CN110282685A - 一种高净化效率地下水循环井净化*** - Google Patents

一种高净化效率地下水循环井净化*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高净化效率地下水循环井净化***，涉及地下水和土壤的原位修复技术领域，其技术方案要点是，包括若干根绕内井轴线等间距分布、长度方向和内井轴向相同的安装管，所述安装管的顶端为开口端且从内井顶部伸出、底端为封闭端且位于井水水面以下；所述安装管内插设有过滤管，所述过滤管内填充有吸附过滤料，所述安装管和过滤管的管壁上均开有过滤孔。本发明在净化挥发性有机污染物的同时，还兼具重金属污染物净化效果，且相较于常规地下水循环井具有净化高效的优势。

Description

一种高净化效率地下水循环井净化***
技术领域
本发明涉及地下水和土壤的原位修复技术领域，更具体地说，它涉及一种高净化效率地下水循环井净化***。
背景技术
土壤是生态环境的重要组成部分,是人类社会赖以生存的主要资源之一。由于有机废物的不合理处置以及事故泄漏等，造成了严重的水土污染，严重危害生态环境及人类身体健康，修复治理迫在眉睫。
地下水污染物主要包括重金属、无机污染物、有机污染物三种类型。(1)重金属:铜、锌、铅、镉、铬、镍、砷、汞、硒、锑、银、铊、铍和六价铬等，常见的有砷，其次是铬和铅；(2)无机污染物:硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、硫酸盐、氯化物、氟化物等；(3)有机污染物:POPs、VOC、SVOCs(PAHs和PCBs)、有机溶剂和石油产物等，卤代VOCs最为多见。
其中有机污染物常以水溶相和非水相液体(NAPLs)存在于地下水环境中。针对有机物具有挥发性的特点，研究者对一些原位修复技术，如GCW(groundwater circulationwell，地下水循环井)、AS(air sparging，原位空气扰动)、SVE(soil vapor extraction，土壤气相抽提)、PＲB(permeable reactive barrier，可渗透反应屏障)等进行了大量研究，并取得了良好的场地修复效果。其中GCW又称为原位井中气提或蒸汽气提，因其特殊的双井屏结构而被广泛应用。
地下水循环井(GCW)的工作原理是通过在内井曝气，形成的气水混合物不断上升，至循环井内井顶端后自由跌落，由外井上部穿孔花管反渗回含水层，气体则经气水分离器排出;在循环井的下部，由于曝气瞬间形成的井内外流体密度差异，井周围的地下水不断流入循环井;通过持续曝气，最终在循环井周围形成地下水的三维循环。在上述过程中，通过气、水两相间传质，地下水中的挥发和半挥发性有机物由水相挥发进入气相，通过曝气吹脱作用去除;同时空气中携带的氧气溶解进入水相，并在浓度梯度作用下不断扩散，在循环井周围形成一个强化原位好氧生物降解区域。吸附或残留在介质孔隙中的有机物通过垂直水力冲刷作用逐渐解吸或溶解进入水相，通过物理化学方法或生物降解去除。
如现有技术中CN103112915B的中国专利公开了一种去除地下水中污染物的循环井方法采用的即是GCW技术，其循环井是一个在污染地内，根据土壤性质、污染程度及设备对土壤的影响半径，循环井以连续梅花状、方格或六面体形布局，循环井是打1~N个直径不小于100mm、深度大于1米的水井，在此井内进行曝气、吹脱、抽提、加药处理工艺进行污染水的处理；吹脱：将井水即地下水提升至井顶部后通过喷淋头向下喷淋；曝气、抽提：井内曝气和气体真空抽提增加气液传质界面，增强气体吹脱效果，井内曝气时，增加地下水中溶解氧含量，使得被污染的水在有氧的环境中，加药：根据污染程度及污染物的不同，在曝气的高压气泵1的进气口A处或专用加药管加进氧化剂、微生物制剂、臭氧或/和絮凝。
