CN114349135A - 富氧磁化水生成设备及制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤污染修复技术领域，涉及一种富氧磁化水生成设备及制备方法、应用。本发明提供的一种富氧磁化水生成设备，包括：进水口；磁场发生装置，用于将所述水磁化得到磁化水；富氧供应装置，包括进气管和富氧箱，用于给所述磁化水提供富氧；曝气装置，与所述进气管连接，用于将所述富氧与所述磁化水进行混合，得到富氧磁化水；排水口。相比现有的几种强化“石油烃污染的地下水/土壤中的污染物自然衰减”的方法，本发明技术简单有效，延续了监测式自然衰减法耗资低(投入资金约15‑50万)、对原有土壤扰动小的优势，只要保证适当的温度、补充营养物质，就可以很好的提升好氧微生物降解污染物的效率。

Description

富氧磁化水生成设备及制备方法、应用

技术领域

本发明属于土壤污染修复技术领域，涉及一种富氧磁化水生成设备及制备方法、应用，尤其涉及一种用富氧磁化水调节被污染土壤性质、提高“监测式自然衰减法”土壤修复效率的方法和装置。

背景技术

化工厂、医院、垃圾填埋场和储油设施等场地因废水排放或有害物质泄漏而造成较为严重的土壤和地下水污染。在相当长的时间内，我国的加油站因缺乏有效的防渗措施和监测设施，很多都发生了石油泄漏问题，泄漏的石油在重力作用下进入土壤和地下水中，其主要成分包括苯等挥发性有机物。

大量研究表明利用土壤或含水层中土著微生物去除苯系物等油类污染物是一种有效的有机污染修复技术。现行的修复技术中，自然衰减法具有运行成本低、效益高、对场地扰动小、适用于低浓度污染场地等优点，越来越受到重视。监测式自然衰减法(MNA)是通过挥发、弥散、吸附、生物降解等综合作用能够有效降低有机污染物浓度，MNA已成为许多石油产品污染场地优先考虑的修复技术。一般认为微生物降解作用是自然衰减法成功与否的关键，但石油烃中几乎所有的有机成分都能在有氧条件下降解、包气带中的有机物降解速率高于饱和区，而深层土壤中的厌氧生物降解速率较慢、修复时间较长、因此对厌氧生物降解能力不作期待；所以为了保证好氧微生物降解污染物时所需的条件，需要补充土壤中的溶解氧、并调节碳:氮:磷(C:N:P)的比例维持在100:8:1、土壤温度在20-40℃、pH值控制在5-9。

现有的强化“石油烃污染的地下水/土壤自然衰减”的方法主要包括：(1)向土壤和地下水中供给空气或氧气、营养液、外源高效降解菌剂；(2)抽出污染地下水进行油水分离后注入微气泡发生器、使较多的氧气溶解在水中再回注到地下水层、从而提高地下水中微生物的生物降解活性。对于方法(1)，有研究表明，土著微生物已适应污染物的存在、外源微生物在与土著微生物竞争中处于不利地位、提高受污染土壤中土著微生物的降解污染物的活力比采用外源微生物的方法更可取。对于方法(2)，抽水注水过程复杂、耗能耗资较大，且供氧过多会改变地下水微生物的种类区系。

因此，本领域亟需可直接用于修复被石油污染的土壤的富氧磁化水，以及制备其的设备和方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种富氧磁化水生成设备及制备方法、应用。

