CN212121196U - 用于土壤及地下水修复的多层循环井系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，包括一个及一个以上的注入井；注入井内设有多个沿竖直方向布置的封隔器将注入井分为封隔段、封孔段、注入层和抽出层；每一封隔器均通过竖直设置于注入井中心位置的中间套管固定；且每一封隔器均通过控制内管与外部液压控制设备连接；通电动阀控制循环模式，加强循环扰动，形成多种地下水循环模式，实现多维循环扰动,抽出层和每一注入层的井壁均为包括过滤层的筛管结构；抽出层内设有潜水泵；注入管向每一注入层注入水和修复药剂。本实用新型可通过化学氧化、化学还原、化学淋洗等药剂的注入对多种污染物进行修复，尤其适合有非水相流体类污染物存在的场地。

Description

用于土壤及地下水修复的多层循环井系统

技术领域

本实用新型涉及环境污染修复技术领域，特别涉及用于土壤及地下水修复的多层循环井系统。

背景技术

近年来，由土壤及地下水污染引发的重大环境污染事件频发，随着城市化进程的推进、产业结构调整的加快以及生态文明建设要求的提高，土壤及地下水污染治理已经成为当前城市双修及生态文明建设的重要内容。土壤及地下水污染的主要来源为化工、冶炼、纺织印染、电镀等涉化工业企业长期生产过程中的跑冒滴漏、事故、违法排污等。根据污染物类型，土壤及地下水污染主要可分为重金属、有机污染，目前土壤及地下水修复技术主要有固化稳定化、土壤淋洗、化学氧化/还原、热脱附及生物修复等，相应的又可以分为原位和异位两种形式。

原位土壤及地下水修复技术由于其不需要开挖、环境扰动小、二次污染风险低等优势，近年来在土壤及地下水修复中越来越受到青睐。原位土壤及地下水修复根据修复技术的不同，又可分为原位化学氧化、原位化学还原、原位淋洗、原位生物修复等技术，通常都需要向土壤及地下水中注入修复药剂，注入药剂的方式包括高压旋喷、固定注射井、直推式注入等。我国南方地区浅部地层一般以粘性土-夹砂粉土为主，地层结构中常存在水平夹薄层，含水层非均质特征明显，垂向渗透条件相对较差，药剂的扩散时间较长，常影响施工进度。同时，由于地下水含水层具有孔隙空腔、优势通道、水位变幅带的毛细作用等原因，导致地下水原位修复普遍存在修复效果回弹、拖尾现象。由于水文地质条件的差异和复杂性，原位土壤及地下水修复目前在修复中存在较多问题。例如：

1)由于修复盲区及优先孔道及低渗透区的存在，药剂与污染物接触不充分，导致修复效率降低。

2)由于污染物往往附着在土壤介质中药剂难以接触或需要较长反应时间，导致修复效果不均衡，往往在检测修复达标后出现反弹，特别是有非水相流体存在的情况下。

3)由于修复效率及修复效果的不佳，再加上修复药剂在土壤介质传输过程中的分解或与土壤组分的反应损失，原位修复存在较大的药剂流失和重复加药修复等问题，造成较大的药剂浪费及修复成本提高。

因此，如何提高修复效率、强化修复效果和降低修复成本，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型提供用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，实现的目的是克服修复药剂在土壤介质中传输不均匀、损失大的问题，提高污染土壤及地下水原位修复的效率、强化修复效果避免反弹及降低修复成本。

为实现上述目的，本实用新型公开了用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，包括一个及一个以上的注入井；所述注入井内设有多个沿竖直方向布置的封隔器将所述注入井分隔成多层结构；

所述注入井中，每一所述封隔器覆盖的部分为封隔段，最上方的所述封隔段与地表帽封之间的部分为封孔段，每两个所述封隔器之间的部分为注入层，最下方的所述封隔段与所述注入井井底之间的部分为抽出层；

所述抽出层和每一所述注入层的井壁均为包括过滤层的筛管结构，开筛率为20％至30％，满足渗水要求；

所述抽出层内设有潜水泵；所述潜水泵通过抽出管，将积蓄在所述抽出层内的水抽出；

所述注入管向每一所述注入层注入水或修复药剂；所述修复药剂包括化学氧化剂、化学还原剂、淋洗剂和/或生物修复剂；

每一所述封隔器均通过竖直设置于所述注入井中心位置的中间套管固定；且每一所述封隔器均通过控制内管与外部液压控制设备连接；

所述注入井外侧设有液位计，所述液位计用于采集地下水位的高度。

优选的，所述抽出管上端伸出地面后分成第一分流管和第二分流管，所述第一分流管与水处理及配药系统连接，所述第二分流管分别与注入管和水平淋洗管连接；所述注入管竖直设置于所述注入井内，与每一所述注入层连通；

