CN211283754U - 一种去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，包括：均匀分布多个循环井簇，每个所述循环井簇包括竖向且间隔设置在土层中的长井管和短井管，所述长井管和短井管的上下端口均密闭；所述长井管由上到下分为上筛管段、实管段和下筛管段，所述上筛管段的下部低于地下水位，所述实管段内设有膨胀阻隔器；所述短井管上设有短井筛管段，所述上筛管段和所述短井筛管段相通；重金属去除设备，所述短井管通过第一泵送管和重金属去除设备连通，所述下筛管段通过第二泵送管和重金属去除设备连通；加药系统，用于向短井管或下筛管段中添加重金属净化药剂。有效解决循环井构造复杂、维护改装麻烦问题，修复效率高。

Description

一种去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统

技术领域

本实用新型涉及地下水修复技术领域，特别是涉及一种去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统。

背景技术

据《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。工矿业、农业等人为活动是造成土壤污染或超标的主要原因之一。截至2013年12月全国土壤总的超标率为16.1％，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2％、2.3％、1.5％和1.1％。污染类型以无机型为主，其中镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种重金属污染物点位超标率分别为7.0％、1.6％、2.7％、2.1％、 1.5％、1.1％、0.9％、4.8％，形式十分严峻；而随着时间的推移，土壤中过量的重金属会在雨水等的作用下逐渐向地下水渗透和扩散，造成地下水重金属浓度超标。

由于我国污染场地土地资源再开发的迫切性要求场地修复周期非常短，以及缺少原位修复技术的实施经验，现阶段我国场地修复广泛采用异位修复技术：将污染土体挖出或将地下水泵出后再进行异地或原地异位处理，如水泥窑处置等。

由于异位修复快速、高效，短期内我国土壤修复市场仍将持续这种趋势，但异位修复天然存在以下缺点：

①难实现场地的完全修复。由于地下水的流动性，上游被污染地下水会对修复场地造成二次污染；

②挖掘、运输、堆放和设备使用维护等方面费用较高，尤其对于场地规模较大和污染深度深的情况；

③环境破坏大，作业风险高，如经常发生意外事件。

相反，原位修复技术由于不需对污染物进行远程运输，更为经济，对土壤破坏小，并可对深层土壤和地下水进行修复。据国外多年治理经验，随着修复技术的不断成熟，经济、环保的原位修复技术，原位修复技术未来将发展为主流。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，实用新型提出一种去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，具有结构简单、施工方便、修复效率高，降低了设备成本和作业难度，对环境的影响性比较小。

本实用新型所采用的技术方案是：一种去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，包括：

均匀分布多个循环井簇，每个所述循环井簇包括竖向且间隔设置在土层中的长井管和短井管，所述长井管和短井管的上下端口均密闭；

所述长井管由上到下分为上筛管段、实管段和下筛管段，所述上筛管段的下部低于地下水位，所述实管段内设有膨胀阻隔器；

所述短井管上设有短井筛管段，所述上筛管段和所述短井筛管段相通；

重金属去除设备，所述短井管通过第一泵送管和重金属去除设备连通，所述下筛管段通过第二泵送管和重金属去除设备连通；

加药系统，用于向短井管或下筛管段中添加重金属净化药剂。

进一步优化，所述上筛管段和短井筛管段之间填充有多孔质填料层。

进一步优化，所述加药系统包括药剂箱、药剂泵和加药管，所述加药管的一端与第一泵送管连通，另一端通过药剂泵与药剂箱连通，所述第一泵送管的出水端伸入多孔质填料层中。

进一步优化，所述多孔质填料层为零价铁、活性炭和石英砂组合，且质量比为2：2：1。

进一步优化，所述加药系统包括药剂箱、药剂泵和加药管，所述加药管的一端与第二泵送管连通，另一端通过药剂泵与药剂箱连通，所述第一泵送管的进水端伸入短井管中。

进一步优化，所述第一泵送管和所述第二泵送管上均设有液体流量计和阀门。

进一步优化，所述膨胀阻隔器包括膨胀气囊和充气装置，所述膨胀气囊设在实管段内，所述膨胀气囊通过输气管与充气装置连通。

进一步优化，所述上筛管段、下筛管段和短井筛管段上均设有筛孔，所述筛孔的缝宽0.5mm，缝间距5mm。

进一步优化，所述短井管和长井管的长度比为1/10-1/2，管心间距为2-4倍管径。

本实用新型的有益效果：本申请的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，具有如下优点：

1.循环井簇由两个独立的长井管和短井管之构成的循环结构，简化了循环井的构造，极大地降低了设备成本以及井管现场安装维护的技术要求，降低了施工成本；

2.可对长井管和短井管进行独立的安装操作，通过液体抽提系统灵活控制三维循环的形式，显著增强了循环井的适应性和可靠性；

3、由于长井管和短井管相对独立，因而可以根据实际情况对长井管和短井管灵活调节；

4、整个修复系统的循环井簇可以灵活布置成正循环或者逆循环，药剂注入在正、逆循环的联合运行，有效增加药剂的扩散范围，可有效减小修复盲区的存在，提高修复效率。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统为正循环的结构示意图。

