CN116833208A - 一种抗衰减超声地下水循环井系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗衰减超声地下水循环井系统，包括内设有腔体的循环井体，腔体内设有分流仓，分流仓沿高度方向的相对上下两端分别设有进料口和分流口；分流仓的相对正下方设有安装底座；安装底座上设有平行于高度方向布置的超声过水仓，超声过水仓沿高度方向的相对上端的侧壁上连通有进口，进口通过分流管连通分流口；安装底座上设有用于向超声过水仓内发射超声波的超声换能器，位于超声过水仓内的超声波的入射波和反射波重叠形成驻波；进料口连通有注药组件；进料口连通有抽注水组件，抽注水组件的另一端用于吸入受污染地下水。本发明基于形成驻波的方式提高超声波抗衰减能力，确保能够高效修复有机污染地下水，不额外增大超声波换能器功率。

Description

一种抗衰减超声地下水循环井系统

技术领域

本发明涉及地下水污染原位修复技术领域，具体涉及一种抗衰减超声地下水循环井系统。

背景技术

随着工农业经济的快速发展，土壤及地下水污染问题越发突出，环境质量状况不容乐观。《全国土壤污染状况调查公报》以及全国地下水基础环境状况调查结果显示，土壤总超标率为16.1％，其中耕地土壤超标率达到19.4％，工矿业废弃地土壤超标率高达36.3％，地下水质量状况极差水质比例达到15％。土壤与地下水环境污染问题成为阻碍地方经济进一步发展的制约因素，污染土壤与地下水治理修复也逐渐受到重视。

地下水循环井技术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，地下水循环井技术对污染物选择性低应用前景好，但也存在如下缺陷：一是修复药剂扩散慢，与污染物混合不均匀，重复加药增强了腐蚀性，循环井设备寿命大打折扣；二是地下贫氧、低温环境条件限制了修复试剂性能发挥。随着技术不断的进步，近些年兴起的一种新型水处理技术是将超声技术应用到地下水循环井中得到的超声地下水循环井技术，超声地下水循环井技术通过发射大于16kHz频率的超声波使得修复药剂得到活化强化，并使得修复药剂与地下水污染物进行混合，实现有机污染地下水修复。

但目前的超声地下水循环井技术的应用中仍存在以下缺陷：地下水循环井内的超声波抗衰减能力弱，不利于超声波发挥作用且对修复药剂的活化强化效果较差，导致地下水有机污染物的降解效果较差。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的超声地下水循环技术中的超声波抗衰减能力弱，不利于超声波发挥作用且对修复药剂的活化强化效果较差，导致地下水有机污染物的降解效果较差的缺陷，从而提供一种抗衰减超声地下水循环井系统。

根据本发明提供的一种抗衰减超声地下水循环井系统，包括循环井体，内设有腔体，

分流仓，设置在所述腔体内，所述分流仓沿高度方向的相对上端和相对下端分别设置有进料口和分流口，所述进料口和所述分流口均连通所述分流仓的内腔；

安装底座，设置在所述分流仓沿高度方向的相对正下方；

超声过水仓，平行于高度方向布置在所述安装底座上，所述超声过水仓沿高度方向的相对上端的侧壁上连通有进口，所述进口通过分流管连通所述分流口；

超声波换能器，设置在所述安装底座上，且位于所述超声过水仓内，所述超声波换能器用于向所述超声过水仓内发射超声波，位于所述超声过水仓的所述超声波的入射波和反射波重叠形成驻波；

注药组件，与所述进料口连通，并用于向所述分流仓内注射修复药剂；

抽注水组件，一端与所述进料口连通，且另一端用于吸入受污染地下水。

根据本发明的一种抗衰减超声地下水循环井系统，至少具有如下技术效果：

1.通过将注药组件的注药端和抽注水组件的出水端同时与分流仓的进料口连通，且分流仓的分流口通过分流管连通超声过水仓，在抽注水组件将受污染地下水从进料口注入分流仓的同时注药组件也将修复药剂从进料口注入分流仓，使得修复药剂和受污染地下水在分流仓内进行初次混合，随后再进入超声过水仓，因为超声波换能器向超声过水仓内发射超声波，所以修复药剂和受污染地下水在流经超声过水仓内的过程中可以在超声波线性高频机械振动下实现第二次混合，同时超声过水仓内的超声波引起激烈而快速的振动一方面加速地下水贫氧环境中有机污染物的挥发和主链碳键断裂，提高氧气溶解速度，助推有机质“水相燃烧”，同时提供超声空化原始气核；另一方面振动能量以及声场区域空化微射流和激波形成的瞬间高温高压，为·OH、H₂O₂等活性物质产生以及修复试剂活化强化提供能量，很好地克服了地下水水温低、贫氧等不利环境条件缺陷，从而能够高效修复有机污染地下水。

2.通过将超声波换能器发射至超声过水仓的超声波的入射波和反射波重叠形成驻波增强振幅，主动减少超声波衰减，在不额外增大超声波换能器功率的基础上提高超声波抗衰减能力，有利于超声波发挥作用且对修复药剂的活化强化效果好，确保能够高效修复有机污染地下水；且本地下水循环井系统中减少超声波衰减的方式不增加额外功耗，符合高效、绿色、低碳原则。

