CN114380380B - 一种全氟化合物污染地下水的原位修复系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全氟化合物污染地下水的原位修复系统与方法，系统包括多口地下水井和地上修复装置，位于地下水位以下区域的地下水井的井壁上设有若干个进水口，地下水井内还设有与地上修复装置连接的注药管、曝气管和泡沫提取器，曝气管的下部插入地下水位以下，泡沫提取器呈浮动地设置于地下水表面处，将收集的泡沫输送至地上修复装置中；本发明通过向每口地下水井中定量注入与全氟化合物亲和力高的表面活性剂；通过曝气管向地下水中曝气，在地下水井的水位处形成泡沫；由浮动的泡沫提取器收集泡沫，并将泡沫抽到地上修复装置中处理成液体，无需大量抽取地下水，对环境扰动小，能耗较小，并且省去大量辅助设施和处理材料，成本大幅降低。

Description

一种全氟化合物污染地下水的原位修复系统与方法

技术领域

本发明属于地下水修复技术领域，具体涉及一种全氟化合物污染地下水的原位修复系统与方法。

背景技术

随着工业快速发展和各类化学品的大量生产使用，一些新污染物对公众健康和生态环境的危害正逐步显现。其中全氟化合物由于能防水、防油及有稳定性，被广泛用于不同产品。但全氟化合物具有持久性和生物累积性，且还具有生殖毒性、诱变毒性、发育毒性、神经毒性、免疫毒性等多种毒性，是一类具有全身多脏器毒性的环境污染物。我国在十四五规划中对“重视新污染物治理”提出了有关要求，并且我国大部分的人口饮用和农业灌溉均来自地下水，因此开发针对全氟化合物污染地下水的修复技术具有重要意义。由于全氟化合物化学性质稳定，难以被破坏和降解，因此针对受全氟化合物污染的地下水，目前国际上常用的修复技术是抽出处理。即将地下水抽到地面，经过净化处理后，再排放或回注。使用抽出处理技术修复效率较低，且对地下水的扰动较大，容易导致污染面积的扩大，地面处理设备占地较大。另外，如果场地或周边有建筑物，大规模的抽出地下水，可能会对建筑物造成一定的安全影响。

发明内容

针对现有技术的不足，解决全氟化合物对地下水的污染问题，提供原位净化技术可行，对地下水扰动小，结构简单及处理高效的一种全氟化合物污染地下水的原位修复系统及方法。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种全氟化合物污染地下水的原位修复系统，包括多口地下水井和地上修复装置，位于地下水位以下区域的所述地下水井的井壁上设有若干个进水口，所述地下水井内还设有与所述地上修复装置连接的注药管、曝气管和泡沫提取器，所述曝气管的下部插入地下水位以下，所述泡沫提取器呈浮动地设置于地下水表面处，用于收集水位表面所产生的漂浮泡沫，并将收集的泡沫输送至所述地上修复装置中处理。

所述泡沫提取器包括浮子、泡沫收集腔和输送管，所述泡沫收集腔设置于所述浮子的上表面，所述输送管的下端与所述泡沫收集腔连通，其上端与所述地上修复装置连接。

进一步地，所述浮子的中部贯穿一滑动杆，所述滑动杆依次贯穿所述泡沫收集腔和浮子，所述浮子沿所述滑动杆的轴向上自由滑动。

或优选地，所述地下水井中还设有封隔器，其将所述地下水井分隔为上下两部分，所述封隔器设置于地下水位的下方，所述封隔器上方的所述地下水井中还设有反应器，位于所述反应器与所述封隔器之间的所述地下水井的环壁上设有若干排水口；所述泡沫提取器设置于所述反应器的反应腔中，所述曝气管和注药管插入所述反应器的反应腔中，所述反应器的底部设有排水控制阀，位于所述封隔器下方的地下水通过泵送装置输送至所述反应器中。

所述反应器中还设有用于检测反应腔内水位高度的液位传感器，用于控制所述泵送装置的输水量。

优选地，所述反应器设置于地下水位的上方，其为圆柱形箱体结构。

所述地下水井从地表贯穿到地下水水位以下直至修复深度，所述进水口为微孔或狭缝孔结构。

所述地上修复装置包括配药及注入单元、泡沫处理单元、动力与控制单元；所述配药及注入单元与所述注入管连接，用于配置适用浓度的药剂并定量输送到每口所述地下水井内；所述泡沫处理单元与所述泡沫提取器连接，用于快速消除泡沫使其变成液体，所述动力与控制单元与所述曝气管连接，用于为所述曝气管提供压缩空气。

