CN103288168A

CN103288168A - 多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统及其修复方法

Info

Publication number: CN103288168A
Application number: CN2013102636549A
Authority: CN
Inventors: 何理; 樊星; 董焕焕; 潘海洋; 卢宏玮
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: CN103288168B

Abstract

本发明属于土壤地下水中修复技术领域，具体涉及一种多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统及其修复方法。该系统包括多相真空抽吸装置、紫外光光解装置和回收装置。利用多相真空抽吸装置将气相、水相及油相收集并抽提；抽提上来的组分经过气液分离装置进行一级分离，气相组分由回收装置收集，液相组分通过水油分离装置进行二级分离，油相组分经回收装置收集，水相组分进入紫外光光解系统进行处理，处理后的水体经检测达到回灌标准，回灌地下。本发明通过控制光解条件可有效去除地下水中有机污染，并且真空抽吸系统可同时控制地下有机物再次污染地下水，真正达到高效、彻底修复地下水有机物污染的目标。

Description

多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统及其修复方法

技术领域

本发明属于水污染修复技术领域，具体涉及一种多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统及其修复有机污染地下水的方法。

背景技术

随着现代工农业的迅速发展和城市人口的增加,越来越多的有机污染物，如工业废弃物、残留农药、有机废水、生活垃圾等通过各种途径排放到环境中。这些有机污染物以其持久性、高毒性、积聚性、流动性为特征，严重的影响了我们的生存环境。有机物污染物对环境影响的严重性主要表现在:有机污染物会长期累积，很难通过自然降解过程去除；在自然或人为条件下，有机污染物会迁移到其他环境中。如，土壤和地表水中的有机污染物经过地表径流或地下渗流，迁移到地下水中，特别是在降水或灌溉条件下，严重污染了地下水。地下水约占地球上整个淡水资源的30％，在水资源匮乏的今天，地下水日益显出其重要性。美国地下水污染调查资料中表明，美国地下水水样中44％含有机物，38％含有杀虫剂，28％含有硝酸盐；共检测出402种污染物，占了95％的14种主要污染物中就有7种有机物。可见地下水的有机物污染已经相当地严重。而在我国，据有关部门对118个城市2～7年的连续监测统计，约有64％和33％的城市地下水遭受了重度和轻度的污染，基本清洁的城市地下水只有3％。由此可见，无论是在国内还是在国外，地下水有机物污染已经是一个普遍存在的环境问题，地下水中有机物的处理也是当前重要的研究课题之一。

目前存在很多种地下水污染治理技术与方法，主要分为三大类：物理方法，化学方法和生物方法。物理方法包括土壤气相抽取，、土壤淋洗、吸附法等。其中土壤气相抽取虽能有效地处理气相污染物，但对液相、残留相的污染物只能采取其他方法处理，导致处理系统复杂、处理成本高昂。例如，专利“一种双相真空抽吸模拟系统及其模拟方法”，其中所提出的双相真空抽吸技术就属于这一类。土壤淋洗可去除大量的污染物，且投资与消耗相对较少，但是该方法仅仅是转移了有机污染物，并没有将污染无害化。吸附法是利用多孔性吸附剂吸附有机物，从而使地下水得到修复，但是这种方法处理成本高、吸附剂再生困难。化学方法包括热处理法、加药法、化学氧化法等。热处理法是通过焚烧或煅烧来净化土壤中有机污染物，但同时亦破坏土壤结构和组分。加药法虽然能快速的分解部分有机物，但是极易对土壤、地下水造成二次污染。化学氧化法可以有效地氧化去除地下水中的小分子有机物、将大分子的难降解物质氧化分解为易于降解的小分子有机物，但是在降解的过程中很可能会产生其他有毒有害的污染物。生物方法主要有植物修复法、微生物降解法、生物膜处理法等。植物修复法就是利用植物直接或间接的吸收、同化、降解作用，修复受污染的土壤和地下水环境，但其处理周期较长，短时间内达不到明显的效果。而微生物降法解虽然操作比较简单、且无污染，但是特定的微生物只降解特定类型的化学物质。此外，微生物活性还受温度和其它环境条件变化的影响较大，这就极大的限制了微生物降解法的应用范围。生物膜法是利用有大量微生物繁殖的生物膜吸附和降解水中的有机污染物，从而达到污水净化的目的。但净化过程中会产生大量的后生动物（如轮虫类），容易造成生物膜瞬时大量脱落，影响出水水质。鉴于已有技术存在着各种各样的问题，学者们也在大力研发新的处理方法与技术，如紫外线光降解技术。紫外线是光谱中介于可见光的紫色光和X射线之间波段范围内的光波，其波长范围为100nm~400nm。所谓紫外线光降解技术是指用紫外线氧化光解作用产生羟基(-OH)，利用羟基氧化破坏有机污染物净化水质的技术。据国内外研究表明，羟基具有极大的氧化破坏能力,几乎能氧化分解所有的有机物，例如：苯酚、卤代烃、三氯甲烷、三氯乙烯、四氯化碳、聚氨酯等。这些有机物吸收紫外光，发生一系列的光化学反应，使其中共价键断开产生自由基，不可逆的改变了分子结构，降低了有机污染物的毒性或将其彻底分解。并且紫外光光解设备构造较简单、易操作管理、能耗低、低碳且无二次污染。另外，紫外光还可以杀灭水中的微生物，起到杀菌消毒的作用。所以，利用紫外光处理有机污染物是一种很好的选择。

