CN114195283B - 一种渐次循环式污染地下水修复装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种渐次循环式污染地下水修复装置及应用，包括可移动平台以及设于可移动平台上的进液泵、过滤器、混合腔体、臭氧发生器、引风机、净水箱；混合腔体与过滤器的输出端连接，混合腔体的顶部设有填料；引风机输入端与臭氧发生器连接，其输出端与混合腔体连接；净水箱水流输入端通过管路与填料的上方连接，其水流输出端通过管路与洁净水端连接，净水箱的进气口与引风机的输出端连接，净水箱的出气口通过管路与污染水端连接。与现有技术相比，本发明可在污染场地移动布置，修复达标的污染水井就可成为下一处污染地下水修复的净水井，以实现交替循环，降低打井的费用并提高灵活性，可满足污染地下水快速高效的修复需求。

Description

一种渐次循环式污染地下水修复装置及应用

技术领域

本发明涉及污染地下水水体进行渐次循环修复处理领域，尤其是涉及一种渐次循环式污染地下水修复装置及应用。

背景技术

地下水是人类重要的自然资源，但由于水文地质条件的复杂性、质量数据敏感且难获取等特点，使得人们对地下水缺乏足够的认识，而地下水污染情况也常被忽视。地下水污染是一个长期的、蓄积的过程，具有复杂性、隐蔽性、不可逆转性，如不加以防治，会对饮用水、食品和居住安全造成难以估量的危害。

目前针对地下水污染常用的修复方法有原位修复和异位修复。原位修复对地下水扰动小，但难以进行过程监测、修复效果不稳定。异味修复是将地下水抽出进行氧化还原等操作，其可控性更强，处理效率高。但是目前异味修复装置大多不能移动，抽出后统一集中到蓄水池处理，工作灵活性大打折扣。臭氧修复是近年来兴起的一种高级氧化技术。臭氧是一种优良的强氧化剂，在污水消毒、除色、除臭、去除有机物和COD方面有很好的效果。臭氧氧化法降解有机物速度快，条件温和，不产生二次污染，且不像其他氧化药剂有现场堆积的风险。但是臭氧进入水体后其溶解度和停留时间有限，使得无法完全发挥其高级氧化的特性。

专利“一种臭氧水处理受有机物污染的地下水系统”(201720848320.1)提供包括臭氧水发生器，臭氧水发生器上设有进水泵口和臭氧水出口，臭氧水出口余注入井链接，注入井的布点方式采用梅花桩布点法；还设有多相抽提井，多相抽提井抽出的多相物质通过排物管进入污水处理站进行处理后达标排放至污水管网。该专利的优点在于处理成本低、工艺简单，但该过程中臭氧直接进入地下水导致接触面积和停留时间不足，反应时间处，处理效果无法保障。专利“一种地下水有机污染处理装置”(202020543838.6)提供的系统包括箱体以及依次设于箱体内的均质池、氧化池和清水池。所述氧化池内通过多块隔板分割成奇数个折流单元，每个所述折流单元内均垂直间隔安装有多组紫外灯管，折流单元内还设有臭氧曝气装置，所述臭氧曝气装置包括设于折流单元底部的环形微孔曝气管，所述清水池中上下间隔固定有过水筛板和承托筛板，所述承托筛板和过水筛板之间设有颗粒活性炭层。该系统使用的结构复杂，没有多余臭氧循环使用工艺，成本相对较高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种渐次循环式污染地下水修复装置及应用，具有高效、快捷、渐次替换式的优势，解决了现有技术存在反应不充分、臭氧利用率相对较低的缺点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一个目的是保护一种渐次循环式污染地下水修复装置，包括可移动平台以及设于可移动平台上的进液泵、过滤器、混合腔体、臭氧发生器、引风机、净水箱，其中具体地：

进液泵，其输入端与污染水端连接；

过滤器，其输入与所述进液泵的输出端连接；

混合腔体，与所述过滤器的输出端连接，所述混合腔体的顶部设有填料；

引风机，其输入端与所述臭氧发生器连接，其输出端与所述混合腔体连接；

净水箱，其水流输入端通过管路与所述填料的上方连接，其水流输出端通过管路与洁净水端连接，所述净水箱的进气口与引风机的输出端连接，所述净水箱的出气口通过管路与污染水端连接。