但是，常规地下水的污染物往往具有多种类污染混杂的特点，除有机污染物外还可能含有重金属污染物。前述专利（CN103112915B）公开的地下水循环井净化方法仅对地下水中的挥发性或半挥发性有机污染有较好的净化去除效果，但是对地下水中重金属污染物并无净化作用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高净化效率地下水循环井净化***，其兼具有机污染物和重金属污染净化效果，且具有净化效率高的优势。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种高净化效率地下水循环井净化***，包括井口封闭设置的外井、井口封闭设置的内井、气体注入***、气体抽提***和药剂喷淋***，所述内井置于所述外井中，所述气体注入***用于向内井井水通入气体曝气，曝气后掺杂有机污染物的气体一部分被气体抽提***抽提后经活性炭吸附装置吸附排出，另一部分进入所述外井，所述药剂喷淋***用于向所述外井中喷淋药液；所述内井井壁上有上层筛管和下层筛管，使得所述内井与所述外井内水体流通，所述上层筛管底端低于井水水面，还包括若干根绕内井轴线等间距分布、长度方向和内井轴向相同的安装管，所述安装管的顶端为开口端且从内井顶部伸出、底端为封闭端且位于井水水面以下；所述安装管内插设有过滤管，所述过滤管内填充有吸附过滤料，所述安装管和过滤管的管壁上均开有过滤孔。
通过采用上述技术方案，安装管部分位于井水水面以下、部分位于井水水面以上，使得井水和内井内的气体均可以经由过滤孔进入过滤管内。在过滤管内吸附过滤料的作用下，井水中的部分重金属污染物和内井上部空气中有机污染物被吸附去除，提升了对地下水的净化效果和净化效率。过滤管可拆卸设置，定期对过滤管的进行拆卸更换即可。
进一步地，所述安装管顶端的管壁上沿轴向开有第一卡槽，所述第一卡槽延伸至安装管的顶端形成开口；所述第一卡槽远离开口的一端连通有第二卡槽，所述第二卡槽沿安装管的周向设置；所述过滤管顶端的外圆周侧壁上设有用于与第一卡槽、第二卡槽卡嵌配合锁紧过滤管的卡块。
通过采用上述技术方案，安装过滤管时，将过滤管从安装管的开口端***。待过滤管接近***到位时，调整至卡块卡入第一卡槽；继续下插过滤管，使得卡块卡入第二卡槽；然后，周向旋转过滤管，至卡块移动至第二卡槽的端部，即将过滤管安装到位。
进一步地，所述安装管内且位于安装管的底部设置有弹性垫块。
通过采用上述技术方案，过滤管安装到位时其底端使得弹性垫块处于被压缩状态，在弹性垫块作用下过滤管受到轴向作用力，使得卡块抵紧于第二卡槽，不易因过滤管的周向转动而脱离第二卡槽，增加了过滤管的安装稳定性。
进一步地，所述安装管伸出内径部分的内圆周侧壁上设置有弹性密封层。
通过采用上述技术方案，增加了过滤管和安装管之间密封性，利于在内井内形成负压，对内井内的气体进行抽提。
进一步地，所述过滤管的顶端为开口端，且可拆卸连接有金属波纹软管，所述金属波纹软管远离过滤管的一端与气体抽提***相连通。
通过采用上述技术方案，通过金属波纹软管和抽提***使得过滤管内同样可以产生负压，利于井水和内井内气体向过滤管内部渗透，提高了过滤管内吸附过滤料的利用率，也增加了对井水中重金属污染物、内井内气体中有机污染物的吸附净化效率。
进一步地，所述曝气***包括空气泵、设置于空气泵出气端的曝气管、安装于曝气管的第一阀门和设置于曝气管远离空气泵一端的曝气头，所述曝气头位于内井内且位于下层筛管处。
通过采用上述技术方案，利用空气泵和曝气管可以不断向内井内泵入空气或者混有臭氧的空气，在内井内形成上升气流，并且在气流上升过程中对地下水中的污染物进行捕捉或氧化。曝气头的设置增加了曝气均匀性，使得对污染物的捕捉氧化作用更佳。
进一步地，所述气体抽提***包括抽提泵、抽气管和第二阀门，所述抽气管一端通过第二阀门与所述抽提泵连接后通向所述活性炭吸附装置，另一端***内井并置于井水水面之上。
通过采用上述技术方案，可在内井上部形成负压，将内井内混有有机污染物的气体导出，输送至活性炭吸附装置，进行吸附过滤净化。
进一步地，所述药剂喷淋***包括注药泵、第三阀门和注药管，所述注药管一端经第三阀门与所述注药泵连接，另一端***所述外井并置于井水水面之上。
通过采用上述技术方案，可向外井内喷淋氧化剂、微生物菌剂或营养物质等，药剂经注药管进入药剂喷淋管喷淋后随着循环地下水流进入井体周围环境，对残留污染物进行有效去除。
进一步地，所述吸附过滤料为质量比为1：（0.1-0.5）的块状活性炭和改性粘胶纤维的混合物。
