CN107055877B - 一种移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置 - Google Patents

Abstract

一种移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置，包括混凝沉淀单元系统、混凝气浮单元系统、中间调节系统、曝气吹脱单元系统、化学氧化单元系统、药剂配置投加系统、控制系统和集装箱装载系统，其特征是：针对不同地下水水质及有机污染物类型，通过控制系统调控，可灵活选择模块中适宜的不同物理化学组合工艺，对抽出地面的污染地下水进行应急处理，上述单元系统及相关连通管路与设备均安装在移动式集装箱装载系统内。本发明的装备可灵活移动，适应性强，操作简单，自动化程度高，能快速部署到地下水有机污染突发地区，增强化工行业地下水污染应急处理能力，也可用于事故场地地表水和工业废水处理。

Description

一种移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置

技术领域

本发明属于水污染修复技术领域，特别涉及一种移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置。

背景技术

我国在长期的经济发展过程中诱发了大量污染场地，传统的石油开采、化工污水排放、化肥农药污染、垃圾填埋等人类活动造成污染场地地下水呈现明显的有机复合污染特征。

近年来，化工园区爆炸、泄漏等事故频繁发生，以有机物为主的污染物通过包气带进入含水层系统。这些有机污染物如苯系物、硝基苯、苯胺类等都被列入我国优先控制污染物黑名单，具有致畸、致癌、致突变的“三致”效应，严重影响地下水环境安全。

对爆炸、泄漏等事故场地的污染地下水亟需进行应急处理，尽可能的降低污染影响，防止污染羽进一步扩散。

抽出-处理技术是进行地下水污染快速治理的有效方法之一，其优点是在短期内产生水力截获带，配合地表高效、灵活的水处理设备，处理量大、应用范围广、处理效率高等，能够满足应急处理的要求。

与传统污染场地修复技术要求不同，事故型污染场地通常具有突发性、高浓度、高风险性，由此可用于实际工程的事故型污染场地快速修复技术的选择范围十分有限。

目前广泛应用的自然衰减技术、生物修复技术等生物技术难以作为应急快速修复技术在重大环境事故场地污染修复中应用，亟需根据事故污染场地修复特点，研发快速、广谱、高效、安全的物理化学修复技术与装备，填补化工园区事故场地污染快速修复技术与装备的空白。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置，它可以克服化工园区事故污染场地地下水处理设备研发的不足，针对事发地下水水质及有机污染物类型，通过调控阀门、泵及配套设备状态，按物理、化学单元的不同组合工艺运行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置，包括混凝沉淀单元系统1、混凝气浮单元系统2、中间调节系统3、曝气吹脱单元系统4、化学氧化单元系统5、药剂配置投加系统6、控制系统7等，安置于尺寸为10.9m×2.3m×2.4m的非标准集装箱装载系统中。

所述混凝沉淀单元系统1包括斜管沉淀池，其进水端连接原水管或化学氧化单元系统5出水管且进水管路上设置有与连接药剂配置投加系统6连接的管道混合器101，出水端连接排水管、混凝气浮单元系统2、中间调节系统3或化学氧化单元系统5；

混凝沉淀单元系统1可作为系统的首单元，设计用于去除进水地下水或事故现场地表积水中的泥沙及悬浮物，也可以作为系统的最后一个单元，用于去除氧化反应后水中生成的固体物质。管道混合器101可通过药剂配置投加系统6在此投加混凝剂和助凝剂等药剂强化斜管沉淀池的沉淀效果，药剂类别及投加量与场地待处理地下水水质与水量匹配。

所述混凝气浮单元系统2包含混凝区、气浮区与出水区，所述混凝区连接药剂配置投加系统6，所述气浮区与出水区底部连接溶气装置202，所述混凝气浮单元系统2的进水端连接原水管或混凝沉淀单元系统1的出水端，所述出水区连接排水管、中间调节系统3或化学氧化单元系统5；

混凝气浮单元系统2设计用于去除非水相有机物及大分子溶解相有机物。混凝区可通过药剂投加系统投加混凝剂和助凝剂强化气浮效果，药剂类别及投加量与场地待修复地下水水质与水量匹配。

