基于气泡脉动理论的地下水污染原位循环修复系统的制作方法

本发明涉及地下水污染场地控制与修复技术领域，特别涉及一种基于气泡脉动理论的地下水污染原位循环修复系统。

背景技术：

近年来，我国经济建设快速发展及产业结构的升级优化，导致了大量的农药厂和化工厂类型的重污染厂区搬迁，而这些遗留的土壤和地下水残留着大量的挥发和半挥发性有机污染物，比如苯、硝基苯、甲苯、氯苯、四氯乙烯等。同时，这类污染场地大多污染深度大、地层结构复杂和有机污染物类型多，且周围往往距离城镇较近，很容易危害周边环境及人体健康。因此，对于相关地下水和土壤有机物污染问题亟待解决。

目前地下水有机污染的修复技术主要分两类：原位修复和异位修复。异位修复因其成本高、工程量大等特点，一般只适用于污染物浓度高、污染范围小的地下水污染。而化学氧化和地下水曝气等原位修复技术，这些技术的应用都有明显的局限性。近年来，地下水气驱循环井技术因其可以将曝气、气相抽提和吹脱等相关技术整合于一体越来越受到人们关注，且该技术能够省去大量辅助设施、对地下环境的扰动小和可忽略的二次污染问题，这将进一步提升该技术在国内地下水修复领域的应用空间。

目前气驱循环井技术大多需要对井的结构进行特殊设计，比如在循环井上部安装有气水分离装置，必须同步进行注气和抽气以提供驱动地下水循环的动力。另外，循环所需的启动条件要求较高，施工技术人员需要掌握一定的技术知识，比如必须掌握气水分离装置的安装位置以及注气和抽气的流量关系，否则很容易导致循环无法进行，或流出循环井的地下水难以回流至循环井内，循环效果难以保证，且存在污染羽范围扩大的风险。复杂的井结构以及工艺流程，大大增加了设备维修概率，提高了修复风险和成本，限制了该类型技术在实际污染场地修复中的应用和推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于气泡脉动理论的地下水污染原位循环修复系统，解决了现有技术存在的上述问题。本发明具有系统结构简单化、节能化和使用方法简洁化等特点，具体为只使用一个无需特殊设计的循环井管，无需抽注气或水来提供地下水循环的动力，仅通过气泡脉动作用实现了地下水的循环，利用井内压力直接实现尾气收集，无需真空泵抽气，从而有效的实现地下水挥发和半挥发性有机污染物的快速去除，简化了井结构和工艺流程，降低了设备维修概率，节约了修复成本，有利于该类型技术在实际污染场地修复中的应用和推广。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

基于气泡脉动理论的地下水污染原位循环修复系统，包括循环井管1、气体注入管6、穿孔曝气头7、气流隔板8、尾气回收管9、药剂注入管10，所述循环井管1的上部分布有上段透水筛孔2作为出水口，出水口的中间位置与地下水位平齐；循环井管1的下部分布有下段透水筛孔3作为进水口，进水口位于循环井管1的底端，并置于受污染地下水的底层；

循环井管1内安装有气体注入管6，气体注入管6的底端伸入至循环井管1下部的下段透水筛孔3位置；气体注入管6底部安装穿孔曝气头7；循环井管1内安装有若干层圆形的气流隔板8，气流隔板8上部分布有透水筛孔，气流隔板8均匀的安装在气体注入管6与循环井管1之间，且其顶部与循环井管上口保持距离，底端伸入至地下水液面处；循环井管1内安装有尾气回收管9，收集地下水中上升气泡中携带的挥发和半挥发性有机污染物的气体；循环井管1内安装有药剂注入管10，利用地下水循环效果，实现了原位反应带修复药剂的输送，药剂注入管10的底端伸入至循环井管1的上段透水筛孔2的底部位置。

所述的循环井管1的直径至少20cm。

所述的气体注入管6的直径为2-3cm，其底部的穿孔曝气头7由单向气阀10和石英砂气泡石组成，保证出流气泡直径大于2mm。

所述的圆形的气流隔板8的上部分布有透水筛孔，下部至少50cm的长度为不透水隔板；两层气流隔板8之间的距离设置为3-5cm；气流隔板8与循环井管1上边缘的距离为5-10cm。

