一种组合式多相抽提系统及其抽提方法与流程

本发明涉及一种场地污染修复系统和方法，具体地，涉及一种用于污染场地土壤地下水修复工程的基于轻型井点降水工艺的组合式多相抽提系统及其抽提方法。

背景技术：

轻型井点降水技术是土方工程、地基与基础工程施工中一种常用的人工降低地下水位的方法。其目的是通过疏干基土中的水分，促使土体固结，提高地基强度和边坡稳定性，为下一步基础施工创造良好的施工条件。轻型井点降水装置主要包括井点管、吸水总管和抽提设备。该装置通过在拟建工程基坑区域埋设若干一定深度的吸水井点管，在地面安装吸水总管及抽提设备，通过抽提设备从井点管不断抽吸地下水，使基坑内的地下水逐渐降低到一定深度。轻型井点降水装置具有设备简单、易于操作、便于管理的优势。

多相抽提技术是一种原位土壤地下水修复技术，通过对安装在地下的抽提井施加真空，同时将地下包气带和饱和带中的土壤气体、污染地下水和非水溶性自由相(如果存在)抽提至地面上，然后经地面处理设施处理后排放或做下一步处置。其可应用的目标污染物类型包括挥发性有机污染物、可生物降解的半挥发性有机污染物以及可回收非水溶性流体等，应用较广泛。

目前，国内已有实践研究将轻型井点降水技术与多相抽提技术结合用于污染场地修复治理，如授权公告号为cn205035816u，名称为一种基于轻型井点降水工艺的简易多相抽提装置的实用新型专利，提供了一套在轻型井点降水工艺基础上改进的简易多相抽提装置，其设备和运行维护成本可以大大降低，并且操作简单、技术成熟。然而，在修复工程应用实践中，由于抽提井筛管长短设置类型的单一，该类多相抽提系统往往具有某些方面的不足，如不能达到预期的地下水降深，抽提过程中会导致较严重的污染地下水在含水层的上下混合，或者不能达到预期的土壤气体抽提效果等。

对于短筛管多相抽提井，筛管位于井管底部，抽提过程中含水层与大气基本不连通，抽提过程主要以抽提地下水为主，具有较好的降水效果；但是由于筛管位置较低，抽提运行时含水层会出现由上至下的地下水流向，可能引起污染物从含水层上层重污染区域向下层轻污染区域的转移；此外，短筛管多相抽提井对土壤气体的抽提效果欠佳。

对于长筛管多相抽提井，筛管长度与污染深度匹配，多相抽提路径直接、阻力较小，抽提运行初期能快速抽提出含水层上层的污染地下水，然后在形成一定的地下水降深后以抽提土壤气体为主；然而随着地下水位的降低，抽提后期会出现抽提负压通过抽提井筛管、地下水位下降后形成的非饱和带土壤与大气形成较好的连通情况，从而降低地下水抽提的效率，使地下水位下降达不到设计预期，土壤气体抽提的影响深度不能完全覆盖污染深度。

因此，有必要在现有基于轻型井点降水工艺的多相抽提装置的基础上，对多相抽提系统进行进一步的改进，通过更为灵活的应用形式，使多相抽提系统能够适应不同污染特征和不同水文地质条件的场地，并可针对污染场地内存在的局部差异进行精细调整，从而实现更为高效的多相抽提效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于污染场地土壤地下水修复工程的系统和方法，具有更为灵活的应用形式，基于轻型井点降水工艺的多相抽提装置在运行实践上存在的不足，使多相抽提系统能够适应不同污染特征和不同水文地质条件的场地，并可针对污染场地内存在的局部差异进行精细调整，从而实现更为高效的多相抽提效果。

为了达到上述目的，本发明提供了一种组合式多相抽提系统，用于污染场地土壤地下水修复，其中，所述抽提系统包含地下组合式多相抽提井群与地面抽提装置；所述的地下组合式多相抽提井群包含若干组合设置的短筛管多相抽提井与长筛管多相抽提井；所述的地面抽提装置相应地包含相互独立的短筛管地面抽提装置和长筛管地面抽提装置。

上述的组合式多相抽提系统，其中，所述的抽提系统，其短筛管多相抽提井包含井管和设置在井管底部的短筛管，所述的短筛管长度为1～1.5m。主要用于抽出污染含水层下层的地下水，在修复区域形成有效的地下水降深，为土壤气体的抽提创造条件。

上述的组合式多相抽提系统，其中，所述的抽提系统，其长筛管多相抽提井包含井管和设置在井管下部的长筛管，所述的长筛管长度大于整个地下水的修复深度。主要用于快速抽出污染含水层上层的地下水，并在形成地下水有效降深后主要用于土壤气体的抽提。

