一种修复VOCs污染的曝气装置

技术领域

本发明专利涉及地下水土有机物污染修复领域，具体的涉及一种修复VOCs污染的曝气装置。

背景技术

经济的快速发展一方面提高了人民的生活水平，另一方面也带来了严重的环境污染问题，如地下储油管道的老化泄露、化工厂有机溶液的非法排放等。其中，石油烃类、有机氯化溶剂等已成为我国城市水土最主要的污染物质之一。

而曝气法技术由于具有原位操作，经济有效，环境友好等优点，已成为处理饱和土体和地下水中VOCs污染最有效的方法之一。曝气过程中，通过曝气井向污染区域注入空气，使之产生渗流通道，水土中的VOCs污染物通过溶解、扩散作用运移至通道，然后挥发至非饱和区，最后利用气相抽提技术抽出地表进行处理，从而达到修复的目的。在传统的现场曝气技术中，曝气井建立时，是将底部布设有滤网的注气管道直接安置在井底，然后开始填砂形成一砂层，在砂层上面一般填埋一层膨润土材料，最后在膨润土上方一般再填埋水泥-膨润土等混合材料，以最终实现曝气井的密封。整个施工工艺相对繁琐，曝气井密封复杂，消耗成本较大。此外，在实际污染场地复杂的地质条件下，VOCs污染的分布差异较大，同一污染区的污染范围可能存在垂直深度跨度较大，甚至不同层位的污染情况。然而，现有传统的曝气井建立工艺，存在曝气点位固定，单一以及曝气区间固定，单一的缺点，难以合理有效的对不同情况的污染区进行曝气修复处理，这也限制了曝气法技术的应用和推广。

因此，为解决以上问题，发明了一种修复VOCs污染的曝气装置。该曝气装置的发明对于提高曝气效率，降低修复成本以及推动曝气法技术的发展具有重要的工程实际意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而发明了一种修复VOCs污染的曝气装置及其操作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

本发明提供了一种修复VOCs污染的曝气装置，包括顶管、底管、转接管、内管、外管、气囊A、气囊B、气囊C和辘轳；所述顶管、底管、转接管、内管、外管同轴，所述外管套装在内管上；

所述顶管为顶端封闭的空心圆管，在顶管顶端开有注气孔，在顶管尾部的内壁上开有内螺纹；所述辘轳的支架装在顶管的外侧管壁上；

所述转接管为三段同轴空心圆管固接构成，按照从上而下的顺序分别为转接头管、转接主管和转接尾管，转接主管的外直径为D

所述内管为空心圆管，且外直径D

所述外管为空心圆管，其内直径D

工作时，通过吊装装置将该曝气装置安装在曝气井中。

优选地，记内管的长度为L

优选地，所述气囊A、气囊B和气囊C均为环形高压封堵气囊；所述气囊A鼓满气后外直径为d

优选地，所述转接管、内管、底管和外管满足关系D

优选地，所述气孔半径为1mm-10mm。

优选地，底管的长度L

优选地，所述辘轳至少包括两个支架、一个转轴和一个摇把，两个支架分别固定在顶管中部的外壁上，且与两个挂钩的连线错开180度角，在两个支架的上部分别开有通孔，转轴穿过两个通孔，摇把安装在转轴的一端；所述转轴的中心位置为U型结构，两段钢丝绳的一端分别缠绕在转轴中部的U型结构中。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、可以根据VOCs污染区的位置任意调节曝气装置在曝气井中的安置位置，实现曝气点位的改变；

2、可以通过移动外管，调节曝气口大小，改变曝气区间范围；

3、气囊A、气囊B和气囊C鼓起后可以固定曝气装置在曝气井中的位置，并实现曝气井的密封，使气体从曝气口释放；

4、该曝气装置结构简单，功能齐全，操作便捷，可以显著提高曝气效率，降低修复成本。

附图说明

图1是本发明实施例中曝气装置的总体结构示意图；

图2是本发明实施例中转接管的结构示意图；

图3是本发明实施例中内管和内管上气囊以及气孔分布示意图；

图4是本发明实施例中辘轳的示意简图；

图5是本发明在实际场地的曝气工作示意图。

图中：1、底管；2、顶管；3、曝气井；4、注气孔；5、辘轳；6、转接管；7、内管；8、外管；9、钢丝绳；10、挂钩；11、气囊A；12、气囊B；13、气囊C；14、曝气口；15、VOCs污染区；16、支架；17、转轴；18、摇把；19、管道A；20、开关；21、流量计；22、调压阀；23、气泵；24、抽提泵；25、管道B；26、抽提井。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。