3.通过将超声过水仓沿高度方向的相对上端的侧壁上连通有进口，且将超声波换能器设置在超声过水仓沿高度方向的相对下端内，使得从分流仓内出来的受污染地下水由超声过水仓沿高度方向的相对上端(即超声过水仓尾端)流入，且从超声过水仓沿高度方向的相对下端(即超声过水仓的首端)流出，从而使得受污染地下水在超声过水仓内的流动方向与超声过水仓内的超声波发射方向相反；按照多普勒效应，当超声波与受体(受污染地下水)相向靠拢时，受体接收频率会变大。因此，逆向流动经过超声过水仓内的受污染地下水接收频率逐渐变大、均匀变频，效果更好，进一步提高修复有机污染地下水的效果。

4.通过超声过水仓内的超声波的高频机械振动轰击循环井系统的进水孔、出水孔以及流通路径，一是预防积聚和沉淀，二是促进已有堵塞物分解成小颗粒物，能够自动清理循环井堵塞，延长循环井系统使用寿命。

优选地，所述分流口设置有多个，所述超声过水仓与所述分流口的数量相等，每个所述超声过水仓的进口均通过一个所述分流管连通一个所述分流口，每个所述超声过水仓内均设有一个所述超声波换能器。

优选地，所述超声过水仓内的所述超声波的反射波的起点位于所述超声波的半波长的整数倍位置。

优选地，所述超声波换能器固定连接在所述安装底座沿高度方向的相对上端面，所述超声过水仓沿高度方向滑动连接在所述安装底座沿高度方向的相对上端面，所述超声过水仓具有使其沿高度方向升降调节后的稳固状态。

优选地，所述超声过水仓的外周面沿周向间隔布置有多个弹性卡块，所述弹性卡块平行于高度方向布置；所述安装底座沿高度方向的相对上端面对应所述弹性卡块的位置设置有卡槽，所述卡槽与所述弹性卡块相匹配；升降调节所述超声过水仓时，按压所述弹性卡块脱离所述卡槽。

优选地，所述超声过水仓沿高度方向的相对下端面设置有出水口，所述出水口连通所述超声过水仓的内腔，且所述出水口的孔径小于所述超声过水仓的内腔的内径。

优选地，所述出水口内过盈配合有塞体；所述超声过水仓的进口与所述分流管的连接端连通有增压仓，所述增压仓平行于高度方向布置，且所述增压仓沿高度方向的相对下端与所述进口连通。

优选地，所述腔体内设置有封隔器，所述封隔器用于将所述腔体沿高度方向从上至下分隔成上腔和下腔；所述分流仓和所述安装底座设置在所述上腔内，所述抽注水组件背离所述进料口的一端延伸至所述下腔内；所述上腔设置有上筛管，所述上筛管用于供地下水流经所述上筛管进出所述上腔；所述下腔设置有下筛管，所述下筛管用于供地下水流经所述下筛管进出所述下腔。

优选地，所述封隔器沿高度方向的相对上端面设置有磁铁，所述塞体包括有橡胶部以及设置在所述橡胶部沿高度方向一端的磁性塞帽，所述橡胶部过盈配合在所述出水口内；

和/或，所述抽注水组件包括沿高度方向贯穿所述封隔器的抽注水管，所述抽注水管的一端连通所述下腔，所述抽注水管的另一端连通所述进料口，所述抽注水管上设置有抽注水泵；

和/或，所述注药组件包括用于存储修复药剂的药剂罐以及连通所述药剂罐和所述进料口的注药管，所述注药管上设置有注药泵。

优选地，所述分流仓沿高度方向的相对下端设置有连接罩，所述分流口和所述超声过水仓设置在所述连接罩内；所述连接罩可拆卸连接在所述安装底座沿高度方向的上端面。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例的一种抗衰减超声地下水循环井系统的主视结构示意图；

图2为图1中A处的放大示意图；

图3为本发明实施例的透视立体结构示意图；

图4为本发明实施例的部分结构的透视结构示意图；

图5为本发明实施例中超声过水仓与增压仓装配的结构示意图；

图6为图5的剖视的透视结构示意图。

附图标记说明：

1-气体处理间、2-抽气泵、3-药剂罐、4-注药泵、5-抽注水泵、6-抽注水管、7-气体收集罩、8-注药管、9-分流仓、10-分流口、11-分流管、12-弹性卡块、13-增压仓、14-连接罩、15-超声过水仓、16-超声波换能器、17-磁性塞帽、18-安装底座、19-固定螺栓、20-塞体、21-上腔、22-上筛管、23-循环井体、24-封隔器、25-下腔、26-下筛管、27-进口、28出气管、29-水平板、30-出水口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

