一種坎兒井式地下水污染修復系統的制作方法

本發(fā)明屬于地下水污染修復技術領域，具體涉及一種坎兒井式地下水污染修復系統。

背景技術：

我國地下水環(huán)境質量不容樂觀。根據《2015中國環(huán)境狀況公報》，全國5118個地下水水質監(jiān)測點中，水質為優(yōu)良級的監(jiān)測點比例為9.1％，良好級的監(jiān)測點比例為25.0％，較好級的監(jiān)測點比例為4.6％，較差級的監(jiān)測點比例為42.5％，極差級的監(jiān)測點比例為18.8％。因此，針對不同水文地質特征的污染場地開發(fā)經濟適用的地下水污染修復技術具有重要意義。

相對于我國南方地區(qū)而言，北方地區(qū)降雨量小、地下水埋深較深、地下水污染較嚴重。針對這樣的特點，傳統的地下水污染處理技術具有一定的局限性，例如：1)抽出處理技術適用于含水層滲透性較好的污染場地。該技術所需動力消耗、設備運行和維護等費用極大。同時該技術對含水層擾動較大，為防止地下水漏斗的形成還需采用回灌技術，更是增加了資金消耗；2)可滲透反應格柵(PRB)技術適用于地下水埋深較淺且含水層滲透性較差的污染場地，而針對地下水埋深較深的污染場地，其地下施工成本高、維護管理難度大；3)原位曝氣/藥劑注入技術需要持續(xù)提供動力，且曝氣/注入深度越深其施工運行成本越高。同時，該類技術無法對物理/化學/生物反應的程度和范圍有效控制。因此，針對地下水污染嚴重的區(qū)域，尤其是像我國北方這樣的處理難度較大的地區(qū)，迫切需要研究開發(fā)更為經濟實用的地下水污染修復技術。

技術實現要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種新型的地下水污染修復系統，以期解決上述技術問題。

本發(fā)明的發(fā)明人在研究的過程中，偶然發(fā)現有一種灌溉系統在我國已有較為悠久的使用歷史，稱為“坎兒井”?？矁壕缭凇妒酚洝分斜阌杏涊d，時稱“井渠”?？矁壕腔哪彼貐^(qū)一種特殊的灌溉系統，與萬里長城、京杭大運河并稱為中國古代三大工程。在新疆一些沖積扇地形地區(qū)，土壤多為砂礫，滲透性很強，山上雪水溶化后，大部滲入地下，地下水埋藏較深。為了將滲入地下的水分引出，供平原地區(qū)灌溉，新疆勞動人民吸引了井渠法的施工經驗，并將它引用到新的地理條件下，創(chuàng)造出新型的灌溉工程型式。針對地下水埋深較深、含水層水力梯度較大的污染場地，發(fā)明人試圖將這種引水理念借鑒用于地下水污染物的修復過程中，經過設計和現代施工，并輔以現代化污水處理設備，經過探索實踐得出適用于具體地形條件下的控制參數，并經實踐驗證發(fā)現，其技術效果優(yōu)良，具有廣闊的應用前景。

為實現上述目的，本發(fā)明提供一種坎兒井式地下水污染修復系統，其包括縱向設置的監(jiān)控井、橫向設置的主干管和設置于主干管上的污水反應單元；

其中，所述監(jiān)控井設置于含水層上方的包氣帶中；

所述主干管的一端接入含水層中；

所述監(jiān)控井的井管與所述主干管通過三通管件實現三通連接。

所述修復系統包括地埋式修復系統和地面式修復系統，根據污染場地的不同地形條件選擇使用不同的系統。所述地埋式修復系統適用于地表坡度較小的污染場地，所述地面式修復系統適用于地表坡度較大的污染場地。優(yōu)選地，當時，采用所述地埋式修復系統進行地下水修復；當時，采用所述地面式修復系統進行地下水修復；其中θ為地表坡度，Y為主干管的埋深，l為主干管的管長。

優(yōu)選地，所述監(jiān)控井垂直設置，所述主干管水平設置。

優(yōu)選地，所述監(jiān)控井的井口為長方形或圓形，井口大小根據施工及檢修需要確定；

優(yōu)選地，相鄰的兩口所述監(jiān)控井的間距為10-100m；

優(yōu)選地，連接所述監(jiān)控井的井管與所述主干管的三通管件的接口處設置閥門和止回閥。

優(yōu)選地，所述監(jiān)控井中設置地下水常規(guī)指標的實時在線水質監(jiān)測設備，優(yōu)選設置包括水溫、水位、溶解氧、電導率和pH的實時在線水質監(jiān)測設備。