上述的组合式多相抽提系统，其中，所述长筛管多相抽提井的井管和短筛管多相抽提井的井管内均由底部向上填充砂滤层，填充高度均与筛管长度相匹配，填充高度比所在井管中的筛管长度高0.5m，即砂滤层一般应填至筛管以上约0.5m。优选地，砂滤层设置在筛管之外和井管之内，即位于筛管和井管之间。

上述的组合式多相抽提系统，其中，所述长筛管多相抽提井的井管和短筛管多相抽提井的井管内，在填充的砂滤层之上和井口之下设有封口层，所述的封口层是采用膨润土封口压实；封口层之上的地面处以水泥浆封孔；即井内筛管段填砂后，井口以下用膨润土封口压实，地面采用水泥浆封孔，封孔深度根据实际地下水位进行合理确定。

上述的组合式多相抽提系统，其中，所述长筛管多相抽提井和短筛管多相抽提井，分别通过相互独立的由软管与支管组成的长筛管地面抽提装置和短筛管地面抽提装置连接至相互独立的真空泵。即短筛管多相抽提井和长筛管多相抽提井，各自通过软管与支管系统连接至相互独立的真空泵，形成相互独立的地面抽提装置。

上述的组合式多相抽提系统，其中，所述长筛管多相抽提井和短筛管多相抽提井，在需要修复的范围内相互交替且均匀地设置；即根据修复范围与抽提影响半径，按照均匀布设以及相互交替的原则，在修复范围内进行布设；长筛管多相抽提井和短筛管多相抽提井的设置密度根据场地污染特征以及水文地质条件决定。

上述的组合式多相抽提系统，其中，所述长筛管多相抽提井和短筛管多相抽提井的设置密度，根据场地污染特征以及水文地质条件而不同，所述的设置密度为污染场地全场设置密度或局部设置密度。也就是说，根据不同场地污染特征或水文地质条件的不同，在均匀布设及相互交替原则的基础上，可在全场灵活增加短筛管多相抽提井或长筛管多相抽提井的布设密度；还可以根据场地内存在的场地污染特征或水文地质条件局部差异，在均匀布设及相互交替原则的基础上，可灵活增加局部区域短筛管多相抽提井或长筛管多相抽提井的布设密度。

本发明还提供了上述的组合式多相抽提系统的抽提方法，其中，该方法包含：步骤1，根据场地的地质与水文地质条件，结合相关修复工程经验，综合考虑修复区域的现场情况，确定多相抽提井的影响半径；步骤2，根据污染场地修复范围以及步骤1确定的多相抽提井的影响半径，进行多相抽提井点位的布设，其中短筛管多相抽提井和长筛管多相抽提井相互交替且均匀地进行布设；具体地说，按照均匀布设原则，在修复范围内分别均匀布设短筛管多相抽提井和长筛管多相抽提井，按照相互交替布设原则，短筛管多相抽提井和长筛管多相抽提井的位置相互位于各自间隙区域的中心；步骤3，根据修复区域污染深度，进行多相抽提井的安装设计；步骤4，根据多相抽提井的点位布设和安装设计，进行短筛管多相抽提井和长筛管多相抽提井的安装；步骤5，将安装好的短筛管多相抽提井和长筛管多相抽提井分别通过软管与支管系统连接至相互独立的真空泵，形成相互独立的短筛管地面抽提装置和长筛管地面抽提装置；步骤6，通过安装好的组合式多相抽提系统进行污染场地土壤地下水抽提；步骤7，将短筛管多相抽提井和长筛管多相抽提井抽出的气水混合物通过地面处理装置进行处理；所述的地面处理装置包含共用的或单独的气水分离器。也就是说，在不同的运行阶段，短筛管多相抽提井和长筛管多相抽提井抽出的气水混合物中地下水和土壤气体的比例会有所不同，后续可以汇合至共同的气水分离器进行处理，也可以设置不同的气水分离器分别进行处理。

上述的组合式多相抽提系统的使用方法，其中，步骤3所述的安装设计包含：多相抽提井的安装深度与污染深度相匹配，短筛管多相抽提井的短筛管部分位于井管底部，短筛管长度1～1.5m，长筛管多相抽提井的长筛管位于井管下部，长筛管长度大于整个地下水的修复深度，井管内填充砂滤层，其高度均与所在井管中的筛管长度匹配，一般应填至筛管以上约0.5m；井内筛管段填砂后，井口以下用膨润土封口压实，地面采用水泥浆封孔，封孔深度根据实际地下水位进行合理确定。