通过采用上述技术方案，活性炭具有多孔特性，对有机污染物和重金属污染物具有优异的吸附净化效果；粘胶纤维属于纤维素纤维，分子中含有大量具有金属螯合作用的羟基，对重金属离子去除效果佳，经由改性的粘胶纤维吸附效果更佳。
进一步地，所述改性粘胶纤维经由如下工艺制备而得，
P1、往黏胶原液中掺加1-8wt%的纳米级多孔微粉，搅拌混合均匀；所述纳米级多孔微粉为纳米竹炭粉和纳米碳酸钙的混合物；
P2、于0-10℃条件下真空静置脱泡，得脱泡液；
P3、采用湿法纺丝工艺将脱泡液纺丝制成半成品长丝；
P4、对半成品长丝进行牵拉、水洗、干燥得成品改性黏胶纤维备用。
通过采用上述技术方案，按照上述工艺制得的改性粘胶纤维吸水性佳、对重金属及有机污染物的吸附净化效果极佳，与块状活性炭按比例混合后可对有机污染物和重金属污染物起到极佳的吸附净化效果。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、安装管部分位于井水水面以下、部分位于井水水面以上，使得井水和内井内的气体均可以经由过滤孔进入过滤管内；在过滤管内吸附过滤料的作用下，井水中的部分重金属污染物和内井上部空气中部分析出的挥发性有机污染物被吸附去除，提升了对地下水的净化效果和净化效率；
2、活性炭具有多孔特性，对有机污染物和重金属污染物具有优异的吸附净化效果；粘胶纤维属于纤维素纤维，分子中含有大量具有金属螯合作用的羟基，对重金属离子去除效果佳，经由改性的粘胶纤维吸附效果更佳。
附图说明
图1为实施例中高净化效率地下水循环井净化***的结构示意图；
图2为图1中A部分的放大图；
图3为实施例中安装管、过滤管及金属波纹软管的结构示意图；
图4为图3中B部分的方法图；
图5为实施例中安装管及过滤管的剖视图；
图6为图5中C部分的放大图；
图7位图5中D部分的放大图。
图中：0、地下水位；1、外井；11、混凝土填充层；12、砾石填充层；2、内井；21、上层筛管；22、下层筛管；3、安装管；31、过滤孔；32、弹性垫块；33、弹性密封层；34、第一卡槽；35、第二卡槽；4、过滤管；41、吸附过滤料；42、卡块；5、金属波纹软管；51、端盖；6、活性炭吸附装置；7、曝气管；71、空气泵；72、第一阀门；73、曝气头；8、抽气管；81、抽提泵；82、第二阀门；83、抽气支管；831、第四阀门；9、注药管；91、注药桶；92、注药泵；93、第三阀门。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
一种高净化效率地下水循环井净化***，参照图1，其包括井口封闭设置的外井1、设置于外井1内且井口封闭设置的内井2、气体注入***、气体抽提***和药剂喷淋***。内井2底端的内侧壁上设置有下层筛管22，顶端的内侧壁上设置有上层筛管21，上层筛管21的底端低于内井2内井水液面。内井2和外井1之间填充有填料，内井2底壁和外井1内底壁之间、以及内井2内设置有下层筛管22的部分与外井1井壁之间填充有砾石填充层12；内井2的中部区域和外井1井壁之间填充有混凝土填充层11，内井2内设置有上层筛管21的部分与外井1井壁之间同样填充有砾石填充层12。循环井周围土壤中的地下水能经由下层筛管22伸入内井2，在抽提***的作用，内井2内井水水位高于周围土壤中地下水水位，使得地下水可以循环流经循环井。
参照图1，气体注入***包括空气泵71、第一阀门72和曝气管7，曝气管7一端伸入内井2底部且末端连接有曝气头73，另一端经过第一阀门72与空气泵71连接。借助气体注入***可以不断向内井2井水内通入空气或含有臭氧的空气。曝气头73设置于下层筛管22内，可使得通入的空气或含有臭氧的空气形成均匀的上升气流，利于井水中的污染物析出。
参照图1，气体抽提***包括抽提泵81、抽气管8和第二阀门82，抽气管8一端与内井2连通，另一端经过第二阀门82和抽提泵81连接。抽提泵81的出气端设置有活性炭吸附装置6。在气体抽提***的作用下，内井2内形成负压，使得井水水位高于循环井周围地下水水位。曝气后掺杂有机污染物的气体一部分被所述气体抽提***抽提后经活性炭吸附装置6吸附排出，另一部分进入外井1。
