CN117069172A - 一种高地质背景地区重金属污染源的控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高地质背景地区重金属污染源的控制方法及控制系统，属于灌溉水治理技术领域，包括以下内容：在受污染的水体中建造透水井，透水井包括井壁和由井壁围成的蓄水腔，井壁具有过滤重金属杂质的孔隙，井壁的高度高于水体的最高水位，水体仅能通过井壁进入蓄水腔，在蓄水腔获得过滤水；设置灌溉管，灌溉管的吸水口位于蓄水腔，灌溉管的出水口朝向需要灌溉的农田；利用蓄水腔的过滤水灌溉农田；需要清理时，水体抽干、自然干涸或用尽后，清理透水井周边的淤泥。本发明将透水井蓄水腔的过滤水导引到农田，能够利用透水井实现对受污染的水体的过滤，在较低建造成本和运行成本的基础上实现较稳定的水体净化效果，满足对农田灌溉的水质要求。
Description
技术领域
本发明涉及灌溉水治理技术领域，特别是涉及一种高地质背景地区重金属污染源的控制方法及控制系统。
背景技术
多数矿山基岩中含有一定量的重金属，矿产业把含重金属的岩土翻出地表，在自然和人为因素的共同作用下，进入江河湖溏沟渠等水系之中，是土壤重金属的主要来源(土壤污染重点区域与矿产业高度吻合)，废尾矿山的残积物中重金属明显高于周边环境。
现有的治理方法是净化矿尾水，其中一种方法是让水流入有小碎石填充的来回转向的长沟渠，让含有重金属的悬浮物被吸附到碎石表面来达到净水的效果。然而，该方案经过一段时间运行后，碎石空隙被悬浮物填满，水从碎石间隙穿过变为从表面流淌，基本达不到净化作用，此时，就要对沟渠内的碎石进行清洗，然而，沟渠宽度设计普遍不超过2米，常见机械很难操作，因此只能采取人工清理，把碎石搬出沟渠，用高压水枪对碎石进行冲洗，悬浮物在有水流的情况下回收率较低，很多重新进入下游环境。
申请公布号为CN 116422690A的中国专利公开了一种矿区黏土用植物重金属污染阻滞装置，地质聚合物的顶部粘连有黏土层，黏土层的顶部种植有高富集植物，地质聚合物的顶部并位于黏土层两侧均固定安装有透气限位框，在对矿区黏土用植物重金属污染阻滞装置进行使用时，优先将地质聚合物进行提前浇筑预制，黏土层可使其通过烘干成型成块，将其放置于透气限位框内，以便于通过起吊装置操作拉环将地质聚合物与黏土层放置于土壤内，完成连接，高富集植物、黏土层与地质聚合物可对土壤中重金属进行吸附。该方案仅能实现对矿区土壤重金属的吸附，但是无法对于受重金属污染的水源进行处理。
再如，授权公告号为CN 110306639 B的中国专利公开了一种尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统，沿尾矿库渗水流向依次设置固定框架、透水层，固定框架内设有竖直滑轨，反渗反应箱设于固定框架内，反渗反应箱外侧设有滑槽，滑槽与竖直滑轨滑动配合，反渗反应箱内设有竖直隔板，将反渗反应箱内分隔成左、右两个区域，右区域靠近尾矿库，左区域远离尾矿库，右区域设有反渗层，左区域设有反应层，右区域设有进水孔，左区域设有出水孔，竖直隔板设有通水孔。该方案能够拦截尾矿渗水中重金属污染物，但是，渗滤效果有限，无法满足灌溉用水需求。
综上所述，现有的净化系统具有建造成本高、运行成本高、效果不理想、效果不稳定、受大雨影响较大以及对灌溉起不到改善作用的特点。对于本领域技术人员来说，具有改进的空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种高地质背景地区重金属污染源的控制方法及控制系统，以解决上述现有技术存在的问题，通过在受污染的水体中建造透水井，在透水井的内部空间形成蓄水腔，能够利用蓄水腔蓄积过滤水，再将过滤水导引到农田，从而能够利用透水井实现对受污染的水体的过滤，在较低建造成本和运行成本的基础上实现较稳定的水体净化效果，满足对农田灌溉的水质要求。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种高地质背景地区重金属污染源的控制方法，包括以下内容：
