CN103922504A - 一种持久性有机污染物的地下水原位修复系统 - Google Patents

Abstract

一种持久性有机污染物的地下水原位修复系统，涉及有机物污染地下水的原位修复技术，属于地下水环境污染与修复技术领域。持久性有机污染物的地下水原位修复系统，包括持久性有机污染物的地下水原位修复反应器、配水装置、进气装置、集气装置、自动控制装置。反应器满足整个试验流程水体、气体与外界完全密闭，只有进气口、集气口、进水口、出水口与外界联通。通过封闭水箱向反应器进水，利用进气装置制造封闭的地下水还原环境，采用排水法搜集气体，利用自动控制装置实现持久性有机污染物的地下水原位修复系统的自动化控制功能。

Description

一种持久性有机污染物的地下水原位修复系统

技术领域

本发明涉及有机物污染地下水的原位修复技术，属于地下水环境污染与修复技术领域。 

背景技术

持久性有机污染物是指人类合成的能持久存在于环境中，通过食物链累计，并对人类健康造成有害影响的化学物质，是一类高毒性、难降解、持久性、生物累积性以及半挥发性的污染物。 

水是生命之源，是人类赖以生存的水资源，且随着经济社会的快速发展，需水量日趋上升导致了有限的淡水资源更为紧张，淡水资源十分有限，且工业、农业以及人类活动导致地表水污染严重，进而将地下水作为人类赖以生存的饮用水源。地下水中持久性有机污染物的来源主要是城市污水和工业废水、城市垃圾填埋、石化污染、农用化学药剂的施用，持久性有机污染物的污染导致我国地下水污染日益严重，对人类和环境均造成严重的危害。 

西方发达国家自20世纪80年代就已经开展对地下水污染修复工作，自开展地下水污染治理至今，地下水修复技术在大量的实践应用中得以不断改进和创新，并在该领域取得了较好的成绩。地下水原位修复技术是较典型的地下水污染修复技术之一，是在人为干预的条件下省去抽出过程在原位将受污染地下水修复的技术。根据修复机理不同，可分为物理修复、化学修复、生物修复和可渗透反应格栅修复技术。当今地下水资源日益短 缺且社会发展对水资源需求量不断扩大，修复被污染的地下水使其成为可用资源则成了当前最重要的课题之一。地下水污染原位修复技术以其独特的优势从上个世纪末迅猛发展至今，但还存在某些缺陷还没有得到完善，作为一种有效可行的地下水污染修复技术，处理地下水中持久性有机污染物，具有广阔的发展前景。 

发明内容

本发明的目的是针对目前地下水中持久性有机污染物的难降解、持久性、高毒性造成的地下水水质恶化，发明的一种持久性有机污染物的地下水原位修复系统，旨在降解地下水中持久性有机污染物，改善地下水水质，满足人类健康与社会生活需求。 

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一种持久性有机污染物的地下水原位修复系统，该系统包括持久性有机污染物的地下水原位修复反应器、配水装置、进气装置、集气装置、自动控制装置。配水装置通过计量泵与反应器连接，进气装置中的气罐通过气体流量计与反应器底部的曝气装置相连，反应器顶部的六个集气口连接到储气装置，系统中泵、电磁阀、传感器、电磁流量计等装置与集中控制柜连接，进行集中自动控制。 

所述持久性有机污染物的地下水原位修复反应器为透明有机玻璃材料，有机玻璃厚度为15mm，承受相对压力可达2×10⁴N/m²。长×宽×高：120cm×40cm×80cm。通过电磁阀可以实现反应器自动进、出水，运用带有4-20mA信号输入输出的电磁流量计控制反应器进、出水流量。该反应器满足整个试验流程水体、气体与外界完全密闭，只有进气口、集气口、进水口、出水口与外界联通。反应器可以作为污染场地原位修复平台，实现 有机物在地下水中的迁移转化规律与反应机理的研究，从而为有机物的降解与污染控制提供技术依据与理论依据。 

所述配水装置为单层不锈钢材质，带盖，左上装有进水管，底部装有放空管，右下装有出水管，可以实现配水装置的密闭环境。体积为36L，长×宽×高：40cm×30cm×30cm。配水装置内装有2个液位开关，分别为高限液位与低限液位开关，用来指示配水装置内的最高与最低水位，当水位高于高限液位开关或低于低限液位开关，通过液位开关触点信号，自动控制系统便会作出响应，自动控制柜出现报警显示。另外，配水装置右侧装有透明有机玻璃U型管，便于观察配水箱内水位高度。 

