全密封地下水原水持續(xù)抽灌系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及眾多與地下水相關(guān)的領(lǐng)域，如地?zé)崮芟到y(tǒng)的地下水抽灌、基坑降水的地下水回灌等。地下水的回灌，是保護(hù)地下水資源、維持地下水位的穩(wěn)定性的需要，以進(jìn)而保護(hù)地下水文地質(zhì)環(huán)境，避免了地面沉降、地陷之類的地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。
【背景技術(shù)】
[0002]地?zé)崮軕?yīng)用系統(tǒng)，如含水層儲(chǔ)能、地下水源熱泵、地溫空調(diào)和深層地?zé)幔玫氖强稍偕鍧嵞茉?。由于能效高，可以替代傳統(tǒng)的礦物燃料，得到能源界的廣泛認(rèn)可。目前，國(guó)內(nèi)冬季傳統(tǒng)的燃煤供暖所引起的霧霾已經(jīng)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，而其它的清潔能源，如天然氣則因氣源有限，價(jià)格高昂，太陽(yáng)能、風(fēng)能因能流密度低和售價(jià)高，離商業(yè)市場(chǎng)化仍有很大的距離。跟其它能源相比，地?zé)崮芤环矫媸乔鍧嵞茉?，另一方面也是可再生能源。而更重要的是，由于性價(jià)比高，它是一種用得起的可再生能源。它的大規(guī)模推廣，可以在不增加很大投入的情況下，很大程度上減輕目前北方地區(qū)冬季燃煤而產(chǎn)生的霧霾現(xiàn)象。但是，這些地?zé)崮芗夹g(shù)需要抽灌地下水進(jìn)行供冷供熱，地下水回灌難是這些技術(shù)應(yīng)用的世界難題。
[0003]在建筑領(lǐng)域中，基坑降水需要抽取地下水，而且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、水量大。若不回灌，則會(huì)造成地下水位下降、誘發(fā)地面沉降和地陷，從而危及周邊的建筑和基礎(chǔ)設(shè)施。在某些城市，這種工程類的降水已經(jīng)成為地面沉降的主要誘因，有些地區(qū)甚至出現(xiàn)了地陷現(xiàn)象。
[0004]可見，影響這些技術(shù)的可持續(xù)應(yīng)用的主要障礙是地下水回灌。大量抽取地下水而不回灌，勢(shì)必造成地下水位持續(xù)下降，對(duì)系統(tǒng)本身而言，會(huì)出現(xiàn)吊泵甚至只能廢棄整個(gè)系統(tǒng)，不利于地?zé)崮芟到y(tǒng)的可持續(xù)使用。而對(duì)于含水層儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，只抽不灌，地下儲(chǔ)能則無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而地下水的不經(jīng)處理的直接排放，由于地下水中往往很高的礦化度或甚至含有有害特質(zhì)，會(huì)造成地表水的污染和土地的鹽堿化，危及周邊的生態(tài)環(huán)境。而從地質(zhì)環(huán)境來(lái)看，當(dāng)?shù)叵滤拇罅砍槿《貌坏窖a(bǔ)給時(shí)，就會(huì)引起地下水的持續(xù)下降并形成地下水位漏斗，當(dāng)大量抽取地下水，進(jìn)而誘發(fā)地面沉降和地陷等地質(zhì)災(zāi)害，另外地下水的直接排放浪費(fèi)寶貴的地下水資源。因此，在一些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和政府審批過(guò)程中，明確規(guī)定，抽取的地下水必需全部回灌。
[0005]另外，目前絕大多數(shù)的地?zé)崮苤械牡叵滤到y(tǒng)不是嚴(yán)格意義的全密閉系統(tǒng)。很多環(huán)節(jié)空氣或雜物可以侵入到地下水。另地下水本身具有一定的腐蝕性，會(huì)跟常規(guī)的管路(如鐵管)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這樣，一方面，地下水的成份會(huì)發(fā)生改變，甚至受到污染，而另一方面，化學(xué)反應(yīng)生成的物雜或污垢，在某種程度上，也會(huì)引起回灌井的堵塞，即化學(xué)堵塞。
[0006]本系統(tǒng)的利用，可以解決目前地?zé)崮芟到y(tǒng)和基坑降水等地下水回灌難的問(wèn)題。對(duì)于保護(hù)地下水資源、保護(hù)地質(zhì)環(huán)境、提高系統(tǒng)的使用壽命和相關(guān)行業(yè)的可持續(xù)性具有普遍意義和重大意義。它可以解決目前地下水源熱泵的地下水回灌難和井的壽命短的問(wèn)題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)高達(dá)70%以上的地下水源熱泵項(xiàng)目正因?yàn)榇嬖谏鲜鰡?wèn)題，一些地區(qū)因此禁止或限制這種節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，如北京、上海、江蘇和天津。在建筑領(lǐng)域，對(duì)于一些軟土地基的城市如上海、江蘇和天津，基坑降水工程的地下水沒有得到有效回灌，由此引起的地面沉降已經(jīng)取代過(guò)去生產(chǎn)井用水所引起的地面沉降，成為地面沉降的主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是對(duì)地下水進(jìn)行原水持續(xù)回灌。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:
[0009]地下水原水可持續(xù)抽灌系統(tǒng)，它由抽水井(I)、回灌井(2)、深井潛水泵(3)和地下水管路(4)等組成，地下水管路(4)包括交換器(如換熱器5)等。深井潛水泵(3)將抽水井抽出的地下水，經(jīng)過(guò)地下水管路，回灌至回灌井。從抽水井至回灌井，整個(gè)地下水系統(tǒng)保持密封狀態(tài)，與外界空氣完全隔離。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案，地下水原水可持續(xù)抽灌系統(tǒng)中的抽水井(I)、回灌井(2)，在成井過(guò)程中使用清水鉆進(jìn)，減少泥漿或完全不使用泥漿，可大幅減少地下水的泥砂含量，提高了井的質(zhì)量和壽命，確保不會(huì)因地下水泥砂含量過(guò)大而引起回灌井的物理堵塞。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案，地下水原水可持續(xù)抽灌系統(tǒng)中不包括漂浮物處理過(guò)濾裝置、固體顆粒過(guò)濾裝置或其它過(guò)濾裝置，其中固體顆粒過(guò)濾裝置通常包括地下水處理中常用的旋流除砂器和約翰遜過(guò)濾器。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案，地下水原水可持續(xù)抽灌系統(tǒng)中使用高強(qiáng)度PVC管和濾水管、不銹鋼管與管件、PE管等耐腐材料。建造由泵閥和管路組成的地下水系統(tǒng)，整個(gè)地下水系統(tǒng)的部件必須要對(duì)地下水耐腐，避免由于地下水跟地下水系統(tǒng)的部件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢從而導(dǎo)致地下水系統(tǒng)的失效和回灌井的化學(xué)堵塞。因此，在設(shè)計(jì)地下水系統(tǒng)時(shí)，需要對(duì)地下水進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，以確定所用系統(tǒng)的材料。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案，地下水原水可持續(xù)抽灌系統(tǒng)需要保持密封、并保持一定的正壓狀態(tài)，以避免外界空氣和異物的侵入。本地下水原水可持續(xù)抽灌系統(tǒng)并不使用真空回灌的技術(shù)，也不使用充氮來(lái)隔絕空氣。因?yàn)榭諝夂彤愇镏械难鯐?huì)與地下水中的鐵錳離子反應(yīng)，產(chǎn)生的金屬氧化物會(huì)導(dǎo)致回灌井濾水管和含水層的化學(xué)堵塞；而空氣和異物中的侵入，使地下水的水環(huán)境發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致鐵細(xì)菌的大量繁殖而導(dǎo)致生物堵塞。另外，固體物的入侵，如泥砂，會(huì)直接造成回灌井的物理堵塞。
[0014]根據(jù)上述優(yōu)選方案，可以實(shí)現(xiàn)地下水原水持續(xù)回灌。這時(shí)，在降深相同的情況下，井的地下水抽灌量是相等的，即實(shí)現(xiàn)了水文學(xué)意義上的地下水回灌。
【附圖說(shuō)明】
[0015]附圖1是本地下水原水可持續(xù)抽灌系統(tǒng)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0016]結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明的地下水原水可持續(xù)抽灌系統(tǒng)進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0017]附圖1所示為地下水原水可持續(xù)抽灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)由抽水井(1)、回灌井(2)、深井潛水泵(3)和地下水管路(4)等組成，地下水管路(4)包括地能能系統(tǒng)中的換熱器(5)、電磁閥(6)、排氣閥(7、8、9)、井室(10，11)和截止單向閥(12)等。深井潛水泵(3)將抽水井抽出的地下熱水，經(jīng)過(guò)地下水管路進(jìn)行熱交換之后，回灌至回灌井。從抽水井至回灌井，整個(gè)地下水系統(tǒng)保持密封正壓狀態(tài)，與外界空氣完全隔離。地下水的回灌是持續(xù)的，不需要回?fù)P和洗井。
[0018]實(shí)現(xiàn)地下水原水持續(xù)回灌，首先所要解決的是回灌井堵塞的問(wèn)題。在成井過(guò)程中，抽水井(1)、回灌井(2)不采用通常的泥漿鉆進(jìn)，而是使用清水鉆進(jìn)，盡量少用泥漿或不用泥漿。形成高質(zhì)量的抽水井和回灌井。濾水管和井管采用高強(qiáng)度的PVC或不銹鋼材料。濾水管開縫大小和濾砂粒徑需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐暮畬由暗牧椒植歼M(jìn)行嚴(yán)格的級(jí)配，進(jìn)行定制。在抽水試驗(yàn)中，地下水的泥砂含量必須小于0.005mg / 1由于地下水中的泥砂含量很低，因此，本發(fā)明的地下水系統(tǒng)中沒有常見的旋流除砂器、過(guò)濾器之類的水處理設(shè)備。
[0019]成井后需要對(duì)地下水的原水進(jìn)行化驗(yàn)，以確定構(gòu)成地下水系統(tǒng)的所有材料不會(huì)與地下水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。優(yōu)選高強(qiáng)度PVC管和濾水管、不銹鋼管與管件、PE管等耐腐材料。特別是當(dāng)?shù)叵滤穆入x子含量較高時(shí)，所有的金屬材料需要采用不銹鋼甚至鈦鋼材料(316L不銹鋼)。
[0020]深井潛水泵(3)是整個(gè)地下水系統(tǒng)的地下水輸送設(shè)備和加壓設(shè)備，在泵的選用時(shí)，需要對(duì)地下水系統(tǒng)在不同工況下的行進(jìn)阻力進(jìn)行精確的計(jì)算，并確定泵的揚(yáng)程，以確保地下水的流量和系統(tǒng)的壓力。
