CN109384337A - 石油烃污染地下水的修复设备和修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水处理领域，具体涉及石油烃污染地下水的修复设备和修复方法，其中所述设备包括反应器；紫外光源，设置于所述反应器内；加药管，延伸进入所述反应器内，用于向所述反应器内加入氧化剂；井用潜水泵，设置于所述反应器上部。修复石油烃污染地下水的方法包括：在井用潜水泵作用下，使石油烃污染地下水与添加剂的混合溶液从进水口连续进入反应器的内腔；在紫外光源的照射下，将由加药管提供的氧化剂与石油烃污染地下水和添加剂的混合溶液在所述反应器的内腔内混合接触。本发明所述的修复石油烃污染地下水的方法可以提高修复的效率，并且减少氧化剂用量。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体地，涉及石油烃污染地下水的修复设备和修复方法。
背景技术
石油烃主要是由正烷烃、支链烷烃、环烷烃、芳香烃等各种碳氢化合物组成，其广泛存在于原油和石油制品中。突发性事故，污水不合理排放，固体废物淋滤，地下储油罐和输油管线泄漏均可导致地下水的石油烃污染。世界石油总产量每年约为22-30亿吨，其中约有1亿吨石油及其产品通过各种途径进入了环境。目前，石油烃已经成为地下水污染中的普遍污染物。据调查，我国20世纪80年代建立的加油站，其地下储油罐和输油管线已经出现大面积腐蚀泄漏现象。国内外用于修复石油烃污染地下水的方法主要包括抽出-处理(P&T)、地下水曝气(AS)、渗透反应墙(PRB)、微生物修复等。P&T为异位修复技术，可采用化学氧化、吸附等多种处理方法，但其处理时间长，后续处置问题较难解决。AS和PRB均为原位修复技术，AS对污染物的去除有一定限度，而PRB 工艺难度大，投资成本高，同样存在修复时间长的缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的修复石油烃污染地下水过程中修复时间长、后续处置困难、污染物去除有限的缺陷，提供一种石油烃污染地下水的修复设备和修复方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种石油烃污染地下水的修复设备，该设备包括：
反应器；
紫外光源，设置于所述反应器内；
加药管，延伸进入所述反应器内，用于向所述反应器内加入氧化剂；以及
井用潜水泵，设置于所述反应器上部。
本发明另一方面提供了一种利用上述石油烃污染地下水的修复设备修复石油烃污染地下水的方法，所述方法包括：
在井用潜水泵作用下，使石油烃污染地下水与添加剂溶液的混合溶液从进水口连续进入反应器的内腔；
在紫外光源的照射下，将由加药管提供的氧化剂与石油烃污染地下水和添加剂的混合溶液在所述反应器的内腔内混合接触。
本发明所述的石油烃污染地下水修复设备，通过在反应器上部设置井用潜水泵实现了对污染地下水的连续处理，结合紫外光源与加药管投加的氧化剂相互作用产生高活性自由基(如HO·、SO4·-等)，这些高活性自由基能够对石油烃污染地下水进行高效的氧化处理，从而实现对石油烃污染地下水的修复。
附图说明
图1A是本发明的石油烃污染地下水修复设备的结构示意图。
图1B是本发明的石油烃污染地下水修复设备从图1A的A-A截面起始的顶视图。
图1C是本发明的石油烃污染地下水修复设备从图1A的B-B截面起始的顶视图。
图2A是本发明的石油烃污染地下水修复设备的使用过程的示意图。
图2B是本发明的石油烃污染地下水修复设备的使用过程的示意图。
附图标记说明
1 紫外光源 2 紫外光源电源
3 石英管 4 反应器外壁
5 滤网 6 导水隔板
7 加药管 8 井用潜水泵
9 泵电源 10 反应器
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面涉及一种石油烃污染地下水的修复设备，如图1所示，所述设备包括：
反应器10；
紫外光源1，设置于所述反应器10内；
加药管7，延伸进入所述反应器10内，用于向所述反应器10内加入氧化剂；以及
井用潜水泵8，设置于所述反应器10上部。
上述石油烃污染地下水修复设备的操作过程可以包括：通过井用潜水泵8作用，使石油烃污染地下水与添加剂溶液的混合溶液进入反应器10的内腔，加药管7投加氧化剂，通过紫外光源1发射紫外光，在紫外光的作用下，使待修复的地下水中的石油烃与氧化剂和添加剂发生反应，从而实现对石油烃污染地下水的修复。