所述进气装置分别配备氮气罐、氩气罐、硫化氢罐。三个气罐并联后后分别与气体流量计连接。利用氮气的化学惰性，可以用来代替惰性气体，作为保护气体，以防止持久性有机污染物的地下水原位修复反应器内填料，比如说铁粉等物质暴露于空气时被氧化；当地下水原位修复反应器中有机物去除过程中有氮气生成，需要记录氮气生成量进行反应平衡的计算，此时，不能使用氮气作为保护气体时，同样可以利用氩气的惰性替代氮气以防止填料的氧化；当地下水中含有硫酸盐时，可以在还原环境下生成硫化氢气体，因此可以向地下水原位修复平台反应器中曝硫化氢气体，制造封闭的地下水还原环境。 

所述集气装置，通过地下水原位修复平台反应器顶部带有阀门的集气口进行气体的搜集，利用排水法进行集气，储气罐顶部带有进气口和集气口，可直接连接集气袋进行气体的定性、定量分析。同时储气罐左侧连接带有刻度的有机玻璃柱，也可以通过储气罐排出水的体积，进行气体的定 量分析。 

所述自动控制装置由上位机，集中控制柜和可编程逻辑控制器（PLC）三部分组成。上位机由电脑和组态软件组成，集中控制柜由旋钮、继电器、端子排、开关、指示灯和漏电保护器组成，可编程逻辑控制器（PLC）由PLC和I/O控制模块组成。 

上位机连接集中控制柜，集中控制柜连接传感器。PLC的I/O触点，连接到端子排，端子排另一端连接到中间继电器，由继电器控制泵、阀门和开关，实现逻辑、时序控制。控制柜的控制系统采用以太网I/O系统，具有数字量输入输出、模拟量输入输出模块，带4-20mA信号输出的泵、传感器电磁流量计和电磁阀，模拟量输入后转化成数字信号，通过上位机记录存储数据，也可形成历史报表，对数据进行分析和处理，实现了持久性有机污染物的地下水原位修复系统自动化控制功能。 

本发明的优势在于： 

（1）较以往地下水原位修复技术相比，该系统是一个完整的、可实现自动化的控制系统，可以自动控制模拟的地下水环境，实现原位修复技术对有机物的去除。 

（2）地下水原位修复反应器满足整个试验流程水体、气体与外界完全密闭，只有进气口、集气口、进水口、出水口与外界联通。满足持久性有机污染物去除的平衡计算，便于有机污染物去除的理论研究。 

（3）根据不同填充填料、地下水原位修复机理，不仅可以去除持久性有机污染物，还可以去除地下水中重金属等其它污染物质。 

（4）较以往地下水原位修复反应器相比，该反应器不仅可以模拟持久 性有机污染物的溶质运移，还可以模拟地下水水流运动。 

附图说明

图1持久性有机污染物的地下水原位修复系统。 

图2配水装置示意图。 

图3持久性有机污染物的地下水原位修复反应器示意图。 

图4集气装置示意图。 

图5自动控制装置示意图。 

具体实施方式

下面用实施例来进一步解释该发明。 

实施例：零价铁处理2，4-DCP渗透反应格栅的地下水原位修复技术为实施例，结合附图详细说明本发明的实施细节，所描述的实施例仅是本发明的一个实施例，不是全部的实施例。本发明的权利要求范围并不局限于此。 

如图1所示是本发明所述的持久性有机污染物的地下水原位修复系统，该系统包括持久性有机污染物的地下水原位修复反应器-渗透反应格栅、配水装置、进气装置、集气装置、自动控制装置。各装置规格、型号、尺寸与基本信息见说明书发明内容一项，在此不赘述，在此仅阐述实施例具体细节。 

所述持久性有机污染物的地下水原位修复反应器-渗透反应格栅分为A槽、B槽、C槽，长度分别为20cm、80cm、20cm，A槽、C槽与B槽分别以隔板为界，隔板开孔直径为20mm，隔板开孔面积大于46%。A槽、C槽内部未填充介质，用以控制B槽水位；B槽作为地下水渗流槽，从左向右分别填 充粗砂、零价铁包覆砂填料、粗砂。B槽上设有4×5个取样孔，实施例中选取12个监测点同时对水位、水质进行监测，通过连接测压管测定水位，通过取样针取样测定2,4-DCP浓度与常规离子浓度；同时，B槽内选取1个水温监测点；选取3个pH、氧化还原电位监测点，用以监测地下水环境变化。通过地下水环境中水位、水质变化，构建数学模型，模拟2,4-DCP持久性有机污染物在渗透反应格栅内的溶质运移，实现2,4-DCP持久性有机污染物在地下水中的迁移转化规律与反应机理的研究，从而为2,4-DCP持久性有机污染物的降解与污染控制提供技术依据与理论依据。 