利用超声地下水循环井技术的超声地下水循环井系统处理地下水有机污染物是一个动态变化的过程。空间尺度上，地下水有机污染物种类和浓度不仅随修复场地不同而不同，而且随同一场地不同修复点位的不同而不同；时间尺度上，地下水有机污染物种类和浓度随不同修复阶段不同而不同，修复前期阶段污染物种类多、浓度高，修复后期阶段污染物种类相对较少、浓度相对较低。污染物种类和浓度对超声波衰减都有较大影响,具体影响因素包括密度、频率、波速、温度、粘滞性、杂质含量、流动性等。超声波在介质中衰减能力用衰减系数α表示，计算公式为α＝8π²f²ηgh/2pc³，其中η为介质黏滞系数、f为频率、p为介质压强、c为波速、h为高程、g为重力加速度。由衰减系数公式可知，液体介质衰减系数α与黏滞系数和频率平方成正比，与介质压强和波速立方成反比。衰减系数越大，超声波在地下水传播时衰减速度越快。例如，不同有机污染物种类及含量会导致地下水粘滞系数改变；循环井抽注水速度会导致井内地下水压强变化；场地地下水不同修复深度会导致地下水压强变化。这些变化是超声波衰减潜在原因，会直接或间接影响超声循环井修复效果。因此，减少循环井中超声波衰减速度和程度具有十分重要的意义。

如图1和图2所示为本实施例提供的一种抗衰减超声地下水循环井系统，包括内设有腔体的循环井体23，所述腔体内设置有分流仓9，所述分流仓9沿高度方向的相对上端和相对下端分别设置有进料口和分流口10，所述进料口和所述分流口10均连通所述分流仓9的内腔；所述分流仓9沿高度方向的相对正下方设置有安装底座18；所述安装底座18沿高度方向的相对上端设置有超声过水仓15，所述超声过水仓15平行于高度方向布置，所述超声过水仓15沿高度方向的相对上端的侧壁上连通有进口27，所述进口27通过分流管11连通所述分流口10；所述安装底座18沿高度方向的相对上端设置有超声波换能器16，所述超声波换能器16位于所述超声过水仓15内，所述超声波换能器16用于向所述超声过水仓15内发射超声波，位于所述超声过水仓15的所述超声波的入射波和反射波重叠形成驻波；所述进料口连通有注药组件和抽注水组件，所述注药组件用于向所述分流仓9内注射修复药剂；所述抽注水组件背离所述进料口的一端用于吸入受污染地下水。可以理解的是，本发明实施例表述的高度方向是指图1中所示的高度方向。

与现有技术相比，本实施例的抗衰减超声地下水循环井系统首先通过将注药组件的注药端和抽注水组件的出水端同时与分流仓9的进料口连通，且分流仓9的分流口10通过分流管11连通超声过水仓15，在抽注水组件将受污染地下水从进料口注入分流仓9的同时注药组件也将修复药剂从进料口注入分流仓9，使得修复药剂和受污染地下水在分流仓9内进行初次混合，随后再进入超声过水仓15，因为超声波换能器16向超声过水仓15内发射超声波，所以修复药剂和受污染地下水在流经超声过水仓15内的过程中，超声过水仓15内的超声波引起质点间线性高频机械振动，质点加速度异常大，激烈而快速的变化提供了修复试剂与受污染地下水加速混合的动力，使得修复药剂和受污染地下水可以在超声波线性高频机械振动下实现第二次混合，混合更加彻底；在此过程地下水吸收振动能量、声能转变为热能升温，为修复试剂的活化创造了良好条件；同时超声过水仓15内的超声波引起激烈而快速的振动一方面加速地下水贫氧环境中有机污染物的挥发，强烈机械作用引起的水力剪切力促进大分子有机物主链碳键断裂，机械扰动提高了地下水传质系数，提高氧气溶解速度，助推有机质“水相燃烧”，也为超声空化提供原始气核，大大降低地下水贫氧状况对污染物降解的不利影响；另一方面振动能量以及声场区域空化微射流和激波形成的瞬间高温高压，为·OH、H₂O₂等活性物质产生以及修复试剂活化强化提供能量，很好地克服了地下水水温低、贫氧等不利环境条件缺陷，从而能够高效修复有机污染地下水。其次，通过将超声波换能器16发射至超声过水仓15内的超声波的入射波和反射波重叠形成驻波增强振幅，主动减少超声波衰减，在不额外增大超声波换能器16功率的基础上提高超声波抗衰减能力，有利于超声波发挥作用且对修复药剂的活化强化效果好，确保能够高效修复有机污染地下水；且本实施例的地下水循环井系统中减少超声波衰减的方式不增加额外功耗，能简便、低耗处理地下水中的有机污染物，符合高效、绿色、低碳原则。再次通过将超声过水仓15沿高度方向的相对上端的侧壁上连通有进口27，且将超声波换能器16设置在超声过水仓15沿高度方向的相对下端内，使得从分流仓9内出来的受污染地下水由超声过水仓15沿高度方向的相对上端(即超声过水仓15尾端)流入，且从超声过水仓15沿高度方向的相对下端(即超声过水仓15的首端)流出，从而使得受污染地下水在超声过水仓15内的流动方向与超声过水仓15内的超声波发射方向相反；按照多普勒效应，当超声波与受体(受污染地下水)相向靠拢时，受体接收频率会变大。因此，逆向流动经过超声过水仓15内的受污染地下水接收频率逐渐变大、均匀变频，效果更好，进一步提高修复有机污染地下水的效果。最后通过超声过水仓15内的超声波的高频机械振动轰击循环井系统的进水孔、出水孔以及流通路径，一是预防积聚和沉淀，二是促进已有堵塞物分解成小颗粒物，能够自动清理循环井堵塞，延长循环井系统使用寿命。