所述气浮区所用溶气水由出水区通过溶气装置202循环至气浮区，气水比可依气浮效果调节。

所述中间调节系统3在混凝气浮单元系统2后、曝气吹脱单元系统4前，包含调节水箱，所述调节水箱内安置液位传感器一301，通过水箱内部的液位传感器301控制离心泵状态，进行流量调节，防止水体溢出，其进水端连接原水管、混凝气浮单元系统2出水端或混凝沉淀单元系统1出水端，出水端连接排水管或曝气吹脱单元系统4；

中间水箱出水也可超越曝气吹脱单元系统4，直接进入化学氧化单元系统5。

考虑到移动式集装箱装载系统对曝气吹脱单元系统4塔高的限制，所述曝气吹脱单元系统4设置两级筛板塔串联，筛板塔下部设储水箱，储水箱配浮球液位计402，用以控制离心泵状态，进行流量调节，防止水体溢出。

所述曝气吹脱单元系统4包括风机、二级串联筛板塔和尾气处理设备401，其进水端连接原水管或中间调节系统3出水端，出水端连接排水管或化学氧化单元系统5；

曝气吹脱单元系统4用于去除挥发性有机物，鼓风机按气水比为500:1设计，配气体流量调节阀门，可手动控制阀门开度，配尾气处理设备401和风压等技术参数预警系统。

所述化学氧化单元系统5包括进水池501、三级串联反应池、出水池502，所述进水池501和出水池502连接药剂配置投加系统6，所述出水池配液位传感器二503，所述化学氧化单元系统5的进水端连接原水管、曝气吹脱单元系统4的出水端、混凝气浮单元系统2出水端或混凝沉淀单元系统1出水端，出水端连接排水管或混凝沉淀单元系统1；

化学氧化单元系统5用于去除溶解性有机物，考虑到水中有机物的挥发性，化学氧化单元系统5需加盖密封。

化学氧化单元系统5在进水池501和出水池502配有pH值检测计，连接酸碱调节PLC控制箱，自动控制酸碱投加量，调控进出水的pH值。在出水池配有液位感应器二503，出水由离心泵送至斜管沉淀池经沉淀后排放，也可直接排放。

凝沉淀单元系统1、混凝气浮单元系统2、曝气吹脱单元系统4和化学氧化单元系统5为主体工艺单元系统；

所述药剂配置投加系统6包括酸、碱、混凝剂、助凝剂、氧化剂一和氧化剂二共六个配药桶，所述配药桶配搅拌电机和计量泵，所述混凝剂和助凝剂配药桶连接混凝沉淀单元系统1与混凝气浮单元系统2，所述酸、碱、氧化剂一和氧化剂二配药桶连接化学氧化单元系统5；

所述控制系统7包括自动控制面板和手动控制柜，通过设置进水流量值，控制各阀、泵、电机、鼓风机的状态。

所述各单元系统设计规模为1.0m³/h，考虑到处理水质变化幅度大，在地下水污染较轻时可增加实际处理水量，因此管线及计量装置按1.5～2.0m³/h设计，由电磁流量计监测进水流量，并由控制系统监控与调节。

所述混凝区配搅拌电机，所述气浮区配刮渣电机201，用于清除气浮过程在水体表面产生的浮渣，可通过气浮区与出水区上部连接处沿集装箱侧面管道203排出。所述溶气装置202包括溶气泵、气液分离罐和溶气释放器，所述尾气处理设备401装载固态尾气吸附材料，所述三级串联反应池配搅拌电机。

所述固态尾气吸附材料为活性炭。

所述斜管沉淀池配备有手动排泥球阀102，所述混凝气浮单元系统2配备有排渣管道203，中间调节系统3与曝气吹脱单元系统4间以及曝气吹脱单元系统4与化学氧化单元系统5间均设置有离心泵。