进一步地，所述过滤器中装填有天然滤料，所述天然滤料为活性炭、麦饭石、石英石中的一种或多种。

进一步地，所述混合腔体中设有进液体喷头和气体喷嘴，所述进液体喷头与所述过滤器的输出端连接，所述气体喷嘴与所述引风机的输出端连接。

进一步地，所述填料的上方设有气液混合端块，所述气液混合端块与所述净水箱的水流输入端连接。

进一步地，所述净水箱的水流输入端设于净水箱的顶部，所述净水箱的进气口设于净水箱的底部，所述净水箱的出气口设于净水箱的顶部。

进一步地，所述填料为空心球体填料，通过填料增加过水时产生的表面积和过水的停留时间。

进一步地，所述气液混合端块为不锈钢材质，所述气液混合端块内部设有1-16根直径为0.5-1.5cm的中空管道，使得过水分散通过，以此在气液混合物在通过管道时增加接触面积和停留时间，使反应更加充分。

进一步地，所述净水箱中设有旋转扇叶，所述旋转扇叶上设有通孔。

进一步地，所述净水箱的出气口与污染水端之间的管路末端设有微孔分布器，所述微孔分布器设于污染水端的水面下方。

进一步地，于混合腔体为不锈钢制容器，其形状包括但不限于长方体、圆柱体等，上部铺有5cm-20cm厚的填料，该结构安全性高，并可增加水气接触时间，提高反应效率。

进一步地，进液体喷头为不锈钢材料制成，固定在混合腔体内壁上，与垂面呈一定角度，其倾斜度范围是0°-70°。喷孔根据需要可设置液体喷出状态(平面扇形、空心锥体、实心椎体或水雾状等)。

进一步地，进填料为空心球填料，包括但不限于聚丙烯多面球类。球类直径范围20mm-80mm范围选择，填料作用为增加水气接触时间和接触面积，并让气液混合物通过。

进一步地，征在于气体喷嘴8为不锈钢材料制成，固定在混合腔体4内壁上，与垂面呈一定角度，其角度范围是90°-170°，喷嘴8与进液体喷头5间隔5-20cm。在引风机的压力下通过气体喷嘴8往混合腔体4喷入臭氧。

进一步地，净水箱为不锈钢材料制成，从气液混合端块7输出的气液混合物流入净水箱，净水箱中有扇叶不断转动，下层扇叶带有气孔，带孔扇叶之间有带孔不锈钢管连接，臭氧发生器产生的臭氧可通过管道和扇叶气孔输入净水箱，深度净化污染水体以达到修复要求。在净水箱内未反应完全的多余臭氧可以从上部流出通过微孔分布器进入进污染水井进行初净化，以提高臭氧的利用率。净水箱内净水通过管道留到净水井。

本发明第二个目的是保护一种上述渐次循环式污染地下水修复装置的应用，包括以下步骤：

S1：通过进液泵将污染水抽提至过滤器，经过初步过滤的水通过进液体喷头进入混合腔体，同时在引风机的压力下通过气体喷嘴向混合腔体中喷入臭氧，气液混合物及反应后水体随通道经过填料和气液混合端块，期间持续进行氧化反应，进入净水箱后继续通过臭氧反应，反应后的净水通过出水口排入净水井，多余的臭氧气体则导出后通过微孔分布器输入污染水井；

S2：待污染水井修复完毕后，移动修复装置至另一污染区域，使得前一次修复完毕的污染水井依据距离远近可作为下一次修复的净水井，渐次循环以提升修复过程效率。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

1)本发明为一种渐次循环式污染地下水修复装置及工艺，其通过设置不同阶段气液混合反应位置，将污染水体进行扰动均匀和氧化反应，该过程利用气液混合物的特性，在填料和气液混合端块的作用下，充分增加气液混合接触面积和接触时间，且后续采用多级多端氧化，提高臭氧的利用效率，降低地下水处理系统的整体运行成本。