更優(yōu)選地，所述實時在線水質監(jiān)測設備安裝在與所述污水反應單元相鄰的上下游監(jiān)控井中(地埋式修復系統)，或安裝在污水反應單元進出水口處(地面式修復系統)。

優(yōu)選地，所述主干管通過頂管施工的方式接入含水層。

優(yōu)選地，所述主干管和所述監(jiān)測井的井管的管壁由隔水材料制成。

優(yōu)選地，所述主干管的管徑與管長根據含水層單點最大集水流量計算確定，其中，所述單點最大集水流量根據不穩(wěn)定井流水頭降深公式確定。所述單點最大集水流量的計算公式為其中K為滲透系數，p為觀測點到管口的距離，a為含水層壓力傳導系數，t為時間變量，s為水位降深，是誤差函數；

主干管的管徑的計算公式為：其中Re為雷諾系數，γ為液體粘度；

主干管的管長的計算公式為：其中g為重力加速度，H為管道沿程水頭損失，λ為管道沿程阻力系數。

本發(fā)明中，上述優(yōu)選條件在符合本領域常識的基礎上可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。

本發(fā)明所用的原料或試劑除特別說明之外，均市售可得。

本發(fā)明具有下述有益效果：

1)本發(fā)明的地下水污染修復系統結構簡單巧妙、操作方便，成本低廉；

2)本發(fā)明創(chuàng)造性地提出了地下水污染修復系統的設計計算方法，便于實際應用；

3)實現了地下水污染修復過程的無動力和低能耗，且污染物去除過程及二次風險可控；

4)處理達標地下水可及時回灌，減少對含水層的擾動；

5)可同步實現被污染地下水的無動力修復和資源化利用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明地埋式修復系統的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明地面式修復系統的結構示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種坎兒井式地下水污染修復系統，其包括縱向設置的監(jiān)控井、橫向設置的主干管和設置于主干管上的污水反應單元；

其中，所述監(jiān)控井設置于含水層上方的包氣帶中；

所述主干管的一端接入含水層中；

所述監(jiān)控井的井管與所述主干管通過三通管件實現三通連接。

其中，所述包氣帶是指地面以下潛水面以上的地帶，也稱非飽和帶，是大氣水和地表水同地下水發(fā)生聯系并進行水分交換的地帶，它是巖土顆粒、水、空氣三者同時存在的一個復雜系統。

所述含水層是指土壤通氣層以下的飽和層，其介質孔隙完全充滿水分。

所述污水反應單元可為本領域常規(guī)，其一般包括異位修復反應單元，如曝氣生物濾池、SBR反應單元、AO反應單元等水處理工藝均適用于本發(fā)明。

所述修復系統包括地埋式修復系統和地面式修復系統，根據污染場地的不同地形條件選擇使用不同的系統。所述地埋式修復系統適用于地表坡度較小的污染場地，所述地面式修復系統適用于地表坡度較大的污染場地。優(yōu)選地，當時，采用所述地埋式修復系統進行地下水修復；當時，采用所述地面式修復系統進行地下水修復；其中θ為地表坡度，Y為主干管的埋深，l為主干管的管長。

優(yōu)選地，所述監(jiān)控井垂直設置，所述主干管水平設置。

優(yōu)選地，所述監(jiān)控井的井口為長方形或圓形，井口大小根據施工及檢修需要確定；

優(yōu)選地，相鄰的兩口所述監(jiān)控井的間距為10-100m；

優(yōu)選地，連接所述監(jiān)控井的井管與所述主干管的三通管件的接口處設置閥門和止回閥，用于管路維修、控制流量大小、防止水體倒流。

優(yōu)選地，所述監(jiān)控井中設置地下水常規(guī)指標的實時在線水質監(jiān)測設備，優(yōu)選設置包括水溫、水位、溶解氧、電導率和pH的實時在線水質監(jiān)測設備。

