CN102060348B - 一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置 - Google Patents

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本发明涉及一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置，为不锈钢材质制成的圆形塔体，分为三个部分，为进风段，两级喷淋段和出风锥帽，进风段和出风锥帽均通过一带有橡胶密封圈的法兰结构与两级喷淋段的主塔体进行连接。本发明的优点为：进风段设置四个钛合金微孔布气头，当空气压缩机的气流高速通过时可形成局部真空状态，进而气流被切割、打散成为细小的空气微泡，大大增加了气液接触界面，同时利用主塔体的两个旋转布水器和充填的不锈钢丝网波纹填料增大了气液接触面积，进而强化了氯代烃污染物在气液界面的传质效果，为氯代烃污染地下水修复提供了一种理想、经济高效且具有广阔应用前景的塔式空气吹脱修复装置。

Description

一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置
【技术领域】
本发明涉及环保设备技术领域，具体地说，是一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置。
【背景技术】
随着氯代烃有机溶剂在汽车制造、电子元件、皮革加工、织物干洗和化工合成等行业的大规模应用，由于对其使用、处置监管力度不够，氯代烃污染地下水现象日益严重。以美国为代表的一些西方发达国家，自20世纪80年代开始就已经开展了地下水污染调查与修复工作，基本摸清了地下水氯代烃污染现状，并在“谁污染谁治理”及“超级基金”资助下，每年投入3～8亿美元的高额资金，开展了约20多年的调查和治理，取得了较多的研究成果。截止2004年，该基金已完成地下水污染修复工程864个，治理有害液体、地下水、地表水超过14亿m3；而国内对地下水氯代烃污染的治理研究大都处于实验室研究阶段，亟需有效治理地下水氯代烃污染的工程实用技术、方法和国产化装置。
目前，地下水氯代烃污染治理技术与修复方法主要有：化学氧化法、生物法和物理法。化学氧化法常用于氯代烃污染的地下水修复，但是单独使用成本较高。生物法通过高效菌种处理氯代烃污染地下水虽能取得较高的去除效率，但由于氯代烃在生物缓慢降解过程中会生成一些高毒性的中间产物，且处理周期长，故在场地修复中应用较少。物理法主要是指抽出处理法，是地下水修复的代表性技术，应用最为广泛。例如在美国的上百个污染场址区，对地下水采取抽出处理的约占75％。该方法通过抽取污染含水层，从而把水中的有机污染物带回地表，然后用地表污水处理技术净化抽取出的水，而后再将处理后的水返注入地下。
吹脱法利用水中溶解物质的实际浓度与平衡浓度之间的差异，将水中溶解性的挥发性化合物由液相扩散到气相，达到驱除水中挥发性组分的目的。吹脱方法早期应用于去除水中溶解的CO2、H2S、NH3等气体，同时增加水中的溶解氧来氧化水中的金属。从七十年代中期开始，环境科学不断地进行吹脱水中挥发性有机物的实验，并将这项技术用于受低浓度挥发性有机物污染的污水处理。空气吹脱法是一种比较便宜的地下水异位抽出净化技术，据报道，空气吹脱的处理费用是$1.14～7.50/m3，同样对于去除三氯乙烯(TCE)，其处理费用约为粒状活性炭吸附的1/5。这使得空气吹脱技术在美国被迅速应用于地下水的净化。由于吹脱技术具有简单、高效、投资省、易操作等诸多优点，被美国环境保护协会指定为去除挥发性有机污染物最可行的技术。因此，结构简单、经济、高效吹脱塔的设计成为此技术在我国能否得到大规模应用和积极推广的关键。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置，其特征在于，所述的塔式空气吹脱装置为不锈钢材质制成的圆形塔体，分为三个部分：为进风段，两级喷淋段和出风锥帽，进风段和出风锥帽均通过一带有橡胶密封圈的法兰结构与两级喷淋段的主塔体进行连接；
所述的进风段，其设置于底部法兰结构12之上，可随法兰整体拆卸；法兰底部设置两个阀门：一个为空气进气阀5，与空气压缩机通过管道连接，另一个为清洗阀4，必要时可对整个装置进行清洗；
所述的法兰，其上部设置四个钛合金的微孔布气头10，孔径为15～25μm，优选为20μm，当有高速空气流通过时可形成局部真空状态，可有效对高速空气流进行切割、打散处理，使其分散为细小的空气微泡；
所述的进风段的空气由一大功率的空气压缩机提供，通过气路上串联的一转子流量计进行空气流量调节；
所述的两级喷淋段，其主塔部分设置两个进水阀，为进水阀I 1和进水阀II2，分别位于塔体的上部和中部，通过布水管道13分别与两个铜质旋转布水器8进行连接；喷淋形式采用双层填料，两级喷淋，使气液充分接触。塔体中部进水阀2和布气头10上部均设置一不锈钢支架7，以支撑不锈钢丝网波纹填料9，填料由压成波纹的丝网片排列而成，波纹片倾角30°～50°，相邻两波纹片方向相反，在塔内填装时，上下两盘填料交错90°叠放；另主塔体下部设置一取样阀3，可在吹脱过程中随时取样以监测氯代烃污染物浓度的历时变化，同时也可作为连续流实验时的出水阀使用；
所述的出风锥帽，为一带有出气阀6的倒锥形集气罩，其最大直径为柱体直径的3倍，锥体顶部倾角45°，整个锥体部分容积至少为柱体体积1/2，设置此机构可有效防止吹脱过程产生的大量泡沫随气流进入尾气收集处理器，该结构通过一带有橡胶密封圈11的法兰结构12与主塔体进行螺栓连接；
另外，本发明的氯代烃污染地下水通过两台大功率离心泵将其提升至地面，再用两台泵将其打入塔式空气吹脱装置的进水阀I 1和进水阀II 2。