参照图1和图2，内井2的井口处还设置有若干根安装管3，安装管3绕内井2轴线等间距分布，本实施例中安装管3设置有两根。安装管3底端为封闭端，且底端低于内井2内井水水位，顶端为开口端且贯穿内井2井口设置。每根安装管3内均插设有一根用于吸附过滤重金属污染物和有机污染物的过滤管4，过滤管4的顶端连通有金属波纹软管5。金属波纹软管5远离过滤管4的一端通过法兰可拆卸连接有抽气支管83，抽气支管83远离金属波纹管的一端与抽气管8相连通且每一抽气支管83上均设置有第四阀门831。
参照图3和图4，安装管3的顶端沿轴向开有第一卡槽34，第一卡槽34远离安装管3开口的一端连通有第二卡槽35，第二卡槽35沿安装管3的周向设置。过滤管4的外圆周侧壁上设置有卡块42，以用与第一卡槽34、第二卡槽35卡嵌配合。安装过滤管4时，先将过滤管4主体部分***安装管3，然后转动过滤管4至卡块42对准第一卡槽34；继续下插过滤管4，至卡块42卡入第二卡槽35后，周向旋转过滤管4使得卡块42卡嵌于第二卡槽35的端部，即将过滤管4安装到位。同时，安装管3顶部的内侧壁上设置有弹性密封层33，使得过滤管4安装后，安装管3与过滤管4之间密封良好。
参照图5和图6，为了增加过滤管4与安装管3安装紧密性，安装管3内设置有弹性垫块32，弹性垫块32选择橡胶材质。过滤管4下插到位后，弹性垫块32处于压缩状态，使得过滤管4具有沿轴向脱离安装管3的趋势，从而使得卡块42被固定于第二卡槽35，不易松动。
参照图5和图7，安装管3和过滤管4的管壁均开有若干过滤孔31，过滤管4内填充有吸附过滤料41。如图1所示，安装管3部分浸入井水内，部分位于内井2内井水水位上方，含有有机污染物的气体和重金属污染物的井水均可经由过滤孔31浸入过滤管4，被过滤管4内的吸附过滤料41吸附净化。为了方便定期更换过滤管4内的吸附过滤料41，过滤管4的顶端敞开设置。金属波纹软管5的一端连接有端盖51，端盖51和过滤管4的顶部之间螺纹连接。更换吸附过滤料41时，旋松端盖51即可断开过滤管4与金属波纹软管5之间的连接。
参照图5和图7，过滤管4内填充的吸附过滤料41由块状活性炭和改性粘胶纤维按照质量比为1：0.1的比例混合而成。其中改性粘胶纤维经由如下工艺制备而得，
P1、往黏胶原液中掺加8wt%的纳米级多孔微粉，搅拌混合均匀；所述纳米级多孔微粉为纳米竹炭粉和纳米碳酸钙按照质量比1:0.5的比例混合而得混合物；
P2、于0℃条件下真空静置脱泡，得脱泡液；
P3、采用湿法纺丝工艺将脱泡液纺丝制成半成品长丝；
P4、对半成品长丝进行牵拉、水洗、干燥得成品改性黏胶纤维备用。
活性炭具有多孔特性，对有机污染物和重金属污染物具有优异的吸附净化效果；粘胶纤维属于纤维素纤维，分子中含有大量具有金属螯合作用的羟基，对重金属离子去除效果佳，经由纳米级竹炭和纳米级碳酸钙改性的粘胶纤维吸附效果更佳，对有机污染物和重金属污染物的吸附去除效果更佳。
参照图1，药剂喷淋***包括注药桶91、注药泵92、注药管9和第三阀门93。注药管9一端***外井1，另一端通过第三阀门93与注药泵92连接，注药泵92的进液端与注药桶91连接。借助药剂喷淋***可向外井1内注入氧化剂、营养剂或微生物菌种，注入的药剂可随井水扩散至循环井周围土壤中，对土壤中污染物进行进一步净化。
工作原理如下：
通过设置安装管3并在安装管3插设可拆卸更换的过滤管4，过滤管4内填充块状活性炭和用纳米级竹炭-纳米级碳酸钙混合物改性的粘胶纤维作为吸附过滤料41，使得对地下水进行循环修复时，井水中重金属污染物、有机污染物以及内井2顶部气体中的有机污染物均能够被过滤管4内吸附过滤料41吸附净化，使得本申请的地下水循环井净化***在净化有机污染的同时还兼具重金属污染物净化能力，适用于对污染物复杂的土壤的地下水进行净化。另一方面本申请的地下水循环井相较于常规的地下水循环井对污染物的净化周期更短，具有高净化效率的优势。
实施例2：
一种高净化效率地下水循环井净化***，以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：过滤管4内填充的吸附过滤料41有块状活性炭和改性粘胶纤维按照质量比为1：0.5的比例混合而成。其中改性粘胶纤维经由如下工艺制备而得，
P1、往黏胶原液中掺加1wt%的纳米级多孔微粉，搅拌混合均匀；所述纳米级多孔微粉为纳米竹炭粉和纳米碳酸钙按照质量比1:0.5的比例混合而得混合物；