所述的药剂注入管10的直径为2-3cm，且其底部封堵，由底部向上分布注药孔，分布有注药孔的管壁的长度为循环井管1上分布有上段透水筛孔的管壁长度的30％-50％。

所述的所述药剂注入管10设有三根，分别等角度安装于循环井管1内侧。

还包括向气体注入管6提供气体的空压机15，在空压机15与气体注入管6之间的管路上安装有稳压阀16和/或流量传感器一17和/或压力传感器一18和阀门一19，所述阀门一19和流量传感器一17和/或压力传感器一18连接至远程中控系统。

还包括药剂注入单元，所述药剂注入单元包括药剂调配箱11、药剂注入泵12和流量监测计13，所述药剂调配箱11置于地面，并与药剂注入管10连接，在药剂调配箱11与药剂注入管10之间的管路上安装有药剂注入泵12、流量监测计13和阀门二14；药剂注入泵12药剂调配箱11中配置好的药剂以不同的速度注入至药剂注入管10，阀门二14、药剂注入泵12、流量监测计13和药剂调配箱11中的搅拌器均与远程中控系统连接。

所述的尾气回收管9的上端连接有流量传感器二23和压力传感器二20，压力传感器二20下游根据污染物浓度连接有污染气体药剂反应箱21和/或活性炭吸附柱22。

所述的在循环井管1的外侧，对应于上、下段透水筛孔2、3的位置，包覆不锈钢丝网，再填充透水性填料4，而在未设置透水筛孔的循环井管外侧涂覆非透水性填料5，达到兼具透水和过滤作用。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

构思新颖，结构简单，操作方便，只需使用一个无需特殊设计的井管，无需抽注气或水来提供地下水循环的动力，仅通过气泡脉动作用实现了地下水的循环，循环所需的启动条件要求较低；利用井内压力直接实现尾气收集，无需真空泵抽气，节约了修复成本；利用地下水循环效果和药剂注入管，实现了原位反应带修复药剂的输送。本发明一方面降低了施工技术人员操作难度；另一方面大大减小了地下水循环失败导致的污染羽范围扩大的风险，保证了循环修复效果。此外，该系统满足地下水污染修复及药剂传输两用的功能，实现了挥发性和半挥发性有机污染物同步去除的目的，为进一步实现规模化工程应用提供了技术支撑。实用性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的基于气泡脉动理论的地下水污染原位循环修复系统的结构示意图；

图2为本发明的循环井管的平面示意图；

图3为本发明的圆形气流隔板的主视示意图。

图中：1、循环井管；2、上段透水筛孔；3、下段透水筛孔；4、透水性填料；5、非透水性填料；6、气体注入管；7、穿孔曝气头；8、气流隔板；9、尾气回收管；10、药剂注入管；11、药剂调配箱；12、药剂注入泵；13、流量监测计；14、阀门二；15、空压机；16、稳压阀；17、流量传感器一；18、压力传感器一；19、阀门一；20、压力传感器二；21、污染气体药剂反应箱；22、活性炭吸附柱；23、流量传感器二。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图3所示，本发明的基于气泡脉动理论的地下水污染原位循环修复系统，只使用一个循环井管，无需抽注水，仅通过气泡脉动作用实现了地下水的循环，从而有效的实现地下水挥发和半挥发性有机污染物的快速去除；同时利用井内压力直接实现尾气收集，无需真空泵抽气，节约了修复成本。包括循环井管1、气体注入管6、穿孔曝气头7、气流隔板8、尾气回收管9、药剂注入管10，所述循环井管1的上部分布有上段透水筛孔2作为出水口，出水口的中间位置与地下水位平齐；循环井管1的下部分布有下段透水筛孔3作为进水口，进水口位于循环井管1的底端，并置于受污染地下水的底层。

循环井管1内安装有气体注入管6，气体注入管6的底端伸入至循环井管1下部的下段透水筛孔3位置；气体注入管6底部安装穿孔曝气头7，防止由于负压，地下水回流到气体注入管6；同时保证出流气泡的直径满足气泡脉动效应发生的条件，以及尽可能多的气泡数量来增强气泡脉动效应。