综上所述，我们鉴于前人的研究方法，结合先进的紫外线光解技术，对地下水中的有机物进行修复。

发明内容

本发明目的是提供一种能够高效、彻底修复地下水中有机污染的多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统及其修复有机污染地下水的方法。

一种多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统，所述修复系统包括多相真空抽吸装置、紫外光光解反应装置和回收装置；所述多相真空抽吸装置包括抽吸井2、气液分离系统3和水油分离系统4；所述紫外光光解反应装置10包括紫外光光解反应筒13、进水管道14、出水管道15和紫外光光源16；所述回收装置包括气相收集装置5、油相收集装置7和地下水回灌系统11；所述多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统为在污染带1设置抽吸井2，抽吸井2通过第一传输泵6与气液分离系统3连接，气液分离系统3通过第二传输泵8分别与水油分离系统4和气相收集装置5连接；水油分离系统4通过第三传输泵12分别与油相收集装置7和紫外光催化光解反应装置10相连；紫外光催化光解反应装置10由控制系统9控制，并与地下水回灌系统11连接；

所述紫外光光解反应筒13侧壁下端设置进水管道14，上端设置出水管道15，紫外光光解反应筒13顶部有紫外光光源16。

所述紫外光光解反应筒13上部内壁具有催化剂涂层17。

利用上述的多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统修复有机污染地下水的方法，包括以下步骤：

在污染带1中至少设置一个抽吸井2，并设置多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统中各装置，从抽吸井2抽提的组分，通过第一传输泵6泵入气液分离系统3进行气液分离，分离出来的气相组分由气相回收装置5收集；液相组分经第二传输泵8泵入水油分离系统4进行水油分离，分离出来的油相组分由废油回收装置7收集，水相组分则泵入紫外光光解系统13进行处理；处理后的水体经检测达标后，从回灌井11回灌地下；其中真空抽吸系统使用的抽吸泵运转方式为：负压为-0.01到0.05MPa，连续运行。

在紫外光光解筒13前设置储水箱，便于调节反应装置内水力停留时间；于进水管道14进水，出水管道15出水；在紫外光光解筒13中水力停留时间为3-5min；紫外光光源的紫外光频谱为200nm-275nm，平均光照反应时间为3-5min；紫外光光解筒13上部内壁紫外光控制范围内有光催化剂涂层17，涂层的材料为纳米级Ti0₂。

