用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统论文和设计-尹炳奎

全文摘要

本实用新型的而提供一种用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，既可实现修复药剂的投加与污染地下的抽提于一体，又可实现修复药剂与污染地下水的原位混合、反应。注药泵通过注药管与抽注管连接，注药阀安装在注药管上；真空泵通过抽提管与抽注管连接，抽提阀安装在抽提管上；上下限位开关安装在白管内；筛管的上端固定在白管的下端；内管固定设置于外管中；抽注管与内管连接，内管阀安装在抽注管上；进气阀安装在进气管上；排气管与白管连接；排空阀安装在排气管上；带弹簧活塞安装在白管中；进气管的一端与空压机连接，另一端与白管连接；内管与筛管的连通处位于活塞的下方；自控系统与各个泵和阀连接。

主设计要求

1.一种用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，其特征在于：包括修复药剂注入系统、污染地下水抽提系统、修复药剂混合反应系统、双管抽注一体井系统、辅助管道系统和自控系统；辅助管道系统包括注药管、抽提管、抽注管、进气管和排气管；修复药剂注入系统包括有注药泵和注药阀；注药泵通过注药管与抽注管连接，注药阀安装在注药管上；污染地下水抽提系统包括真空泵和抽提阀；真空泵通过抽提管与抽注管连接，抽提阀安装在抽提管上；双管抽注一体井系统包括外管、内管、内管阀、上限位开关和下限位开关；外管包括白管和筛管；上限位开关和下限位开关安装在白管内，上限位开关位于下限位开关的上方；筛管的上端固定在白管的下端，筛管上设置有筛孔；内管固定设置于外管中，并与筛管连通；抽注管与内管连接，内管阀安装在抽注管上；修复药剂混合反应系统包括空压机、进气阀、排空阀和带弹簧活塞；进气阀安装在进气管上；排气管与白管连接；排空阀安装在排气管上；带弹簧活塞包括弹簧和活塞，弹簧一端与外管固定，另一端与活塞固定，活塞滑动安装在白管中，并位于上限位开关和下限位开关之间；进气管的一端与空压机连接，另一端与白管连接，且进气管与白管连接的一端位于活塞的上方；内管与筛管的连通处位于活塞的下方；自控系统与注药泵、注药阀、真空泵、抽提阀、内管阀、上限位开关、下限位开关、空压机、进气阀、排空阀连接。

设计方案

1.一种用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，其特征在于：包括修复药剂注入系统、污染地下水抽提系统、修复药剂混合反应系统、双管抽注一体井系统、辅助管道系统和自控系统；

辅助管道系统包括注药管、抽提管、抽注管、进气管和排气管；

修复药剂注入系统包括有注药泵和注药阀；注药泵通过注药管与抽注管连接，注药阀安装在注药管上；

污染地下水抽提系统包括真空泵和抽提阀；真空泵通过抽提管与抽注管连接，抽提阀安装在抽提管上；

双管抽注一体井系统包括外管、内管、内管阀、上限位开关和下限位开关；外管包括白管和筛管；上限位开关和下限位开关安装在白管内，上限位开关位于下限位开关的上方；筛管的上端固定在白管的下端，筛管上设置有筛孔；内管固定设置于外管中，并与筛管连通；抽注管与内管连接，内管阀安装在抽注管上；

修复药剂混合反应系统包括空压机、进气阀、排空阀和带弹簧活塞；进气阀安装在进气管上；排气管与白管连接；排空阀安装在排气管上；带弹簧活塞包括弹簧和活塞，弹簧一端与外管固定，另一端与活塞固定，活塞滑动安装在白管中，并位于上限位开关和下限位开关之间；进气管的一端与空压机连接，另一端与白管连接，且进气管与白管连接的一端位于活塞的上方；内管与筛管的连通处位于活塞的下方；

