CN102381771B - 一种对污染地下水的原位修复反应器 - Google Patents

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本发明公开了一种对污染地下水的原位修复反应器，该反应器包括第一层砾石层、反应层和第二层砾石层，该反应层设置在该第一层砾石层和该第二层砾石层之间，该污染地下水从该第一层砾石层进入通过该反应层和该第二层砾石层后流出，该反应层中设置有吸附剂，该吸附剂包括物质A：烟灰、煤颗粒或者两者的混合物，物质B：纳米二氧化硅粉以及物质C：沸石，该物质A、物质B和物质C之间的重量比例为2.5∶1.5∶1。本发明的原位修复反应器可以有效去除污染水中的EDCs，并且吸附剂可以循环使用，具有使用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便，建设、运行可以都在地下，对人类活动影响小等特点，具有广阔的应用前景。

Description

一种对污染地下水的原位修复反应器
技术领域
本发明涉及污染水的处理，尤其涉及一种对污染地下水的原位修复反应器。
背景技术
近年来，随着工农业生产的发展，尤其是有机合成化工、石油化工、农药及杀虫剂的迅速发展，越来越多的污染物进入土壤和水体，导致了饮用水水质的急剧恶化。其中环境激素类物质(EDCs)对水质的影响越来越大。环境激素是一类具有典型的憎水亲脂特性的污染物，易吸附于含水层骨架及土壤颗粒上，在环境中不易为生物降解，对人和动物的健康能产生严重威胁。其通过食物链在脂肪中积累，可能导致免疫系统、内分泌系统、荷尔蒙、生殖系统疾病，并诱发癌症。这些环境激素包括多氯化联(二)苯(PCBs)、二氧(杂)芑、五氯苯酚(PCP)、全氯乙烯(PCE)、三氯乙烯(TCE)、1，1，1-三氯乙烷(1，1，1-TCA)以及甲苯、多环芳烃(PAHs)、废酸、废碱、焦油酸等等。地下水环境激素污染已经受到国际水文地质、环境地质和环境工程专业工作者的高度重视，并成为亟待解决的问题。
上述污染物一旦进入地下含水层中就很难去除，因此需要提供一种污染地下水的原位修复反应器以解决上述问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种对污染地下水的原位修复反应器，上述反应器包括第一层砾石层、反应层和第二层砾石层，上述反应层设置在上述第一层砾石层和上述第二层砾石层之间，上述污染地下水从上述第一层砾石层进入通过上述反应层和上述第二层砾石层后流出，上述反应层中设置有吸附剂，上述吸附剂包括物质A：烟灰、煤颗粒或者两者的混合物，物质B：纳米二氧化硅粉以及物质C：沸石，上述物质A、物质B和物质C之间的重量比例为2.5∶1.5∶1。
较佳地，上述吸附剂为颗粒状。上述吸附剂的颗粒直径在10mm-30mm之间。
较佳地，上述反应层中还设置有纳米金属颗粒。上述纳米金属颗粒为纳米铁颗粒，上述纳米铁颗粒的粒径为80nm-90nm，比表面积为54m2/g。
较佳地，上述第一层砾石层上还设置有导流装置。上述导流装置为漏斗式导流墙。
较佳地，上述反应器上还设置有电极，上述电极的一个电极设置在上述反应层的一侧，上述电极的另一个电极设置在上述反应层的另一侧。
通过本发明的对污染地下水的原位修复反应器，可以有效去除污染水中的EDCs，并且其中的吸附剂可以循环使用，具有使用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便，建设、运行可以都在地下，对人类活动影响小等特点，具有广阔的应用前景。
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的原位修复反应器的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的原位修复反应器的结构示意图，其上连接有电极。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本反应器一方面利用纳米金属作为强还原剂对地下水的有机污染物进行化学降解，另一方面利用吸附剂对有机污染物的吸附，使土壤或沉积物中的污染物在土壤或沉积物与吸附剂之间重新再分配，分配的结果使得土壤或沉积物中污染物浓度大大降低，只残留生物摄取极为困难的部分。同时由于吸附剂强烈的吸附和缓慢的释放作用，被吸附污染物的生物摄取可能也非常困难，以此达到治理的目的。
首先说明根据本发明实施例的反应器中的吸附剂的成分。该吸附剂包括：烟灰、煤颗粒或者两者的混合物(本发明中称为GC类物质)；纳米二氧化硅粉；以及沸石。上述三者之间的重量比例为2.5∶1.5∶1。将上述三种物质混合均匀后制成颗粒状。较佳地，颗粒的直径在10mm-30mm之间，这样具有较高的渗透系数。
接下来介绍对污染地下水的原位修复反应器(简称反应器)的具体结构。参考图1，示出了根据本发明一个实施例的原位修复反应器100的结构示意图。该反应器100包括三层，最上层为第一层砾石层110，中间一层为反应层120，下面一层为第二层砾石层130。其中反应层120中设置有上述的吸附剂(未示出)用于对污染水进行处理。较佳地，该反应器100还包括设置在第一层砾石层110上的导流装置140，用于引导污染水进入该反应器100，参见图1中箭头所示的水流方向。该导流装置140可以实现为漏斗式导流墙。污染水通过导流装置140导流进入第一层砾石层110，然后通过反应层120对污染水进行处理，最后通过第二层砾石层130排出净化后的水。