所述各个单元系统通过管道系统连接，各单元系统由自动控制面板配合手动控制柜，选择单元系统单独运行或组合串联运行，或完全通过手动调节进行选择与运行，前面单元出水可以超越后面单元，以适应事故地下水水质和水量的变化。

所述混凝沉淀单元系统1产生的污泥通过池体底部管道由集装箱侧面手动排泥球阀102排出，所述混凝气浮单元系统2产生的浮渣通过气浮区与出水区上部连接处的浮渣槽沿集装箱侧面管道排出，所述混凝沉淀单元系统1与混凝气浮单元系统2共用配药桶。

所述曝气吹脱单元系统4中尾气处理设备排气口置于集装箱顶部，所述尾气处理设备401设风压预警器。

所述溶气装置202的进水管和进气管处、所述二级串联筛板塔的进气管处配手动调节阀门。

所述化学氧化单元系统5的进水区和出水区连接酸碱配药桶和酸碱调节PLC控制箱，所述进水区连接两个氧化剂配药桶。

所述各单元系统均配排空阀门，且进水管道均配电磁流量计，出水管道均配水龙头取样口。

所述已设计控制程序的工艺单元包括：进水-沉淀-出水、进水-气浮-出水、进水-吹脱-出水、进水-氧化-沉淀-出水、进水-沉淀-气浮-出水、进水-沉淀-吹脱-出水、进水-气浮-吹脱-出水、进水-沉淀-气浮-吹脱-出水、进水-气浮-氧化-沉淀-出水、进水-吹脱-氧化-沉淀-出水、进水-气浮-吹脱-氧化-沉淀-出水、进水-沉淀-气浮-吹脱-氧化-出水，这12种工艺单元可在自动控制面板的操作触摸屏上使用。

未涉及的工艺或者组合工艺，可根据工艺流程图上对应的阀门编号，手动调节。

与现有技术相比，本发明装备可以灵活移动，模块化程度高，占地面积小，能快速部署到事故场地，增强化工园区有机污染地下水的应急处理能力。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图。

图2为本发明安置于集装箱后的纵向示意图。

图3为本发明安置于集装箱后的俯视图。

图4为本发明实施例中场地地下水水质有机污染分布图。

图5为本发明实施例中各工艺对地下水总石油烃的去除效果热图。

图6为本发明实施例中各工艺对地下水特征有机污染物的去除效果热图。

图1和图2中：1：混凝沉淀单元系统；101：管道混合器；102：手动排泥球阀；2：混凝气浮单元系统；201：刮渣电机；202：溶气装置；203：排渣管道；3：中间调节系统；301：液位传感器一；4：曝气吹脱单元系统；401：活性炭纤维尾气处理装置；402：浮球液位计；5：化学氧化单元系统；501：进水池；502：出水池；503：液位传感器二；6：药剂配置投加系统；7：控制系统；

图1和图2中：CV1、CV6：电动调节球阀；F1、F4：电磁流量计；V13、V16、V18、V19：电动球阀；P1、P2：离心泵。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以随本发明作所需改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

举例说明一种移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置的工作方式和运行过程，对应需启动的阀门、泵等配套设备于图1流程图可见，各单元系统布局如图2和3纵向图与俯视图所示。

披露一种可于自动控制面板上调控的工艺和一种需手动调控的工艺，其运行工作过程如下：

工作方式1

选用可于自动控制面板上调控的工艺：进水-沉淀-气浮-吹脱-出水。机柜电源上电，控制系统进入运行状态，点击自动控制柜触摸屏上的登录按钮，进入工艺操作监视界面。

首先“流量设置”，该流量是整个工艺系统要控制的目标流量，点击流量显示文字弹出对话框，输入流量目标值。将手动控制柜上的电动调节球阀、电动球阀、离心泵和其他配套设备置于“自动”状态。

点击“启动工艺”，系统开始运行，调节阀按照设定流量进行调节，屏幕上显示电磁流量计实际流量与电动调节球阀开度。电动球阀打开、水泵启动后，相应的指示灯会变成红色。“状态总图”是监视整套设备所有的电气元件的开关启动状态。“总控”是可以在触摸屏上启动其他电气部件，如搅拌电机，气浮泵，计量泵，阀门等。