自控系统与注药泵、注药阀、真空泵、抽提阀、内管阀、上限位开关、下限位开关、空压机、进气阀、排空阀连接。

2.根据权利要求1所述的用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，其特征在于：所述的白管和筛管的管径为De63；所述的注药管、抽提管、抽注管的管径为De20～De40；所述的进气管和排气管的管径为De20；所述的内管的管径为De20或De25。

3.根据权利要求1所述的用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，其特征在于：所述的注药泵为计量泵、螺杆泵或气动隔膜泵；所述的注药阀、进气阀和排空阀为电动阀或电磁阀。

4.根据权利要求1所述的用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，其特征在于：所述的真空泵为井点降水泵；所述抽提阀为电动阀或电磁阀。

5.根据权利要求1所述的用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，其特征在于：所述的双管抽注一体井系统还包括上管堵和下管堵；上管堵固定在白管的上端，将白管的上端堵住；下管堵固定在筛管的下端，将筛管的下端堵住。

6.根据权利要求5所述的用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，其特征在于：所述的下管堵、白管和筛管材质为PPR，上管堵材质为有机玻璃，内管材质为UPVC或PPR。

7.根据权利要求1所述的用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，其特征在于：所述的上限位开关和下限位开关均为霍尔开关。

8.根据权利要求1所述的用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，其特征在于：所述的外管与土体之间由下至上依次填充石英砂、膨润土和水泥。

9.根据权利要求1所述的用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，其特征在于：所述的筛孔为条形孔，且筛孔为多个，交替设置。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，主要用于污染地下水的修复。

背景技术

根据《全国城市饮用水安全保障规划（2006-2020年）》数据，全国近20%的城市集中式地下水水源水质劣于Ⅲ类，部分城市饮用水水源水质超标因子除常规化学指标外，甚至出现了致癌、致畸、致突变污染指标。另外，大量工业企业的“退城入园”遗留下了众多的污染场地，“点源”地下水污染现象尤为突出。而随着水资源短缺问题的日益严峻及人们环保意识的提高，地下水污染问题日益受到重视。国家也逐步投入了大量的人力、财力进行污染地下水修复技术的研究及污染地下水修复工程的实施。地下水污染具有污染物种类繁多、污染程度不一、地质环境多样等特点。因此，污染地下水的治理是目前环境修复领域的热点，其也面临着重大的发展机遇。

目前常用的污染地下水修复技术有原位化学注入技术、抽取处理技术及可渗透反应墙修复技术等。原位化学注入技术是向污染地下水中注入化学氧化药剂，通过氧化作用分解地下水中的污染物；抽取处理技术是将污染地下水抽出地表，然后利用地表上的水处理构筑物去除地下水中污染物的方法；可渗透反应墙修复技术是指在地下安装一个填充有活性反应材料的被动反应区，当受污染地下水在自然水力梯度的作用下通过活性材料墙体时，地下水中的污染物与活性材料发生吸附、沉淀、氧化还原等反应，从而去除地下水中的污染物。原位化学注入和抽取处理技术均具有见效快、适宜于处理污染物浓度高、污染范围大、污染晕埋藏深的污染地下水修复等特点，是目前应用最广泛、成熟程度最高的污染地下水修复技术。采用单一的原位注入技术，存在有注入井有效影响半径不足及药剂混合效率较低等不足，从而影响修复效果。采用单一抽取处理技术时，对部分水溶性较差的有机物修复效果较差。因此，采用抽出-注入联用技术有利于保障地下水污染状况较为复杂时的修复效果。在采用抽出-注入联用技术时，通常会采用抽出井和注入井交替布置方式，存在施工工期长和系统转换效率低的缺点。因此，实施地下水修复工程亟需转换高效且提升药剂混合效率的抽注一体系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，既可实现修复药剂的投加与污染地下的抽提于一体，又可实现修复药剂与污染地下水的原位混合、反应。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统，其特征在于：包括修复药剂注入系统、污染地下水抽提系统、修复药剂混合反应系统、双管抽注一体井系统、辅助管道系统和自控系统；