所述水处理及配药系统的出水口通过回流管分别与所述第二分流管和所述水平淋洗管连接；

所述注入管在每一所述注入层的出水口、所述第一分流管、所述第二分流管，以及所述回流管与所述第二分流管和所述水平淋洗管连接的分管路均设有电控阀，每一所述电控阀均通过外界PLC控制柜控制启、闭及开度。

优选的，所述注入层的井壁采用石英砂或砾石填充，满足水和修复药剂渗透的要求；

所述封孔段的井壁和每一所述封隔段的井壁均采用黏土、膨润土和/或混凝土填充，满足密封止水要求。

优选的，所述注入井的井盖与井壁之间为密封结构。

优选的，所述注入井伸入不透水层最少2米；

优选的，当污染场地包括非水相流体NAPL时，所述抽出层设置在重质非水相流体DNAPL深度的位置，对所述重质非水相流体DNAPL针对性抽除，最上部的所述注入层设置在轻质非水相流体LNAPL深度的位置，对所述轻质非水相流体LNAPL针对性处理。

优选的，所述控制内管竖直设置，穿过所述注入井内的每一所述封隔器，与每一所述封隔器连接，连通每一所述封隔器的内腔；

所述外部液压控制设备通过向每一所述封隔器注入液体介质加压的方式，撑开每一所述封隔器与相应的所述封隔段的井壁紧贴，形成密封。

优选的，所述中间套管采用不锈钢材料制成，所述抽出管设置于所述中间套管内。

优选的，所述水平淋洗管设置于污染区地表以下0.2米至0.5米深的沟槽内，包括主管和若干支管；

所述沟槽宽为0.1米至0.2米；

每一所述支管均为开孔管；所述开孔管上的开孔孔径为0.5毫米至1毫米，开孔率为20％至40％；每一所述支管外均缠绕一层过滤网，并用石英砂回填保护。

优选的，所述地表帽封为混凝土帽封。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的应用改变局部地下水流场，强化了对污染土壤及地下水的扰动，避免了地质条件(孔隙空腔、优势通道、毛细作用、低渗透区等)因素对修复效果带来的影响，更可同时实现包气带和饱和带的修复。

本实用新型可通过化学氧化、化学还原、化学淋洗等药剂的注入对多种污染物进行修复，尤其适合有非水相流体类污染物存在的场地。

本实用新型的应用可显著强化药剂与污染物的接触效果，减少地质结构对药剂传输的影响，提高对污染物的修复效率。

本实用新型可显著减少药剂损耗，降低修复成本成本。本系统通过水位监测及PLC控制系统控制，操作简单，运行稳定。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1示出本实用新型一实施例的结构示意图。

图2示出本实用新型一实施例采用单井循环的水体流动状态示意图。

图3示出本实用新型一实施例采用井间循环的水体流动状态示意图。

图4示出本实用新型一实施例采用另一种井间循环的水体流动状态示意图。

图5示出本实用新型一实施例采用第三种井间循环的水体流动状态示意图。

图6示出本实用新型一实施例采用水平淋洗的水体流动状态示意图。

具体实施方式

实施例

如图1所示，用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，包括一个及一个以上的注入井1；注入井1内设有多个沿竖直方向布置的封隔器2将注入井1分隔成多层结构；

注入井1中，每一封隔器2覆盖的部分为封隔段3，最上方的封隔段3与地表帽封4之间的部分为封孔段5，每两个封隔器2之间的部分为注入层6，最下方的封隔段3与注入井1井底之间的部分为抽出层7；

抽出层7和每一注入层6的井壁均为包括过滤层的筛管结构，开筛率为20％至30％，满足渗水要求；

抽出层7内设有潜水泵8；潜水泵8通过抽出管9，将积蓄在抽出层7内的水抽出；

注入管13向每一注入层6注入水或修复药剂；修复药剂包括化学氧化剂、化学还原剂、淋洗剂和/或生物修复剂；

每一封隔器2均通过竖直设置于注入井1中心位置的中间套管17固定；且每一封隔器2均通过控制内管18与外部液压控制设备19连接；

注入井1外侧设有液位计21，液位计21用于采集地下水位22的高度。

本实用新型通过分层注入和抽提，可对上层轻质污染物进行有效扰动和处理(氧化、还原、淋洗等)，对下层重质污染物进行抽提。

污染地下水抽出经处理后可作为药剂配水回灌至地下土壤层，与抽出处理后外排方式相比，可减少地下水量损失并控制污水处理量。回灌方式有注入或者水平淋洗两种，可有效针对包气带污染物进行修复，达到整个土壤从饱和带到包气带的整体修复，特别是有利于毛细区污染物的去除。