在受污染的水体中建造透水井，所述透水井包括井壁和由所述井壁围成的蓄水腔，所述井壁具有过滤重金属杂质的孔隙，所述井壁的高度高于所述水体的最高水位，所述水体仅能通过所述井壁进入所述蓄水腔，在所述蓄水腔获得过滤水；
设置灌溉管，所述灌溉管的吸水口位于所述蓄水腔，所述灌溉管的出水口朝向需要灌溉的农田；
利用所述蓄水腔的过滤水灌溉所述农田；
需要清理时，水体抽干、自然干涸或用尽后，清理所述透水井周边的淤泥。
优选地，围绕山体建造堤坝，所述堤坝与所述山体之间形成山塘，所述水体为所述山塘内积聚的雨水或灌溉水。
优选地，在所述水体的低洼处进行开挖形成坑体，在所述坑体内建造所述透水井。
优选地，所述灌溉管设置在靠近所述水体底部的位置，距离所述透水井的底端具有间距，所述灌溉管贯穿所述堤坝和所述井壁后进入所述蓄水腔，所述蓄水腔的底部位于所述坑体内，该部分空间形成沉积腔，所述灌溉管位于所述沉积腔的上方。
优选地，所述井壁由透水砖堆砌而成，所述井壁的横截面形状为圆形或方形。
优选地，所述蓄水腔的过滤水通过自流灌溉的方式进入所述农田，或者所述蓄水腔的过滤水通过提水灌溉的方式进入所述农田。
优选地，所述水体为河流，将所述透水井建造在河道内靠近河堤的位置。
本发明还提供一种用于如前文记载的所述的高地质背景地区重金属污染源的控制方法的控制系统，包括建造在受污染的水体中的透水井，所述透水井包括井壁和由所述井壁围成的蓄水腔，所述井壁具有过滤重金属杂质的孔隙，所述井壁的高度高于所述水体的最高水位，所述水体仅能通过所述井壁进入所述蓄水腔，所述透水井与需要灌溉的农田之间设置有灌溉管，所述灌溉管能够将所述蓄水腔的过滤水导流到所述农田。
优选地，所述水体为山塘内积聚的雨水或灌溉水，或者所述水体为河水，前者的所述透水井的高度至少与建造所述山塘的堤坝的高度齐平，后者的所述透水井的高度至少与河堤的高度齐平。
优选地，包括多个所述透水井，不同的所述透水井之间通过连通管连通，所述连通管设置在所述透水井靠近底部的位置。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
(1)本发明通过在受污染的水体中建造透水井，在透水井的内部空间形成蓄水腔，能够利用蓄水腔蓄积过滤水，再将过滤水导引到农田，从而能够利用透水井实现对受污染的水体的过滤，在较低建造成本和运行成本的基础上实现较稳定的水体净化效果，满足对农田灌溉的水质要求；
(2)本发明在水体的低洼处进行开挖形成坑体，在坑体内建造透水井，一方面能够坚固透水井的结构，保持其稳定性，另一方面能够形成更大体积的蓄水腔；同时，将灌溉管设置在靠近透水井底部的位置，而距离透水井的底端还具有一定间距，利用开挖的坑体内所形成的蓄水腔可形成沉积腔，以能够将进入蓄水腔的部分重金属进行沉淀，进一步提高灌溉水的净化程度；
(3)本发明通过建造多个透水井，并将多个透水井之间进行连通，能够在用水量较大时，保证过滤水的供应，避免透水井外水体充足而蓄水腔内过滤水短缺的情况出现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明山塘处建造透水井的断面图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明河道处建造透水井的俯视图；
其中，1、山塘；2、透水井；3、堤坝；4、灌溉管；5、农田；6、连通管；7、河道；8、河堤。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种高地质背景地区重金属污染源的控制方法及控制系统，以解决现有技术存在的问题，通过在受污染的水体中建造透水井，在透水井的内部空间形成蓄水腔，能够利用蓄水腔蓄积过滤水，再将过滤水导引到农田，从而能够利用透水井实现对受污染的水体的过滤，在较低建造成本和运行成本的基础上实现较稳定的水体净化效果，满足对农田灌溉的水质要求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