图2是本实用新型的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统为逆循环的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，仅是为了便于描述实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对实用新型的限制。

在实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在实用新型中的具体含义。

如图1和图2所示的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，包括：

均匀分布多个循环井簇，每个循环井簇包括竖向且间隔设置在土层中的长井管100和短井管200，长井管100和短井管200的上下端口均密闭；

长井管100由上到下分为上筛管段110、实管段120和下筛管段 130，上筛管段110的下部低于地下水位，实管段120内设有膨胀阻隔器；

短井管200上设有短井筛管段210，上筛管段110和短井筛管段 210相通；

重金属去除设备610，短井管200通过第一泵送管310和重金属去除设备610连通，下筛管段130通过第二泵送管320和重金属去除设备610连通；

加药系统，用于向短井管200或下筛管段130中添加重金属净化药剂。

申请的修复系统由多个循环井簇组成，循环井簇可以根据实际情况布置成梅花形、正方形或六面体型中的一种或多种组合。

将循环井簇安装于地面下且部分结构位于地下水位以下，循环井簇由长井管100和短井管200组成，管心间距为2-4倍管径，长井管 100和短井管200的顶端设有密封井盖，底端封闭且不低于地下水污染深度，井管材质为不锈钢，井管外为填充层。长井管100管底位于污染物最深层或是接近隔水底板，短井管200长度为长井管100的 1/10-1/2。

长井管100由上到下分为上筛管段110、实管段120和下筛管段 130，管外相对应高度的填充层依次为石英砂粗滤料、膨润土水泥混合料、石英砂粗滤料，筛管段缝宽0.5mm，缝间距5mm；

短井管200仅需在中部开筛，短井筛管段210的缝宽0.5mm，缝间距5mm，管外填充层由石英砂粗滤料、膨润土水泥混合料构成。上筛管段110和短井筛管段210相通。

如图1所示，循环井簇在进行正循环时，下筛管段130中的地下水在第二泵送管320的作用下被抽到重金属去除设备610进行净化处理。经过处理后，第一泵送管310将净化后的水送到短井管200中，此时加药系统向短井管200中添加重金属净化药剂；

如图2所示，循环井簇在进行逆循环时，短井管200中的地下水被第一泵送管310抽到重金属去除设备610进行净化处理，经过处理后，第二泵送管320将净化后的水送到下筛管段130中，此时加药系统向下筛管段130中添加重金属净化药剂。

因为本申请的原位循环井簇修复系统由多个循环井簇组成，既可以每个循环井簇采用一种正循环或逆循环的方式，也可以一个循环井簇同时具备两种循环方式。

整个修复系统的循环井簇可以灵活布置成正循环或者逆循环，药剂注入在正、逆循环的联合运行，有效增加药剂的扩散范围，可有效减小修复盲区的存在，提高修复效率。

进一步的，上筛管段110和短井筛管段210之间填充有多孔质填料层400。多孔质填料层400既可使地下水在长井管100和短井管200 之间流通，又可以强化水体中的污染物去除。

多孔质填料层400中的填料可以是人工筛板，或是卵石、砾石、或是对污染物有去除作用的多孔介质，如活性炭吸附材料、零价铁- 炭粉混合材料、沸石、石灰石、离子交换树脂、铁的氧化物和氢氧化物、磷酸盐以及有机材料城市堆肥物料、木屑等。

如图1所述正循环的实施方式，加药系统包括药剂箱710、药剂泵720和加药管730，加药管730的一端与第一泵送管310连通，另一端通过药剂泵720与药剂箱710连通，其中，第一泵送管310的出水端伸入多孔质填料层400中。

循环井簇在进行正循环的时，第一泵送管310作为出水管，且出水口在多孔质填料层400中。药剂箱710的药剂经过药剂泵720和加药管730被送到第一泵送管310中，沿着第一泵送管310进入多孔质填料层400。

其中，药剂为强化微生物菌和含氮、磷、钾、有机质的矿物盐，(或者为相应的化学氧化剂、化学还原剂)，两者在药剂箱710中混合后同时注入，药剂被注入多孔质填料层400中，有利于药剂与液体混合，提高修复效率。药剂流速通过加药阀门和药液流量计调节。可以根据处理水的速率适时调整。

同时由达西定律可知，上筛管段110和短井筛管段210区域提供了较高的渗透系数及较大的缓冲空间，可以极大地减少药剂在井管周边的迁移速度，也即减少了流体对土壤的压力，有效地避免了高压注入产生的土壤裂缝，避免药剂短流这一负面情况的出现，从而可以极大地减少短流的出现，使药剂注入效果更均匀。

调节地下水回流量和药剂泵720流量，同时记录井中的水位变化情况。流量监测应符合下列规定：开始先按1min间隔测5次，5min 间隔测5次，以后每隔30min观测一次并至少观测两次，直至长井管 100和短井管200中水位维持相对稳定。药剂每天按照3批次注入，每批次注入3小时，注入压力0.2MPa，注入速率200-400mL/min。注入药剂5天后，停止注药1天。