在本发明所述的石油烃污染地下水修复设备中，优选地，所述反应器10的底部开设进水口，并且在进水口处设置有滤网。在这种情况下，石油烃污染地下水通过进水口连续吸入，并经过滤网5过滤后进入所述反应器10内。其中，所述滤网5用于滤除石油烃污染地下水中的悬浮颗粒物。
在一种优选实施方式中，所述反应器10的内腔设置有多个导水隔板6。通过设置这些导水隔板6，使得进入反应器10中的石油烃污染地下水按照预定的流向流动。
在优选情况下，在所述反应器10的内腔中，多个导水隔板6从上到下交替地设置在相对的两侧。通过这样配置导水隔板，可以延长石油烃污染地下水在反应器10中的流道，延长石油烃污染地下水在反应器10中的停留时间，从而能够实现对石油烃污染地下水进行更充分地修复。
进一步优选地，上下相邻的两个导水隔板6沿着所述反应器10的轴向的投影刚好相接(参见图1B和图1C)。
在优选的情况下，所述紫外光源1为紫外灯，所述紫外灯优选为LED紫外灯带。进一步优选地，在紫外光源1的外周包覆石英管3，以隔绝反应器10内腔中的水，同时使得紫外光源1发射的紫外光能够透射所述石英管3并照射待修复的石油烃污染地下水。并且所述紫外光源1优选波长为200-280nm的紫外光源。优选地，在所述紫外光源顶部连接有紫外光源电源2。
在本发明中，所述紫外光源1可以设置在反应器中任意位置，只要能够使得进入反应器中的石油烃污染地下水、氧化剂、添加剂等能够暴露于紫外光源1照射出的紫外光下即可。在优选情况下，所述紫外光源1沿着反应器的轴向设置在反应器的中部，并且在轴向上横跨反应器的大部分区域。当所述反应器中设置有多个导水隔板时，优选地，所述紫外光源1从最下方的导水隔板向上延伸穿过最上方的导水隔板。
在优选的情况下，所述加药管7具有一个或多个出口。所述加药管7的出口可设置于反应器10中与水接触的任何部位，优选地，至少一个出口的设置位置靠近所述反应器 10的进水口。所述加药管7投加的氧化剂由所述加药管出口进入反应器10内腔，进而与石油烃污染地下水充分混合。
在本发明中，所述井用潜水泵8可以为本领域常规的选择，优选情况下，所述井用潜水泵8为离心式井用潜水泵，优选地，在所述井用潜水泵8顶部连接有泵电源9。
在优选情况下，所述反应器10的顶部开设出水口，所述出水口用于排出已经修复的石油烃污染地下水。进一步优选地，所述出水口可以用出水管连接，以便将已经修复的石油烃污染地下水，沿反应器轴向方向排出至所述反应器10出水口的上方的任意位置，优选接近水面的位置，或者将已经修复的石油烃污染地下水，沿反应器10轴向方向排出至所述反应器10的进水口的下方的任意位置，优选接近待处理水体底部的位置。
本发明另一方面提供了利用上述设备修复石油烃污染地下水的方法，包括：
在井用潜水泵作用下，使石油烃污染地下水与添加剂溶液的混合溶液从进水口连续进入反应器10的内腔；
在紫外光源1的照射下，将由加药管7提供的氧化剂与石油烃污染地下水和添加剂的混合溶液在所述反应器10的内腔内混合接触。
在本发明的方法中，通过在反应器10中设置的井用潜水泵8实现了对污染地下水的连续处理，结合紫外光源与加药管7投加的氧化剂相互作用产生高活性自由基(如HO·、SO4·-等)，这些高活性自由基能够对石油烃污染地下水进行高效的氧化处理，从而实现对石油烃污染地下水的修复。
在本发明中，所述添加剂可以为柠檬酸盐、草酸盐、酒石酸盐和苹果酸盐中的一种或多种。所述柠檬酸盐、草酸盐、酒石酸盐和苹果酸盐各自可以为钾盐、钠盐，更优选为钠盐，也即所述添加剂优选为柠檬酸钠、草酸钠、酒石酸钠和苹果酸钠中的一种或多种。
在本发明中，所述添加剂可以预先投加到井中的石油烃污染地下水，以形成石油烃污染地下水与添加剂溶液的混合溶液。
在本发明中，相对于每升所述石油烃污染地下水，所述添加剂的投加量可以为10-100 mg，优选为20-50mg。
在本发明中，所述氧化剂可以为在紫外光照射下能够产生自由基的物质。优选地，所述氧化剂为过氧化氢和过硫酸盐中的至少一种。所述过硫酸盐优选为过硫酸钠。
在本发明中，相对于地下水中的每克石油烃，所述氧化剂的投加量可以为0.2-2.0mol，优选为0.5-1.2mol。
在本发明中，在所述紫外光照射剂量可以为300-3000J/m2、优选为500-2000J/m2。在本文中，紫外光源的照射剂量单位“J/m2”是指单位面积上接受的紫外光的辐照能量。
