CN104150640B - 一种受有机氯代烃污染地下水的三级修复方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机污染地下水治理领域，尤其涉及一种受有机氯代烃污染地下水的三级修复方法及装置，其特征在于，包括逆流热吹脱、曝气氧化和深度吸附三级处理，其具体实现步骤如下：1)首先将热风由热吹脱曝气氧化塔底部送入，热风在热吹脱段与受污染地下水接触完成逆流热吹脱过程；2)地下水在曝气氧化段内进行间歇式曝气操作；3)地下水进入有序介孔液相吸附塔中完成深度吸附处理，合格则打入回灌井回灌至地下水层，如检测不合格则返回热吹脱曝气氧化塔再处理。与现有技术相比，本发明的有益效果是：具有节能环保、无二次污染的特点，整体去除效果达到99％以上，可实现持续的地下水修复，可大大提高有机物污染地下水处理效率，节约处理成本。

Description

一种受有机氯代烃污染地下水的三级修复方法及装置

技术领域

本发明涉及有机污染地下水治理领域，尤其涉及一种受有机氯代烃污染地下水的三级修复方法及装置。

背景技术

近年来，随着我国工业化、城镇化的发展，每年都有大量的“三废”排放到环境中，不仅对土壤造成严重污染，废水的直接排放及废渣通过地表水渗透到地下，都造成了地下水的污染。据统计，我国90％的地下水都遭到不同程度的污染。特别是北方城市，地下水是城市供水的主要来源，地下水的污染加剧了水资源的短缺，对人们的安全供水构成严重威胁，更对生态环境构成巨大的潜在危害。随着我国地下水环境污染调查研究的不断深入，地下水污染控制及治理研究也日益成为研究热点。

地下水污染由于具有隐蔽性、复杂性、难以治理性，以及其治理、修复费用巨大，地下水污染的治理修复在我国还为数不多。在地下水污染修复治理技术中，将地下水污染治理方法分为异位处理和原位处理。异位处理方法包括挖掘和抽取处理处置技术，挖掘方法适合于较小范围地下水污染治理；抽取处理处置技术就是将已污染的地下水抽取到地表进行处理的方法，处理方法包括物理、化学及微生物法等。原位处理方法有井中气提方法、空气搅动方法、原位冲洗方法、水平井技术、加热方法、反应墙/反应带方法、原位微生物处理、植物处理法及自然衰减法等。井中气提及空气搅动和加热方法对于低沸点挥发性有机物的去除效果较好；对于地下水污染物浓度较高时采取抽取处理处置技术较为有效；对于低浓度地下水污染采用微生物原位处理效果较好，但原位微生物处理反应条件要求较高，处理周期较长。

氯代烃有机污染物是干洗、化工、制药等重点行业场地关注污染物，氯代烃属于挥发性有机污染物，难溶于水，并且在含水层中的迁移性较强。由于大部分氯代烃的相对密度>1，其在地下水中的垂向迁移性较强，而且容易在隔水层上形成DNAPL(密度大于水的化学物质)。DNAPL形成后缓慢释放到地下水中，特别是在水文地质复杂的情况下，会增加地下水修复难度与费用。

发明内容

本发明的目的是提供一种受有机氯代烃污染地下水的三级修复方法及装置，克服现有技术的不足，采用物理和化学相联合的绿色修复技术，实现有效治理受易挥发和挥发的氯代烃有机物污染的地下水，并能避免对原土——水系统的破坏。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种受有机氯代烃污染地下水的三级修复方法，包括逆流热吹脱、曝气氧化和深度吸附三级处理，其具体实现步骤如下：

1)首先将受污染地下水从抽提井中抽取出来，经过滤器过滤后送至热吹脱曝气氧化塔上部的热吹脱段中，35℃～50℃、250～300mmAq的热风由热吹脱曝气氧化塔底部送入，热风在热吹脱段与受污染地下水接触完成逆流热吹脱过程，控制气水比为10～15；