根据污染特征，可针对性的选择不同的修复药剂，例如重金属类污染物，可采用淋洗药剂，有机污染物可选择氧化剂、还原剂等。

在某些实施例中，抽出管9上端伸出地面后分成第一分流管10和第二分流管11，第一分流管10与水处理及配药系统12连接，第二分流管11分别与注入管13和水平淋洗管14连接；注入管13竖直设置于注入井1内，与每一注入层6连通；

水处理及配药系统12的出水口通过回流管15分别与第二分流管11和水平淋洗管14连接；

注入管13在每一注入层6的出水口20、第一分流管10、第二分流管11，以及回流管15与第二分流管11和水平淋洗管14连接的分管路均设有电控阀16，每一电控阀16均通过外界PLC控制柜控制启、闭及开度。

通过分层注入和电控阀调节等措施，可以有效提高药剂注入的准确性和针对性，例如根据污染物的深度设计循环注射井深度及封隔器位置，通过控制调节阀启闭，可针对不同的深度进行药剂注入，与常规的单一层注入相比，增加了注射深度的选择性，提高了药剂的精准性。

如图2至图6所示，有单井循环、井间循环及水平淋洗等多种模式可以切换，单井循环即抽出的地下水通过管路及控制阀控制，通过该井自身的注入管重新注入土壤，实现单井循环。

井间循环有两种，其一，如图3和图4所示，抽出的地下水通过管道输送到相邻井的注入管注入，形成井间扰动；其二，如图5所示，抽出的地下水输送至水处理设施后，经由回灌管道同时输送至多个井的注入管，注入含水层。水平淋洗模式即经处理的地下水安装于地表附近的水平淋洗管路向土壤注入，可用于包气带污染土壤的修复，因此本方法可实现饱和带和包气带的同步修复。

通过循环模式切换，可以形成不同的地下水流场，强化地下水扰动，特别是井与井间的相互作用，有效促进了药剂与污染物的有效接触，避免了修复盲区及优先孔道对加药效果的影响，进而提高了药剂应用率，降低“回弹”效应，节省修复成本；通过液位计、电动控制阀和PLC控制器实现抽注模式即流量的调节，成本低廉。

在某些实施例中，注入层6的井壁采用石英砂或砾石填充，满足水和修复药剂渗透的要求；

封孔段5的井壁和每一封隔段3的井壁均采用黏土、膨润土和/或混凝土填充，满足密封止水要求。

在某些实施例中，注入井1的井盖23与井壁之间为密封结构。

在某些实施例中，注入井1伸入不透水层最少2米；

在某些实施例中，当污染场地包括非水相流体NAPL时，抽出层7设置在重质非水相流体DNAPL24深度的位置，对重质非水相流体DNAPL24针对性抽除，最上部的注入层6设置在轻质非水相流体LNAPL25深度的位置，对轻质非水相流体LNAPL25针对性处理。

在某些实施例中，控制内管18竖直设置，穿过注入井1内的每一封隔器2，与每一封隔器2连接，连通每一封隔器2的内腔；

外部液压控制设备19通过向每一封隔器2注入液体介质加压的方式，撑开每一封隔器2与相应的封隔段3的井壁紧贴，形成密封。

在某些实施例中，中间套管17采用不锈钢材料制成，抽出管9设置于中间套管17内。

在某些实施例中，水平淋洗管14设置于污染区地表以下0.2米至0.5米深的沟槽内，包括主管和若干支管26；

沟槽宽为0.1米至0.2米；

每一支管26均为开孔管；开孔管上的开孔孔径为0.5毫米至1毫米，开孔率为20％至40％；每一支管26外均缠绕一层过滤网，并用石英砂回填保护。

在某些实施例中，地表帽封4为混凝土帽封。

在某一实际应用中，注入井1的直径为200mm，深度7.5m，地下0-1.5m为黏土封孔段；从上向下，1.5-2.5m为第一注入层6；3.0-4.5m为第二注入层6；5.0-6.0为第三注入层6；6.5-7.5m为抽出层7；注入层6包括过滤层的井壁填充2-4mm级配石英砂。