回灌井布设于抽吸井的上游，为加快修复可通过回灌井泵水至地下，加快地下水流动速度。

所述方法运行期间定期监测水样，通过模拟模型得到地下污染状态报告，通过控制系统9机动调整组分进入各系统的流速和反应时间。

与现有的方法技术相比，本发明提供的修复方法具有以下突出的优点：可修复多种有机污染，不局限于修复某种单一的有机污染物；修复效果好，修复彻底，地下水中污染物经光解修复可以达到国家污水综合排放一级标准，并且可以解决地下水反复污染的问题；投资成本较低，处理效率高，修复周期短；绿色无污染，修复过程中没有多余化学药剂的投加，避免了对环境的二次污染。

附图说明

图1 为修复系统分布排列示意图；

图2 为紫外光光解反应装置示意图；

其中各标号为：1-污染带、2-抽吸井、3-气液分离系统、4-水油分离系统、5-气相收集装置、6-第一传输泵、7-油相收集装置、8-第二传输泵、9-控制系统、10-紫外光催化光解系统、11-回灌系统、12-第三传输泵、13-紫外光光解反应筒、14-进水管道、15-出水管道、16-紫外光光源、17-催化剂涂层、18-紫外光、19-水位线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步解释说明。

在实验室中，采用本发明的装置与方法，来模拟多相真空抽吸强化的紫外光催化光解修复系统及其修复柴油污染地下水的方法，该装置分为多相真空抽吸装置、紫外光光解反应装置和回收装置。所如图1所示，所述多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统装置包括污染带1、抽吸井2、气液分离系统3、水油分离系统4、气相收集装置5、第一传输泵6、油相收集装置7、第二传输泵8、控制系统9、紫外光催化光解系统10、回灌系统11、第三传输泵12。第一传输泵6与气液分离系统3连接，气液分离系统3的一端与水油分离系统4连接，另一端与气相收集装置6连接，而后水油分离系统4的一端与油相收集装置8连接，另一端与紫外光催化光解系统10连接。在定制的圆柱形的紫外光光解反应装置13中，设有两个管道：进水管道14和出水管道15，在筒体顶部有紫外光光源16，筒体内表面为催化剂涂层17。最后，该紫外光光解反应装置与控制系统9和回灌系统11连接。

该系统由一个有机玻璃板做成的封闭式矩形槽模拟，在该槽中至少设置一个抽吸井2，模拟污染带1的矩形槽长1.2m，宽0.8米，高0.8米，土壤的填充顺序为（由底部到顶部）：粘土0.1m、砂土0.6m，填土总高度约0.7m。在装填时利用泵将自来水以每天8L的速度连续的泵入槽中，来模拟地下水的自然流动。该过程中保持入水位高度0.55m，出水位高度0.54m。用泵以1.092ml/min速率连续向槽中渗漏1L柴油，浓度为850mg/L，总渗漏时间为15h16min。紫外光光解系统10中紫外光光解反应筒13前设置储水箱，便于调节反应装置内水力停留时间；反应装置下部进水管道14，上部出水管道15；反应装置内水力停留时间为3-5min；紫外光光源16装置于反应器顶部，光源数目为3个；紫外光18频谱为275nm，平均光照反应时间为4min；反应装置上部内壁紫外光控制范围内有光催化剂涂层17，涂层的材料为纳米级Ti0₂。

场地调查结合模拟优化模型（如分布式地下水模拟模型MODFLOW），获得场地地下水流动模型、水文地质状况（如土壤类型、水力梯度、孔隙度等）、污染现状等信息。然后，根据污染带分布、地下水流向等，通过优化模型确定抽吸井、监测井的分布状态和详细修复方案。

根据上述模拟结果及场地现状，柴油渗漏二十五天之后，开挖抽吸井、监测井和架设修复装置，开始进行处理。首先在矩形槽中设置2个抽吸井，然后开启多相真空抽吸系统，系统运行中泵在负压-0.03MPa的条件下，连续运行30天，进入到气液分离装置3分离出气相和液相，分离出的气相进入气相收集装置5中；分离出的液相进入到水油分离系统4中，进行二级分离，油相组分进入油相收集装置8中，水相组分则泵入紫外光光解系统10中进行处理。开启紫外线光源16，水相组分通过进水管道14进入光解系统装置中，不要超过水位线19，在装置中照射停留4分钟左右，经过出水管道15流入水箱后用紫外分光光度计监测水样是否达标。