为保护离心泵1(P1)空载运行，工艺启动后，通过液位传感器判断中间水箱液位大于30cm，延时10s后离心泵1(P1)启动，当中间水箱液位小于15cm时，离心泵1(P1)立即停止，同时避免了离心泵临界值处频繁启动停止。

自行配制进水-沉淀-气浮-吹脱-出水工艺所需投加药剂，并开启药剂配置投加系统的搅拌电机与计量泵。

运行完成或者需更换工艺，点击“退出工艺”系统会自动复位该工艺自动控制相关的电气部件，如阀门、离心泵等。如果在“总控”界面中已开启搅拌电机等部件，需再次进入“总控”关闭。

工作方式2

选用需手动调控的工艺：进水-沉淀-氧化-出水。该工艺未在触摸屏上设计，故不能依靠自动控制来实现，只能手动打开工艺上的电动调节球阀、电动球阀、离心泵等配套设备。具体实现步骤如下：

(1)确定工艺流程上的电气控制部件：调节阀1(CV1)、电磁流量计1(F1)、阀18(V18)、阀19(V19)、阀13(V13)、离心泵2(P2)、调节阀6(CV6)、电磁流量计4(F4)、阀16(V16)。

(2)在机柜通电状态下，在手动控制柜上，将阀18(V18)，阀19(V19)，阀13(V13)，阀16(V16)的旋钮开关置向“开”，同时对应指示灯亮起，代表阀门被打开。

(3)用“一”字螺丝刀，将调节阀1(CV1)，调节阀6(CV6)的阀头拆下，仅剩阀体，通过扳手向右转动阀体一小角度，使水流通过，等待原水进水，离心泵2(P2)启动后再根据电磁流量计上显示的目标流量值细调阀门开度。

(4)启动原水进水，根据流量计1(F1)的流量值细调调节阀1(CV1)的流量值。启动离心泵2(P2)，将旋钮置向“开”位置，根据流量计4(F4)的流量细调调节阀6(CV6)的流量值，使其稳定即可。

(5)若需要调节进出水酸碱条件，直接启动酸碱调节配电箱，设置目标值。

(6)自行配制进水-沉淀-氧化-出水工艺所需投加药剂，并开启药剂配置投加系统的搅拌电机与计量泵。

(7)实验完毕后恢复电气原始状态。

实施例

所述一种移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置于某农药厂原厂址进行现场技术实施验证。

场地地下水水质偏碱性(8.2<pH<10.1)，浊度为170NTU～360NTU，悬浮固体含量为223mg/L～367mg/L，化学需氧量与五日生化需氧量比值低于0.3，可生化性差。地下水中有机污染物检出种类繁多，水质变化极大，总石油烃按照碳元素个数分为C₆～C₉、C₁₀～C₁₄、C₁₅～C₂₈和C₂₉～C₃₆四类，特征有机物包括1,2-二氯乙烷、苯、2-甲基萘、甲苯、萘、1,1,2-三氯乙烷、苯酚、苯胺和邻苯二甲酸二甲酯等，其平均浓度如图4所示。

应用抽提技术抽取场地污染地下水至本发明模块化装置中，调节设备进水流速为1m³/h，设备处理后的出水排入市政管网。

分别选取本发明模块化装置中已设定自动化程序的11种工艺为例，即进水-沉淀-出水、进水-气浮-出水、进水-吹脱-出水、进水-氧化-沉淀-出水、进水-沉淀-气浮-出水、进水-气浮-吹脱-出水、进水-沉淀-气浮-吹脱-出水、进水-气浮-氧化-沉淀-出水、进水-吹脱-氧化-沉淀-出水、进水-气浮-吹脱-氧化-沉淀-出水、进水-沉淀-气浮-吹脱-氧化-出水。