2)本发明中的装置可在污染场地移动布置，修复达标的污染水井就可成为下一处污染地下水修复的净水井，以实现交替循环，降低打井的费用并提高灵活性，可满足污染地下水快速高效的修复需求。

附图说明

图1为本技术方案中渐次循环式污染地下水修复装置结构示意图。

图2为本技术方案中渐次循环工艺示意图。

图中：微孔分布器1；进液泵2；过滤器3；混合腔体4；进液体喷头5；填料6；气液混合端块7；气体喷嘴8；引风机9；臭氧发生器10；净水箱11；可移动平台12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的结构/模块名称、控制模式、算法、工艺过程或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。

实施例1

如图1所示，本实施例中渐次替换式的地下水处理装置包括微孔分布器1；进液泵2；过滤器3；混合腔体4；进液体喷头5；填料6；气液混合端块7；气体喷嘴8；引风机9；臭氧发生器10；净水箱11；可移动平台12，参见图1。

进液泵2输入端与污染水端连接；过滤器3输入与所述进液泵2的输出端连接，过滤器3中装填有天然滤料，所述天然滤料为活性炭、麦饭石、石英石中的一种或多种。混合腔体4与所述过滤器3的输出端连接，所述混合腔体4的顶部设有填料6，混合腔体4中设有进液体喷头5和气体喷嘴8，所述进液体喷头5与所述过滤器3的输出端连接，所述气体喷嘴8与所述引风机9的输出端连接。

引风机9输入端与所述臭氧发生器10连接，其输出端与所述混合腔体4连接。

净水箱11，其水流输入端通过管路与所述填料6的上方连接，其水流输出端通过管路与洁净水端连接，所述净水箱11的进气口与引风机9的输出端连接，所述净水箱11的出气口通过管路与污染水端连接。净水箱11的水流输入端设于净水箱11的顶部，所述净水箱11的进气口设于净水箱11的底部，所述净水箱11的出气口设于净水箱11的顶部。

填料6的上方设有气液混合端块7，所述气液混合端块7与所述净水箱11的水流输入端连接。填料6为空心球体填料，通过填料6增加过水时产生的表面积和过水的停留时间。

本技术方案中的可移动平台可为车体等可移动设备。

具体运行时，替换式地下水处理装置的进液泵2将地下水抽提通过过滤器3，滤后清液通过进液体喷头5进入混合腔体4，之后与气体喷嘴8喷出臭氧，开始臭氧混合反应，填料6位于混合腔体4上部，气液混合物在压力带动下通过填料6进入气液混合端块7，通过导管进入净水箱11，带孔扇叶位于净水箱11中，可以通入臭氧，再一次将污水与臭氧混合反应，最后剩余气体通过微孔分布器1输送至进水口水体，净水箱中液体输送至出水口。

使用上述系统进行有机污染土壤热脱附修复，包括以下步骤：

(1)工艺准备

根据工艺要求，对需要处理的污染地下水中无机物和有机物的种类及含量进行研究，地下水污染物石油烃初始浓度5.6mg/L。选择进液体喷头5喷水状态为实心椎体，引风机9送风量3500L/min，调试输入净水箱11臭氧的速率约为50L/min，连接好装置；

(2)地下水污染修复

使用进液泵2将污染水抽提至过滤器3，经过初步过滤的水通过进液体喷头5进入混合腔体4，同时，在引风机9的压力下通过气体喷嘴8往混合腔体4喷入臭氧。进液体喷头5与垂面所呈夹角为45°，气体喷嘴8与垂面间的夹角度为150°。气液在混合腔体4中混匀，利用臭氧的强氧化性对污水进行处理。气液混合物及反应后产物随通道经过填料6、气液混合端块7，期间持续进行氧化反应。进入净水箱11后，再次通过带孔扇叶及管径输入臭氧，叶片不断旋转，将臭氧与液体充分混匀，反应后的净水通过出水口排入地下水，气体通过微孔分布器1输入进水口水体(污染水体)。净水箱中抽样检测已处理污染地下水样品石油烃浓度约为0.4mg/L，效果明显。