另一方面，本发明还提供了一种全氟化合物污染地下水的原位修复方法，其特征在于，向每口地下水井中定量注入与全氟化合物亲和力高的表面活性剂；通过曝气管向地下水中曝气，在地下水井的水位处形成泡沫；由浮动的泡沫提取器收集泡沫，并将泡沫抽到地上修复装置中处理成液体。

或优选地，通过泵送装置将地下水井中的污染水定量泵入每口地下水井中的位于地下水位上方的反应器内；向反应器中的反应腔中定量注入与全氟化合物亲和力高的表面活性剂；通过曝气管向反应器内的水中曝气，且在其水平面处形成泡沫；由浮动的泡沫提取器收集泡沫，并将泡沫抽到地上修复装置中处理成液体；待反应结束后开启排水控制阀，将修复后的地下水排至反应器下方，并通过地下水井环壁上的排水口排至井外。

所述的表面活性剂为烷基糖苷(APG)或十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)。

本发明技术方案，具有如下优点：

A.本发明所提供的地下水原位修复系统，利用污染物特性精准提取，通过向地下水井中的地下水中注入与全氟化合物亲和力高的表面活性剂，经曝气产生泡沫，仅通过抽提泡沫即可，无需大量抽取地下水，对环境扰动小，能耗较小，并且省去大量辅助设施和处理材料，成本大幅降低。同时，抽提出的泡沫可进一步浓缩，具有回收再利用价值。

B.本发明将地下水井中的地下水通过泵送装置抽提部分地下水至反应器内腔中，并在反应器中进行注药与曝气处理，整个反应过程是在地下水井中完成的，原地原位实现对地下水的抽提与全氟化合物的净化处理，及时将处理后的泡沫抽提出地下水井进行处理，将修复后的水通过地下井环壁上的排水口再次排入井体外部，由于地下水井处的封隔器将地下水井分隔为上下两部分，封隔器下方的地下水井环壁上设有进水口，在封隔器与反应器之间的地下水井环壁上设有排水口，通过采用主动地下水泵送装置与地下水三维循环方式，单位时间处理量更大、效果更好，单井影响范围更大，全氟化合物去除率可达到99％以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的第一种原位修复系统整体结构示意图；

图2为本发明所提供的第二种原位修复系统整体结构示意图。

图中标识如下：

1-地下水井

11-进水口，12-排水口

2-地上修复装置；3-注药管；4-曝气管；

5-泡沫提取器

51-浮子，52-泡沫收集腔，53-输送管，54-滑动杆

6-封隔器；7-反应器；8-排水控制阀

9-泵送装置

91-潜水泵，92-泵送管道

10-液位传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本发明一种全氟化合物污染地下水的原位修复系统，包括多口地下水井1和地上修复装置2，位于地下水位以下区域的地下水井1的井壁上设有若干个进水口11，地下水井1内还设有与地上修复装置2连接的注药管3、曝气管4和泡沫提取器5，曝气管4的下部插入地下水位以下，泡沫提取器5呈浮动地设置于地下水表面处，用于收集水位表面所产生的漂浮泡沫，并将收集的泡沫输送至地上修复装置2中处理。

地下水井1从地表贯穿到地下水水位以下直至修复深度，井体在水位以下区域的环壁上设有进水口11，进水口11通常为微孔或狭缝的形式，用以阻隔颗粒物并使水通过，地下水井的材料可以是塑料或金属。

泡沫提取器5设置在地下水井1中，且位于水位上，其包括浮子51、泡沫收集腔52和输送管53，泡沫收集腔52设置于浮子51的上表面，输送管53采用软管结构，其下端与泡沫收集腔52连通，其上端与地上修复装置2连接，依据地下水位高低，输送管53可以跟随浮子51上下移动。

注药管3的上端与地上修复装置2相连，用于向井内注入药剂，药剂主要为与全氟化合物亲和力高的表面活性剂，例如烷基糖苷(APG)、十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)等。