在该模拟中，污染带1矩形槽用于模拟柴油有机污染物在地下水中的传输过程，双相真空抽吸井2用来抽吸地下污染物，气液分离系统3用于分离气相与液相的污染物，水油分离系统4用于分离水相与油相组分，紫外光光解反应系统10用来处理修复水相组分。

最后，修复完成后，需要对抽吸井、回灌井、检测井进行填埋处理。

本发明提供的修复方法，设备结构紧凑，操作简单，可靠性高，可修复多种有机污染，不局限于修复某种单一的有机污染物；修复效果好，修复彻底。地下水中污染物经光解修复可以达到国家污水综合排放一级标准，并且可以解决地下水反复污染的问题；投资成本较低，处理效率高，修复周期短；绿色无污染，修复过程中没有多余化学药剂的投加，避免了对环境的二次污染。

Claims

1.一种多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统，其特征在于，所述修复系统包括多相真空抽吸装置、紫外光光解反应装置和回收装置；所述多相真空抽吸装置包括抽吸井（2）、气液分离系统（3）和水油分离系统（4）；所述紫外光光解反应装置（10）包括紫外光光解反应筒（13）、进水管道（14）、出水管道（15）和紫外光光源（16）；所述回收装置包括气相收集装置（5）、油相收集装置（7）和地下水回灌系统（11）；所述多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统为在污染带（1）设置抽吸井（2），抽吸井（2）通过第一传输泵（6）与气液分离系统（3）连接，气液分离系统（3）通过第二传输泵（8）分别与水油分离系统（4）和气相收集装置（5）连接；水油分离系统（4）通过第三传输泵（12）分别与油相收集装置（7）和紫外光催化光解反应装置（10）相连；紫外光催化光解反应装置（10）由控制系统（9）控制，并与地下水回灌系统（11）连接；

所述紫外光光解反应筒（13）侧壁下端设置进水管道（14），上端设置出水管道（15），紫外光光解反应筒（13）顶部有紫外光光源（16）。

2.根据权利要求1所述的多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统，其特征在于，所述紫外光光解反应筒（13）上部内壁具有催化剂涂层（17）。

3.利用权利要求1所述的多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统修复有机污染地下水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在污染带（1）中至少设置一个抽吸井（2），并设置多相真空抽吸强化紫外光催化光解修复系统中各装置，从抽吸井（2）抽提的组分，通过第一传输泵（6）泵入气液分离系统（3）进行气液分离，分离出来的气相组分由气相回收装置（5）收集；液相组分经第二传输泵（8）泵入水油分离系统（4）进行水油分离，分离出来的油相组分由废油回收装置（7）收集，水相组分则泵入紫外光光解系统（13）进行处理；处理后的水体经检测达标后，从回灌井（11）回灌地下；其中真空抽吸系统使用的抽吸泵运转方式为：负压为-0.01到-0.05MPa，连续运行。

4.根据权利要1所述的修复有机污染地下水的方法，其特征在于，在紫外光光解筒（13）前设置储水箱，便于调节反应装置内水力停留时间；于进水管道（14）进水，出水管道（15）出水；在紫外光光解筒（13）中水力停留时间为3-5min；紫外光光源的紫外光频谱为200nm-275nm，平均光照反应时间为3-5min；紫外光光解筒（13）上部内壁紫外光控制范围内有光催化剂涂层（17），涂层的材料为纳米级Ti0₂。

5.根据权利要1所述的修复有机污染地下水的方法，其特征在于，回灌井布设于抽吸井的上游，为加快修复可通过回灌井泵水至地下，加快地下水流动速度。

6.根据权利要1所述的修复有机污染地下水的方法，其特征在于，所述方法运行期间定期监测水样，通过模拟模型得到地下污染状态报告，通过控制系统（9）机动调整组分进入各系统的流速和反应时间。