对于高地质背景地区，如果需要引用灌溉水进行浇灌农田的话，通常会认为灌溉水需要进行处理，但是目前的方式要么工程量大、要么效果不好，关键的症结在于没有发现重金属的最终来源以及如何对农田造成污染。经现场测量农田进水口处重金属高于出水口处，说明灌溉水可能会带入重金属，但连续多年跟踪检测灌溉水，水质全部达标，说明灌溉水本身没有问题，通过化验多个污染区域农田灌溉沟渠底泥，发现重金属都高于周边农田，甚至有些部位达到5倍以上。本发明的方案在初期确定了重金属的主要来源，也就是主要存在于底泥之中，悬浮物之中，如果水是澄清的，里面的重金属一般就是达标的(重金属在水中的溶解度极低)。这也解释了为什么灌溉水检测后是达标的问题。但是，在大暴雨或大水猛灌之时，会把水沟底泥带入农田，此时便会造成对农田的污染。上述关键性的问题，现有技术并无记载，而只有在创造性的发现了该问题后，才创造性的提出了解决上述问题的关键措施，本发明才有了进行设置的基础。
具体的，如图1～3所示，本发明提供一种高地质背景地区重金属污染源的控制方法，包括以下内容：
在受污染的水体中建造透水井2，受污染的水体可以是河流、池塘等，透水井2包括井壁和由井壁围成的蓄水腔，井壁由具有孔隙的材料堆砌或建造而成，堆砌时可以采用透水砖(透水砖可使用现在城市街道普遍使用的透水砖，根据本发明方案建造过一个市售透水砖的透水井2，经多次检测蓄水腔内清水，重金属低于检测限)堆砌，建造时可以采用分段的材料上下组合或浇注而成。井壁所围成的蓄水腔的截面形状不做具体要求，可以采用常规的圆形、方形等形状，也可以采用异形形状。井壁具有过滤重金属杂质的孔隙，孔隙大小可以小于重金属的粒径大小，也不一定都小于重金属的大小，通过采用蜿蜒曲折的非直通型形式，可以阻挡大部分的重金属。井壁的高度高于水体的最高水位，无论水体的水位多高，水体仅能通过井壁进入蓄水腔，也就是说，只有在经过井壁过滤后，水体才能进入蓄水腔，而不会通过井壁顶部的开口进入蓄水腔，进入蓄水腔后的水体即为经过井壁过滤后得到的过滤水。
设置灌溉管4，灌溉管4可以为现场建造的管道，也可以采用预制的管道，通过将灌溉管4的吸水口设置在蓄水腔内进行吸水，将灌溉管4的出水口朝向需要灌溉的农田5进行放水，以能够利用蓄水腔的过滤水对农田5进行灌溉。需要说明的是，灌溉管4可以由透水井2的顶部开口进入蓄水腔，也可以通过透水井2的井壁贯穿进入蓄水腔，灌溉管4中过滤水流动的动力可以利用地势高差产生的动力，也可以利用泵体进行泵送。
在需要进行灌溉时，利用蓄水腔的过滤水灌溉农田5，能够利用过滤后的水体，避免水体中所含的重金属对农田5造成污染。
本发明通过在受污染的水体中建造透水井2，在透水井2的内部空间形成蓄水腔，能够利用蓄水腔蓄积过滤水，再将过滤水导引到农田5，从而能够利用透水井2实现对受污染的水体的过滤，在较低建造成本和运行成本的基础上实现较稳定的水体净化效果，满足对农田5灌溉的水质要求。
在需要清理时，可以将水体抽干后进行，或待自然干涸后进行，或灌溉用尽后进行，此时，可采用人工或机械方式清理透水井2周边的淤泥。
进一步的，可围绕山体建造堤坝3，堤坝3与山体之间形成山塘1，山塘1可用来储存雨水和灌溉水，此时，前文所指的水体即为山塘1内积聚的雨水或灌溉水。山塘1建造在农田5上游入水口处，也可以利用原有的山塘1，这种山塘1一般不能100％满足全年作物生长所需要的水分，但可以应急当季临近成熟作物所需要的水分，如果是缺水年份，一般只种春夏季作物或部分面积种植，如果是丰水年份，可以全年种植作物，在丰雨期储存上游来的雨水及地表泾流水。含重金属的混浊污水可以在山塘1中得到沉降净化，山塘1中的水通过透水井2的井壁进入蓄水腔而得到进一步的净化，理论上山塘1与透水井2中的水平面在静止时一样高，灌溉时透水井2中的水平面下降，山塘1中的水就渗透过滤进入透水井2中。多年后要清理山塘1中含重金属的底泥时，在干旱季节，抽干井中水，山塘1干枯后，可用人工，也可用机械清理塘泥。
