全密封地下水原水持續抽灌系統的制作方法
【專利摘要】一種地下水原水抽灌系統，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。深井潛水泵將從抽水井(1)抽出的地下水，經過地下水管路(4)，回灌至回灌井(2)。其特征為，系統的地下水完全與地表隔絕，地下水原水持續高效回灌、無需如旋流除砂器、過濾器之類的水處理設備，實現地下水原水全部回灌。
【專利說明】全密封地下水原水持續抽灌系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及眾多與地下水相關的領域，如地熱能系統的地下水抽灌、基坑降水的地下水回灌等。地下水的回灌，是保護地下水資源、維持地下水位的穩定性的需要，以進而保護地下水文地質環境，避免了地面沉降、地陷之類的地質災害的發生。
【背景技術】
[0002]地熱能應用系統，如含水層儲能、地下水源熱泵、地溫空調和深層地熱，它利用的是可再生清潔能源。由于能效高，可以替代傳統的礦物燃料，得到能源界的廣泛認可。目前，國內冬季傳統的燃煤供暖所引起的霧霾已經產生嚴重的環境問題，而其它的清潔能源，如天然氣則因氣源有限，價格高昂，太陽能、風能因能流密度低和售價高，離商業市場化仍有很大的距離。跟其它能源相比，地熱能一方面是清潔能源，另一方面也是可再生能源。而更重要的是，由于性價比高，它是一種用得起的可再生能源。它的大規模推廣，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冬季燃煤而產生的霧霾現象。但是，這些地熱能技術需要抽灌地下水進行供冷供熱，地下水回灌難是這些技術應用的世界難題。
[0003]在建筑領域中，基坑降水需要抽取地下水，而且持續時間長、水量大。若不回灌，則會造成地下水位下降、誘發地面沉降和地陷，從而危及周邊的建筑和基礎設施。在某些城市，這種工程類的降水已經成為地面沉降的主要誘因，有些地區甚至出現了地陷現象。
[0004]可見，影響這些技術的可持續應用的主要障礙是地下水回灌。大量抽取地下水而不回灌，勢必造成地下水位持續下降，對系統本身而言，會出現吊泵甚至只能廢棄整個系統，不利于地熱能系統的可持續使用。而對于含水層儲能系統而言，只抽不灌，地下儲能則無法實現。而地下水的不經處理的直接排放，由于地下水中往往很高的礦化度或甚至含有有害特質，會造成地表水的污染和土地的鹽堿化，危及周邊的生態環境。而從地質環境來看，當地下水的大量抽取而得不到補給時，就會引起地下水的持續下降并形成地下水位漏斗，當大量抽取地下水，進而誘發地面沉降和地陷等地質災害，另外地下水的直接排放浪費寶貴的地下水資源。因此，在一些標準、規范和政府審批過程中，明確規定，抽取的地下水必需全部回灌。
[0005]另外，目前絕大多數的地熱能中的地下水系統不是嚴格意義的全密閉系統。很多環節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，會跟常規的管路(如鐵管)發生化學反應。這樣，一方面，地下水的成份會發生改變，甚至受到污染，而另一方面，化學反應生成的物雜或污垢，在某種程度上，也會引起回灌井的堵塞，即化學堵塞。
[0006]本系統的利用，可以解決目前地熱能系統和基坑降水等地下水回灌難的問題。對于保護地下水資源、保護地質環境、提高系統的使用壽命和相關行業的可持續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題。據不完全統計，全國高達70%以上的地下水源熱泵項目正因為存在上述問題，一些地區因此禁止或限制這種節能技術的應用，如北京、上海、江蘇和天津。在建筑領域，對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取代過去生產井用水所引起的地面沉降，成為地面沉降的主要原因。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是對地下水進行原水持續回灌。
[0008]本發明解決其技術問題所采用的技術方案為:
[0009]地下水原水可持續抽灌系統，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，經過地下水管路，回灌至回灌井。從抽水井至回灌井，整個地下水系統保持密封狀態，與外界空氣完全隔離。
[0010]根據本發明的優選的技術方案，地下水原水可持續抽灌系統中的抽水井(I)、回灌井(2)，在成井過程中使用清水鉆進，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，提高了井的質量和壽命，確保不會因地下水泥砂含量過大而引起回灌井的物理堵塞。
[0011]根據本發明的優選的技術方案，地下水原水可持續抽灌系統中不包括漂浮物處理過濾裝置、固體顆粒過濾裝置或其它過濾裝置，其中固體顆粒過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濾器。
[0012]根據本發明的優選的技術方案，地下水原水可持續抽灌系統中使用高強度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，整個地下水系統的部件必須要對地下水耐腐，避免由于地下水跟地下水系統的部件發生化學反應導致系統的腐蝕和結垢從而導致地下水系統的失效和回灌井的化學堵塞。因此，在設計地下水系統時，需要對地下水進行水質化驗，以確定所用系統的材料。