本发明提供的组合式多相抽提系统及其抽提方法具有以下优点：

(1)通过短筛管多相抽提井，保证了设计地下水降深的形成，确保地下水的水相抽提达到预期效果；

(2)通过长筛管多相抽提井，快速抽出含水层上层的污染地下水，可以在很短时间内形成一个相对有效的降深，同时能够强化整个修复区域土壤气体的抽提，提高修复效率；

(3)对于不同污染特征和不同水文地质条件的场地，可以通过灵活调整短筛管多相抽提井和长筛管多相抽提井的布设比例，强化地下水或土壤气体的抽提效果；

(4)对于污染程度或场地条件存在明显局部差异的修复场地，可灵活增加重点区域短筛管多相抽提井或长筛管多相抽提井的布设密度，强化重点区域的多相抽提效果。

因此，本发明通过长、短筛管的组合式设计，弥补了单一多相抽提系统存在的不足，具有更强的实践应用灵活性，能够实现更为高效的多相抽提效果。

附图说明

图1为本发明的组合式多相抽提系统的结构示意图。

图2为本发明的组合式多相抽提系统的井点均匀布设示例图。

图3为本发明的组合式多相抽提系统的井点强化布设示例图。

图4为本发明的组合式多相抽提系统的井点重点布设示例图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

如图1所示，本发明提供的组合式多相抽提系统，用于污染场地土壤地下水修复，该系统包含：地下组合式多相抽提井群与地面抽提装置。

地下组合式多相抽提井群包含若干组合设置的短筛管多相抽提井1与长筛管多相抽提井2。地面抽提装置相应地包含相互独立的短筛管地面抽提装置和长筛管地面抽提装置。

短筛管多相抽提井1包含井管和设置在井管底部的短筛管3，短筛管3长度为1～1.5m。主要用于抽出污染含水层下层的地下水，在修复区域形成有效的地下水降深，为土壤气体的抽提创造条件。长筛管多相抽提井2包含井管和设置在井管下部的长筛管4，长筛管4长度大于整个地下水的修复深度。主要用于快速抽出污染含水层上层的地下水，并在形成地下水有效降深后主要用于土壤气体的抽提。长筛管多相抽提井2的井管和短筛管多相抽提井1的井管内均由底部向上填充砂滤层5，填充高度均与筛管长度相匹配，填充高度比所在井管中的筛管长度高0.5m，即砂滤层5一般应填至筛管以上约0.5m。优选地，砂滤层5设置在筛管之外和井管之内，即位于筛管和井管之间。长筛管多相抽提井2的井管和短筛管多相抽提井1的井管内，在填充的砂滤层5之上和井口之下设有封口层，封口层是采用膨润土6封口压实；封口层之上的地面处以水泥浆7封孔；即井内筛管段填砂后，井口以下用膨润土6封口压实，地面采用水泥浆7封孔，封孔深度根据实际地下水位进行合理确定。

长筛管多相抽提井2和短筛管多相抽提井1分别通过相互独立的由软管8与支管组成的长筛管地面抽提装置和短筛管地面抽提装置连接至相互独立的真空泵。即短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2，各自通过软管8与支管系统连接至相互独立的真空泵，形成相互独立的地面抽提装置。

长筛管多相抽提井2和短筛管多相抽提井1在需要修复的范围内相互交替且均匀地设置；即根据修复范围与抽提影响半径，按照均匀布设以及相互交替的原则，在修复范围内进行布设；长筛管多相抽提井2和短筛管多相抽提井1的设置密度根据场地污染特征以及水文地质条件决定。长筛管多相抽提井2和短筛管多相抽提井1的设置密度，根据场地污染特征以及水文地质条件不同而不同，该设置密度为污染场地全场设置密度或局部设置密度。也就是说，根据不同场地污染特征或水文地质条件的不同，在均匀布设及相互交替原则的基础上，可在全场灵活增加短筛管多相抽提井1或长筛管多相抽提井2的布设密度；还可以根据场地内存在的场地污染特征或水文地质条件局部差异，在均匀布设及相互交替原则的基础上，可灵活增加局部区域短筛管多相抽提井1或长筛管多相抽提井2的布设密度。

本发明还提供了上述的组合式多相抽提系统的抽提方法，其包含：

步骤1，确定多相抽提井的影响半径。

步骤2，根据污染场地修复范围以及步骤1确定的多相抽提井的影响半径，进行多相抽提井点位的布设，其中短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2相互交替且均匀地进行布设。