分别选取聚合氯化铝和聚丙烯酰胺作为混凝沉淀与混凝气浮单元所用混凝剂与助凝剂，聚合氯化铝投加量为400mg/L，聚丙烯酰胺投加量为100mg/L；设置混凝气浮单元气水比12：1，溶气压为0.35Mpa～0.4Mpa；设置曝气吹脱单元气水比为10：1；选取芬顿试剂作为化学氧化单元的氧化剂，双氧水投加量为350mg/L，亚铁离子投加量为150mg/L，未调节进出水pH值。

所述模块化装置对于场地地下水有机污染物的去除效果良好，出水水质满足我国《污水综合排放标准》GB8978/1996III级排放标准。

以总石油烃的平均去除效果为例，如图5所示，混凝沉淀单元对于含碳量较高的大分子石油烃类有机物C₂₉～C₃₆的去除效果最好，可达60％以上，但对于含碳量较低的石油烃去除效果较差；混凝气浮单元对于四类石油烃均有一定去除率效果(<40％)；曝气吹脱单元对于含碳量较低的石油烃(例如：C₆～C₉)的去除效果较好，可达60-80％，去除率随着石油烃类污染物碳数的增加逐级递减；化学氧化单元对于石油烃类有机物的去除效果与气浮单元相似，总体去除率维持在40％以下。

通过运行含曝气吹脱单元的串联组合工艺，对于C₆～C₉类石油烃的去除率可达60％-80％，对于C₁₀～C₁₄类石油烃的去除率可达40％～80％；通过运行沉淀-气浮-吹脱或沉淀-气浮-吹脱-氧化单元，对于C₂₉～C₃₆石油烃的去除率可达40％～60％。

以场地地下水特征有机污染物的去除效果为例，即苯系物(苯、甲苯)、氯代烃(1,2-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷)、多环芳烃(萘、2-甲基萘)、苯酚类(苯酚)、苯胺类(苯胺)、环酮类(苯乙酮)、酞酸酯类(邻苯二甲酸二甲酯)。单独运行吹脱单元对于苯系物和氯代烃的去除效果可达80％以上，运行氧化单元对于苯酚类、多环芳烃、酞酸脂类苯胺类有机物的去除效果可达60％-80％。

经串联组合后，这几个单元的功能有一定叠加与协同功效，结果如图6所示。通过运行含曝气吹脱单元的组合工艺，对于苯系物和氯代烃类有机物的去除率可达80％以上；通过运行含化学氧化单元的组合工艺，对于苯酚类有机物的去除率可达80％以上，对于酞酸酯类有机物的去除率可达60％以上；通过运行吹脱-氧化、沉淀-气浮-吹脱、沉淀-气浮-吹脱-氧化组合工艺，对苯胺类污染物的去除率可达80％以上。

本发明该装备可灵活移动，操作简单、自动化程度高，接上外部电源、进出水管路，配合地下水抽出-处理技术，即可使用，具有广阔应用前景。

本发明该装置能快速部署到有机污染地下水突发地区，增强化工园区地下水污染应急处理能力，也可用于事故场地地表水和工业废水处理。

Claims (8)

1.一种移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置，其特征在于，包括混凝沉淀单元系统(1)、混凝气浮单元系统(2)、中间调节系统(3)、曝气吹脱单元系统(4)、化学氧化单元系统(5)、药剂配置投加系统(6)、控制系统(7)和集装箱装载系统，其中：

所述混凝沉淀单元系统(1)包括斜管沉淀池，其进水端连接原水管或化学氧化单元系统(5)出水管且进水管路上设置有与药剂配置投加系统(6)连接的管道混合器(101)，出水端连接排水管、混凝气浮单元系统(2)、中间调节系统(3)或化学氧化单元系统(5)；

所述混凝气浮单元系统(2)包含混凝区、气浮区与出水区，所述混凝区连接药剂配置投加系统(6)，所述气浮区与出水区底部连接溶气装置(202)，所述混凝气浮单元系统(2)的进水端连接原水管或混凝沉淀单元系统(1)的出水端，所述出水区连接排水管、中间调节系统(3)或化学氧化单元系统(5)；