辅助管道系统包括注药管、抽提管、抽注管、进气管和排气管；

修复药剂注入系统包括有注药泵和注药阀；注药泵通过注药管与抽注管连接，注药阀安装在注药管上；

污染地下水抽提系统包括真空泵和抽提阀；真空泵通过抽提管与抽注管连接，抽提阀安装在抽提管上；

自控系统与注药泵、注药阀、真空泵、抽提阀、内管阀、上限位开关、下限位开关、空压机、进气阀、排空阀连接。

本实用新型所述的白管和筛管的管径为De63；所述的注药管、抽提管、抽注管的管径为De20～De40；所述的进气管和排气管的管径为De20；所述的内管的管径为De20或De25。

本实用新型所述的注药泵为计量泵、螺杆泵或气动隔膜泵；所述的注药阀、进气阀和排空阀为电动阀或电磁阀。

本实用新型所述的真空泵为井点降水泵；所述抽提阀为电动阀或电磁阀。

本实用新型所述的双管抽注一体井系统还包括上管堵和下管堵；上管堵固定在白管的上端，将白管的上端堵住；下管堵固定在筛管的下端，将筛管的下端堵住。

本实用新型所述的下管堵、白管和筛管材质为PPR，上管堵材质为有机玻璃，内管材质为UPVC或PPR。

本实用新型所述的上限位开关和下限位开关均为霍尔开关。

本实用新型所述的外管与土体之间由下至上依次填充石英砂、膨润土和水泥。

本实用新型所述的筛孔为条形孔，且筛孔为多个，交替设置。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

（1）本实用新型顺应国家污染场地修复环保政策，采用修复药剂注入污染地下水中、修复药剂与污染地下水原位混合反应、污染地下水被抽提至地表处理的方式实现对污染地下水的修复。

（2）本实用新型既可实现修复药剂的投加，也可实现污染地下水的抽提，集污染地下水的原位药剂投加与异位抽提于一体，系统易于组建且功能多样。

（3）本实用新型通过修复药剂混合反应系统实现修复药剂与污染地下水的原位充分混合、反应，可确保污染地下水的修复效果。

（4）本实用新型尤其适用于受非水溶性或弱水溶性物质污染地下水的修复处理，解决目前该类污染地下水难以修复或修复效果较差的难题。

（5）本实用新型的相关设备和系统可分别用于污染地下水的抽出-修复处理、原位化学修复处理及抽出-修复和原位化学修复复合处理，设备简单且用途广泛。

（6）本实用新型通过活塞反复驱动修复药剂和影响半径内的地下水混合，实现修复药剂与污染地下水的原位充分混合、反应，可确保污染地下水的修复效果。

（7）本实用新型通过上下限位开关统实现活塞的控制，控制方式简便有效。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

参见图1，本实用新型实施例包括修复药剂注入系统a、污染地下水抽提系统b、修复药剂混合反应系统c、双管抽注一体井系统d、辅助管道系统e和自控系统。

修复药剂注入系统a、污染地下水抽提系统b、修复药剂混合反应系统c、双管抽注一体井系统d通过辅助管道系统e连接成一个整体。辅助管道系统包括注药管2、抽提管5、抽注管7、进气管20、排气管19。注药管2、抽提管5、抽注管7的管径为De20～De40。进气管20、排气管19的管径为De20。

修复药剂注入系统a包括注药泵1和注药阀3。注药泵1为计量泵、螺杆泵或气动隔膜泵，注药泵1为气动隔膜泵或螺杆泵时，注药管2上可加设流量计，流量计为浮子流量计或电磁流量计，注药泵1为气动隔膜泵时，可配备空压机或压缩空气作为气源。注药阀3为电动阀或电磁阀。注药泵1通过注药管2与抽注管7连接，注药阀3安装在注药管2上，注药泵1通过注药阀3的启闭向污染地下水中注入修复药剂或停止注入药剂。

污染地下水抽提系统b包括真空泵4和抽提阀6。真空泵4为常规使用的井点降水泵。所述抽提阀6为电动阀或电磁阀。真空泵4通过抽提管5与抽注管7连接，抽提阀6安装在抽提管5上，真空泵4通过抽提阀6的启闭而抽提污染地下水或停止抽提污染地下水。