超声过水仓15内的超声波的入射波和反射波重叠形成驻波增强振幅，主动减少超声波衰减的原理如下：

沿x轴正方向传播的右行波为超声波入射波，波动方程为：y₁＝Acos2π(t/T-x/λ)，式中T为超声波的周期，A为超声波的振幅，λ为超声波的波长；

沿x轴负方向传播的左行波为超声波反射波，波动方程为：y₂＝Acos2π(t/T+x/λ)，x为超声波的反射波起点的位置；

合成后驻波方程为：y＝y₁+y₂＝Acos2π(t/T-x/λ)+Acos2π(t/T+x/λ)；

根据公式：cosα+cosβ＝2cos(α-β)/2·cos(α+β)/2；

合成后驻波方程为：y＝y₁+y₂＝Acos2π(t/T-x/λ)+Acos2π(t/T+x/λ)＝2Acos2π(x/λ)cos2π(t/T)；

合成驻波上任何一点为同周期简谐振动，合成驻波振幅为|2Acos2π(x/λ)|，从而实现超声过水仓15内的超声波的入射波和反射波重叠形成驻波后增强振幅，主动减少超声波衰减。

在发明的一些实施例中，所述超声过水仓15内的所述超声波的反射波的起点位于所述超声波的半波长的整数倍位置；即超声波的反射波的起点位于x＝±kλ/2，k＝0,1,2,......，k为整数，合成驻波振幅为2Acoskπ，由于coskπ＝±1，此时合成波的振幅为|2Acos2π(x/λ)|＝2A，振幅增强为原来的两倍，能够更加有效的主动减少超声波衰减。需要说明的是，x轴与图1所示的高度方向平行，且沿x轴正方向是指沿高度方向向上，沿x轴负方向是指沿高度方向向下。

需要说明的是，修复药剂采用Fenton试剂、高锰酸盐、过硫酸盐、双氧水中的一种或多种。

在本发明的一些实施例中，所述超声波换能器16固定连接在所述安装底座18沿高度方向的相对上端面，所述超声过水仓15沿高度方向滑动连接在所述安装底座18沿高度方向的相对上端面，所述超声过水仓15具有使所述超声过水仓15沿高度方向升降调节后的稳固状态。超声波换能器16固定在安装底座18上，调节超声过水仓15相对安装底座18沿高度方向升降的过程中，超声波换能器16的位置不会随超声过水仓15沿高度方向移动发生改变，即调节超声过水仓15沿高度方向升降时，超声波换能器16的发射端离超声过水仓15的尾端的距离发生改变(即调整超声过水仓15内的超声波的反射波起点的位置)，能够按照半波长倍数距离减小超声过水仓15有效长度。此时，超声波能量总量不变，但超声过水仓15内空间减少，能量密度增加，对难降解有机污染物的降解能力增强，能够适应降解难易程度不同的污染物，实用性更好。需要说明的是，超声过水仓15有效长度指的是超声波在超声过水仓15内传播的实际距离，即超声波换能器16发射点到超声过水仓15尾端(反射点)的距离。

本实施例所述超声过水仓15沿高度方向滑动连接在所述安装底座18沿高度方向的相对上端面，且具有使其沿高度方向升降调节后的稳固状态的结构，提高调节超声过水仓15升降的便利性；如图5所示，优选地，所述超声过水仓15的外周面沿周向间隔优选有四个弹性卡块12，所述弹性卡块12平行于高度方向布置；所述安装底座18沿高度方向的相对上端面对应所述弹性卡块12的位置设置有卡槽，所述卡槽与所述弹性卡块12相匹配；当需要升降调节所述超声过水仓15时，按压所述弹性卡块12压缩变形脱离所述卡槽，解除超声过水仓15施加的稳固力，可以将超声过水仓15沿高度方向进行升降，调整超声过水仓15内的超声波的反射波起点的位置，从而按照半波长倍数距离减小超声过水仓15有效长度，使得超声过水仓15内的超声波能量密度增加；当调节超声过水仓15升降至合适的位置后，撤去施加在弹性卡块12的上的按压力，弹性卡块12弹性回复重新嵌入卡槽内，使得超声过水仓15重新固定在安装底座18上进入稳固状态。当然，在其它实施例中，所述超声过水仓15沿高度方向的相对下端的外周面设置有外螺纹，所述安装底座18沿高度方向的相对上端面内设置有与所述外螺纹相匹配的螺纹槽，当需要升降调节所述超声过水仓15时，旋转所述超声过水仓15相对所述螺纹槽正转或反转即可带动超声过水仓15相对安装底座18上升或下降；当撤去施加在超声过水仓15上带动超声过水仓15转动的转动力时，超声过水仓15依靠外螺纹和螺纹槽之间的螺纹咬合力固定在安装底座18上进入稳固状态。

优选地，所述超声波换能器16的形状和外部尺寸与所述超声过水仓15的内部的形状和尺寸相匹配，以便流经超声过水仓15内部的受污染地下水均受到超声波作用，进一步提高对受污染地下水的修复效果。

