地下水污染填注-抽水二重井处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种地下水污染填注-抽水二重井处理方法，其特征在于：在面源污染区设置填注反应材料井（17）与抽水井（18），构成“填注-抽水”二重井，井壁管（3）的含水层位设有过滤管（6），井壁管（3）的上部为不透水管（12），井壁管（3）设有过滤管（6）的外囲设有介质组合材料层（2），根据地下水的污染浓度及介质组合材料的效果确定介质组合材料的厚度，在介质组合材料层（2）的两端内注入还原剂，该还原剂的注入，能够使去除材料重复循环利用，并安装水质监测仪器，实时动态监测地下水水质，可以通过抽水管进行抽水，本发明解决了面源污染难于治理、地下水无法饮用的问题，单个井，就能达到污染物去除与供水的双重目的。
【专利说明】地下水污染填注-抽水二重井处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于地下水处理【技术领域】，适应于大面积地下水污染区，特别是重要供水水源地遭受地下水污染恢复的一种地下水污染填注-抽水二重井处理方法。
【背景技术】
[0002]非点源污染包括农业非点源污染和城市非点源污染，随着经济社会及农业集约化的发展，地下水环境问题逐渐由点源污染向面源污染发展，由城市向农村扩展。尤其是农业种植过程中大量使用化肥、有机肥、工业排放的含氮污染物，长期渗入到地下水中，地下水中硝酸盐含量升高，使得我国北方一些地区地下水中硝酸盐氮的含量超标，导致大量的水源地水质受到污染，对饮水安全及生态环境构成威胁，严重影响了人民群众的供水安全和身体健康。地下水污染的处理方法和工艺主要有异位处理方法和原位修复法，其中异位处理法是通过地面水处理工艺进行处理的技术，主要包括污染土体开挖方法和抽取处理方法；原位修复法是在人为干预的条件下省去抽出过程，在原地将受污染地下水修复的技术，主要包括:原位冲洗法:把修复材料注入地下污染处，在下游抽取地下水，反复冲洗的方法；原位化学氧化法:将氧化剂注入地下水，与污染物反应；可渗透反应墙法(PRB):通过开挖沟槽，充填反应介质，使地下水污染物被阻截并发生反应，从而达到降解污染物的目的。在上述这些方法中，目前在现场应用较为有效的是可渗透反应墙(PRB)方法，PRB方法是用于原位去除地下水及土壤中污染组分的方法。PRB —般安装在地下含水层，垂直于地下水流向，所使用的反应材料一般为具有较强的还原能力的零价金属(最常见的是FeO)，其它还有活性碳、离子交换树脂、磷酸盐以及一些天然材料如甲壳素、沸石、石灰石、有机粘土等。PRB的结构有连续墙体和通道形式，均有不同的适用条件，其设计和施工受到水文地质条件尤其是地层和地下水流的影响。PRB也有一定的局限性:仅适应于定向的地下水污染物扩散，尤其是土壤层或浅层地下水中羽状污染物扩散；设计结构形式简单，一般为连续墙式的沟槽结构或者通道形式；PRB的安装深度一般为1m左右；PRB介质的填充方式为直接填入沟槽内；PRB的介质材料的使用寿命一般为5?7年，介质材料难以循环利用。因此当含水层深度较深，尤其解决地下水面源污染问题时，可渗透反应墙技术的应用就受到了限制。2012年，山东省水利科学研究院开展了地下水硝酸盐污染的原位修复工程试验，获得了“一种在中粗砂地层进行原位修复系统施工工艺”的发明专利和“一种PRB套井”的实用新型专利。其中发明专利是基于原位修复的施工工艺，侧重于施工【技术领域】，即如何构建连续墙、防渗桩、PRB (可渗透反应墙)材料，单功能的进行水质监测，主要是围绕PRB反应墙、井的布局形式以及施工工艺的一项发明。“一种PRB套井”实用新型专利仅是一种套井技术，即是在PRB井内安装一根小直径管道，主要应用于水质监测。
【发明内容】
[0003]本发明主要是为了解决面源污染区地下水的原位修复问题，特别重要的是地下水源地及含水层深度较深的水质修复，从而达到水处理和供水两个目标而提供一种地下水污染“填注-抽水”二重井处理方法与工艺。其主要的处理方法为填注-抽水二重井处理方法，包括填注-抽水井、含水层直接填注组合介质材料工艺、介质置换与催化还原再生工艺、分时段动态监测与抽水工艺等。本发明的应用，提供了一种适用于面源污染区，特别是重要水源地的地下水污染区，含水层深度较深的地下水污染物的去除与处理方法与工艺，该发明能够实现污染物处理与供水双重目的。本发明的原理是利用二重井方法人工营造水位漏斗进行污染物过来处理，即在面源污染区开设填注井，填注井井口的内外围构建反应材料井，中间构建抽水井，利用填注井和抽水井的水位差，地下水经填注井过滤、反应后渗入到抽水井中，进行地下水污染物的去除处理。抽水井和地层之间的圆柱体空间为反应介质组合材料的填注空间，地下水的径流与污染物去除的空间；利用二重井构建方法将填注井和抽水井融合在一个钻孔内的设计，从而实现水处理与抽水直供水厂的双重目的。具体的实施方法如下:
一种地下水污染填注-抽水二重井，其特征在于:在面源污染区设置反应材料井，反应材料井的内壁上设置井壁管，井壁管内为抽水井，填注反应材料井与抽水井构成填注-抽水二重井，井壁管的含水层位设有过滤管，井壁管的上部为不透水管，井壁管设有过滤管的外囲设有介质组合材料层，介质组合材料层的上面经隔层在不透水管的外囲与地面之间填注粘土球，防止污水沿着井壁管进入到井内，井壁管的底部嵌入到基岩中，井壁管内设置抽水管，所述的抽水井的井径在IlOcm?160cm之间，所述的抽水管的内径在10?20cm之间；粘土球的厚度在0.5m?0.8m。
[0004]一种地下水污染填注-抽水二重井处理方法:
一、在介质组合材料层的圆柱空间填注去除介质组合材料，根据地下水的污染浓度及介质组合材料的效果确定组合材料的厚度，厚度一般控制在50?70cm,为防止填料过程中造成介质组合材料的水利分选，介质组合材料的填入采用物理喷射注浆法或者机械注入法，把介质组合材料填注进入含水层部位。
[0005]二、还原剂定期注入:硝酸盐去除材料的实用寿命一般在7?10年，为了保证材料的循环使用，需要在介质组合材料层的两端注入还原剂，将还原剂注入设备设置在需要进行地下水硝酸盐处理的地区的井内，该还原剂注入设备设有两个串联的可膨胀胶囊及还原剂灌注管，还原剂灌注管上设有出液孔19，可膨胀胶囊连接有加压管及连通管，向可膨胀胶囊内注水，在加压泵的压力作用下上下两个可膨胀胶囊膨胀，封堵灌注管和井壁管之间的间隙，两个膨胀胶囊之间的管段形成还原剂浆液出流管段，还原剂浆液由出液孔流出，出流管段可以放置在井中不同的位置，以针对不同位置的处理井反应材料施加还原剂，该还原剂的注入，能够使去除材料重复循环利用，解决了去除材料使用寿命限制问题，并能够有效解决硝酸盐去除材料的堵塞问题；
三、抽水与水质监测:定期注入还原剂后可以把填注-抽水井内的还原剂注入设备撤出，并安装水质监测仪器，实时动态监测地下水水质，可以通过抽水管进行抽水，待井中现有污染的地下水排出后，经过去除材料过滤后的地下水为清洁地下水，地下水的水质达到饮用水中地下水源地水质标准后，可定流量的直接供给水厂或用户。
[0006]本发明为在地下水面源污染地区进行原位修复系统的“填注-抽水”井的处理方法与工艺:解决了面源污染难于治理、地下水无法饮用的问题，其二重井的结构只需要施工单个井，就能达到污染物去除与供水的双重目的。在定流量抽水状态下，能保证进入井内的水体全部经过组合介质材料，水质经过一级处理，达到降解、去除污染物的目的，形成地下水原位处理系统，通过抽水井抽水来达到供水的目的，该方法及工艺可广泛应用于面源污染区地下水中的污染物的处理与供水。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本发明填注-抽水井的剖视结构示意图。
[0008]
【具体实施方式】
[0009]本发明是适应于面源污染区地下水污染物去除兼顾供水的填注-抽水二重井的处理方法。参照附图，具体的实施方式如下:
一种地下水污染填注-抽水二重井，其特征在于:在面源污染区设置反应材料井17，反应材料井17的内壁上设置井壁管3，井壁管3内为抽水井18，填注反应材料井17与抽水井18构成填注-抽水二重井，井壁管3的含水层位设有过滤管6，井壁管3的上部为不透水管12，井壁管3设有过滤管6的外囲设有介质组合材料层2，介质组合材料层2的上面经隔层5在不透水管12的外囲与地面9之间填注粘土球7，防止污水沿着井壁管3进入到井内，井壁管3的底部嵌入到基岩8中，井壁管3内设置抽水管I，所述的抽水井18的井径在I1cm?160cm之间，所述的抽水管I的内径在10?20cm之间；粘土球7的厚度在0.5m?0.8m。
[0010]一种地下水污染填注-抽水二重井处理方法:
一、在介质组合材料层2的圆柱空间填注去除介质组合材料，根据地下水的污染浓度及介质组合材料的效果确定组合材料的厚度，厚度一般控制在50?70cm,为防止填料过程中造成介质组合材料的水利分选，介质组合材料的填入采用物理喷射注浆法或者机械注入法，把介质组合材料填注进入含水层部位。
[0011]二、还原剂定期注入:硝酸盐去除材料的实用寿命一般在7?10年，为了保证材料的循环使用，需要在介质组合材料层2的两端注入还原剂，将还原剂注入设备11设置在需要进行地下水硝酸盐处理的地区的井内，该还原剂注入设备11设有两个串联的可膨胀胶囊13及还原剂灌注管14，还原剂灌注管14上设有出液孔19，可膨胀胶囊13连接有加压管15及连通管16，向可膨胀胶囊13内注水，在加压泵的压力作用下上下两个可膨胀胶囊13膨胀，封堵灌注管14和井壁管2之间的间隙，两个膨胀胶囊13之间的管段形成还原剂浆液出流管段，还原剂浆液由出液孔19流出，出流管段可以放置在井中不同的位置，以针对不同位置的处理井反应材料施加还原剂，该还原剂的注入，能够使去除材料重复循环利用，解决了去除材料使用寿命限制问题，并能够有效解决硝酸盐去除材料的堵塞问题；
三、抽水与水质监测:定期注入还原剂后可以把填注-抽水二重井井内的还原剂注入设备11撤出，并安装水质监测仪器，实时动态监测地下水水质，可以通过抽水管I进行抽水，待井中现有污染的地下水排出后，经过去除材料过滤后的地下水为清洁地下水，地下水的水质达到饮用水中地下水源地水质标准后，可定流量的直接供给水厂或用户。
【权利要求】
1.一种地下水污染填注-抽水二重井，其特征在于:在面源污染区设置反应材料井(17)，反应材料井(17)的内壁上设置井壁管(3)，井壁管(3)内为抽水井(18)，填注反应材料井(17)与抽水井(18)构成填注-抽水二重井，井壁管(3)的含水层位设有过滤管(6)，井壁管(3)的上部为不透水管(12)，井壁管(3)设有过滤管(6)的外囲设有介质组合材料层(2)，介质组合材料层(2)的上面经隔层(5)在不透水管(12)的外囲与地面(9)之间填注粘土球(7 )，防止污水沿着井壁管(3 )进入到井内，井壁管(3 )的底部嵌入到基岩(8 )中，井壁管(3)内设置抽水管(1)，所述的抽水井(18)的井径在IlOcm?160cm之间，所述的抽水管(I)的内径在10?20cm之间；粘土球(7)的厚度在0.5m?0.8m。
2.一种地下水污染填注-抽水二重井处理方法，其特征在于:方法如下: 一、在介质组合材料层(2)的圆柱空间填注去除介质组合材料，根据地下水的污染浓度及介质组合材料的效果确定介质组合材料的厚度，厚度一般控制在50?70cm,为防止填料过程中造成介质组合材料的水利分选，介质组合材料的填入采用物理喷射注浆法或者机械注入法,把介质组合材料填注进入含水层部位； 二、还原剂定期注入:硝酸盐去除材料的实用寿命一般在7?10年，为了保证材料的循环使用，需要在介质组合材料层(2)的两端内注入还原剂，将还原剂注入设备(11)设置在需要进行地下水硝酸盐处理的地区的井内，该还原剂注入设备(11)设有两个串联的可膨胀胶囊(13)及还原剂灌注管(14)，还原剂灌注管(14)上设有出液孔(19)，可膨胀胶囊(13)连接有加压管(15)及连通管(16)，向可膨胀胶囊(13)内注水，在加压泵的压力作用下上下两个可膨胀胶囊(13)膨胀，封堵灌注管(14)和井壁管(P之间的间隙，两个膨胀胶囊(13)之间的管段形成还原剂浆液出流管段，还原剂浆液由出液孔(19)流出，出流管段可以放置在井中不同的位置，以针对不同位置的处理井反应材料施加还原剂，该还原剂的注入，能够使去除材料重复循环利用，解决了去除材料使用寿命限制问题，并能够有效解决硝酸盐去除材料的堵塞问题； 三、抽水与水质监测:定期注入还原剂后可以把填注-抽水”二重井井内的还原剂注入设备(11)撤出，并安装水质监测仪器，实时动态监测地下水水质，可以通过抽水管(I)进行抽水，待井中现有污染的地下水排出后，经过去除材料过滤后的地下水为清洁地下水，地下水的水质达到饮用水中地下水源地水质标准后，可定流量的直接供给水厂或用户。
【文档编号】C02F1/70GK104131594SQ201410255900
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】李福林, 管清花, 陈学群, 田志刚, 宋玉田, 卜庆伟, 林琳, 唐漪, 刘健 申请人:山东省水利科学研究院