2)经逆流热吹脱处理后的地下水向下落入热吹脱曝气氧化塔下部的曝气氧化段内进行间歇式曝气操作，每曝气15～30分钟，通入氧化剂3～10分钟，塔内气压控制在常压；

3)经曝气氧化处理后的地下水进入有序介孔液相吸附塔中，完成深度吸附处理，处理后的地下水进行取样检测，当氯代烃污染物去除率≥90％时视为检测合格，则打入回灌井回灌至地下水层，如检测不合格则返回热吹脱曝气氧化塔再处理。

所述热吹脱曝气氧化塔的顶部出气经生物活性炭纳米铁吸附处理。

所述步骤2)中的氧化剂为双氧水、臭氧、硫化亚铁或过氧化钠中的一种。

所述步骤2)中的塔内气压通过减压阀控制。

所述步骤3)中有序介孔液相吸附塔中的吸附介质采用的是有序介孔炭或有序介孔氧化硅中的一种，其比表面积不小于20％.、孔体积不小于50％.、孔径范围5～10mm。

所述步骤3)中检测合格的地下水在回灌前先送入暂存池中暂存。

所述生物活性炭的比表面积为600～800m²/g。

一种受有机氯代烃污染地下水的三级修复装置，包括抽提井、回灌井、监测井、热吹脱曝气氧化塔、有序介孔液相吸附塔、鼓风机、太阳能加热器和氧化剂储罐，回灌井、抽提井和监测井沿着地下水的流向呈一字顺序排列，热吹脱曝气氧化塔的出水口经有序介孔液相吸附塔、暂存池与回灌井相连；鼓风机的出口经太阳能加热器连接热吹脱曝气氧化塔的进风口，所述进风口经管路还与氧化剂储罐相连；所述热吹脱曝气氧化塔的出气口与生物活性炭纳米铁吸附罐相连接。

所述热吹脱曝气氧化塔包括塔体，塔体内由上至下依次设有除沫折流罩、喷淋头、热吹脱段、溢流槽和曝气氧化段，其中热吹脱段内设有若干层由液体分布器和填料组成的复合反应层，所述曝气氧化段内设有一组曝气氧化装置；所述喷淋头与塔体上的进水口相连通，塔体顶部设有出气口，塔体底部设有曝气进口和出水口。

所述曝气氧化装置中设有主布气管和支布气管，支布气管分三层连接在主布气管上，支布气管每层布设三根，各层支布气管交叉错开布设。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明工艺体系设计完善，处理氯代烃有机污染地下水具有去除效果好、节能环保、无二次污染的特点，整体去除效果达到99％以上，可实现持续的地下水修复。2)采用逆流热吹脱技术和曝气氧化技术相结合的方法，能同时高效处理受污染地下水中的挥发性有机物和难挥发性有机物，结构简单，操作方便，可以大大提高有机物污染地下水处理效率，节约处理成本。

附图说明

图1是本发明装置实施例的结构示意图；

图2是本发明热吹脱曝气氧化塔实施例的结构示意图；

图3是本发明支布气管实施例的结构示意图；

图4是本发明生物活性炭纳米铁吸附罐实施例的内部结构示意图。

其中：1-抽提井、2-回灌井、3-监测井、4-热吹脱曝气氧化塔、5-生物活性炭纳米铁吸附罐、6-有序介孔液相吸附塔、7-暂存池、8-太阳能加热器、9-鼓风机、10-氧化剂储罐、11-塔体、12-进水口、13-喷淋头、14-除沫折流罩、15-出气口、16-液体分布器、17-螺旋环填料、18-热风口、19-热吹脱段、20-溢流槽、21-曝气氧化装置、22-主布气管、23-支布气管、24-出水口、25-曝气氧化段、26-曝气进口、27-布隔板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，是本发明一种受有机氯代烃污染地下水的三级修复装置实施例的结构示意图，包括抽提井1、回灌井2、监测井3、热吹脱曝气氧化塔4、有序介孔液相吸附塔6、鼓风机9、太阳能加热器8和氧化剂储罐10，回灌井2、抽提井1和监测井3沿着地下水的流向呈一字顺序排列，有利于监测地下水整体修复效果。