考虑到单个超声过水仓15的处理通量较小，为了有效的提升本抗衰减超声地下水循环井系统的处理通量，满足大通量处理要求；如图1、图2和图4所示，在本发明的一些实施例中，所述分流口10设置有多个，此处优选为六个，所述超声过水仓15与所述分流口10的数量相等，每个所述超声过水仓15的进口27均通过一个所述分流管11连通一个所述分流口10，每个所述超声过水仓15内均设有一个所述超声波换能器16。通过在每一个超声过水仓15内都设有独立的超声波换能器16，能够基于超声循环井降解技术处理流经每个超声过水仓15内部的受污染地下水。需要说明的是，此处的超声过水仓15的数量可以根据实际的处理通道的需求大小进行合理的增加或减少，例如在其它实施例中，可以将超声过水仓15的数量设置为两个、三个、四个、五个或七个等其它数量。

六个所述超声过水仓15可以是以环形、矩形、多边形或不规则形状布设在安装底座18沿高度方向的相对上端面；优选地，为了使得水压力分布均匀，达到更佳的修复处理效果，六个所述超声过水仓15以所述循环井体23的中心为圆心沿周向间隔布置在所述安装底座18上。需要说明的是，所述循环井体23的中心与所述安装底座18的中心重叠。

在具体应用中，可以根据实际待修复处理的受污染地下水的污染物浓度对超声过水仓15的数量进行合理的选择，在其它实施例中，当待修复处理的受污染地下水的污染物浓度较低时，可以设置一个超声过水仓15；当待修复处理的受污染地下水的污染物浓度较高时，可以设置有多个超声过水仓15，多个超声过水仓15沿高度方向间隔设置在腔体内，且位于下方的超声过水仓15的进口27与相邻且位于其上方的超声过水仓15的出水口30连通。

在本发明的一些实施例中，所述超声过水仓15沿高度方向的相对下端面设置有出水口30，所述出水口30连通所述超声过水仓15的内腔，且所述出水口30的孔径小于所述超声过水仓15的内腔的内径。因为出水口30的孔径小于超声过水仓15的内腔的内径，所以超声过水仓15内的地下水在流经出水口30时受阻流速减小，压强变大，超声过水仓15内地下水压强增加，对超声波的衰减系数减小，被动减少超声波衰减，提高超声波抗衰减能力，有利于超声波发挥作用且对修复药剂的活化强化效果好，确保能够高效修复有机污染地下水。需要说明的，根据伯努利方程：p+0.5ρυ²+ρgh＝С，其中，p为压强，υ为流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为高度，С为常量。流速减小时，压强增大，伯努利方程常量С保持不变。因此超声过水仓15内的地下水在流经出水口30时受阻流速减小，压强变大。需要说明的是，安装底座18上对应所述出水口30的位置沿高度方向贯穿有供地下水流出的穿孔。

在本实施例中，优选地，超声过水仓15为等口径管，超声过水仓15的出水口30为孔状，出水口30的孔径小于超声过水仓15的内径，受污染地下水从超声过水仓15流出时，地下水受阻流速减小，压强变大，由于压强与衰减系数成反比，超声过水仓15内超声波的衰减系数减小，超声波衰减变小。

超声过水仓15的形状不固定，具体应用中，超声过水仓15的形状可以是多边柱体形、正方体形、圆柱体形或者不规则形状。出水口30孔径大小不固定，可以根据需要增加压力的大小设计超声过水仓15底部的出水口30孔径大小。超声过水仓15底部的出水口30孔径越小，需要施加的压力越大。超声过水仓15的出水口30的形状不局限于圆形，可以是正方形、长方形、多边形或者不规则形状等。

出水口30位置可以根据安装底座18上安装的超声波换能器16的形状进行布设；当超声波换能器16为规则形状时，超声过水仓15的出水口30可以布置在超声波换能器16何形状中心；当超声波换能器16的形状不规则时，超声过水仓15的出水口30位置可以布设在超声波换能器16的相对几何中心。

如图1、图2、图5和图6所示，在发明的一些实施例中，所述出水口30内过盈配合有塞体20；所述超声过水仓15的进口27与所述分流管11的连接端连通有增压仓13，所述增压仓13平行于高度方向布置，且所述增压仓13沿高度方向的相对下端与所述进口27连通。在启动本实施例的抗衰减超声地下水循环井系统运行前，超声过水仓15的出水口30内过盈配合有塞体20，将超声过水仓15的出水口30封堵，抽注水组件将受污染地下水注入分流仓9并流经分流管11进入到超声过水仓15内，因为超声过水仓15的出水口30被封堵，所以地下水在逐渐充满超声过水仓15内部后接着注入增压仓13内，使得增压仓13内的地下水的液面抬升压缩增压仓13内空气，增压仓13内的受压空气压力变大，受压空气的压力及增压仓13内的抬升水体的重力均传递给超声过水仓15，增加了超声过水仓15的承受压力，当超声过水仓15内的承受压力增加到塞体20承受极限时，塞体20从超声过水仓15的出水口30处脱离，地下水水流循环通道打开对受污染地下水进行修复处理，在循环的过程中，增压仓13内液面保持平衡后可持续给超声过水仓15加压，使得流经超声过水仓15内的地下水的压强变大，由于压强与衰减系数成反比，致使超声过水仓15内的超声波的衰减系数减小，被动减少超声波衰减，并配合超声过水仓15内的超声波的入射波和反射波重叠形成驻波增强振幅，实现基于减小超声波衰减系数以及形成驻波的方式联合提高超声波抗衰减能力，从而实现主动与被动联合方式减少超声波的衰减，在不增加额外功耗的基础上对超声波抗衰减的效果明显，能简便、低耗处理地下水中有机污染物，符合高效、绿色、低碳原则。同时通过在启动本实施例的抗衰减超声地下水循环井系统运行前，超声过水仓15的出水口30被塞体20封堵，实现在本实施例的抗衰减超声地下水循环井系统运行前完成对超声过水仓15的增压，确保流经超声过水仓15内的地下水的压强变大，简化本实施例的抗衰减超声地下水循环井系统运行方式，只需要跟非超声循环井系统一样启动运行即可，无需额外增加操作流程。