具体的，本发明提供的一种富氧磁化水生成设备，包括：

进水口；

磁场发生装置，用于将所述水磁化得到磁化水；

富氧供应装置，包括进气管和富氧箱，用于给所述磁化水提供富氧；

曝气装置，与所述进气管连接，用于将所述富氧与所述磁化水进行混合，得到富氧磁化水；

排水口。

上述的富氧磁化水生成设备，还包括挡板，位于所述磁场发生装置和所述曝气装置之间，用于将所述磁化水引流到所述曝气装置表面。

上述的富氧磁化水生成设备，所述挡板的数量≥1个，所述挡板为平直挡板和/或弧形挡板。

上述的富氧磁化水生成设备，还包括壳体，其中，所述磁场发生装置、所述曝气装置和所述挡板位于所述壳体内部，所述进水口和所述排水口位于壳体上。

上述的富氧磁化水生成设备，所述壳体还包括氮磷补充口、收集口。

上述的富氧磁化水生成设备，所述富氧供应装置还包括出气管，所述出气管与所述壳体连接。

上述的富氧磁化水生成设备，所述曝气装置还包括溢流板。

另一方面，本发明提供了一种富氧磁化水的制备方法，采用上述的富氧磁化水生成设备制备，包括：

(1)采用富氧供应装置给所述富氧磁化水生成设备提供富氧环境；

(2)打开进水口，使水通过磁场发生装置的磁场得到磁化水；

(3)磁化水进入曝气装置，并与富氧混合，得到富氧磁化水。

上述的富氧磁化水的制备方法，所述磁场的强度为0.7T。

又一方面，本发明提供了上述的富氧磁化水在被石油污染的土壤修复中的应用。

本发明的技术方案具有如下的有益效果：

(1)本发明的富氧磁化水生成设备，结构简单、原理可靠(近30年有大量国内外文献支持)，且普通自来水容易获取、磁化水制备过程耗电量不大、需要的富氧鼓气设备容易购买；

(2)本发明的富氧磁化水制备方法，磁化过程可多次进行、操作简单，磁场强度、充氧量都可根据实际情况调控，并且制备出的富氧磁化水，粘度减小、渗透压增加、饱和溶氧量上限增加，非常有利于富氧磁化水进入土壤，磁化水的磁化效果即便在震动或湍流的情况下仍然可以保持约8小时，最长可保持约48小时；

(3)本发明通过将适量富氧磁化水灌入被石油污染的土壤、调节被油污染土壤的盐碱性质、pH值、含氧量等重要因素，从而提高监测式自然衰减法(MNA)在这类土壤修复中的修复效率，这一方法既可以提高修复效率，又可以减少修复成本，保证被石油污染的土壤修复工作的顺利进行；

(4)采用本发明的方法对土壤修复结束后，可在修复后的土壤上根据需要种植林木、花卉或者经济作物等，打造成景观、公园，实现生态和经济效益；

(5)相比现有的几种强化“石油烃污染的地下水/土壤中的污染物自然衰减”的方法，本发明工程技术简单有效，延续了监测式自然衰减法耗资低(投入资金约15-50万)、对原有土壤扰动小的优势，只要保证适当的温度、补充营养物质，就可以很好的提升好氧微生物降解污染物的效率；

(6)在中国北方很多水资源不丰富的城市，地下水水位低、土壤不饱和层较厚，有利于本发明方法和装置的推广。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的富氧磁化水生成设备结构示意图；

其中，100为富氧磁化水生成设备，10为进水口，20为磁场发生装置，30为富氧供应装置，31为进气管，32为富氧箱，33为出气管，40为曝气装置，41为曝气孔，42为溢流板，50为排水口，60为挡板，70为壳体，71为氮磷补充口71，72为收集口。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

为了克服现有的强化“石油烃污染的地下水/土壤自然衰减”方法的以下缺陷：①抽水注水过程复杂；②耗能和投资较大；③改变了土壤中土著微生物的种类，与“监测式自然衰减法”的固有优势(投入低、对土壤扰动小)不相符。本发明提供了富氧磁化水生成设备及制备方法、应用。

具体的，根据本发明的第一方面，如图1所示，本发明提供了一种富氧磁化水生成设备100，包括：进水口10；磁场发生装置20，位于所述进水口10的两侧，用于将所述水磁化得到磁化水；富氧供应装置30，包括进气管31和富氧箱32，用于给所述磁化水提供富氧；曝气装置40，位于所述磁场发生装置20的下方并与所述进气管31连接，用于将所述富氧与所述磁化水进行混合，得到富氧磁化水；排水口50。

本发明的富氧磁化水生成设备，结构简单、原理可靠，可用于持续制备富氧磁化水，保证被石油污染土壤修复工作的顺利进行。

下面对本发明富氧磁化水生成设备中各装置及其优选实施方式进行详细说明：

(1)进水口10。

为了保证单位时间有更多的水通过磁场，所述进水口10优选为并排设置的多个高压喷水管，水流速度控制在1.5-2.5m/s。

(2)磁场发生装置20，用于将所述水磁化得到磁化水。

其中，所述磁场发生装置20为磁体或电磁体。

其中，所述磁体为永磁材料、考虑磁体强弱和成本，可选择合金或稀土类强磁体。

其中，磁体或电磁体的选择可根据所需要的磁场强度进行适应性选择，如，需要高强度的磁场使可选择电磁体。

其中，所述电磁体为包裹在进水管上的线圈，在线圈通电状态时，产生电磁场。

在一些实施方式中，如图1所示，当水垂直流经磁场时，控制水流速度为1.5-2.5m/s，磁场强度为0.7T左右。

在又一些实施方式中，可以将水在磁场强度为0.15-0.2T的静磁场中放置20分钟。若进水为普通自来水、磁场强度控制在0.2T，有利于减少水的粘度和表面张力、增加被磁化的水的饱和溶解氧量上限。