进一步的，循环井簇在进行正循环的时，多孔质填料层400的填料选择为零价铁、活性炭和石英砂组合，且质量比为2：2：1。

经过处理净化的水首先经过多孔质填料层400再进入短井管200 中。其中，活性炭化学反应形成铁炭微电池，对重金属有较强的还原作用，同时活性炭的吸附能力和反应生成的铁盐吸附、沉淀作用，水在经过多孔质填料层400时可以进一步增强重金属去除能力。

如图2所示的逆循环的实施例方式，加药系统包括药剂箱710、药剂泵720和加药管730，加药管730的一端与第二泵送管320连通，另一端通过药剂泵720与药剂箱710连通，第一泵送管310的进水端伸入短井管200中。

如图2是循环井簇做逆循环的实施例，此时第一泵送管310作为进水管，且第一泵送管310直接伸入短井管200中抽取地下水，而不是伸入多孔质填料层400，是防止砂石被吸入管中。需要指明的是，也可以采用伸入多孔质填料层400的方式，只需多孔质填料层400选用较粗大的砂石作为过滤层即可。

药剂箱710中的药剂通过药剂泵720和加药管730后进入第二泵送管320中，进而随着第二泵送管320被注入下筛管段130中。

优选的，第一泵送管310和第二泵送管320上均设有液体流量计 650和阀门660。通过调节阀门660调节流量，结合液体流量计650，使得下筛管段130和短井管200中的流量处于基本的平衡状态，保证水压比较平衡。

其中，膨胀阻隔器包括膨胀气囊300和充气装置，膨胀气囊300 设在实管段120内，膨胀气囊300通过输气管与充气装置连通。

膨胀阻隔器工作的时候，充气装朝膨胀气囊300充气，膨胀气囊 300膨胀的时可与实管段120紧贴形成环形的密闭空间，有效阻隔上筛管段110和下筛管段130，之间的气体和液体在实管段120内的直接对流。

膨胀阻隔器的工作原理是将其安装在需要封闭的位置，充气系统将地表的高压氮气压力达20MPa，通过压力调节器调节范围0-15MPa 将压力调到设计压力，通过输气管将氮气输送到膨胀气囊300，使膨胀气囊300膨胀，与实管段120的井壁充分紧贴达到止水、止气的目的。

短井管200和长井管100的长度比为1/10-1/2，管心间距为2-4 倍管径。管心间距太小单井施工较难控制，填料量也较少，太大会增加地下水在多孔介质中的流动阻力，不易形成内循环。优选采用管心间距为2-4倍管径。

当然，本实用新型并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，其特征在于,包括：

均匀分布多个循环井簇，每个所述循环井簇包括竖向且间隔设置在土层中的长井管(100)和短井管(200)，所述长井管(100)和短井管(200)的上下端口均密闭；

所述长井管(100)由上到下分为上筛管段(110)、实管段(120)和下筛管段(130)，所述上筛管段(110)的下部低于地下水位，所述实管段(120)内设有膨胀阻隔器；

所述短井管(200)上设有短井筛管段(210)，所述上筛管段(110)和所述短井筛管段(210)相通；

重金属去除设备(610)，所述短井管(200)通过第一泵送管(310)和重金属去除设备(610)连通，所述下筛管段(130)通过第二泵送管(320)和重金属去除设备(610)连通；

加药系统，用于向短井管(200)或下筛管段(130)中添加重金属净化药剂。

2.根据权利要求1所述的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，其特征在于：所述上筛管段(110)和短井筛管段(210)之间填充有多孔质填料层(400)。

3.根据权利要求2所述的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，其特征在于：所述加药系统包括药剂箱(710)、药剂泵(720)和加药管(730)，所述加药管(730)的一端与第一泵送管(310)连通，另一端通过药剂泵(720)与药剂箱(710)连通，所述第一泵送管(310)的出水端伸入所述多孔质填料层(400)中。

4.根据权利要求3所述的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，其特征在于：所述多孔质填料层(400)为零价铁、活性炭和石英砂组合。

5.根据权利要求2所述的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，其特征在于：所述加药系统包括药剂箱(710)、药剂泵(720)和加药管(730)，所述加药管(730)的一端与第二泵送管(320)连通，另一端通过药剂泵(720)与药剂箱(710)连通，所述第一泵送管(310)的进水端伸入所述短井管(200)中。

6.根据权利要求1至5任一项所述的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，其特征在于：所述第一泵送管(310)和所述第二泵送管(320)上均设有液体流量计(650)和阀门(660)。

7.根据权利要求1至5任一项所述的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，其特征在于：所述膨胀阻隔器包括膨胀气囊(300)和充气装置，所述膨胀气囊(300)设在实管段(120)内，所述膨胀气囊(300)通过输气管与充气装置连通。

8.根据权利要求1至5任一项所述的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，其特征在于：所述上筛管段(110)、下筛管段(130)和短井筛管段(210)上均设有筛孔，所述筛孔的缝宽0.5mm，缝间距5mm。

9.根据权利要求1至5任一项所述的去除地下水中重金属污染物的原位循环井簇修复系统，其特征在于：所述短井管(200)和长井管(100)的长度比为1/10-1/2，管心间距为2-4倍管径。

Images