更優(yōu)選地，所述實時在線水質監(jiān)測設備安裝在與所述污水反應單元相鄰的上下游監(jiān)控井中(地埋式修復系統)，或安裝在污水反應單元進出水口處(地面式修復系統)。

優(yōu)選地，所述主干管和所述監(jiān)測井的井管的管壁由隔水材料制成。

優(yōu)選地，所述主干管的管徑與管長根據含水層單點最大集水流量計算確定，其中，所述單點最大集水流量根據不穩(wěn)定井流水頭降深公式確定。所述單點最大集水流量的計算公式為其中K為滲透系數，p為觀測點到管口的距離，a為含水層壓力傳導系數，t為時間變量，s為水位降深，是誤差函數；

主干管的管徑的計算公式為：其中Re為雷諾系數，γ為液體粘度；

主干管的管長的計算公式為：其中g為重力加速度，H為管道沿程水頭損失，λ為管道沿程阻力系數。

本發(fā)明的工作原理為：以頂管施工的方式將主干管一端橫向接入水力梯度較大的被污染含水層區(qū)域，主干管另一端連接去除污染物的污水反應單元。主干管管徑根據接入點出水流量計算確定。主干管每隔10-100m設置縱向監(jiān)控井，監(jiān)控井用于管道施工、管路維修以及地下水水溫、水位、溶解氧、電導率、pH等常規(guī)指標的實時在線監(jiān)測。根據污染物的特性確定污水反應單元所需要采用的物理、化學、生物處理方法，污水反應單元的有效容積根據進水流量和最小水力停留時間計算確定。若地表坡度較小，污水反應單元可安裝于地面；若地表坡度較大，污水反應單元可埋設于地下。污水反應單元進出水安裝在線水質監(jiān)測系統，出水水質未達標則循環(huán)進入污水反應單元處理，出水水質達到相應標準后可用于地下水回灌、農田灌溉、以及工業(yè)企業(yè)用水等。

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

在本發(fā)明的一較佳實例中，公開了一種坎兒井式地下水污染修復系統，如圖1的地埋式修復系統的結構示意圖和圖2的地面式修復系統結構示意圖所示，所述坎兒井式地下水污染修復系統包括監(jiān)控井1，主干管2，及反應單元3。

其中，地埋式修復系統適用于地表坡度較小的污染場地，地面式修復系統適用于地表坡度較大的污染場地。當時，采用地埋式修復系統。當時，采用地面式修復系統。其中θ為地表坡度，Y為主干管2最佳埋深，l為主干管2設計管長。

監(jiān)控井1井口為長方形或圓形，井口大小根據施工及檢修需要確定，相鄰兩口監(jiān)控井間距為10-100m，監(jiān)控井1井管與主干管2通過三通連接，連接主干管2三通接口設置閥門及止回閥。

監(jiān)控井1中設置地下水水溫、水位、溶解氧、電導率、pH等常規(guī)指標實時在線監(jiān)測設備。在線水質監(jiān)測系統安裝在與反應單元3相鄰的上下游監(jiān)控井1(地埋式修復系統)，或安裝在反應單元3進出水口處(地面式修復系統)。

主干管2可通過頂管施工的方式接入含水層，管壁為隔水材料制成，主干管2管徑與管長根據含水層單點最大集水流量計算確定。

單點最大集水流量根據不穩(wěn)定井流水頭降深公式確定，其計算公式為其中K為滲透系數，p為觀測點到管口的距離，a為含水層壓力傳導系數，t為時間變量，s為水位降深。是誤差函數。

主干管2管徑的計算公式為：其中Re為雷諾系數，γ為液體粘度。

主干管2管長的計算公式為：其中g為重力加速度，H為管道沿程水頭損失，λ為管道沿程阻力系數。

將前述較佳實例中所述的如圖1的地埋式修復系統和圖2的地面式修復系統運用于平原地區(qū)且水力坡度大和山地丘陵地區(qū)且水力坡度大的兩種地形條件下，結果表明，本發(fā)明的修復系統能夠充分利用含水層自然水力梯度，將被污染地下水引流至外部污水處理反應單元進行凈化，從而實現高效、低能耗、綠色環(huán)保的發(fā)明理念。

截至目前，本發(fā)明的設計構思在污水處理技術領域還未見有任何相關報道，因此本發(fā)明屬于首創(chuàng)。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。