一種基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井，至少包括地上泵房以及井孔，所述的井孔中由上至下依次設(shè)有井管、紗網(wǎng)透水套管和沉淀管，井管固定于井孔的上部，紗網(wǎng)透水套管固定于井孔的下部且位于地層中的含水層處，沉淀管連接于紗網(wǎng)透水套管的下部，井管與紗網(wǎng)透水套管通過螺紋緊密連接；井管的外壁與井壁之間由上至下依次填充有用于保護(hù)固定井管的混凝土固井層以及紅土保護(hù)層，紗網(wǎng)透水套管的外壁與井壁之間填充有濾料層；井孔的底部還設(shè)置有雙環(huán)定位器。該除砷單井除砷效果良好，濾料廉價易得，結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)地下水原位除砷的天然劣質(zhì)地下水處理技術(shù)，能夠?yàn)槲覈呱榈叵滤貐^(qū)的飲水安全和人民身體健康問題的解決做出貢獻(xiàn)。
【專利說明】一種基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種原位除砷單井，尤其涉及一種基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井，屬于天然劣質(zhì)高砷地下水水質(zhì)處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]砷是自然界廣泛存在的有毒元素，會對人體健康會造成嚴(yán)重危害。地下水中的砷含量高于10 μ g/L時為高砷地下水。高砷地下水具有分布范圍廣、總量大、水砷來源及遷移途徑難以識別等特點(diǎn)。長期飲用高砷地下水會導(dǎo)致人體皮膚色素異常、皮膚癌、內(nèi)臟癌等慢性砷中毒，從而引發(fā)地方性砷中毒。
[0003]然而，在我國北方廣大缺水地區(qū)，地下水是主要的生活用水和工業(yè)用水水源。在高砷地下水分布區(qū)，當(dāng)?shù)鼐用癫坏貌灰愿呱榈叵滤鳛轱嬘盟?。在全球范圍?nèi)，已相繼在全球70多個國家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)高砷地下水，威脅著約1.5億人口的供水安全，導(dǎo)致數(shù)千萬人罹患飲水型砷中毒。飲用高砷地下水被認(rèn)為是人類歷史上最嚴(yán)重的群體性中毒事件。
[0004]我國是高砷地下水分布典型區(qū)，高砷地下水主要分布在中國大同盆地以及河套平原等地區(qū)。根據(jù)2006年我國飲用水水質(zhì)與水性疾病調(diào)查資料顯示，飲用水中，砷含量超過
0.05mg/L的暴露人口 334萬，而大于0.100mg/L暴露人口高達(dá)229萬人，這些高砷水絕大部分是地下水。高砷地下水已經(jīng)成為我國農(nóng)村重大供水安全問題，引起了國家的高度重視。
[0005]高砷地下水水質(zhì)處理是解決高砷地下水分布區(qū)的飲水安全問題的根本和關(guān)鍵。針對如何除去地下水中砷組分這一問題，國內(nèi)外專家學(xué)者開展了大量地探索性研究，提出了PRB技術(shù)(滲透性反應(yīng)墻)、混凝沉淀技術(shù)和吸附技術(shù)等除砷技術(shù)，并在某些地區(qū)得到了推廣應(yīng)用。
[0006]然而，上述技術(shù)方法存在需要大面積開挖布設(shè)除砷設(shè)備、易造成二次污染、成本高工藝復(fù)雜等問題，不能很好的迎合我國農(nóng)村亟需一種低成本、高效安全的除砷技術(shù)的市場需求，影響了除砷技術(shù)的推廣。而如果能夠采用一種廉價易得，效果穩(wěn)定的除砷濾料，并充分利用飲水井實(shí)現(xiàn)地下水原位除砷，將會顯著提高除砷效果，降低除砷成本，避免現(xiàn)有除砷技術(shù)的弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決了【背景技術(shù)】中的不足，提供了一種基于菱鐵礦濾料的地下水原位除砷單井，該除砷單井除砷效果良好，工藝簡單易行，濾料廉價易得，結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)地下水原位除砷的天然劣質(zhì)地下水處理技術(shù)，能夠?yàn)槲覈呱榈叵滤貐^(qū)，尤其是農(nóng)村地區(qū)的飲水安全和人民身體健康問題的解決做出貢獻(xiàn)。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為:
[0009]一種基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井，至少包括地上泵房以及井孔，所述的井孔中由上至下依次設(shè)有井管、紗網(wǎng)透水套管和沉淀管，其中地上泵房位于井孔處的地面上，井管固定于井孔的上部，紗網(wǎng)透水套管固定于井孔的下部且位于地層中的含水層處，沉淀管連接于紗網(wǎng)透水套管的下部，井管與紗網(wǎng)透水套管通過螺紋緊密連接；井管的外壁與井壁之間由上至下依次填充有用于保護(hù)固定井管的混凝土固井層以及紅土保護(hù)層，紗網(wǎng)透水套管的外壁與井壁之間填充有濾料層，所述的濾料層中濾料由菱鐵礦與河砂混合而成；井孔的底部還設(shè)置有雙環(huán)定位器，所述雙環(huán)定位器由內(nèi)環(huán)、外環(huán)和連接桿組成，所述的內(nèi)環(huán)的直徑與沉淀管相匹配，內(nèi)環(huán)套在沉淀管上并與沉淀管固定連接，外環(huán)與內(nèi)環(huán)為同心圓，且內(nèi)外環(huán)之間通過連接桿固定連接，外環(huán)的直徑與井孔的直徑相匹配。
[0010]所述的濾料層中濾料由菱鐵礦與河砂按照1:1的質(zhì)量比混合而成，且濾料層的上下厚度超出紗網(wǎng)透水套管40cm，其中上下各超出20cm。
[0011]所述的濾料層與紅土保護(hù)層之間設(shè)有用于切斷水力聯(lián)系的膨潤土止水層。
[0012]所述的沉淀管的外壁與井壁之間填充有河砂作為砂礫濾層。
[0013]地上泵房中設(shè)置有取水裝置，取水裝置為自吸泵或潛水泵。
[0014]所述的內(nèi)環(huán)、外環(huán)和連接桿均為不銹鋼材質(zhì)，三者通過焊接固定連接為一體。
[0015]所述的紗網(wǎng)透水套管的管壁上均勻分布有孔徑為I?2cm的圓孔，其外部包扎有三層80目紗網(wǎng)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明選擇菱鐵礦-河砂混和濾料作為除砷濾料，在明確含水層位置、水文地質(zhì)基本參數(shù)、水化學(xué)參數(shù)的前提下，在成井階段將經(jīng)過前處理的菱鐵礦和河沙混合后進(jìn)行填充作為飲水井過濾層，利用菱鐵礦對地下水中的砷進(jìn)行吸附固定，實(shí)現(xiàn)地下水原位除砷；選擇菱鐵礦和河砂作為除砷濾料，除砷效果好，并且能夠避免化學(xué)方法所產(chǎn)生的二次污染問題，效果穩(wěn)定，安全實(shí)用，同時，菱鐵礦和河砂等濾料廉價易得，成本低廉，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。2、本申請中在進(jìn)行大量室內(nèi)靜態(tài)吸附試驗(yàn)和動態(tài)淋濾實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在沉淀管外套有雙環(huán)定位器，用以保持井管始終位于井的中央，從而保證濾料填充的準(zhǔn)確性，同時，沉淀管還能夠用來沉淀成井過程中形成的淤泥，防治濾管堵塞。3、本申請中濾料層的上下厚度各超出紗網(wǎng)透水套管20cm，以防止濾料填充過程中濾料因沉降、壓實(shí)而造成誤差從而使濾料層與紗網(wǎng)透水套管的位置產(chǎn)生錯位，影響除砷效果。
[0017]綜上所述，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的技術(shù)方案充分利用了農(nóng)村地區(qū)常見的飲水井，其成井工藝簡單，避免工藝培訓(xùn)及成井后維護(hù)，避免了地表大面積開挖鋪設(shè)除砷設(shè)備，可廣泛應(yīng)用于我國高砷地下水分布區(qū)，對我國農(nóng)村飲水健康問題的解決具有較為顯著的意義，便于推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明提供的基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為雙環(huán)定位器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖中:1-地上泵房，2-混凝土固井層，3-紅土保護(hù)層，4-PVC井管，5_膨潤土止水層，6-紗網(wǎng)透水套管，7-濾料層，8-雙環(huán)定位器，9-沉淀管，10-砂礫濾層，11-內(nèi)環(huán)，12-連接桿，13-外環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)具體的說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于以下實(shí)施例。