每一注入层6的井壁均采用不锈钢材料制成筛管结构，开孔率一般为27％。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，包括一个及一个以上的注入井(1)；其特征在于：所述注入井(1)内设有多个沿竖直方向布置的封隔器(2)将所述注入井(1)分隔成多层结构；

所述注入井(1)中，每一所述封隔器(2)覆盖的部分为封隔段(3)，最上方的所述封隔段(3)与地表帽封(4)之间的部分为封孔段(5)，每两个所述封隔器(2)之间的部分为注入层(6)，最下方的所述封隔段(3)与所述注入井(1)井底之间的部分为抽出层(7)；

所述抽出层(7)和每一所述注入层(6)的井壁均为包括过滤层的筛管结构，开筛率为20％至30％，满足渗水要求；

所述抽出层(7)内设有潜水泵(8)；所述潜水泵(8)通过抽出管(9)，将积蓄在所述抽出层(7)内的水抽出；

所述注入管(13)向每一所述注入层(6)注入水或修复药剂；所述修复药剂包括化学氧化剂、化学还原剂、淋洗剂和/或生物修复剂；

每一所述封隔器(2)均通过竖直设置于所述注入井(1)中心位置的中间套管(17)固定；且每一所述封隔器(2)均通过控制内管(18)与外部液压控制设备(19)连接；

所述注入井(1)外侧设有液位计(21)，所述液位计(21)用于采集地下水位(22)的高度。

2.根据权利要求1所述的用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，其特征在于，所述抽出管(9)上端伸出地面后分成第一分流管(10)和第二分流管(11)，所述第一分流管(10)与水处理及配药系统(12)连接，所述第二分流管(11)分别与注入管(13)和水平淋洗管(14)连接；所述注入管(13)竖直设置于所述注入井(1)内，与每一所述注入层(6)连通；

所述水处理及配药系统(12)的出水口通过回流管(15)分别与所述第二分流管(11)和所述水平淋洗管(14)连接；

所述注入管(13)在每一所述注入层(6)的出水口(20)、所述第一分流管(10)、所述第二分流管(11)，以及所述回流管(15)与所述第二分流管(11)和所述水平淋洗管(14)连接的分管路均设有电控阀(16)，每一所述电控阀(16)均通过外界PLC控制柜控制启、闭及开度，可形成多种循环模式。

3.根据权利要求1所述的用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，其特征在于，所述注入层(6)的井壁采用石英砂或砾石填充，满足水和修复药剂渗透的要求；

所述封孔段(5)的井壁和每一所述封隔段(3)的井壁均采用黏土、膨润土和/或混凝土填充，满足密封止水要求。

4.根据权利要求1所述的用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，其特征在于，所述注入井(1)的井盖(23)与井壁之间为密封结构。

5.根据权利要求1所述的用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，其特征在于，所述注入井(1)深入不透水层最少2米。

6.根据权利要求1所述的用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，其特征在于，当污染场地包括非水相流体NAPL时，所述抽出层(7)设置在重质非水相流体DNAPL(24)深度的位置，对所述重质非水相流体DNAPL(24)针对性抽除，最上部的所述注入层(6)设置在轻质非水相流体LNAPL(25)深度的位置，对所述轻质非水相流体LNAPL(25)针对性处理。

7.根据权利要求1所述的用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，其特征在于，所述控制内管(18)竖直设置，穿过所述注入井(1)内的每一所述封隔器(2)，与每一所述封隔器(2)连接，连通每一所述封隔器(2)的内腔；

所述外部液压控制设备(19)通过向每一所述封隔器(2)注入液体介质加压的方式，撑开每一所述封隔器(2)与相应的所述封隔段(3)的井壁紧贴，形成密封。

8.根据权利要求1所述的用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，其特征在于，所述中间套管(17)采用不锈钢材料制成，所述抽出管(9)设置于所述中间套管(17)内。

9.根据权利要求2所述的用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，其特征在于，所述水平淋洗管(14)设置于污染区地表以下0.2米至0.5米深的沟槽内，包括主管和若干支管(26)；

所述沟槽宽为0.1米至0.2米；

每一所述支管(26)均为开孔管；所述开孔管上的开孔孔径为0.5毫米至1毫米，开孔率为20％至40％；每一所述支管(26)外均缠绕一层过滤网，并用石英砂回填保护。

10.根据权利要求1所述的用于土壤及地下水修复的多层循环井系统，其特征在于，所述地表帽封(4)为混凝土帽封。

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