[0013]根據本發明的優選的技術方案，地下水原水可持續抽灌系統需要保持密封、并保持一定的正壓狀態，以避免外界空氣和異物的侵入。本地下水原水可持續抽灌系統并不使用真空回灌的技術，也不使用充氮來隔絕空氣。因為空氣和異物中的氧會與地下水中的鐵錳離子反應，產生的金屬氧化物會導致回灌井濾水管和含水層的化學堵塞；而空氣和異物中的侵入，使地下水的水環境發生變化，會導致鐵細菌的大量繁殖而導致生物堵塞。另外，固體物的入侵，如泥砂，會直接造成回灌井的物理堵塞。
[0014]根據上述優選方案，可以實現地下水原水持續回灌。這時，在降深相同的情況下，井的地下水抽灌量是相等的，即實現了水文學意義上的地下水回灌。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]附圖1是本地下水原水可持續抽灌系統示意圖【具體實施方式】
[0016]結合附圖1對本發明的地下水原水可持續抽灌系統進行具體說明。
[0017]附圖1所示為地下水原水可持續抽灌系統，該系統由抽水井(I)、回灌井(2)、深井潛水泵⑶和地下水管路⑷等組成，地下水管路⑷包括地能能系統中的換熱器(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，經過地下水管路進行熱交換之后，回灌至回灌井。從抽水井至回灌井，整個地下水系統保持密封正壓狀態，與外界空氣完全隔離。地下水的回灌是持續的，不需要回揚和洗井。
[0018]實現地下水原水持續回灌，首先所要解決的是回灌井堵塞的問題。在成井過程中，抽水井(I)、回灌井(2)不采用通常的泥漿鉆進，而是使用清水鉆進，盡量少用泥漿或不用泥漿。形成高質量的抽水井和回灌井。濾水管和井管采用高強度的PVC或不銹鋼材料。濾水管開縫大小和濾砂粒徑需要根據當地的含水層砂的粒徑分布進行嚴格的級配，進行定制。在抽水試驗中，地下水的泥砂含量必須小于0.005mg/l。由于地下水中的泥砂含量很低，因此，本發明的地下水系統中沒有常見的旋流除砂器、過濾器之類的水處理設備。
[0019]成井后需要對地下水的原水進行化驗，以確定構成地下水系統的所有材料不會與地下水產生化學反應。優選高強度PVC管和濾水管、不銹鋼管與管件、PE管等耐腐材料。特別是當地下水的氯離子含量較高時，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)是整個地下水系統的地下水輸送設備和加壓設備，在泵的選用時，需要對地下水系統在不同工況下的行進阻力進行精確的計算，并確定泵的揚程，以確保地下水的流量和系統的壓力。
[0021]抽水井⑴和回灌井(3)的井口由井口裝置進行密封并與地下水管路⑷進行對接。兩側的地下水管路(4)在機房的換熱器(5)處相聯結，構成一個全密封的地下水系統。
[0022]當初次采用地下水系統時，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中排氣閥(7)、(8)、(9)和電磁閥(6)，排出管路中所有氣體。當管路中氣體排盡，充滿液體時，關閉上述排氣閥。
[0023]井中可能還含有極少部分空氣，這部分空氣由于量小，而且與外界并不聯通，處于密封狀態，與地下水接觸后不會對地下水的氧化產生實質性的影響。
[0024]地下水抽灌系統需要保持密封、并保持一定的正壓狀態，而不使用常見的真空回灌的技術，也不使用充氮來隔絕空氣。因為采用真空回灌時，容易因內部的負壓而吸入外界空氣；在充氮的過程中，容易導致外部空氣吸入，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生化學反應所引起的化學堵塞和外部物質進入的地下水污染。
[0025]當系統處于停機狀態時，回灌井的電磁閥(6)關閉，抽水井口的截止單向閥(12)阻止地表管內地下水的回流，使管路中仍充滿地下水，以防止系統失壓而導致外界空氣的吸入和系統開機頻繁的排氣操作。
【權利要求】
1.一種全密封地下水原水持續抽灌系統，包括抽水井(I)、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(I)抽出的地下熱水，經過地下水管路(4)傳送并進行熱交換之后，回灌至回灌井(2)。
2.根據權利要求1所述的全密封地下水原水持續抽灌系統，其特征在于，抽水井和回灌井在成井過程中使用清水鉆進，地下水純凈度高，其泥砂含量小于0.005mg / I。
3.根據權利要求1所述的全密封地下水原水持續抽灌系統，其特征在于，系統中不包括旋流除砂器或其它過濾裝置。
4.根據權利要求1所述的全密封地下水原水持續抽灌系統，其特征在于，系統由耐腐蝕材料組成。
5.根據權利要求1所述的全密封地下水原水持續抽灌系統，其特征在于，地下水回灌是持續的。
6.根據權利要求1所述的全密封地下水原水持續抽灌系統，其特征在于，井群中抽水井與回灌井的數量相同。
7.根據權利要求1所述的全密封地下水原水持續抽灌系統，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)。
8.根據權利要求1所述的全密封地下水原水持續抽灌系統，其特征在于，系統在運行中保持密封狀態，地下水在流動中完全與外界隔絕，且保持一定的正壓，避免采用真空回灌而吸入外界空氣、或充氮過程的空氣吸入而引起的地下水鐵錳離子與空氣中的氧發生化學反應所引起的化學堵塞和外部物質進入的地下水污染。
【文檔編號】E02D3/10GK103758111SQ201410036976
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】鄔小波, 歐陽鑫南 申請人:豐電陽光(北京)清潔能源技術有限公司