双管抽注一体井系统d包括外管17、内管9、内管阀8和上限位开关11和下限位开关14。

外管17包括白管13、筛管15、上管堵10和下管堵16。上管堵10固定在白管13的上端，将白管13的上端堵住；筛管15的上端固定在白管13的下端，筛管15上设置有筛孔，筛孔将筛管15的管内和管外连通；下管堵16固定在筛管15的下端，将筛管15的下端堵住。下管堵16、白管13和筛管15材质为PPR，上管堵10材质为有机玻璃。白管13和筛管15的管径为De63。筛孔为宽度为0.5mm的条形孔，且筛孔为多个，交替设置。白管13和筛管15可为一个整体。外管17与土体之间由下至上依次填充石英砂、膨润土和水泥。

内管9固定设置于白管13中，并与筛管15连通。内管9材质为UPVC或PPR，管径为De20或De25。

抽注管7与内管9连接。内管阀8安装在抽注管7上。

修复药剂混合反应系统c包括空压机22、进气阀21、排空阀18和带弹簧活塞12。

排气管19与白管13连接。排空阀18安装在排气管19上。

上限位开关11固定在白管13的上端，下限位开关14固定在白管13的下端。上限位开关11和下限位开关14为霍尔开关。

带弹簧活塞12包括弹簧和活塞。弹簧一端与外管17固定，另一端与活塞固定。活塞滑动安装在白管13中，以白管13为轴滑动，并位于上限位开关11和下限位开关14之间，上限位开关11和下限位开关14用来控制带弹簧活塞12的移动范围。

进气管20的一端与空压机22连接，另一端与白管13连接，且进气管20与白管13连接的一端位于活塞的上方。进气阀21安装在进气管20上。

进气阀21和排空阀18为电动阀或电磁阀。

内管9与筛管15的连通处位于活塞的下方。

自控系统与注药泵1、注药阀3、真空泵4、抽提阀6、内管阀8、空压机22、进气阀21、排空阀18连接，用于控制这些设备的启闭。自控系统还与上限位开关11和下限位开关14连接，活塞到达限位开关和离开限位开关时，限位开关将活塞到达和离开的信号反馈给自控系统。

一种用于污染地下水修复的活塞式抽注一体化系统的工作方法，包括修复药剂注入污染地下水并与污染地下水原位混合反应和污染地下水被抽提至地表两个过程。

修复药剂注入污染地下水并与污染地下水原位混合反应过程为：自控系统控制注药阀3和内管阀8开启，抽提阀6、进气阀21、排气阀18关闭，注药泵1将修复药剂依次通过注药管2、注药阀3、抽注管7、内管阀8、内管9、筛管15注入污染地下水中。修复药剂注入特定时间后，自控系统关闭注药泵1、注药阀3和内管阀8，开启进气阀21和空压机22，空压机22产生的空气经进气管20、进气阀21后进入外管17，促使活塞由上限位开关11下移，将管内药剂压出与管外地下水混合；活塞移动到下限位开关14后，自控系统关闭进气阀21和空压机22，开启排气阀18，则活塞在弹簧拉力作用下由下限位开关14返回至上限位开关11，当活塞返回至上限位开关11时，自控系统关闭排气阀18，开启进气阀21和空压机22，再次促使活塞由上限位开关11下移至下限位开关14，自控系统再关闭进气阀21和空压机22，开启排气阀18，使活塞由下限位开关14返回至上限位开关11，活塞在白管13中的反复移动促使修复药剂与污染地下水的原位混合、反应。

染地下水被抽提至地表过程：自控系统控制抽提阀6和内管阀8开启，注药阀3、进气阀21、排气阀18关闭，开启真空泵4使得辅助管道系统产生负压，则污染地下水依次经过筛管15、内管9、内管阀8、抽注管7、抽提阀6和抽提管5被抽提至地表。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

设计图

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