如图1所示，可在水体的低洼处进行开挖形成坑体，坑体的深度要低于水体的低洼处，在坑体内建造透水井2。通过坑体的开挖，一方面能够坚固透水井2的结构，保持其稳定性，另一方面能够形成更大体积的蓄水腔。
灌溉管4设置在靠近水体底部的位置，距离透水井2的底端具有间距，灌溉管4贯穿堤坝3和井壁后进入蓄水腔，蓄水腔的底部位于坑体内，该部分空间可形成沉积腔，灌溉管4位于沉积腔的上方，部分未过滤成功而进入到蓄水腔内的重金属、杂质、悬浮物等污染物，能够沉淀到该沉积腔内，从而，在利用灌溉管4向外引出过滤水时，能够尽量避免重金属或其他污染物的影响，从而能够进一步提高灌溉水的净化程度。
透水井2的井壁可由透水砖堆砌而成，井壁的横截面形状可为圆形或方形。透水砖可采用现有的普通的透水砖即可，例如，可采用如下重量份的原料制成，煤渣：25份至35份；碳酸钙：25份至35份；蒙脱石粘土：5份至10份；硅藻土：5份至10份；金属纤维：1份至2份。或者，可采用包括石英沙、水泥、石粉、石屑、花岗岩石骨料、粉煤灰和颜料，其重量份配比为：石英沙15-20；水泥10-15；石粉50；石屑8-10；花岗岩石骨料8-10；粉煤灰9-10；颜料0.5-0.8。或者，按重量分数配比由以下组分制成：石英砂230-337份、铁尾矿特细砂100份、硅盐酸水泥73-94份、环氧树脂GCCl354-6份、水32-36份、固化剂GCCl371.20-1.92份、砂浆凝固剂6-14份、硅烷偶联剂H5500.08-0.18份、引气剂55-70份、胶结剂11-13份、外加剂1.5-2.1份、细石骨料340-531份、颜料1-4份、水泥增强剂9-13份、速凝剂12-14份。
对于灌溉方式，根据不同的地形走势，如果原来是自流灌溉区域，依然可以实现自流灌溉，蓄水腔的过滤水可通过自流灌溉的方式进入农田5，或者，如果原来是提水灌溉区，现在也还是提水灌溉，蓄水腔的过滤水通过提水灌溉的方式进入农田5。并且，可以实现手机远程灌溉控制。
如图3所示，水体可为河流，此时将透水井2建造在河道7内靠近河堤8的位置，灌溉管4贯穿河堤8后，将蓄水腔的过滤水引流到农田5。实际上，为进一步保证过滤的效果，透水井2的高度应与河堤8持平或高于河堤8的高度。另外，除了采用上述设置透水井2的方式外，还可以在靠近河堤8设置池塘，将河道7内的河水引流到池塘内，在池塘内设置透水井2，如此，可以避免透水井2直接受到河水的冲刷，保证透水井2的稳定性。
如图1～3所示，本发明还提供一种用于如前文记载的高地质背景地区重金属污染源的控制方法的控制系统，包括建造在受污染的水体中的透水井2，受污染的水体可以是河流、池塘等，透水井2包括井壁和由井壁围成的蓄水腔，井壁由具有孔隙的材料堆砌或建造而成，堆砌时可以采用透水砖堆砌，建造时可以采用分段的材料上下组合或浇注而成。井壁所围成的蓄水腔的截面形状不做具体要求，可以采用常规的圆形、方形等形状，也可以采用异形形状。井壁具有过滤重金属杂质的孔隙，孔隙可以小于重金属的粒径大小，以能够将重金属阻挡在蓄水腔外部，另外，孔隙也不一定都小于重金属的粒径大小，由于透水砖等形成的井壁结构，其孔隙可具有蜿蜒曲折的非直通型形式，可以阻挡大部分的重金属。井壁的高度高于水体的最高水位，无论水体的水位多高，水体仅能通过井壁进入蓄水腔，也就是说，只有在经过井壁过滤后，水体才能进入蓄水腔，而不会通过井壁顶部的开口进入蓄水腔，进入蓄水腔后的水体即为经过井壁过滤后得到的过滤水，透水井2与需要灌溉的农田5之间设置有灌溉管4，灌溉管4能够将蓄水腔的过滤水导流到农田5。
水体可以为山塘1内积聚的雨水或灌溉水，或者水体为河道7内流动的河水，前者的透水井2的高度至少与建造山塘1的堤坝3的高度齐平，后者的透水井2的高度至少与河堤8的高度齐平。
如图2所示，在建造透水井2时，可以包括多个透水井2，不同的透水井2之间通过连通管6连通，连通管6设置在透水井2靠近底部的位置。在用水量较大时，能够保证过滤水的供应，避免透水井2外水体充足而蓄水腔内过滤水短缺的情况出现。