[0022]本實(shí)施例中以我國山西省朔州市山陰縣某村為試驗(yàn)地，進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。所制得單井的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，井孔中由上至下依次設(shè)有PVC井管4、紗網(wǎng)透水套管6和沉淀管9，PVC井管4固定于井孔的上部，紗網(wǎng)透水套管6固定于井孔的下部且位于地層中的含水層處，沉淀管9連接于紗網(wǎng)透水套管6的下部，PVC井管4與紗網(wǎng)透水套管6通過螺紋緊密連接。其中地上泵房I位于井孔處的地面上，地上泵房I中設(shè)置有取水裝置，取水裝置為自吸泵或潛水泵。
[0023]PVC井管4的外壁與井壁之間由上至下依次填充有用于保護(hù)固定井管的混凝土固井層2以及紅土保護(hù)層3。
[0024]所述的紗網(wǎng)透水套管6的管壁上均勻分布有孔徑為I?2cm的圓孔，其外部包扎有三層80目紗網(wǎng)，紗網(wǎng)透水套管6的外壁與井壁之間填充有濾料層7，所述的濾料層7中濾料由菱鐵礦與河砂按照1:1的質(zhì)量比混合而成；且濾料層7的上下厚度超出紗網(wǎng)透水套管6的上下高度40cm，其中上下各超出20cm。濾料層7與紅土保護(hù)層3之間設(shè)有用于切斷水力聯(lián)系的膨潤土止水層5。沉淀管9的外壁與井壁之間填充有河砂作為砂礫濾層10。
[0025]井孔的底部還設(shè)置有雙環(huán)定位器8，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，雙環(huán)定位器8由內(nèi)環(huán)11、外環(huán)13和連接桿12組成，所述的內(nèi)環(huán)11的直徑與沉淀管9相匹配，內(nèi)環(huán)11套在沉淀管9上并與沉淀管9固定連接，外環(huán)13與內(nèi)環(huán)11為同心圓，且內(nèi)外環(huán)之間通過連接桿12固定連接，外環(huán)的直徑與井孔的直徑相匹配。所述的內(nèi)環(huán)、外環(huán)和連接桿均為不銹鋼材質(zhì)，三者通過焊接固定連接為一體。
[0026]本實(shí)施例中所述的單井的具體施工工藝如下:
[0027]1、井孔成孔。利用沖擊式鉆機(jī)進(jìn)行井孔成孔，現(xiàn)場試驗(yàn)所成井孔規(guī)格為:井徑Φ60αιι，利用測繩測得井深25.58m。
[0028]2、組裝實(shí)管。在現(xiàn)場組裝PVC管，單根PVC管規(guī)格長為8m，管徑Φ7.5cm,連接時依據(jù)井深需要靈活調(diào)節(jié)。連接時首先將接頭用砂紙進(jìn)行打磨，而后以等徑接頭進(jìn)行連接，確保管之間連接牢固。PVC管連接后總長度為23.38m。
[0029]3、制作透水套管。取1.2m長PVC管作為透水套管，在管壁均勻打孔，孔徑l_2cm。而后用80目紗網(wǎng)包扎三圈，用尼龍?jiān)鷰Ш丸F絲扎緊紗網(wǎng)。透水套管與PVC實(shí)管間以螺紋緊密連接。
[0030]4、制作沉淀管及雙環(huán)定位器。取ImPVC管作為沉淀管，用以沉淀后期使用過程中產(chǎn)生的淤泥。為確保能夠使井管始終位于井孔中央，保證填料準(zhǔn)確及上部井管受力均勻，因此設(shè)計(jì)制作了雙環(huán)定位器。內(nèi)環(huán)與沉淀管井徑外徑一致Φ7.5cm，外環(huán)與井孔內(nèi)徑大致一致Φ60(:πι，均由不銹鋼鐵皮卷制焊接而成。內(nèi)環(huán)與外環(huán)由鋼筋焊接牢固保證強(qiáng)度。制作完成后緊密套接至沉淀管。
[0031]5、井管下井。組裝沉淀管及透水套管，用鋼絲繩穿過雙環(huán)定位器下沿小孔，緩慢下放鋼絲繩使沉淀管及透水套管平穩(wěn)下井，并依次連接PVC管(PVC管間利用等徑接頭連接)，直至沉淀管到達(dá)井底。
[0032]6、單井成井。井管下放完畢后進(jìn)行填井。首先在沉淀管和井壁間空間填充河沙作為沉淀層，厚度90cm，其厚度由測繩測得。而后填充菱鐵礦-河沙混合濾料，濾料層厚度1.6m，共填入濾料380.8kg，保證濾料層超出濾水管上下各20cm，以避免填井過程中因沉降、壓密等原因?qū)е聻V料層不能與濾水管位置一致的問題。而后填充膨潤土 20cm，利用其吸水膨脹的特性保證在目標(biāo)含水層取水時與其他含水層隔絕水力聯(lián)系。再次填充紅土形成保護(hù)層，保護(hù)PVC井管。填充至距井口 50cm時，澆筑混凝土進(jìn)行固井，保護(hù)井口。