热吹脱曝气氧化塔4的出水口经有序介孔液相吸附塔6、暂存池7与回灌井2相连；鼓风机9的出口经太阳能加热器8连接热吹脱曝气氧化塔4的进风口，热吹脱曝气氧化塔4的进风口经管路还与氧化剂储罐10相连，进风口既可进风也可进药，从而实现间歇曝气氧化；热吹脱曝气氧化塔4的出气口与生物活性炭纳米铁吸附罐5相连接。热吹脱曝气氧化塔外体覆盖太阳能吸热材料，具有对罐体内待处理地下水加热升温的功能。

见图2，热吹脱曝气氧化塔中的塔体11内由上至下依次设有除沫折流罩14、喷淋头13、热吹脱段19、溢流槽20和曝气氧化段25，其中热吹脱段19内设有若干层由液体分布器16和填料17组成的复合反应层，曝气氧化段25内设有一组曝气氧化装置21；喷淋头13与塔体上的进水口12相连通，塔体顶部设有出气口15，塔体底部设有曝气进口26和出水口24。实施例中复合反应层为四层，其中液体分布器16为波浪折板形，填料17为螺旋环填料。塔体11及内部各个装置均采用防腐蚀防酸碱材料。

塔体11为立式圆柱塔，塔体的热吹脱段19占塔体总高度的50％～70％，热吹脱段上设有若干个交错设置的热风口18，上下等间距错开。除沫折流罩14为圆锥形罩体。喷淋头13为淋浴喷头形式。

曝气氧化段25内设有一组曝气氧化装置21；喷淋头13与塔体11上的进水口12相连通，塔体11顶部设有出气口15，塔体11底部设有曝气进口26和出水口24，曝气进口26也可通入氧化药剂。

曝气氧化装置21中设有主布气管22和支布气管23，支布气管23分三层连接在主布气管22上，支布气管23每层布设三根，相邻两根支布气管之间夹角120°，各层支布气管23交叉错开布设，空间布置形式使热风或氧化剂与受污染地下水能充分混合，有利于实现均匀曝气。

见图3，支布气管23上的气孔呈等间距等角度交错布设，采用特制的耐腐蚀耐酸碱材料(如有机玻璃)，有利于形成回旋气流，使得曝气更均匀。

见图4，是本发明生物活性炭纳米铁吸附罐实施例的内部结构示意图，罐中采用四层生物活性炭层，采用波浪式布隔板27布设生物活性炭和纳米铁，能增大生物活性炭与尾气的有效接触面积，提高吸附效率。

本发明用于受有机氯代烃污染地下水的三级修复，包括逆流热吹脱、曝气氧化和深度吸附三级处理过程，其具体实现步骤如下：

1)首先将受污染地下水从抽提井1中抽取出来，经过滤器过滤后送至热吹脱曝气氧化塔4上部的热吹脱段中，35℃～50℃、250～300mmAq的热风由热吹脱曝气氧化塔4底部送入，热风在热吹脱段与受污染地下水接触完成逆流热吹脱过程；

2)经逆流热吹脱处理后的地下水向下落入热吹脱曝气氧化塔4下部的曝气氧化段内，进行间歇式曝气操作，每曝气15～30分钟，通入氧化剂3～10分钟，塔内气压控制在(常压)；

3)经曝气氧化处理后的地下水进入有序介孔液相吸附塔6中，完成深度吸附处理，处理后的地下水经取样检测，当氯代烃污染物去除率≥90％时，视为检测合格则打入回灌井回灌至地下水层，以达到修复地下水的目的；如检测不合格则返回热吹脱曝气氧化塔再处理。

热吹脱曝气氧化塔4的顶部出气经生物活性炭纳米铁吸附处理，以去除脱附气中的挥发性有机污染物，通过生物活性炭吸附处理后使得分离处理的尾气实现清洁排放，防止二次污染。生物活性炭纳米铁吸附罐5内的生物活性炭的比表面积为600～800m²/g。使用后的生物活性炭纳米铁用脱附剂再生，脱附剂采用水蒸汽，含氯代烃有机物的高温水蒸气进入冷凝器冷凝，冷凝液进入旋转分离器进行油水分离，油相进入储罐。