同时超声过水仓15的进口27位于超声过水仓15顶部，地下水流自超声过水仓15顶部进入，相对于中部或者底部进水方式，本实施例能够确保增压仓13所增加压力作用于超声过水仓15的整个仓体范围。

如图1和图3所示，在本发明的一些实施例中，所述腔体内设置有封隔器24，所述封隔器24用于将所述腔体沿高度方向从上至下分隔成上腔21和下腔25；所述分流仓9和所述安装底座18设置在所述上腔21内，所述抽注水组件背离所述进料口的一端延伸至所述下腔25内；所述上腔21的围壁沿高度方向的相对下端设置有上筛管22，所述上筛管22用于供地下水流经所述上筛管22进出所述上腔21；所述下腔25的围壁沿高度方向的相对下端设置有下筛管26，所述下筛管26用于供地下水流经所述下筛管26进出所述下腔25。在启动本实施例的抗衰减超声地下水循环井系统运行的过程中，抽注水组件将下腔25内的受污染地下水抽起注入到分流仓9与修复药剂进行初次混合后，再通过分流管11进入到超声过水仓15被超声波进行第二次混合，同时在第二次混合过程中修复药剂受超声波搅拌及活化强化处理，然后再注入上腔21内，在压力作用下从上筛管22流出循环井体23；下腔25的地下水被抽走形成负压后循环井体23外的地下水经下筛管26进入下腔25内补充，在空间上形成了三维循环流(循环井系统中地下水流动方向如图1所示)，促进修复药剂与受污染地下水的有效接触，进一步提高对受污染地下水的修复效果。可以理解的是，本实施例的抽注水工作方式为下抽上注，受污染地下水被抽注水组件由下腔25抽起流经分流仓9和超声过水仓15注入上腔21；具有应用中，在其它实施例，所述分流仓9、所述安装底座18和所述超声过水仓15设置在所述下腔25内，所述抽注水组件背离所述进料口的一端延伸至所述上腔21内。抽注水工作方式为上抽下注，受污染地下水被抽注水组件由上腔21抽起经流经分流仓9和超声过水仓15注入下腔25，也能在空间上形成了三维循环流。

具体地，所述上筛管22设置为供地下水进出所述上腔21的通道；所述下筛管26设置为供地下水进出所述下腔25的通道.

具体地，所述上筛管22和所述下筛管26可以是割缝筛管或者带孔筛管，以实现在压力差的作用下上筛管22内的地下水流出循环井体23以及将循环井体23外的地下水经下筛管26进入下腔25内。

具体应用中，多个所述超声过水仓15以所述循环井体23的中心为圆心沿周向间隔布置在所述安装底座18上，且沿周向不同位置的所述超声过水仓15沿所述循环井体23的径向与所述循环井体23的中心的距离不同；考虑到循环井体23内地下水三维循环流动造成地下水压力分布不均，导致所述循环井体23的井中心与井边缘的地下水压力是不同的，井边缘地下水压力低，而超声波衰减系数与地下水压强成反比，为了确保位于井边缘的所述超声过水仓15内的超声波衰减速度和程度与位于靠近井中心的所述超声过水仓15内的超声波衰减速度和程度基本保持一致；具体地，与位于井边缘的所述超声过水仓15连通的所述增压仓13的尺寸大于与位于靠近井中心的所述超声过水仓15连通的增压仓13的尺寸；确保位于井边缘的所述超声过水仓15配置有更强增压能力的增压仓13，可以提升本抗衰减超声地下水循环井系统的整体抗衰减能力。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，所述抽注水组件包括沿高度方向贯穿所述封隔器24的抽注水管6，所述抽注水管6的一端连通所述下腔25，所述抽注水管6的另一端连通所述进料口，所述抽注水管6上设置有抽注水泵5，所述抽注水泵5设置在地面上。在启动本实施例的抗衰减超声地下水循环井系统运行的过程中，启动抽注水泵5将下腔25内的受污染地下水抽到抽注水管6内并注入到分流仓9与修复药剂进行初次混合后，再通过分流管11进入到超声过水仓15被超声波进行第二次混合，同时在第二次混合过程中修复药剂受超声波搅拌及活化强化处理，然后再注入上腔21内，在压力作用下从上筛管22流出循环井体23；下腔25被抽负压后循环井体23外的地下水经下筛管26进入下腔25内补充，在空间上形成了三维循环流，进一步提高对受污染地下水的修复效果。