循环井管1内安装有若干层圆形的气流隔板8，且采用易于拆卸的插接连接方式，用于提高气泡脉动效应过程中循环井内地下水位高度。气流隔板8上部分布有一定高度的透水筛孔，确保抬升的地下水能够通过气流隔板上部位置的筛孔参与地下水循环，进而有效的增强气泡脉动效应。气流隔板8均匀的安装在气体注入管6与循环井管1之间，且其顶部与循环井管上口保持一段距离，确保循环井管内气流均匀快速的进入尾气回收管；其底端伸入至地下水液面处，且两层气流隔板之间的间距不宜过大，确保起到提高地下水位的作用。

循环井管1内安装有尾气回收管9，其用于收集地下水中上升气泡中携带的挥发和半挥发性有机污染物的气体。

循环井管1内安装有药剂注入管10，利用地下水循环效果，实现了原位反应带修复药剂的输送，药剂注入管10的底端伸入至循环井管1的上段透水筛孔2的底部位置。保证药剂可以更好的利用出水口的循环水的作用，均匀的分布在地下水受污染区域。

所述的循环井管1的直径至少20cm。

所述的气体注入管6的直径为2-3cm，其底部的穿孔曝气头7由单向气阀10和10目的石英砂气泡石组成，保证出流气泡直径大于2mm。

所述的圆形的气流隔板8的上部分布有透水筛孔，下部至少50cm的长度为不透水隔板；两层气流隔板8之间的距离设置为3-5cm；气流隔板8与循环井管1上边缘的距离为5cm。

所述的药剂注入管10的直径为2-3cm，且其底部封堵，由底部向上分布注药孔，分布有注药孔的管壁的长度为循环井管1上分布有上段透水筛孔的管壁长度的30％-50％。

所述的所述药剂注入管10设有三根，分别等角度安装于循环井管1内侧。

还包括向气体注入管6提供气体的空压机15，在空压机15与气体注入管6之间的管路上安装有稳压阀16和/或流量传感器一17和/或压力传感器一18和阀门一19，所述阀门一19和流量传感器17和/或压力传感器一18连接至远程中控系统。

还包括药剂注入单元，所述药剂注入单元包括药剂调配箱11、药剂注入泵12和流量监测计13，所述药剂调配箱11置于地面，并与药剂注入管10连接，在药剂调配箱11与药剂注入管10之间的管路上安装有药剂注入泵12、流量监测计13和阀门二14；药剂注入泵12能够满足药剂调配箱11中配置好的药剂以不同的速度注入至药剂注入管10，阀门二14、药剂注入泵12、流量监测计13和药剂调配箱11中的搅拌器均与远程中控系统连接。

所述的尾气回收管9的上端连接有流量传感器二23和压力传感器二20，压力传感器二20下游根据污染物浓度连接有污染气体药剂反应箱21和/或活性炭吸附柱22。

所述的在循环井管1的外侧，对应于上、下段透水筛孔2、3的位置，包覆不锈钢丝网，再填充透水性填料4，而在未设置透水筛孔的非透水循环井管外侧填充非透水性填料5，达到兼具透水和过滤作用。循环井管内不需要相关填料，防止影响气泡脉动效果。

实施例：

参见图1所示，本发明的基于气泡脉动理论的地下水污染原位循环修复系统，其主要包括气体注入单元、循环井单元、药剂注入单元、尾气处理单元和远程中控系统。

（1）气体注入单元

气体注入单元包括空压机15、稳压阀16、流量传感器一17、压力传感器一18、气体注入管6和穿孔曝气头7等部分。该气体注入单元主要通过空压机15，将洁净的空气注入循环井单元，从而为地下水形成循环提供驱动力。在利用空压机15向循环井单元输送气体时，需要考虑气压的稳定性、气体注入流量、出流气泡的大小和数量等参数，这些参数是影响地下水能否形成循环的重要因素。如果气体注入流量较小，气泡数量少，循环井内形不成气泡脉动效应；如果气体注入流量过大，对于水力半径增加不明显，提高了修复成本。该单元通过气体调节阀实现了气体的稳定持续注入，为地下水循环井技术形成稳定的水力半径提供了保证。所述流量传感器一17和/或压力传感器一18构成的监测装置连接至远程中控系统（未予图示），其根据检测信号对空压机15的气体注入流量和压力等运行参数进行调节。