在本发明中，通过将水置于磁场中或高速水流垂直流经磁场，在磁场作用下、水分子被磁化、即产生磁化水。水被磁化后，水的结构发生了变化、水表面张力系数降低、变成单个而有活力的小分子团、这种变小的分子团在细胞代谢过程中具有更强的渗透性，溶解性增强。

(3)富氧供应装置30，包括进气管31和富氧箱32，用于给所述磁化水提供富氧。

在磁化水中增加氧浓度，用富氧磁化水浇灌的土壤具有疏松、不板结的特点，有助于氧气进入土壤、可改良盐碱地的盐碱性、为微生物降解有机污染物提供适当的pH值，还可使浇灌的植物根系更发达，提高植物对水分、矿质元素的吸收。

其中，所述富氧箱32内设置鼓风机，用于将富氧输送至曝气装置40。所述富氧箱可通过常规市购可得，本发明对其结构和工作原理不做赘述。

(4)曝气装置40，位于所述磁场发生装置20的下方并与所述进气管31连接，用于将所述富氧与所述磁化水进行混合，得到富氧磁化水。

其中，所述曝气装置40为曝气箱，曝气箱上排列有曝气孔41，夹层里布置有通气管(图未示)。

优选的，所述曝气装置40上设置有溢流板42，通过溢流板42的遮挡作用在曝气装置40上积累一定深度的磁化水。

在一些优选的实施方式中，所述富氧磁化水生成设备100还包括挡板60，所述挡板60位于所述磁场发生装置20和所述曝气装置40之间，用于将所述磁化水引流到所述曝气装置40表面。

进一步优选的，所述挡板60的数量≥1个，所述挡板60为平直挡板和/或弧形挡板。

在生产过程中，高于普通气压的富氧空气由富氧箱32鼓出，依次通过进气管31和曝气孔41，最终与积累在曝气装置40上方的磁化水充分混合。

(5)排水口50。

所述排水口50用于将所述富氧磁化水滴灌到被污染的土壤。

为了保证所述富氧磁化水可以充分进入土壤，可以预先将数根水管均匀分布插入被污染土壤中，水管上方连接到排水孔口高压喷水装置。

在一些优选的实施方式中，所述富氧磁化水生成设备还包括壳体70，所述磁场发生装置20、所述曝气装置40和所述挡板60位于所述壳体70内部，所述进水口10和所述排水口50位于壳体70上。

可选的，所述进水口10位于壳体70侧面上方的位置，所述排水口50位于所述壳体70的底板。

在一些优选的实施方式中，所述壳体70还包括氮磷补充口71、收集口72。

其中，所述氮磷补充口71用于在所述富氧磁化水中补充氮磷，防止因土壤中缺乏氮磷造成的不利于微生物降解污染物的情况发生。

其中，所述收集口72用于收集生产的富氧磁化水，以便将富氧磁化水倒入高压喷水装置，灌入被污染的土壤。当用收集口72收集富氧磁化水时，需将排水口50关闭。

在一些优选的实施方式中，所述富氧供应装置30还包括出气管33，所述出气管33与所述壳体70连接。进一步优选的，在出气管33设置监测氧浓度的装置，用于监测富氧磁化设备中的氧浓度，当氧浓度下降时，调大富氧箱32的鼓风量。

在一些优选的实施方式中，本发明的富氧磁化水生成设备以及灌溉装置均选用不导电、不导磁、结实耐用的工程塑料。

第二方面，基于相同的发明构思，本发明提供了一种富氧磁化水的制备方法，该方法采用上述富氧磁化水生成设备制备，包括：

(1)采用富氧供应装置30给所述富氧磁化水生成设备100提供富氧环境；

(2)打开进水口10，使水通过磁场发生装置20的磁场，得到磁化水；

(3)磁化水进入曝气装置40，并与富氧混合，得到富氧磁化水。

在一些优选的实施方式中，本发明的富氧磁化水的制备方法，在步骤(1)前还包括：先密闭富氧磁化水生成设备壳体70上的所有孔道，用抽气机通过任意一个孔将装置里的空气抽出大半。