由塔式空气吹脱装置吹出的氯代烃尾气经出气阀6通过气路管道进入尾气收集处理器进行后续处理。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明设计了一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置，其主要由进风段、二级喷淋段和出风锥帽组成；进风段设置四个钛合金微孔布气头，当空气压缩机的气流高速通过时可形成局部真空状态，进而气流被切割、打散成为细小的空气微泡，大大增加了气液接触界面，同时利用主塔体的两个旋转布水器和充填的不锈钢丝网波纹填料增大了气液接触面积，进而强化了氯代烃污染物在气液界面的传质效果，为氯代烃污染地下水修复提供了一种理想、经济高效且具有广阔应用前景的塔式空气吹脱修复装置。
【附图说明】
图1氯代烃污染地下水塔式空气吹脱装置剖面图；
图2a塔式空气吹脱装置出风锥帽C-C剖面图；
图2b塔式空气吹脱装置进风段底部布气B-B剖面图；
附图中的标号分别为：1、进水阀I，2、进水阀II，3、取样阀，4、清洗阀，5、进气阀，6、出气阀，7、支架，8、布水器，9、填料，10、微孔布气器，11、密封圈，12、法兰，13、布水管。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置的具体实施方式。
实施例1
下面结合附图1和2对本发明设计作进一步说明。如图1所示，本发明设计主要包括进风段、二级喷淋段和出风锥帽；具体操作过程为：先用两台大功率离心泵将高浓度氯代烃污染地下水提升至地面，再用两台泵分别将其打入进水阀I 1和进水阀II2，通过布水管13进入旋转布水器8开始布水；与此同时，开启空气压缩机，调节转子流量计至合适流量，高速空气流经进气阀5进入四个钛合金微孔布气器10，进而被打散为细小的空气微泡，然后依次通过不锈钢填料支架7、不锈钢丝网波纹填料9逐级上升，与喷淋而下的氯代烃污染地下水进行逆向接触，在此接触过程中，水中挥发性氯代烃污染物不断由液相转移至气相，而空气中的氧不断由气相进入液相，使水中氯代烃污染物得以去除而溶解氧含量升高。吹脱尾气依次通过出气阀6、气路管道进入氯代烃尾气收集处理器进行后续处理，而吹脱后的低浓度氯代烃污染地下水经取样阀3再注入地下，如此反复循环，直至氯代烃浓度达到稳定，不再降低为止。
间歇进水实验：分别用超纯水配制初始浓度为1000mg/L的氯乙烯(VC)、二氯乙烯(DCE)、三氯乙烯(TCE)和1，1，1-三氯乙烷(TCA)模拟溶液，在常温20℃条件进行间歇吹脱实验，设计空气流量0.5～5.0L/min，空气吹脱3min后，VC去除率达到100％，DCE、TCE和TCA去除率均达到99.8％以上，残留浓度达到0.5～1.2mg/L，继续吹脱30min后，以上三种氯代烃浓度可达100～200μg/L，再经过30min后，其浓度降至20μg/L左右。
连续进水实验：将浓度分别为1000mg/L的TCE和TCA混合溶液装入密封的高位水箱中，按2L/min的流速进水到空气吹脱反应器中，常温5L/min空气流量下吹脱3min，达到稳定后出水TCE和TCA浓度约为1mg/L左右，再经30min空气吹脱后残余TCE和TCA浓度达到100μg/L左右，TCE、TCA去除效率接近100％，可见该塔式氯代烃空气吹脱装置对高浓度TCE、TCA污染地下水能做到快速高效去除。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置，其特征在于，所述的塔式空气吹脱装置为不锈钢材质制成的圆形塔体，其分为三个部分：为进风段，两级喷淋段和出风锥帽，进风段和出风锥帽均通过一带有橡胶密封圈的法兰结构与两级喷淋段的主塔体进行连接；
所述的两级喷淋段，其主塔部分设置两个进水阀，分别位于塔体的上部和中部，通过布水管道分别与两个铜质旋转布水器进行连接；喷淋形式采用双层填料，两级喷淋，使气液充分接触；塔体中部进水阀和布气头上部均设置一不锈钢支架，以支撑不锈钢丝网波纹填料，填料由压成波纹的丝网片排列而成，波纹片倾角30°～50°，相邻两波纹片方向相反，在塔内填装时，上下两盘填料交错90°叠放；另主塔体下部设置一取样阀。
2.如权利要求1所述的一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置，其特征在于，所述的进风段，其设置于底部法兰结构之上；法兰底部设置两个阀门：一个为空气进气阀，另一个为清洗阀。
3.如权利要求1所述的一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置，其特征在于，所述的法兰，其上部设置四个钛合金的微孔布气头。
4.如权利要求1所述的一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置，其特征在于，所述的进风段的空气由一大功率的空气压缩机提供，通过气路上串联的一转子流量计进行空气流量调节。
5.如权利要求1所述的一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置，其特征在于，所述的出风锥帽为一带有出气阀的倒锥形集气罩，通过一带有橡胶密封圈的法兰结构与主塔体进行螺栓连接。
6.如权利要求5所述的一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置，其特征在于，所述的倒锥形集气罩的最大直径为柱体直径的3倍，锥体 顶部倾角45°，整个锥体部分容积至少为柱体体积1/2。
7.如权利要求1所述的一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置，其特征在于，氯代烃污染地下水通过两台大功率离心泵将其提升至地面，再用两台泵将其打入塔式空气吹脱装置的两个进水阀。
8.如权利要求1所述的一种处理氯代烃污染地下水的塔式空气吹脱装置，其特征在于，由塔式空气吹脱装置吹出的氯代烃尾气经出气阀通过气路管道进入尾气收集处理器进行后续处理。 
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