地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统及其建造方法技术方案

本发明专利技术公开了一种地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统及其建造方法，所述系统包括地下原位处理系统和地表二次串联处理系统；所述地下原位处理系统包括供水井以及围绕所述供水井设置的粘土桩和PRB材料桩；所述地表二次串联处理系统包括进水管、排水管和多个滤芯模块；所述多个滤芯模块串联连接，位于最上方的滤芯模块的一端与所述进水管连通，位于最下方的滤芯模块的一端与一个排水管连通；所述进水管与供水井连接。本发明专利技术适用于大面积地下水硝酸盐污染区，且地下水埋深较浅，需要进行集中式或者分散式供水水源地的前期处理，经该系统的预处理后，地下水中的硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮浓度达到地下水质量的Ⅲ类标准。

【技术实现步骤摘要】
地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统及其建造方法
本专利技术涉及一种地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统及其建造方法，属于地下水污染处理
，主要用于处理地下水中的硝酸盐，以及氮在地下水中转换产生的亚硝酸盐和氨氮等。
技术介绍
由于农业种植过程中农药化肥的大量使用，以工业污水的大量排放，导致地表水的不断恶化，地下水中硝酸盐等含量升高。我国许多地区地下水在不同程度上受到了硝酸盐的污染，尤其在大面积、集中式的大棚蔬菜种植区，地下水硝酸盐的含量超标严重。地下水硝酸盐的修复治理是一个世界性的难题，地下水硝酸盐的处理技术分为原位处理和抽出式处理技术。原位处理技术主要为渗透反应墙(PRB)，是用于原位去除地下水及土壤中污染组分的方法。PRB材料一般安装在地下含水层，垂直于地下水流场，安装PRB连续墙，水体经PRB材料后达到去除硝酸盐的效果。所使用的PRB反应材料一般为具有极强的还原能力的零价金属(最常见的是Fe0)，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。抽出处理技术的去除方法大体分为物理去除法、化学去除法和生物去除法。但是，无论是原位处理还是抽出处理，其处理效果均无法达到地下水质量的Ⅲ类标准。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统及其建造方法，其包括地下原位处理系统和地表二次串联处理系统，在对地下水进行处理后，能达到地下水质量的Ⅲ类标准。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：一种地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统，其包括地下原位处理系统和地表二次串联处理系统；所述地下原位处理系统包括供水井以及围绕所述供水井设置的粘土桩和PRB材料桩；所述地表二次串联处理系统包括进水管、排水管和多个滤芯模块；所述多个滤芯模块串联连接，位于最上方的滤芯模块的一端与所述进水管连通，位于最下方的滤芯模块的一端与一个排水管连通；所述进水管与供水井连接。可选的，所述PRB材料桩和粘土桩间隔设置，并且所述PRB材料桩和粘土桩被设置在以供水井为中心的同一个圆上。可选的，所述PRB材料桩为四个，四个PRB材料桩沿所述供水井的周向均匀分布。可选的，在两个周向上相邻的PRB材料桩之间设置有两个粘土桩。可选的，PRB材料桩和粘土桩之间以及粘土桩和粘土桩之间均相切。可选的，所述PRB材料桩和粘土桩的下端穿过含水层，位于连续粘土层内。可选的，所述滤芯模块包括管道和填充在所述管道内的填料，所述填料为活性炭或者陶粒。可选的，从最上端起，每两个滤芯模块形成滤芯模块组，在该滤芯模块组的两个滤芯模块的连接处连接有排水管，该排水管上设置有排水管开关阀；而且，在该滤芯模块组的排水管连接处的下游侧设置有滤芯模块开关阀。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：一种上述的地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统的建造方法，其包括：在垂直于地下水流向的方向建造多个粘土桩，其中，所述粘土桩围绕所述供水井设置，并且，在粘土桩经过3～4天的凝固后，在两个不透水的粘土桩之间建造PRB材料桩。可选的，所述PRB材料桩的直径根据历史数据值计算获得，具体计算方式为：(1)，采集大量历史数据，历史数据包括历史上成功降低污染物浓度的数据，历史数据包括以下参数：未经过PRB材料处理前的地下水中硝酸盐的浓度，PRB材料桩的个数，每个PRB材料桩的井径，每个PRB材料桩的高度，经过PRB材料处理后的地下水中硝酸盐的浓度，供水井的最大流速；(2)，根据历史数据的各个参数进行建模，得到PRB材料桩的个数和每个PRB材料桩的井径与其他参数之间的关系；具体建模方法采用机器学习方式进行训练；(3)，将据本次获取未经过PRB材料处理前的地下水中硝酸盐的浓度、供水井的深度、污染物处理标准中的经过PRB材料处理后的地下水中硝酸盐的浓度，输入步骤(2)中建立的模型，得到PRB材料桩的个数和每个PRB材料桩的井径。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统适用于大面积地下水硝酸盐污染区，且地下水埋深较浅，需要进行集中式或者分散式供水水源地的前期处理，经该系统的预处理后，地下水中的硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮浓度达到地下水质量的Ⅲ类标准。附图说明图1为本专利技术的地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统的结构示意图；图2为本专利技术的粘土桩和PRB材料桩的布置结构示意图；图中标记示意为：1-PRB材料桩；2-供水井；3-进水管；4-粘土桩；5-连续粘土层；6-排水管；7-含水层；8-滤芯模块；9-流速检测仪；10-排水管开关阀；11-滤芯模块开关阀。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术的技术方案作进一步阐述。实施例1本实施例提供了一种地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统，其包括地下原位处理系统和地表二次串联处理系统。所述地下原位处理系统包括供水井以及围绕所述供水井设置的粘土桩和PRB材料桩；本实施例中，首先根据供水井的供水规模与最大流量，确定粘土桩和PRB材料桩相间的原位处理系统建设规模；根据当地的地层条件，掌握连续粘土层的位置，确定粘土桩和PRB材料桩的安装深度，即以供水井为中心线，在一定半径范围内划定圆形，以圆形的圆弧为中心线，确定PRB材料桩和粘土桩的位置。具体地，所述PRB材料桩和粘土桩间隔设置，并且所述PRB材料桩和粘土桩被设置在以供水井为中心的同一个圆上；作为一个优选，所述PRB材料桩为四个，四个PRB材料桩沿所述供水井的周向均匀分布，在两个周向上相邻的PRB材料桩之间设置有两个粘土桩；PRB材料桩和粘土桩之间以及粘土桩和粘土桩之间均相切，并紧密地接触，以防止地下水从PRB材料桩和粘土桩之间，以及从粘土桩和粘土桩之间流入供水井。所述PRB材料桩和粘土桩的下端穿过含水层，位于连续粘土层内，形成一个半悬浮式的粘土桩和PRB材料桩连续墙，以使得含水层中的水均需要穿过所述PRB材料桩才能够进入所述供水井，粘土桩作用主要是拦截水流，当供水井抽水时，周边地下水受到粘土桩的拦截，水流改选PRB材料桩通道，污染的水体可以得到修复。粘土桩，用于构建不透水通道(Funnel)，在两个不透水的粘土桩之间建造PRB材料桩(Gate)，保证控制范围内的污染水体全部通过PRB材料桩。PRB材料桩的井径根据供水井的最大流速确定，PRB材料按照VFe0:VC:V中粗沙＝3:1:6进行配比，地下水PRB材料主要是原位处理地下水中的硝酸盐，PRB材料的渗透系数要求大于当地含水层的渗透系数，地下水经过PRB材料桩处理后，抽水的地下水中的硝酸盐浓度达到《地下水环境质量》标准中Ⅲ类水要求。地下水硝酸盐的污染来源主要是大面积的使用化肥农药导致，硝酸盐通过降雨从地表淋滤到浅水含水层，地下水硝酸盐污染主要集中在上层含水层，因此，针对这一特点，设计以处理上层含水层硝酸盐位置，PRB材料桩和粘土桩的深度只是嵌入到第一个相对连续的粘土层，能够大大降低工程成本和施工难度，且供水井的深度不受限制。当粘土桩在建设时，采用高压喷射灌浆工艺，高喷防渗墙应按照施工图进行孔位放样，施工采用单排孔对摆高喷成墙工艺，孔距0.8-1.0m，孔位偏差小于2cm。灌浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统，其特征在于，包括地下原位处理系统和地表二次串联处理系统；所述地下原位处理系统包括供水井以及围绕所述供水井设置的粘土桩和PRB材料桩；所述地表二次串联处理系统包括进水管、排水管和多个滤芯模块；所述多个滤芯模块串联连接，位于最上方的滤芯模块的一端与所述进水管连通，位于最下方的滤芯模块的一端与一个排水管连通；所述进水管与供水井连接。