优选的，所述磁场的强度为0.7T，以促进微生物的繁殖时间和数量。

在一些优选的实施方式中，当土壤中缺乏氮磷时，在氮磷补充口71加入适当形式的氮磷，以利于微生物降解污染物。

第三方面，基于相同的发明构思，本发明还提供了所述富氧磁化水在被石油污染的土壤修复中的应用。

作为对照和参考，监测被石油污染的土壤场地、计算污染物降解速率。将富氧磁化水灌入被污染土壤后，在后续的几周内连续监测被污染土壤中的污染物浓度降解速率是否增加、并计算增幅，动态调整磁化水、氧、氮磷的使用量。

优选的，待被石油污染的土壤修复达到要求后，可以不用给磁化水加富氧、而是直接将生成的磁化水，灌溉给土壤上栽种的植被、提高植被生长速度。

本发明采用用富氧磁化水调节被石油污染的土壤的盐碱性质、pH值、含氧量，提高了监测式自然衰减法(MNA)在这类土壤修复中的修复效率。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。

将被石油污染程度相近的土壤场地划分为若干块，其中一半场地作为对照组，其他场地采用本发明的富氧磁化水修复。具体操作如下：

1.对对照组的被石油污染土壤场地的处理

用水浇灌作为对照组的被石油污染的土壤场地，动态调整水和氮磷的注入量，使碳:氮:磷(C:N:P)的比例维持在100:8:1，土壤温度在20-40℃。持续监测并记录污染物浓度降解速率。

2.按照本发明的方法修复被石油污染的土壤

采用富氧磁化水生成设备，先密闭该设备的所有孔道、用抽气机通过任意一个孔将装置里的空气抽出大半，再将富氧空气充满该装置、形成富氧空气环境；打开进水口，使水经过磁场生成磁化水，磁化水经挡板导流进入曝气箱表面，再经曝气环节生成富氧磁化水。

将富氧磁化水浇灌、或通过加压装置灌入被石油污染的土壤场地以下土壤，动态调整磁化水、氧、氮磷的注入量，使碳:氮:磷(C:N:P)的比例维持在100:8:1，土壤温度在20-40℃。持续监测被污染土壤中的污染物浓度降解速率。

3.经对比，后续的几周内，按照本发明的方法对被石油污染土壤进行修复后，土壤中污染物浓度降解速率相对于对照组的污染物浓度降解速率显著增加。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种富氧磁化水生成设备，其特征在于，包括：

进水口；

磁场发生装置，用于将水磁化得到磁化水；

富氧供应装置，包括进气管和富氧箱，用于给所述磁化水提供富氧；

曝气装置，与所述进气管连接，用于将所述富氧与所述磁化水进行混合，得到富氧磁化水；

排水口。

2.根据权利要求1所述的富氧磁化水生成设备，其特征在于，还包括挡板，位于所述磁场发生装置和所述曝气装置之间，用于将所述磁化水引流到所述曝气装置表面。

3.根据权利要求2所述的富氧磁化水生成设备，其特征在于，所述挡板的数量≥1个，所述挡板为平直挡板和/或弧形挡板。

4.根据权利要求2所述的富氧磁化水生成设备，其特征在于，还包括壳体，其中，所述磁场发生装置、所述曝气装置和所述挡板位于所述壳体内部，所述进水口和所述排水口位于壳体上。

5.根据权利要求4所述的富氧磁化水生成设备，其特征在于，所述壳体还包括氮磷补充口、收集口。

6.根据权利要求4所述的富氧磁化水生成设备，其特征在于，所述富氧供应装置还包括出气管，所述出气管与所述壳体连接。

7.根据权利要求1所述的富氧磁化水生成设备，其特征在于，所述曝气装置还包括溢流板。

8.一种富氧磁化水的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的富氧磁化水生成设备制备，包括：

(1)采用富氧供应装置给所述富氧磁化水生成设备提供富氧环境；

(2)打开进水口，使水通过磁场发生装置的磁场得到磁化水；

(3)磁化水进入曝气装置，并与富氧混合，得到富氧磁化水。

9.根据权利要求8所述的富氧磁化水的制备方法，其特征在于，所述磁场的强度为0.7T。

10.权利要求1-9任一项所述的富氧磁化水在被石油污染的土壤修复中的应用。

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