（2）循环井单元

循环井单元主要包括循环井管1，循环井管1一般采用不锈钢钢管，直径不低于20cm。循环井管1上部分布的上段透水筛孔2为出水口，其中间位置与地下水位平齐，循环井管1下部分的下段透水筛孔3为进水口，其位于循环井管的底端，并位于受污染地下水的底层；下段透水筛孔3长度一般为循环井管长度的10%-15%，上段透水筛孔2长度一般为下段透水筛孔3长度的1.5倍。在循环井管1外侧对应的上、下段透水筛孔2、3的位置设置有不锈钢丝网，再填充粒径级配合适的砾石河砂和/或石英砂介质，防止细小颗粒堵塞筛孔；其他未有筛孔的位置填充粒径细小的粘土或/和混凝土介质，起到固定循环井管1的作用。

循环井管1内上部位置设有圆形的气流隔板8，且采用易于拆卸的插接连接方式，用于提高气泡脉动效应过程中循环井内地下水位高度；其均匀的安装在气体注入管6与循环井管1之间；其上部位置设计有一定高度的透水筛孔，确保抬升的地下水能够通过气流隔板上部位置的筛孔参与地下水循环，进而有效的增强气泡脉动效应；其顶部与循环井管1上口保持一段距离，确保循环井管1内气流均匀快速的进入尾气回收管9，其底端伸入至循环井管的上段透水筛孔2的底部；气流隔板8之间的间距不宜过大，以提高气泡脉动效应过程中循环井内地下水位高度，用于强化地下水循环效果。

循环井管1内设有气体注入管6，气体注入管6的底端伸入至循环井管1下段透水筛孔3位置，并安装有的穿孔曝气头7，防止由于负压，地下水回流气体注入管6；同时用于持续稳定的将洁净的空气注入到内井底端，保证循环井管1底部出流的气泡具有一定的大小和数量，在循环井管1内形成气泡脉动效应。

循环井管1内设有尾气回收管9，用于将循环井管1中携带有vocs的气体收集进行后续处理，实现了井内曝气以达到地下水的垂直流动，减少污染物的横向扩散和二次污染。

循环井管1内安装有药剂注入管10，药剂注入管10的底端伸入至上段透水筛孔2的底部位置。药剂注入管10底部进行封堵，且由底部向上开孔，开孔长度为上段透水筛孔2长度的30％-50％，以便药剂可以更好的利用出水口的循环水的作用，均匀的分布在地下水受污染区域在较佳的实施例中，如图2所示，所述药剂注入管10设有三根，其分别等角度安装于循环井管1内侧。

（3）药剂注入单元

药剂注入单元主要包括药剂调配箱11、药剂注入泵12和流量监测计等装置。药剂注入泵12将药剂调配箱11中调配完成的药剂经流量监测计13、阀门二14连通至药剂注入管10，注入受污染地下水，进行强化修复。药剂调配箱11中的搅拌器、药剂注入泵12和流量监测计13均与远程中控系统连接，实现设备一体化以及远程操控。

（4）尾气处理单元

尾气处理单元主要包括污染气体药剂反应箱21、活性炭吸附柱22等。循环井管1内携带污染物的气体经污染气体药剂反应箱21，进行氧化还原反应，反应药剂针对污染物的类型选择，然后再经活性炭吸附柱进一步处理。该单元中监测装置流量传感器、压力传感器和气体vocs在线检测仪，均与远程中控系统连接，实现设备监测和操控一体化。

（5）远程中控系统

远程中控系统利用plc设备和gprs模块对空压机15、药剂注入泵12等设备的开关和调参进行远程控制。现场监测数据均采用简单便捷的无线传输方式，在现有plc设备基础上增加无线模块，搭建无线远传平台。将现场各传感器及监测装置与plc装置连接，对数据进行实时监测，并在室内上位机组态软件实时显示记录。方便操作人员发现循环系统运行异常，及时进行维修。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。