在对受污染地下水进行修复处理的过程中，抽注水管6所抽注的地下水均需通过超声过水仓15，在超声波机械搅拌以及热能转换作用下，一方面加速地下黑暗环境有机污染物挥发和主链碳键断裂，另一方面提高地下贫氧环境中氧气溶解速度，助推有机质“水相燃烧”。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，所述注药组件包括用于存储修复药剂的药剂罐3以及连通所述药剂罐3和所述进料口的注药管8，所述注药管8上设置有注药泵4，所述注药管8的注药口位于所述抽注水管6的注水端内。在启动本实施例的抗衰减超声地下水循环井系统运行的过程中修复药剂由注药泵4注入注药管8内进入分流仓9的进料口，修复药剂在分流仓9与超声过水仓15内经历双重混合，首先，分流仓9内的修复试剂与受污染地下水初次混合，随后进入到超声过水仓15内被超声波进行第二次混合，第二次混合过程中修复药剂受超声波机械能、热能的搅拌及活化作用后进入上腔21，在循环井体23内外压差作用下，修复药剂随地下水流出上腔21到循环井体23外，经下筛管26进入下腔25内，随后被抽注水泵5再次抽入分流仓9、超声过水仓15进行二重混合，如此循环。修复试剂由于一方面是直接投放到超声过水仓15内能够确保所有投加的修复试剂均接受超声波的机械能、热能的搅拌；第二方面是依次在分流仓9与超声过水仓15内经历双重混合，相比于依靠浓度扩散混合方式更加均匀，同时修复药剂自身得以活化，去污性能更好。

具体应用中，注药管8延伸至分流仓9内的长度可以调节，长度越短，修复药剂在分流仓9内流动距离越长，修复药剂和受污染地下水初次混合时间越久。注药管8的注药口可以是普通圆管或带有细孔的喷头。为了达到更好的初次混合效果，在本实施例中，注药管8的注药口设为带有细孔的喷头，喷头情形下，修复药剂以雾状喷出，初次混合程度更好。

为了便于固定脱离的塞体20；在本发明的一些实施例中，所述封隔器24沿高度方向的相对上端面设置有磁铁，所述塞体20包括有橡胶部以及设置在所述橡胶部沿高度方向一端的磁性塞帽17，所述橡胶部过盈配合在所述出水口30内。当超声过水仓15内的承受压力增加到橡胶部的承受极限时，橡胶部受压变形从超声过水仓15的出水口30出脱离，并基于塞体20重力和磁性塞帽17与磁铁之间的磁力作用可以稳定吸附固定在封隔器24沿高度方向的相对上端面。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，还包括有气体处理组件，所述气体处理组件包括设置在所述腔体沿高度方向相对上端内的气体收集罩7，所述气体收集罩7连通有出气管28，所述出气管28的一端延伸至所述循环井体23外，且连通有气体处理间1，所述气体处理间1设置在地面上，所述出气管28上设置有抽气泵2。在对受污染地下水修复处理的过程中，循环井体23内的自然挥发或扰动挥发的气态挥发污染物经过抽气泵2抽吸由气体收集罩7和出气管28收集进入布置在地面上的气体处理间1，气体处理间1能够处理气态挥发污染物，进一步提高对污染物的处理修复效果。

如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，所述分流仓9沿高度方向的相对下端设置有连接罩14，所述分流口10和所述超声过水仓15设置在所述连接罩14内；所述连接罩14可拆卸连接在所述安装底座18沿高度方向的上端面。安装底座18可拆卸连接在连接罩14的下端面，拆卸方便；当增减超声波处理通量时，只需更换设置有更多或更少超声过水仓15的安装底座18即可，使用更加灵活；同时通过连接罩14将所有的超声过水仓15和超声波换能器16罩住，可以有效的避免超声过水仓15和超声波换能器16被外部损坏。可以理解的是，连接罩14的形状可以设置为圆柱形、圆锥形或方形等，本实施例中，连接罩14的形状优选为圆锥形。

本实施例对连接罩14和安装底座18的可拆卸连接结构不做限制，为了在确保连接罩14和安装底座18的连接紧固性的基础上提高拆卸两者的便利性，如图1和图2所示，优选地，所述连接罩14沿高度方向的相对下端面向外翻转九十度形成水平板29，所述水平板29上沿周向间隔设置有多个第一通孔，所述安装底座18相对所述第一通孔的位置沿高度方向贯穿形成有第二通孔，装配时，固定螺栓19穿过所述第二通孔和所述第一通孔与螺母旋紧。当然，在其它实施例中，所述连接罩14和安装底座18的可拆卸连接结构也可以设置为插块和插槽过盈配合等其它结构。

超声降解技术依赖于如下作用：①机械作用。超声波是机械能量的传播，会产生线性效应的振动作用。超声波在液体中传播时，引起的质点位移振幅虽然很小，但质点加速度非常大。例如，20KHz、1W/cm²的超声波在水中传播时产生声压幅值为173Kpa，这意味着声压幅值每秒钟内要在正负173Kpa之间变化2万次，最大质点加速度为144×104m/s²，是重力加速度的1500倍，激烈而快速变化的机械运动是功率超声的机械振动效应。②空化作用。超声波在液体媒质中传播声强达到一定值时，声场作用区域形成局部暂时负压，微气泡生长、膨胀至破裂。气泡周边产生强烈的激波，形成局部高温高压，高达5000K和50Mpa，伴有强烈冲击波和时速400Km微射流。③热作用。超声波振动能量被介质吸收转变为热能，声能被吸收引起介质整体加热，空化激波能量对波前区域局部加热等均为超声波的热作用。④传质作用。液体在超声波振动作用下传质系数增强，氧气溶解速度提高，水中溶解量加大，为有机质的“水相燃烧”提供氧气，同时也为超声空化提供原始气核。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种抗衰减超声地下水循环井系统，其特征在于，包括：