在本发明中，石油烃污染地下水在所述反应器中的停留时间可以为10-120min，优选为20-60min。
在本发明中，所述石油烃污染地下水中的总石油烃浓度为5-100mg/L。
以下结合实施例对本发明进行更详细地说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例
如图1A、图2A和图2B所示，以本发明所述的设备用于石油烃污染地下水修复时，向被石油烃污染的地下水井中投加一定量添加剂溶液；将设备悬置于地下水井中，开动井用潜水泵8；地下水自反应器10底部进入，穿过滤网5进入反应器内腔，滤去悬浮颗粒物；地下水在反应器10中自下向上沿着导水隔板6分隔的流道行进；以加药管7向水中投加氧化剂；通过安装于石英管3内的紫外光源1的照射，氧化剂受到激发产生高活性自由基，水中的石油烃污染物氧化去除；处理后的水由井用潜水泵8上部的出水管排出。
在以下实施例和对比例中，地下水中的总石油烃浓度按照HJ 637-2012采用红外分光光度法进行检测。
实施例1
按照上述实施方式，处理总石油烃浓度约为50mg/L的地下水；添加剂为柠檬酸钠，相对于每升所述石油烃污染地下水，投加量为50mg；氧化剂为过氧化氢，相对于石油烃污染地下水中的每克石油烃，投加量为0.8mol；紫外光照射剂量为1500J/m2；停留时间为50min；修复后地下水的总石油烃浓度为0.83mg/L。
实施例2
按照上述实施方式，处理总石油烃浓度约为40mg/L的地下水；添加剂为草酸钠，相对于每升所述石油烃污染地下水，投加量为60mg；氧化剂为过氧化氢，相对于石油烃污染地下水中的每克石油烃，投加量为1.0mol；紫外光照射剂量为1800J/m2；停留时间为60min；修复后地下水的总石油烃浓度为0.25mg/L。
实施例3
按照上述实施方式，处理总石油烃浓度约为30mg/L的地下水；添加剂为柠檬酸钠和草酸钠，其重量比为1:1，相对于每升所述石油烃污染地下水，投加量为30mg；氧化剂为过硫酸钠，相对于石油烃污染地下水中的每克石油烃，投加量为1.2mol；紫外光照射剂量为1000J/m2；停留时间为40min；修复后地下水的总石油烃浓度为0.75mg/L。
实施例4
按照上述实施方式，处理总石油烃浓度约为5mg/L的地下水；添加剂为草酸钠，相对于每升所述石油烃污染地下水，投加量为10mg；氧化剂为过硫酸钠，相对于石油烃污染地下水中每克石油烃，投加量为1.5mol；紫外光照射剂量为300J/m2；停留时间为20min；修复后地下水的总石油烃浓度为0.22mg/L。
实施例5
按照上述实施方式，处理总石油烃浓度约为80mg/L的地下水；添加剂为柠檬酸钠，相对于每升所述石油烃污染地下水，投加量为70mg；氧化剂为过硫酸钾，相对于石油烃污染地下水中每克石油烃，投加量为2.0mol；紫外光照射剂量为1500J/m2；停留时间为 100min；修复后地下水的总石油烃浓度为5.3mg/L。
实施例6
按照上述实施方式，处理总石油烃浓度约为100mg/L的地下水；添加剂为草酸钠，相对于每升所述石油烃污染地下水，投加量为90mg；氧化剂为过硫酸钾，相对于石油烃污染地下水中每克石油烃，投加量为1.8mol；紫外光照射剂量为2000J/m2；停留时间为 120min；修复后地下水的总石油烃浓度为8.8mg/L。
实施例7
按照上述实施方式，处理总石油烃浓度约为20mg/L的地下水；添加剂为酒石酸钠，相对于每升所述石油烃污染地下水，投加量为30mg；氧化剂为过氧化氢，相对于石油烃污染地下水中每克石油烃，投加量为0.6mol；紫外光照射剂量为3000J/m2；停留时间为 40min；修复后地下水的总石油烃浓度为1.5mg/L。
实施例8
按照上述实施方式，处理总石油烃浓度约为10mg/L的地下水；添加剂为苹果酸钠，相对于每升所述石油烃污染地下水，投加量为20mg；氧化剂为过硫酸钠，相对于石油烃污染地下水中每克石油烃，投加量为1.2mol；紫外光照射剂量为2000J/m2；停留时间为 40min；修复后地下水的总石油烃浓度为1.8mg/L。
实施例9
按照上述实施方式，处理总石油烃浓度约为40mg/L的地下水；添加剂为草酸钠，相对于每升所述石油烃污染地下水，投加量为30mg；氧化剂为过硫酸钠，相对于石油烃污染地下水中每克石油烃，投加量为2.0mol；紫外光照射剂量为800J/m2；停留时间为 10r/min；修复后地下水的总石油烃浓度为5.4mg/L。
