙，下筛管曝气口22开设在环形曝气管18上，环形曝气管18内部相通连接有相应的下筛管段注气管21。本发明通过下筛管曝气口22向下筛管段空化管25的进水端中快速补充气核含量，用以达到促进气核在下筛管段空化管25中形成空化泡的目的。本发明的环形曝气装置针对每一个空化管点对点曝气，能够快速有效地增加对应空化管进水口的气核含量，提高水力空化发生概率，保证水力空化效果。本发明通过针对性的环形曝气装置解决现有技术中水力空化装置曝气过于均匀，导致空化管中气核含量不能迅速提高到较高水平的问题。

在下筛管段20中，第二水力空化组件29b在除垢解堵阶段的工作方式与第一水力空化组件29a相同，这里不做赘述。

在下筛管段20中，第二水力空化组件29b处于防垢护管阶段时，楔形垫28工作，下筛管段弹性板24因楔形垫28契入而弯曲变形，相邻两个下筛管段弹性板24分离，密封性减弱，并带动下筛管段弹性板24上的下筛管段空化管25发生转向，此时，下筛管段空化管25与下筛管26不构成垂直关系，第二水力空化组件29b产生的空化泡冲击下筛管26管壁的角度减小，与下筛管26的距离增大，能够到达下筛管26管壁和管内破灭的空化泡数量减小，对下筛管26的空蚀破坏能力减弱。同时，污染地下水除了通过下筛管段空化管25进出，还能通过相邻两个下筛管段弹性板24之间的缝隙进出，形成双进出通道，通过该缝隙进出的部分地下水不发生水力空化，从而对下筛管26的破坏能力较弱。楔形垫28通过改变自身的高度和坡度来改变下筛管段弹性板24的变形量及相邻两个下筛管段弹性板24之间的缝隙大小。

当处于防垢护管阶段时，安装于走线槽9内的下筛管段拉杆1提升，带动楔形垫28契入下筛管段弹性板24进尺增大，下筛管段弹性板24变形量增加，安装在下筛管段弹性板24的下筛管段空化管25相对下筛管26的角度和距离发生变化，第二水力空化组件29b产生的空化冲击波和微射流对下筛管26的冲蚀破坏作用减弱，主要起到改变地下水和成垢物质活性、保护筛管的目的。

优选地，第二水力空化组件29b外侧设置有下筛管保护筒19，下筛管保护筒19能够在第二水力空化组件29b和周边含水层之间限定出一个局部虚脱空间，用于保护循环井外侧的第二水力空化组件29b不受周边含水层或者填砾的挤压破坏。污染地下水越过下筛管保护筒19的最低点进入局部虚脱空间，再依次进入第二水力空化组件29b和下筛管26进入循环井参与三维垂向水流循环。

优选地，如图1所述，与上筛管段10相比，下筛管段20具有更小的直径，使得下筛管段20具有缩颈部，以便带有第二水力空化组件29b的下筛管段20总体直径不大于上筛管段10的直径，减少安装成本。

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。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系统，其循环井体(30)由轴向上彼此分隔的多个筛管段和实管段构成，双筛结构的循环井由上筛管段(10)和下筛管段(20)构成，其中，

待净化的污染地下水是从所述下筛管段(20)之外，基于外内压差而穿过所述下筛管段(20)的筛管进入所述下筛管段(20)之内的，并且由所述循环井体(30)的抽注水切换组件将进入所述下筛管段(20)之内的地下水抽入所述上筛管段(10)之中，

其中，积聚在所述上筛管段(10)之中的待净化地下水基于内外压差穿过所述上筛管段(10)的筛管进入所述上筛管段(10)之外的含水地层，

其特征在于，

在所述上筛管段(10)和/或所述下筛管段(20)中还有能够形成尾流空化泡的可变向水力空化组件(29a，29b)，所述水力空化组件(29a，29b)沿周向布设于相应筛管位置，以便借助于待净化地下水流动在相应筛管进水前端形成含有用于清除各自筛管污垢的空化泡液流。

2.根据权利要求1所述的地下水循环井系统，其特征在于，所述尾流中空化泡从周向分布的所述水力空化组件(29a，29b)发射时至少包括不同于径向的分量，从而所述尾流沿径向冲击相应筛管时至少包括周向分量的液流。

3.根据权利要求2所述的地下水循环井系统，其特征在于，所述尾流中的周向分量是能够通过改变所述水力空化组件(29a，29b)的空化管取向的方式来调整的。

4.根据权利要求3所述的地下水循环井系统，其特征在于，其中的第一水力空化组件(29a)位于所述上筛管段(10)之内，所述第一水力空化组件(29a)具有沿周向内壁布设的多个空化管，这些空化管进水前端有曝气管供气，用以增加各空化管进水前端地下水中气核含量，以促进形成空化泡。

5.根据权利要求3所述的地下水循环井系统，其特征在于，其中的第二水力空化组件(29b)位于所述下筛管段(20)之外，所述第二水力空化组件(29b)具有沿周向内壁分布的多个空化管，这些空化管进水前端有曝气管供气，用以增加各空化管进水前端地下水中气核含量，以促进形成空化泡。

6.根据权利要求5所述的地下水循环井系统，其特征在于，所述水力空化组件(29a，29b)在其对应的各空化管进水前端分别设有旋转叶片，所述旋转叶片能够旋转，使得空化管的进水水流为涡流，从而增大所述空化管进水前端的低压力区面积，以促进形成空化泡。

7.根据权利要求6所述的地下水循环井系统，其特征在于，与所述上筛管段(10)相比，所述下筛管段(20)具有更小的直径，使得所述下筛管段(20)具有缩颈部。

8.根据权利要求3所述的地下水循环井系统，其特征在于，借助于承载各个空化管的固定板的弹性，所述尾流流动时能够引发所述固定板的弹性变化，进而带来所述尾流的取向变化，使得所述尾流冲击相应筛管时所包括的周向分量液流也是在时间上变化的。

9.根据权利要求8所述的地下水循环井系统，其特征在于，各个所述空化管的取向具有大致相同的周向分量，使得流出全部所述空化管的液流在筛管周向上具有大致相同的所述周向液流分量，进而所述尾流冲击相应筛管时的所述周向分量液流在整个筛管周向上形成方向一致的流动。

10.根据权利要求9所述的地下水循环井系统，其特征在于，各个所述空化管的取向是能够联合调整的，特别是在轴向上成行排列的各个所述空化管的取向是能够通过共同的调整机构来调整的。

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