(3)渐次循环地下水修复操作(参见图2)

根据现场污染分布及施工工序，将地下水修复装置移到旁边的污染区域，石油烃污染浓度约为8.7mg/L。本次修复的净水井即为刚修复达标的临近污水井，这可减少打井成本并提高工作效率。根据地下水污染浓度确定工作参数如下：引风机9送风量5600L/min，调试输入净水箱11臭氧的速率约为80L/min，连接好装置；其他操作同上，经过氧化修复，净水箱中抽样检测已处理污染地下水样品石油烃浓度约为0.5mg/L，满足地下水环境质量要求。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种渐次循环式污染地下水修复装置，其特征在于，包括可移动平台（12）以及设于可移动平台（12）上的：

进液泵（2），其输入端与污染水端连接；

过滤器（3），其输入与所述进液泵（2）的输出端连接；

混合腔体（4），与所述过滤器（3）的输出端连接，所述混合腔体（4）的顶部设有填料（6）；

臭氧发生器（10）；

引风机（9），其输入端与所述臭氧发生器（10）连接，其输出端与所述混合腔体（4）连接；

净水箱（11），其水流输入端通过管路与所述填料（6）的上方连接，其水流输出端通过管路与洁净水端连接，所述净水箱（11）的进气口与引风机（9）的输出端连接，所述净水箱（11）的出气口通过管路与污染水端连接；

所述污染地下水为有机污染地下水；

所述混合腔体（4）中设有进液体喷头（5）和气体喷嘴（8），所述进液体喷头（5）与所述过滤器（3）的输出端连接，所述气体喷嘴（8）与所述引风机（9）的输出端连接；

所述填料（6）的上方设有气液混合端块（7），所述气液混合端块（7）与所述净水箱（11）的水流输入端连接；

所述气液混合端块（7）内部设有1-16根直径为0.5-1.5cm的中空管道，使得过水分散通过，以此在气液混合物在通过管道时增加接触面积和停留时间；

待污染水井修复完毕后，移动修复装置至另一污染区域，使得前一次修复完毕的污染水井依据距离远近可作为下一次修复的净水井，渐次循环以提升修复过程效率。

2.根据权利要求1所述的一种渐次循环式污染地下水修复装置，其特征在于，所述过滤器（3）中装填有天然滤料，所述天然滤料为活性炭、麦饭石、石英石中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种渐次循环式污染地下水修复装置，其特征在于，所述净水箱（11）的水流输入端设于净水箱（11）的顶部，所述净水箱（11）的进气口设于净水箱（11）的底部，所述净水箱（11）的出气口设于净水箱（11）的顶部。

4.根据权利要求1所述的一种渐次循环式污染地下水修复装置，其特征在于，所述填料（6）为空心球体填料，通过填料（6）增加过水时产生的表面积和过水的停留时间。

5.根据权利要求1所述的一种渐次循环式污染地下水修复装置，其特征在于，所述气液混合端块（7）为不锈钢材质。

6.根据权利要求1所述的一种渐次循环式污染地下水修复装置，其特征在于，所述净水箱（11）中设有旋转扇叶，所述旋转扇叶上设有通孔。

7.根据权利要求1所述的一种渐次循环式污染地下水修复装置，其特征在于，所述净水箱（11）的出气口与污染水端之间的管路末端设有微孔分布器（1），所述微孔分布器（1）设于污染水端的水面下方。

8.一种如权利要求1至7中任意一项所述渐次循环式污染地下水修复装置的应用，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过进液泵将污染水抽提至过滤器，经过初步过滤的水通过进液体喷头进入混合腔体，同时在引风机的压力下通过气体喷嘴向混合腔体中喷入臭氧，气液混合物及反应后水体随通道经过填料和气液混合端块，期间持续进行氧化反应，进入净水箱后继续通过臭氧反应，反应后的净水通过出水口排入净水井，多余的臭氧气体则导出后通过微孔分布器输入污染水井；

S2：待污染水井修复完毕后，移动修复装置至另一污染区域，使得前一次修复完毕的污染水井依据距离远近可作为下一次修复的净水井，渐次循环以提升修复过程效率。