[0033]7、洗井。因井管口徑較小，成井后利用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行洗井，洗出單井中淤泥，直至出水清澈為止。
[0034]8、除砷效果監(jiān)測。洗井完成后進(jìn)行監(jiān)測，以確定除砷單井效果。采取兩種方式進(jìn)行監(jiān)測:短時間連續(xù)取樣及長時間間隔取樣。在洗井結(jié)束后利用自吸泵進(jìn)行短時間連續(xù)取樣，每20min取樣一次。取樣后按照相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行砷的形態(tài)分離、保存、測試，結(jié)果表明除砷率可以基本達(dá)到50%左右。而后進(jìn)行長時間間隔取樣，取樣頻率為每天一次，結(jié)果表明總砷濃度在O μ g/L?30 μ g/L。
[0035]以上實(shí)施方式僅用于對本專利進(jìn)行說明，而并非為對本發(fā)明設(shè)定使用規(guī)格。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的核心思想和總體技術(shù)范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，以上所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井，至少包括地上泵房以及井孔，其特征在于:所述的井孔中由上至下依次設(shè)有井管、紗網(wǎng)透水套管和沉淀管，其中地上泵房位于井孔處的地面上，井管固定于井孔的上部，紗網(wǎng)透水套管固定于井孔的下部且位于地層中的含水層處，沉淀管連接于紗網(wǎng)透水套管的下部，井管與紗網(wǎng)透水套管通過螺紋緊密連接；井管的外壁與井壁之間由上至下依次填充有用于保護(hù)固定井管的混凝土固井層以及紅土保護(hù)層，紗網(wǎng)透水套管的外壁與井壁之間填充有濾料層，所述的濾料層中濾料由菱鐵礦與河砂混合而成；井孔的底部還設(shè)置有雙環(huán)定位器，所述雙環(huán)定位器由內(nèi)環(huán)、外環(huán)和連接桿組成，所述的內(nèi)環(huán)的直徑與沉淀管相匹配，內(nèi)環(huán)套在沉淀管上并與沉淀管固定連接，外環(huán)與內(nèi)環(huán)為同心圓，且內(nèi)外環(huán)之間通過連接桿固定連接，外環(huán)的直徑與井孔的直徑相匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井，其特征在于:所述的濾料層中濾料由菱鐵礦與河砂按照1:1的質(zhì)量比混合而成，且濾料層的上下厚度超出紗網(wǎng)透水套管40cm，其中上下各超出20cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井，其特征在于:所述的濾料層與紅土保護(hù)層之間設(shè)有用于切斷水力聯(lián)系的膨潤土止水層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井，其特征在于:所述的沉淀管的外壁與井壁之間填充有河砂作為砂礫濾層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井，其特征在于:地上泵房中設(shè)置有取水裝置，取水裝置為自吸泵或潛水泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井，其特征在于:所述的內(nèi)環(huán)、外環(huán)和連接桿均為不銹鋼材質(zhì)，三者通過焊接固定連接為一體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于菱鐵礦濾料的原位除砷單井，其特征在于:所述的紗網(wǎng)透水套管的管壁上均勻分布有孔徑為I?2cm的圓孔，其外部包扎有三層80目紗網(wǎng)。
【文檔編號】E03B3/24GK103882912SQ201410123154
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】王志強(qiáng), 馬騰, 謝先軍, 朱亞鵬, 張俊文, 劉林, 王焰新, 蘇春利, 蔡華煒 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）