[0021]抽水井(I)和回灌井(3)的井口由井口裝置進(jìn)行密封并與地下水管路(4)進(jìn)行對(duì)接。兩側(cè)的地下水管路(4)在機(jī)房的換熱器(5)處相聯(lián)結(jié)，構(gòu)成一個(gè)全密封的地下水系統(tǒng)。
[0022]當(dāng)初次采用地下水系統(tǒng)時(shí)，首先需要排除管路中的所有氣體。首先，需要打開地下水系統(tǒng)中排氣閥(7)、⑶、(9)和電磁閥(6)，排出管路中所有氣體。當(dāng)管路中氣體排盡，充滿液體時(shí)，關(guān)閉上述排氣閥。
[0023]井中可能還含有極少部分空氣，這部分空氣由于量小，而且與外界并不聯(lián)通，處于密封狀態(tài)，與地下水接觸后不會(huì)對(duì)地下水的氧化產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。
[0024]地下水抽灌系統(tǒng)需要保持密封、并保持一定的正壓狀態(tài)，而不使用常見的真空回灌的技術(shù)，也不使用充氮來(lái)隔絕空氣。因?yàn)椴捎谜婵栈毓鄷r(shí)，容易因內(nèi)部的負(fù)壓而吸入外界空氣；在充氮的過(guò)程中，容易導(dǎo)致外部空氣吸入，上述兩種方式都可能引起地下水鐵錳離子與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所引起的化學(xué)堵塞和外部物質(zhì)進(jìn)入的地下水污染。
[0025]當(dāng)系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，回灌井的電磁閥(6)關(guān)閉，抽水井口的截止單向閥(12)阻止地表管內(nèi)地下水的回流，使管路中仍充滿地下水，以防止系統(tǒng)失壓而導(dǎo)致外界空氣的吸入和系統(tǒng)開機(jī)頻繁的排氣操作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種全密封地下水原水持續(xù)抽灌系統(tǒng)，包括抽水井(1)、回灌井(2)、深井潛水泵(3)、地下水管路(4)，深井潛水泵(3)將抽水井⑴抽出的地下熱水，經(jīng)過(guò)地下水管路(4)傳送并進(jìn)行熱交換之后，回灌至回灌井(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全密封地下水原水持續(xù)抽灌系統(tǒng)，其特征在于，抽水井和回灌井在成井過(guò)程中使用清水鉆進(jìn)，地下水純凈度高，其泥砂含量小于0.005mg/lo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全密封地下水原水持續(xù)抽灌系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)中不包括旋流除砂器或其它過(guò)濾裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全密封地下水原水持續(xù)抽灌系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)由耐腐蝕材料組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全密封地下水原水持續(xù)抽灌系統(tǒng)，其特征在于，地下水回灌是持續(xù)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全密封地下水原水持續(xù)抽灌系統(tǒng)，其特征在于，井群中抽水井與回灌井的數(shù)量相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全密封地下水原水持續(xù)抽灌系統(tǒng)，其特征在于，地下水管路(4)包括換熱器(5)、電磁閥(6)、排氣閥(7、8、9)、截止單向閥(12)ο
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全密封地下水原水持續(xù)抽灌系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)在運(yùn)行中保持密封狀態(tài)，地下水在流動(dòng)中完全與外界隔絕，且保持一定的正壓，避免采用真空回灌而吸入外界空氣、或充氮過(guò)程的空氣吸入而引起的地下水鐵錳離子與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所引起的化學(xué)堵塞和外部物質(zhì)進(jìn)入的地下水污染。
【專利摘要】一種地下水原水抽灌系統(tǒng)，它由抽水井(1)、回灌井(2)、深井潛水泵(3)和地下水管路(4)等組成全密封系統(tǒng)。深井潛水泵將從抽水井(1)抽出的地下水，經(jīng)過(guò)地下水管路(4)，回灌至回灌井(2)。其特征為，系統(tǒng)的地下水完全與地表隔絕，地下水原水持續(xù)高效回灌、無(wú)需如旋流除砂器、過(guò)濾器之類的水處理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)地下水原水全部回灌。
【IPC分類】E02D3-10
【公開號(hào)】CN204343280
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420049624
【發(fā)明人】鄔小波, 歐陽(yáng)鑫南
【申請(qǐng)人】豐電陽(yáng)光(北京)清潔能源技術(shù)有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2014年1月26日