步骤3，根据修复区域污染深度，进行多相抽提井的安装设计。

步骤4，根据多相抽提井的点位布设和安装设计，进行短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2的安装。

步骤5，将安装好的短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2分别通过软管8与支管系统连接至相互独立的真空泵，形成相互独立的短筛管地面抽提装置和长筛管地面抽提装置。

步骤6，通过安装好的组合式多相抽提系统进行污染场地土壤地下水抽提。

步骤7，将短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2抽出的气水混合物通过地面处理装置13进行处理；地面处理装置13包含共用的或单独的气水分离器。

下面结合实施例对本发明提供的组合式多相抽提系统及其抽提方法做更进一步描述。

实施例1

一种组合式多相抽提系统，包含短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2，安装深度均与污染深度匹配。短筛管多相抽提井1的短筛管3位于井管底部，短筛管3长度1～1.5m，长筛管多相抽提井2的长筛管4长度则覆盖整个地下水修复深度。多相抽提井砂滤层5的填充高度与所在井管中的筛管长度进行匹配，填至筛管以上约0.5m。井点填砂后，井口以下用膨润土6封口压实，地面采用水泥浆7封孔。安装好的短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2各自通过钢丝软管8与短筛管抽提支管9和长筛管抽提支管10连接至短筛管抽提真空泵11和长筛管抽提真空泵12，形成相互独立的地面抽提装置。地面抽提装置排出的气水混合物，通过后续地面处理装置13进行气水分离和进一步处理。

本实施例还提供了上述的组合式多相抽提系统的抽提方法，该方法包含：

步骤1，根据场地的地质与水文地质条件，结合相关修复工程经验，综合考虑修复区域的现场情况，确定多相抽提井的影响半径。

步骤2，根据污染场地修复范围以及步骤1确定的多相抽提井的影响半径，进行多相抽提井点位的布设，其中短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2相互交替且均匀地进行布设；具体地说，按照均匀布设原则，在修复范围内分别均匀布设短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2，按照相互交替布设原则，短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2的位置相互位于各自间隙区域的中心。

步骤3，根据修复区域污染深度，进行多相抽提井的安装设计。具体来说，多相抽提井的安装深度与污染深度相匹配，短筛管多相抽提井1的短筛管3部分位于井管底部，短筛管3长度1～1.5m，长筛管多相抽提井2的长筛管4位于井管下部，长筛管4长度大于整个地下水的修复深度，井管内填充砂滤层5，其高度均与所在井管中的筛管长度匹配，一般应填至筛管以上约0.5m；井内筛管段填砂后，井口以下用膨润土6封口压实，地面采用水泥浆7封孔，封孔深度根据实际地下水位进行合理确定。

步骤4，根据多相抽提井的点位布设和安装设计，进行短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2的安装。

步骤5，将安装好的短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2分别通过软管8与支管系统连接至相互独立的真空泵，形成相互独立的短筛管地面抽提装置和长筛管地面抽提装置。

步骤6，通过安装好的组合式多相抽提系统进行污染场地土壤地下水抽提。

步骤7，将短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2抽出的气水混合物通过地面处理装置13进行处理；地面处理装置13包含共用的或单独的气水分离器。也就是说，在不同的运行阶段，短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2抽出的气水混合物中地下水和土壤气体的比例会有所不同，后续可以汇合至共同的气水分离器进行处理，也可以设置不同的气水分离器分别进行处理。

组合式多相抽提系统常见的几种典型井位布置形式如图2～4所示：

1均匀布设：按照均匀布设原则，均匀布设短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2，两种筛管交替布置；

2强化布设：灵活调整短筛管多相抽提井1和长筛管多相抽提井2的布设密度和布设比例，强化地下水或土壤气体的抽提效果；

3重点布设：灵活增加局部重污染区域短筛管或长筛管的布设密度，强化重点区域的多相抽提效果。

本发明提供的组合式多相抽提系统及其抽提方法，可应用于挥发性有机物、可生物降解的半挥发性有机物以及可移动态轻质非水相流体等污染场地的土壤地下水修复工程，具有技术成熟可靠、安装和调试周期短、运行操作简单灵活、运行维护费用低廉等优势。该系统通过对地下多相抽提井群的井管筛管长短设置与井管平面布置组合的改进，大大提高了多相抽提系统的修复效果，使得该多相抽提系统能够适应不同污染特征和不同水文地质条件的污染场地，并可针对污染场地内存在的局部差异进行精细调整，从而实现灵活高效的多相抽提修复效果。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。