循环井体(23)，内设有腔体，

分流仓(9)，设置在所述腔体内，所述分流仓(9)沿高度方向的相对上端和相对下端分别设置有进料口和分流口(10)，所述进料口和所述分流口(10)均连通所述分流仓(9)的内腔；

安装底座(18)，设置在所述分流仓(9)沿高度方向的相对正下方；

超声过水仓(15)，平行于高度方向布置在所述安装底座(18)上，所述超声过水仓(15)沿高度方向的相对上端的侧壁上连通有进口(27)，所述进口(27)通过分流管(11)连通所述分流口(10)；

超声波换能器(16)，设置在所述安装底座(18)上，且位于所述超声过水仓(15)内，所述超声波换能器(16)用于向所述超声过水仓(15)内发射超声波，位于所述超声过水仓(15)的所述超声波的入射波和反射波重叠形成驻波；

注药组件，与所述进料口连通，并用于向所述分流仓(9)内注射修复药剂；

抽注水组件，一端与所述进料口连通，且另一端用于吸入受污染地下水。

2.根据权利要求1所述的一种抗衰减超声地下水循环井系统，其特征在于，所述分流口(10)设置有多个，所述超声过水仓(15)与所述分流口(10)的数量相等，每个所述超声过水仓(15)的进口(27)均通过一个所述分流管(11)连通一个所述分流口(10)，每个所述超声过水仓(15)内均设有一个所述超声波换能器(16)。

3.根据权利要求1或2所述的一种抗衰减超声地下水循环井系统，其特征在于，所述超声过水仓(15)内的所述超声波的反射波的起点位于所述超声波的半波长的整数倍位置。

4.根据权利要求3所述的一种抗衰减超声地下水循环井系统，其特征在于，所述超声波换能器(16)固定连接在所述安装底座(18)沿高度方向的相对上端面，所述超声过水仓(15)沿高度方向滑动连接在所述安装底座(18)沿高度方向的相对上端面，所述超声过水仓(15)具有使其沿高度方向升降调节后的稳固状态。

5.根据权利要求4所述的一种抗衰减超声地下水循环井系统，其特征在于，所述超声过水仓(15)的外周面沿周向间隔布置有多个弹性卡块(12)，所述弹性卡块(12)平行于高度方向布置；所述安装底座(18)沿高度方向的相对上端面对应所述弹性卡块(12)的位置设置有卡槽，所述卡槽与所述弹性卡块(12)相匹配；升降调节所述超声过水仓(15)时，按压所述弹性卡块(12)脱离所述卡槽。

6.根据权利要求1或2所述的一种抗衰减超声地下水循环井系统，其特征在于，所述超声过水仓(15)沿高度方向的相对下端面设置有出水口(30)，所述出水口(30)连通所述超声过水仓(15)的内腔，且所述出水口(30)的孔径小于所述超声过水仓(15)的内腔的内径。

7.根据权利要求6所述的一种抗衰减超声地下水循环井系统，其特征在于，所述出水口(30)内过盈配合有塞体(20)；所述超声过水仓(15)的进口(27)与所述分流管(11)的连接端连通有增压仓(13)，所述增压仓(13)平行于高度方向布置，且所述增压仓(13)沿高度方向的相对下端与所述进口(27)连通。

8.根据权利要求7所述的一种抗衰减超声地下水循环井系统，其特征在于，所述腔体内设置有封隔器(24)，所述封隔器(24)用于将所述腔体沿高度方向从上至下分隔成上腔(21)和下腔(25)；所述分流仓(9)和所述安装底座(18)设置在所述上腔(21)内，所述抽注水组件背离所述进料口的一端延伸至所述下腔(25)内；所述上腔(21)设置有上筛管(22)，所述上筛管(22)用于供地下水流经所述上筛管(22)进出所述上腔(21)；所述下腔(25)设置有下筛管(26)，所述下筛管(26)用于供地下水流经所述下筛管(26)进出所述下腔(25)。

9.根据权利要求8所述的一种抗衰减超声地下水循环井系统，其特征在于，所述封隔器(24)沿高度方向的相对上端面设置有磁铁，所述塞体(20)包括有橡胶部以及设置在所述橡胶部沿高度方向一端的磁性塞帽(17)，所述橡胶部过盈配合在所述出水口(30)内；

和/或，所述抽注水组件包括沿高度方向贯穿所述封隔器(24)的抽注水管(6)，所述抽注水管(6)的一端连通所述下腔(25)，所述抽注水管(6)的另一端连通所述进料口，所述抽注水管(6)上设置有抽注水泵(5)；

和/或，所述注药组件包括用于存储修复药剂的药剂罐(3)以及连通所述药剂罐(3)和所述进料口的注药管(8)，所述注药管(8)上设置有注药泵(4)。

10.根据权利要求2所述的一种抗衰减超声地下水循环井系统，其特征在于，所述分流仓(9)沿高度方向的相对下端设置有连接罩(14)，所述分流口(10)和所述超声过水仓(15)设置在所述连接罩(14)内；所述连接罩(14)可拆卸连接在所述安装底座(18)沿高度方向的上端面。