采用本发明的高地质背景地区重金属污染源的控制系统，具有如下优点：
第一是建造成本低，原来的长渠道建造成本远远大于建几口透水井2。
第二是运行成本低，原来的长渠道碎石吸附式要定期清洗碎石，用人工把沟渠内的碎石搬出来用高压水枪清洗，把吸附在碎石上的悬浮颗粒物清洗下来，重新把碎石回填到沟渠中，而现有的方式基本上不用管护，清理悬浮沉降物的方法也非常简单，只需要用挖机把溏泥挖出处理即可，清理间隔时间可以达到原来的十倍以上。
第三是效果更好，吸附式总有吸附不了的悬浮物进入下游水系，并且在清洗碎石的过程中，还有大量的悬浮物进入下游环境，而透水井式，过虑彻底，水质清澈。
第四是效果稳定，原来的方式在大暴雨时由于入水量太大，吸附效果大幅度低，而透水井式不受影响。
第五是可以实现远程智能灌溉，原来只是一个吸附混水的结构，对灌溉没有改善作用，而现有的设计是采取管道灌溉，可以实现远程智能灌溉。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种高地质背景地区重金属污染源的控制方法，其特征在于，包括以下内容：
在受污染的水体中建造透水井，所述透水井包括井壁和由所述井壁围成的蓄水腔，所述井壁具有过滤重金属杂质的孔隙，所述井壁的高度高于所述水体的最高水位，所述水体仅能通过所述井壁进入所述蓄水腔，在所述蓄水腔获得过滤水；
设置灌溉管，所述灌溉管的吸水口位于所述蓄水腔，所述灌溉管的出水口朝向需要灌溉的农田；
利用所述蓄水腔的过滤水灌溉所述农田；
需要清理时，水体抽干、自然干涸或用尽后，清理所述透水井周边的淤泥。
2.根据权利要求1所述的高地质背景地区重金属污染源的控制方法，其特征在于：围绕山体建造堤坝，所述堤坝与所述山体之间形成山塘，所述水体为所述山塘内积聚的雨水或灌溉水。
3.根据权利要求2所述的高地质背景地区重金属污染源的控制方法，其特征在于：在所述水体的低洼处进行开挖形成坑体，在所述坑体内建造所述透水井。
4.根据权利要求3所述的高地质背景地区重金属污染源的控制方法，其特征在于：所述灌溉管设置在靠近所述水体底部的位置，距离所述透水井的底端具有间距，所述灌溉管贯穿所述堤坝和所述井壁后进入所述蓄水腔，所述蓄水腔的底部位于所述坑体内，该部分空间形成沉积腔，所述灌溉管位于所述沉积腔的上方。
5.根据权利要求1所述的高地质背景地区重金属污染源的控制方法，其特征在于：所述井壁由透水砖堆砌而成，所述井壁的横截面形状为圆形或方形。
6.根据权利要求1所述的高地质背景地区重金属污染源的控制方法，其特征在于：所述蓄水腔的过滤水通过自流灌溉的方式进入所述农田，或者所述蓄水腔的过滤水通过提水灌溉的方式进入所述农田。
7.根据权利要求1所述的高地质背景地区重金属污染源的控制方法，其特征在于：所述水体为河流，将所述透水井建造在河道内靠近河堤的位置。
8.一种用于如权利要求1-7任一项所述的高地质背景地区重金属污染源的控制方法的控制系统，其特征在于：包括建造在受污染的水体中的透水井，所述透水井包括井壁和由所述井壁围成的蓄水腔，所述井壁具有过滤重金属杂质的孔隙，所述井壁的高度高于所述水体的最高水位，所述水体仅能通过所述井壁进入所述蓄水腔，所述透水井与需要灌溉的农田之间设置有灌溉管，所述灌溉管能够将所述蓄水腔的过滤水导流到所述农田。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于：所述水体为山塘内积聚的雨水或灌溉水，或者所述水体为河水，前者的所述透水井的高度至少与建造所述山塘的堤坝的高度齐平，后者的所述透水井的高度至少与河堤的高度齐平。
10.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于：包括多个所述透水井，不同的所述透水井之间通过连通管连通，所述连通管设置在所述透水井靠近底部的位置。
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