进一步地，在反应层120中还设置有纳米金属颗粒(未示出)，其作用将在下面详细描述。较佳地，纳米金属颗粒选择纳米铁颗粒，纳米铁粒子呈深黑色，粒径约为80nm-90nm，比表面积为54m2/g。
下面介绍该反应器100的工作方式。
受污染地下水通过导流装置导流进入原位修复反应器100，并在反应层120中与其中的吸附剂和/或纳米金属颗粒充分接触。纳米颗粒对污染物实现化学降解，同时吸附剂对EDCs(环境激素类物质)进行强烈吸附，实现EDCs与水体的分离。
另外，本发明的反应器100可以再生循环使用。当反应器100中吸咐剂的容量达到饱和后，可以通过电催化产生的HO诱发一系列的自由基链反应，攻击吸附剂上吸附的EDCs及水体中的EDCs，使之降解为二氧化碳、水和其他矿物盐，实现吸附剂上EDCs降解削减、矿化和吸附剂的再生循环，从而达到对污染地下水进行原位修复。图2示出了连接有电极150的反应器100。该电极150的一个电极设置在该反应层120的一侧，该电极150的另一个电极设置在该反应层120的另一侧。当反应层120中的吸咐剂容量达到饱和后，通过对反应器100中主对电极施加一低电压从而形成电场，在外加电场的作用下，以静电感应使其中吸附剂粒子复级化成为复级性粒子，即在粒子一端成为阳极并发生阳极反应，另一端成为阴极而发生阴极反应，其中的粒子群形成一个立体的电极，粒子之间构成大量微电解池，电解产生的02在阴极上还原产生H202，同时反应体系催化生成能破坏EDCs结构的羟基自由基·OH，这样通过直接氧化和间接氧化将吸附在粒子电极表面的大部分有机物降解矿化，同时使粒子电极再生恢复吸附与电化功能，从而达到对污染地下水进行原位修复。
本发明的反应器可以通过以下三种作用的共同降解EDCs：吸附剂对污染物的物理化学吸附；纳米金属颗粒对污染物的化学降解作用；电化学作用下对污染物的分解作用。通过这三种作用可以有效降解EDCs。
本发明的反应器具有以下特点：
1、其中的砾石层起到保护反应层填料(吸附剂和/或纳米金属颗粒)不受水流冲力而流失的作用。吸附剂与纳米金属颗粒同时作用于受污染的地下水，交替发挥其吸附、化学氧化、生物降解作用以达到对有机物的有效去除。当吸附剂吸附容量达到饱和后通过附加低压电流达到再生。
2、EDCs去除率达到90％.
3、有效对受污染地下水进行原位修复，运行成本较异位修复方法每吨的处理费用减少1/3-1/2。
本发明的反应器适用于所有受EDCs污染的地下水的原位修复处理。
本方法的反应器通过采用新型吸附剂具有高效选择吸附性能，同时具有导电的特性，在反应中不易溶解、消耗；同时具有适当的粒径，可以防止地下水流有过长的水力停留时间，同时也可以防止堵塞粒间空隙，不会发生有害化学反应或产生副产品。该反应器不存在吸附剂容量饱和而导致修复效果下降的问题，当达到饱和吸附容量后需要消耗电力资源也十分有限，具有使用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便，建设、运行可以都在地下，对人类活动影响小等特点，具有广阔的应用前景。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (8)

1.一种对污染地下水的原位修复反应器，所述反应器包括第一层砾石层、反应层和第二层砾石层，所述反应层设置在所述第一层砾石层和所述第二层砾石层之间，所述污染地下水从所述第一层砾石层进入通过所述反应层和所述第二层砾石层后流出，所述反应层中设置有吸附剂，所述吸附剂包括物质A：烟灰、煤颗粒或者两者的混合物，物质B：纳米二氧化硅粉以及物质C：沸石，所述物质A、物质B和物质C之间的重量比例为2.5∶1.5∶1。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述吸附剂为颗粒状。
3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述吸附剂的颗粒直径在10mm-30mm之间。
4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述反应层中还设置有纳米金属颗粒。
5.根据权利要求4所述的反应器，其特征在于，所述纳米金属颗粒为纳米铁颗粒，所述纳米铁颗粒的粒径为80nm-90nm，比表面积为54m2/g。
6.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述第一层砾石层上还设置有导流装置。
7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述导流装置为漏斗式导流墙。
8.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述反应器上还设置有电极，所述电极的一个电极设置在所述反应层的一侧，所述电极的另一个电极设置在所述反应层的另一侧。
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