图1是本发明实施例中曝气装置的总体结构示意图，图2是本发明实施例中转接管的结构示意图，图3是本发明实施例中内管和内管上气囊以及气孔分布示意图，由图1-图3所见，本发明一种修复VOCs污染的曝气装置包括顶管2、底管1、转接管6、内管7、外管8、气囊A11、气囊B12、气囊C13和辘轳5。其中，顶管2、底管1、转接管6、内管7和外管8同轴。外管8套装在内管7上。

所述顶管2为顶端封闭的空心圆管，在顶管2顶端开有注气孔4，在顶管2尾部的内壁上开有内螺纹。所述辘轳5的支架16装在顶管2的外侧管壁上；

所述转接管6为三段同轴空心圆管固接构成，按照从上而下的顺序分别为转接头管、转接主管和转接尾管，转接主管的外直径为D

所述内管7为空心圆管，且外直径D

所述底管1为底端封闭的空心圆管，其外直径D

所述外管8为空心圆管，其内直径D

工作时，通过吊装装置将该曝气装置安装在曝气井3中。

在本实施例中，记内管7的长度为L

在本实施例中，所述气囊A11、气囊B12和气囊C13均为环形高压封堵气囊。气囊A11鼓满气后外直径为d

在本实施例中，曝气口14可通过移动外管8进行调节，改变曝气区间范围。具体的，在本实施例中，曝气口14大小调节为30cm宽。另外可根据VOCs污染区15的位置任意调节在曝气装置在曝气井3中的安置位置。

图4给出了本实施例中辘轳的结构简图，由图4可见，所述辘轳5至少包括两个支架16、一个转轴17和一个摇把18，两个支架16分别固定在顶管2中部的外壁上，且与两个挂钩10的连线错开180度角。在两个支架16的上部分别开有通孔，转轴17穿过两个通孔，摇把18安装在转轴17的一端。所述转轴17的中心位置为U型结构，两段钢丝绳9的一端分别缠绕在转轴17中部的U型结构中。U型结构和错开180度角的设计保证了工作时外管8与内管7始终保持同轴。

具体的，在本实施例中，所述顶管1，转接管6，内管7，外管8，均为优质合金钢制作而成。转接管6的长度有0.5m、1m、1.5m、2m和3m五种规格。L

图5是本发明曝气装置在实际场地的工作示意图。结合图5，该曝气装置的操作过程如下：

步骤一，查明VOCs污染区15的位置和分布范围

具体的，在本实施例中，VOCs污染区15分布在地下深4～4.5米的饱和土体中，厚约0.5m。

步骤二，曝气井3和抽提井26的建立

具体的，在本实施例中，曝气井3深5m，半径为30cm。抽提井26位于非饱和区，深2.5m。

步骤三，曝气装置的安装

使用吊装工具或者人工方式将曝气装置安置在曝气井3中。此时，转轴17上的U型结构可以作为吊装时的挂钩使用。

步骤四，辅助装置的连接

辅助装置包括两组，第一组包括管道A19、开关20、流量计21、调节阀22和气泵23，第二组包括抽提泵24和管道B25。工作时，管道A19一端连接注气孔4，另一端经开关20、流量计21、调压阀22与气泵23相连接；管道B25一端连接抽提井26，另一端与抽提泵24相连接。具体的，在本实施例中，流量计21为TMF质量流量计，测量范围1-1000L/min。调压阀22量程为0.1-20MPa。气泵23可提供0.1-20MPa的气压。

步骤五，开始曝气

打开气泵23电源，调节调压阀22至预定曝气气压P；

转动摇把18，钢丝绳9带动外管8向上移动，调节曝气口大小；

打开开关20和抽提泵24电源，气泵23泵出的气体经顶管2和转接管6进入内管7，气囊C13、气囊B12和气囊A11逐步鼓起，鼓起的气囊C13和气囊B12与曝气井3壁紧密贴合，鼓起的气囊A11与外管8内壁紧密贴合，气体从曝气口14释放，在VOCs污染区15形成渗流通道，VOCs通过扩散进入渗流通道，然后挥发至非饱和区，最后被抽提井26抽出地表进行处理，从而达到土体VOCs的去除。

通过本发明的曝气装置和操作方法，可以极大的提高曝气工作效率，减少曝气修复成本。