P2、于10℃条件下真空静置脱泡，得脱泡液；
P3、采用湿法纺丝工艺将脱泡液纺丝制成半成品长丝；
P4、对半成品长丝进行牵拉、水洗、干燥得成品改性黏胶纤维备用。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种高净化效率地下水循环井净化***，包括井口封闭设置的外井(1)、井口封闭设置的内井(2)、气体注入***、气体抽提***和药剂喷淋***，所述内井(2)置于所述外井(1)中，所述气体注入***用于向内井(2)井水通入气体曝气，曝气后掺杂有机污染物的气体一部分被所述气体抽提***抽提后经活性炭吸附装置(6)吸附排出，另一部分进入所述外井(1)，所述药剂喷淋***用于向所述外井(1)中喷淋药液；所述内井(2)井壁上有上层筛管(21)和下层筛管(22)，使得所述内井(2)与所述外井(1)内水体流通，所述上层筛管(21)底端低于井水水面，其特征在于：还包括若干根绕内井(2)轴线等间距分布、长度方向和内井(2)轴向相同的安装管(3)，所述安装管(3)的顶端为开口端且从内井(2)顶部伸出、底端为封闭端且位于井水水面以下；所述安装管(3)内插设有过滤管(4)，所述过滤管(4)内填充有吸附过滤料(41)，所述安装管(3)和过滤管(4)的管壁上均开有过滤孔(31)。
2.根据权利要求1所述的一种高净化效率地下水循环井净化***，其特征在于：所述安装管(3)顶端的管壁上沿轴向开有第一卡槽(34)，所述第一卡槽(34)延伸至安装管(3)的顶端形成开口；所述第一卡槽(34)远离开口的一端连通有第二卡槽(35)，所述第二卡槽(35)沿安装管(3)的周向设置；所述过滤管(4)顶端的外圆周侧壁上设有用于与第一卡槽(34)、第二卡槽(35)卡嵌配合锁紧过滤管(4)的卡块(42)。
3.根据权利要求2所述的一种高净化效率地下水循环井净化***，其特征在于：所述安装管(3)内且位于安装管(3)的底部设置有弹性垫块(32)。
4.根据权利要求1所述的一种高净化效率地下水循环井净化***，其特征在于：所述安装管(3)伸出内井(2)部分的内圆周侧壁上设置有弹性密封层(33)。
5.根据权利要求1所述的一种高净化效率地下水循环井净化***，其特征在于：所述过滤管(4)的顶端为开口端，且可拆卸连接有金属波纹软管(5)，所述金属波纹软管(5)远离过滤管(4)的一端与气体抽提***相连通。
6.根据权利要求1所述的一种高净化效率地下水循环井净化***，其特征在于：所述曝气***包括空气泵(71)、设置于空气泵(71)出气端的曝气管(7)、安装于曝气管(7)的第一阀门(72)和设置于曝气管(7)远离空气泵(71)一端的曝气头(73)，所述曝气头(73)位于内井(2)内且位于下层筛管(22)处。
7.根据权利要求1所述的一种高净化效率地下水循环井净化***，其特征在于：所述气体抽提***包括抽提泵(81)、抽气管(8)和第二阀门(82)，所述抽气管(8)一端通过第二阀门(82)与所述抽提泵(81)连接后通向所述活性炭吸附装置(6)，另一端***内井(2)并置于井水水面之上。
8.根据权利要求1所述的一种高净化效率地下水循环井净化***，其特征在于：所述药剂喷淋***包括注药泵(92)、第三阀门(93)和注药管(9)，所述注药管(9)一端经第三阀门(93)与所述注药泵(92)连接，另一端***所述外井(1)并置于井水水面之上。
9.根据权利要求1所述的一种高净化效率地下水循环井净化***，其特征在于：所述吸附过滤料(41)为质量比为1：（0.1-0.5）的块状活性炭和改性粘胶纤维的混合物。
10.根据权利要求9所述的一种高净化效率地下水循环井净化***，其特征在于：所述改性粘胶纤维经由如下工艺制备而得，
P1、往黏胶原液中掺加1-8wt%的纳米级多孔微粉，搅拌混合均匀；所述纳米级多孔微粉为纳米竹炭粉和纳米碳酸钙的混合物；
P2、于0-10℃条件下真空静置脱泡，得脱泡液；
P3、采用湿法纺丝工艺将脱泡液纺丝制成半成品长丝；
P4、对半成品长丝进行牵拉、水洗、干燥得成品改性黏胶纤维备用。
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