对比例1
以与实施例1相同的方式进行对比例1，不同之处在于，对比例1没有紫外光照射，修复后地下水的总石油烃浓度为48mg/L。
对比例2
以与实施例1相同的方式进行对比例2，不同之处在于，对比例2不添加氧化剂，修复后地下水的总石油烃浓度为48mg/L。
对比例3
以与实施例1相同的方式进行对比例3，不同之处在于，对比例3不添加添加剂，修复后地下水的总石油烃浓度为6.2mg/L。
对比例4
按照上述实施方式，处理总石油烃浓度约为50mg/L的地下水；添加剂为柠檬酸钠，投加量为50mg/L；氧化剂为过氧化氢，投加量为0.8mol/g；不进行紫外光照射；停留时间为120min；修复后地下水的总石油烃浓度为47mg/L。
对比例5
按照上述实施方式，处理总石油烃浓度约为40mg/L的地下水；添加剂为草酸钠，投加量为60mg/L；氧化剂为过硫酸钠，投加量为1.0mol/g；不进行紫外光照射；停留时间为120r/min；修复后地下水的总石油烃浓度为38mg/L。
表1
通过实施例和对比例的比较发现，按照本发明所述的修复石油烃污染地下水的方法，通过紫外光与氧化剂之间的作用，显著增强了对石油烃污染地下水的修复效果，提高了修复的效率，并且减少了氧化剂用量。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种石油烃污染地下水的修复设备，其特征在于，所述设备包括：
反应器；
紫外光源，设置于所述反应器内；
加药管，延伸进入所述反应器内，用于向所述反应器内加入氧化剂；以及
井用潜水泵，设置于所述反应器上部。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述反应器的底部开设进水口，并且在进水口处设置有滤网。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述反应器的内腔设置有多个导水隔板；
优选地，在所述反应器的内腔中，多个导水隔板从上到下交替地设置在相对的两侧。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述紫外光源为紫外灯，优选波长为200-280nm的紫外灯。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述加药管具有一个或多个出口；
优选地，至少一个出口的设置位置靠近所述反应器的进水口。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述井用潜水泵为离心式井用潜水泵。
7.一种利用权利要求1-6中任意一项所述的设备修复石油烃污染地下水的方法，所述方法包括：
在井用潜水泵作用下，使石油烃污染地下水与添加剂的混合溶液从进水口连续进入反应器的内腔；
在紫外光源的照射下，将由加药管提供的氧化剂与石油烃污染地下水和添加剂的混合溶液在所述反应器的内腔内混合接触。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述添加剂为柠檬酸盐、草酸盐、酒石酸盐和苹果酸盐中的一种或多种；
优选地，相对于每升所述石油烃污染地下水，所述添加剂的投加量为10-100mg，优选为20-50mg。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢和过硫酸盐中的至少一种；
优选地，所述过硫酸盐为过硫酸钠；
优选地，相对于所述石油烃污染地下水中的每克石油烃，所述氧化剂的投加量为0.2-2.0mol，优选为0.5-1.2mol。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述紫外光照射剂量为300-3000J/m2、优选为500-2000J/m2。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述石油烃污染地下水在所述反应器中的停留时间为10-120min，优选为20-60min。
12.根据权利要求7-11中任意一项所述的方法，其特征在于，所述石油烃污染地下水中的总石油烃浓度为5-100mg/L。
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