所述中间调节系统(3)包含调节水箱，所述调节水箱内安置液位传感器一(301)，其进水端连接原水管、混凝气浮单元系统(2)出水端或混凝沉淀单元系统(1)出水端，出水端连接排水管或曝气吹脱单元系统(4)；

所述曝气吹脱单元系统(4)包括风机、二级串联筛板塔和尾气处理设备(401)，其进水端连接原水管或中间调节系统(3)出水端，出水端连接排水管或化学氧化单元系统(5)；

所述化学氧化单元系统(5)包括进水池(501)、三级串联反应池、出水池(502)，所述进水池(501)和出水池(502)连接药剂配置投加系统(6)，所述出水池配液位传感器二(503)，所述化学氧化单元系统(5)的进水端连接原水管、曝气吹脱单元系统(4)的出水端、混凝气浮单元系统(2)出水端或混凝沉淀单元系统(1)出水端，出水端连接排水管或混凝沉淀单元系统(1)；

所述药剂配置投加系统(6)包括酸、碱、混凝剂、助凝剂、氧化剂一和氧化剂二共六个配药桶，所述配药桶配搅拌电机和计量泵，所述混凝剂和助凝剂配药桶连接混凝沉淀单元系统(1)与混凝气浮单元系统(2)，所述酸、碱、氧化剂一和氧化剂二配药桶连接化学氧化单元系统(5)；

所述控制系统(7)包括自动控制面板和手动控制柜，通过设置进水流量值，控制各阀、泵、电机、鼓风机的状态，其中，所述控制系统(7)内置如下12种工艺控制程序：进水-沉淀-出水、进水-气浮-出水、进水-吹脱-出水、进水-氧化-沉淀-出水、进水-沉淀-气浮-出水、进水-沉淀-吹脱-出水、进水-气浮-吹脱-出水、进水-沉淀-气浮-吹脱-出水、进水-气浮-氧化-沉淀-出水、进水-吹脱-氧化-沉淀-出水、进水-气浮-吹脱-氧化-沉淀-出水、进水-沉淀-气浮-吹脱-氧化-出水，通过在自动控制面板的操作触摸屏上使用。

2.根据权利要求1所述移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置，其特征在于，所述混凝区配搅拌电机，所述气浮区配刮渣电机(201)，所述溶气装置(202)包括溶气泵、气液分离罐和溶气释放器，所述尾气处理设备(401)装载固态尾气吸附材料，所述三级串联反应池配搅拌电机。

3.根据权利要求1所述移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置，其特征在于，所述斜管沉淀池配备有手动排泥球阀(102)，所述混凝气浮单元系统(2)配备有排渣管道(203)，所述曝气吹脱单元系统(4)的储水箱中设置浮球液位计(402)，中间调节系统(3)与曝气吹脱单元系统(4)间以及曝气吹脱单元系统(4)与化学氧化单元系统(5)间均设置有离心泵。

4.根据权利要求1所述移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置，其特征在于，所述混凝沉淀单元系统(1)产生的污泥通过池体底部管道由集装箱侧面手动排泥球阀(102)排出，所述混凝气浮单元系统(2)产生的浮渣通过气浮区与出水区上部连接处的浮渣槽沿集装箱侧面管道排出，所述混凝沉淀单元系统(1)与混凝气浮单元系统(2)共用配药桶。

5.根据权利要求1所述移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置，其特征在于，所述曝气吹脱单元系统(4)中尾气处理设备排气口置于集装箱顶部，所述尾气处理设备(401)设风压预警器。

6.根据权利要求1所述移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置，其特征在于，所述溶气装置(202)的进水管和进气管处、所述二级串联筛板塔的进气管处配手动调节阀门。

7.根据权利要求1所述移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置，其特征在于，所述化学氧化单元系统(5)的进水区和出水区连接酸碱配药桶和酸碱调节PLC控制箱，所述进水区连接两个氧化剂配药桶。

8.根据权利要求1所述移动式应急处理有机污染地下水的模块化装置，其特征在于，所述各单元系统均配排空阀门，且进水管道均配电磁流量计，出水管道均配水龙头取样口。

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