步骤2)中的氧化剂为双氧水、臭氧、硫化亚铁或过氧化钠中的一种，可根据地下水有机污染物种类浓度按比例配加。塔内气压通过减压阀控制。

步骤3)中有序介孔液相吸附塔中采用的是有序介孔炭或有序介孔氧化硅中的一种，其比表面积不小于20％、孔体积不小于50％、孔径范围5～10mm。有序介孔吸附材料具有高的比表面积、大的孔体积，均一的孔径分布使其孔利用率高，吸附效果好，回收利用更容易。检测合格的地下水在回灌前先送入暂存池中暂存。

具体实施例：将受氯代烃污染的地下水(其中：2.98mg/L的三氯乙烯、260mg/L的四氯乙烯、49.1mg/L的1,2-二氯乙烷)用泵提升送入热吹脱曝气氧化塔4中，同时在曝气氧化段通入35℃～50℃、250～300mmAq的热风进行间歇曝气，间歇中通入氧化剂进行氧化反应，每曝气30分钟，通入氧化剂10分钟，氧化剂为芬顿试剂，控制气水比为10，系统达到稳定后，检测热吹脱曝气氧化塔4出水中：三氯乙烯浓度约为0.057mg/L，四氯乙烯浓度为0.41mg/L，1,2-二氯乙烷浓度为0.023mg/L，整体去除效果达到99％以上，可见该工艺及设备对氯代烃有机污染地下水修复能达到很好的效果。

Claims (3)

1.一种受有机氯代烃污染地下水的三级修复方法，其特征在于，包括逆流热吹脱、曝气氧化和深度吸附三级处理，其具体实现步骤如下：

1)首先将受污染地下水从抽提井中抽取出来，经过滤器过滤后送至热吹脱曝气氧化塔上部的热吹脱段中，35℃～50℃、250～300mmAq的热风由热吹脱曝气氧化塔底部送入，热风在热吹脱段与受污染地下水接触完成逆流热吹脱过程，控制气水比为10～15；

所述热吹脱曝气氧化塔的顶部出气经生物活性炭纳米铁吸附处理；所述生物活性炭的比表面积为600～800m²/g；

2)经逆流热吹脱处理后的地下水向下落入热吹脱曝气氧化塔下部的曝气氧化段内进行间歇式曝气操作，每曝气15～30分钟，通入氧化剂3～10分钟，塔内气压控制在常压，塔内气压通过减压阀控制；所述氧化剂为双氧水、臭氧、硫化亚铁或过氧化钠中的一种；

3)经曝气氧化处理后的地下水进入有序介孔液相吸附塔中，完成深度吸附处理，处理后的地下水进行取样检测，当氯代烃污染物去除率≥90％时视为检测合格，则打入回灌井回灌至地下水层，如检测不合格则返回热吹脱曝气氧化塔再处理；

所述检测合格的地下水在回灌前先送入暂存池中暂存；

所述有序介孔液相吸附塔中的吸附介质采用的是有序介孔炭或有序介孔氧化硅中的一种，其比表面积不小于20％、孔体积不小于50％、孔径范围5～10mm。

2.一种受有机氯代烃污染地下水的三级修复装置，其特征在于，包括抽提井、回灌井、监测井、热吹脱曝气氧化塔、有序介孔液相吸附塔、鼓风机、太阳能加热器和氧化剂储罐，回灌井、抽提井和监测井沿着地下水的流向呈一字顺序排列，热吹脱曝气氧化塔的出水口经有序介孔液相吸附塔、暂存池与回灌井相连；鼓风机的出口经太阳能加热器连接热吹脱曝气氧化塔的进风口，所述进风口经管路还与氧化剂储罐相连；所述热吹脱曝气氧化塔的出气口与生物活性炭纳米铁吸附罐相连接；

所述热吹脱曝气氧化塔包括塔体，塔体内由上至下依次设有除沫折流罩、喷淋头、热吹脱段、溢流槽和曝气氧化段，其中热吹脱段内设有若干层由液体分布器和填料组成的复合反应层，所述曝气氧化段内设有一组曝气氧化装置；所述喷淋头与塔体上的进水口相连通，塔体顶部设有出气口，塔体底部设有曝气进口和出水口。

3.根据权利要求2所述的一种受有机氯代烃污染地下水的三级修复装置，其特征在于，所述曝气氧化装置中设有主布气管和支布气管，支布气管分三层连接在主布气管上，支布气管每层布设三根，各层支布气管交叉错开布设。