所述进气装置分别配备氮气罐、氩气罐、硫化氢罐。本实施例通过地下水常规离子的测定结果，零价铁处理2,4-DCP持久性有机污染物过程中，可能有氮气、硫化氢气体的产生，因为利用氩气的惰性防止填料的氧化而影响去除效果。 

所述集气装置，利用集气袋通过反应器顶部集气口进行气体的搜集，进行反应过程中产生气体的定性、定量分析。 

所述自动控制装置，即实现持久性2,4-DCP有机污染物的地下水原位修复系统的自动化控制功能。 

本发明以上实施例仅是对于本发明技术方案的举例说明，而非用于限制本发明。因此，本发明的权利保护范围，应由权利要求书来限定。 

Claims (1)

1.一种持久性有机污染物的地下水原位修复系统，其特征在于：该系统包括持久性有机污染物的地下水原位修复反应器、配水装置、进气装置、集气装置、自动控制装置；配水装置通过计量泵与反应器连接，进气装置中的气罐通过气体流量计与反应器底部的曝气装置相连，反应器顶部的六个集气口连接到储气装置，系统中泵、电磁阀、传感器、电磁流量计装置与集中控制柜连接，进行集中自动控制；

所述持久性有机污染物的地下水原位修复反应器为透明有机玻璃材料，有机玻璃厚度为15mm，承受相对压力可达2×10⁴N/m²；长×宽×高：120cm×40cm×80cm；通过电磁阀可以实现反应器自动进、出水，运用带有4-20mA信号输入输出的电磁流量计控制反应器进、出水流量；该反应器满足整个试验流程水体、气体与外界完全密闭，只有进气口、集气口、进水口、出水口与外界联通；反应器可以作为污染场地原位修复平台，实现有机物在地下水中的迁移转化规律与反应机理的研究，从而为有机物的降解与污染控制提供技术依据与理论依据；

所述配水装置为单层不锈钢材质，带盖，左上装有进水管，底部装有放空管，右下装有出水管，可以实现配水装置的密闭环境；体积为36L，长×宽×高：40cm×30cm×30cm；配水装置内装有2个液位开关，分别为高限液位与低限液位开关，用来指示配水装置内的最高与最低水位，当水位高于高限液位开关或低于低限液位开关，通过液位开关触点信号，自动控制系统便会作出响应，自动控制柜出现报警显示；另外，配水装置右侧装有透明有机玻璃U型管，便于观察配水箱内水位高度；

所述进气装置分别配备氮气罐、氩气罐、硫化氢罐；三个气罐并联后后分别与气体流量计连接；利用氮气的化学惰性，可以用来代替惰性气体，作为保护气体，以防止持久性有机污染物的地下水原位修复反应器内填料，如铁粉物质暴露于空气时被氧化；当地下水原位修复反应器中有机物去除过程中有氮气生成，需要记录氮气生成量进行反应平衡的计算，此时，不能使用氮气作为保护气体时，同样可以利用氩气的惰性替代氮气以防止填料的氧化；当地下水中含有硫酸盐时，可以在还原环境下生成硫化氢气体，因此可以向地下水原位修复平台反应器中曝硫化氢气体，制造封闭的地下水还原环境；

所述集气装置，通过地下水原位修复平台反应器顶部带有阀门的集气口进行气体的搜集，利用排水法进行集气，储气罐顶部带有进气口和集气口，可直接连接集气袋进行气体的定性、定量分析；同时储气罐左侧连接带有刻度的有机玻璃柱，也可以通过储气罐排出水的体积，进行气体的定量分析；

所述自动控制装置由上位机，集中控制柜和可编程逻辑控制器三部分组成；上位机由电脑和组态软件组成，集中控制柜由旋钮、继电器、端子排、开关、指示灯和漏电保护器组成，可编程逻辑控制器由PLC和I/O控制模块组成；

上位机连接集中控制柜，集中控制柜连接传感器；PLC的I/O触点，连接到端子排，端子排另一端连接到中间继电器，由继电器控制泵、阀门和开关，实现逻辑、时序控制；控制柜的控制系统采用以太网I/O系统，具有数字量输入输出、模拟量输入输出模块，带4-20mA信号输出的泵、传感器电磁流量计和电磁阀，模拟量输入后转化成数字信号，通过上位机记录存储数据，也可形成历史报表，对数据进行分析和处理，实现了持久性有机污染物的地下水原位修复系统自动化控制功能。