【技术特征摘要】
2018.10.29 CN 20181126625191.一种地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统，其特征在于，包括地下原位处理系统和地表二次串联处理系统；所述地下原位处理系统包括供水井以及围绕所述供水井设置的粘土桩和PRB材料桩；所述地表二次串联处理系统包括进水管、排水管和多个滤芯模块；所述多个滤芯模块串联连接，位于最上方的滤芯模块的一端与所述进水管连通，位于最下方的滤芯模块的一端与一个排水管连通；所述进水管与供水井连接。2.根据权利要求1所述的地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统，其特征在于，所述PRB材料桩和粘土桩间隔设置，并且所述PRB材料桩和粘土桩被设置在以供水井为中心的同一个圆上。3.根据权利要求2所述的地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统，其特征在于，所述PRB材料桩为四个，四个PRB材料桩沿所述供水井的周向均匀分布。4.根据权利要求3所述的地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统，其特征在于，在两个周向上相邻的PRB材料桩之间设置有两个粘土桩。5.根据权利要求4所述的地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统，其特征在于，PRB材料桩和粘土桩之间以及粘土桩和粘土桩之间均相切。6.根据权利要求5所述的地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统，其特征在于，所述PRB材料桩和粘土桩的下端穿过含水层，位于连续粘土层内。7.根据权利要求1所述的地下水硝酸盐串联式原位抽出耦合处理系统，其特征在于，所述滤芯模块包括管道和填充...

【专利技术属性】
技术研发人员：管清花，陈学群，田婵娟，刘彩虹，李成光，王爱芹，辛光明，
申请(专利权)人：山东省水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37