曝气管4插入到水位以下，与地上修复装置相连，用于向地下水井1中的地下水中曝气。泡沫提取器5带有浮子51和滑动杆54，浮子51和泡沫收集腔52一同可以随水位变化沿着滑动杆54上下移动。浮子51上设有泡沫收集腔52和输送管53，可将水位上漂浮的泡沫收集到其内部，并输送到地上修复装置2中。

这里的地上修复装置2为地上一体化修复装备，包含配药及注入单元、泡沫处理单元、动力与控制单元等。其中的配药及注入单元主要由配药箱和计量泵组成，用于配置适用浓度的药剂并定量通过注药管输送到地下水井内；泡沫处理单元主要由泡沫破碎仪和水处理设备组成，泡沫破碎仪与泡沫抽提器5中的输送管连接，用于快速消除泡沫使其变成液体；水处理设备可以是活性炭吸附器、离子交换树脂过滤器、浓缩-结晶设备等，在此不一一列举；动力与控制单元主要由空压机、电控柜组成，空压机为曝气管提供具有压力的空气，电控柜与各个控制设备连接，用于自动控制泡沫破碎仪、水处理设备、计量泵等设备的启闭控制。

具体的修复方法如下：

在待修复场地内，提前设置多口地下水井1，每口井与地上修复装置2连接好。地上修复装置2启动后，首先通过注药管定量向井内注入药剂；随后启动空压机，通过曝气管4向地下水中曝气，形成泡沫，由泡沫提取器5抽到地上修复装置中处理。修复过程中需定期补充药剂，使其保持一定的浓度。

由于全氟化合物具有表面活性，可以大量吸附在空气－水界面，因此通过曝气，全氟化合物积聚在泡沫表面，从而被抽提到地面进行处理。此外，由于加入了与全氟化合物亲和力高的表面活性剂，可以使修复效率更高。

泡沫进入地上一体化修复装置后，先经过泡沫破碎仪消除泡沫使其变成液体，随后进入水处理单元净化处理或回收利用。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上增加了主动抽提修复的结构形式，如图2所示，在地下水井1中还设有封隔器6，其将地下水井1分隔为上下两部分，封隔器1优选设置于地下水位的下方，封隔器6上方的地下水井1中还设有反应器7，位于反应器7与封隔器6之间的地下水井1的环壁上设有若干排水口12；泡沫提取器5设置于反应器7的反应腔中，曝气管4和注药管3插入反应器7的反应腔中，反应器7的底部设有排水控制阀8，位于封隔器6下方的地下水通过泵送装置9输送至反应器7中。

实施例2中，在地下水井1中增加了反应器和泵送装置9，泵送装置9设置在地下水井1的底部，用于将地下水井1底部的水泵送至反应器7的反应腔中，封隔器6位于地下水位以下，封隔器6优选为气囊结构，充气后将井体分为不连通的上下两段。封隔器6所在区域的地下水井1环壁为实体管结构，不具有排水口和进水口，可以通过上下调整封隔器6的位置，实现对不同水位层级的水的抽提。反应器7优选设置于地下水位的上方，其为圆柱形箱体结构，为一独立箱体结构，反应器内设有注药管、曝气管、泡沫提取器和自动排水阀。

为了更好地对反应器中的水位进行控制，使其始终保持一定高度的水位，便于输入定量浓度的药剂，本发明还在反应器7的内腔中设有用于检测反应腔内水位高度的液位传感器10，当液位传感器10检测到抽提至内腔的液体达到设定水位时，自动控制泵送装置10关闭即可。

具体修复方法如下：

在待修复场地内，提前设置多口地下水井1，多口地下水井1覆盖整个修复区域。每口井与地上修复装置2连接好。修复启动后，受污染的地下水从地下水井1下端的进水口11流入井内，通过潜水泵91抽提到封隔器6上方的反应器7内，通过液位传感器10监测，达到设计水位后控制潜水泵91停止抽水。定量向反应器7内注入药剂，药剂主要为与全氟化合物亲和力高的表面活性剂。随后向反应器7中的地下水中曝气，形成泡沫，由泡沫提取器5抽到地上修复装置2中处理。由于每个场地地下水污染情况不同，药剂添加量、气水比和反应时间需要通过小试实验确定，即通过采样得到药剂配置浓度、反应时间等参数，设计最优修复方案。待反应结束后，启动排水控制阀8，将修复后的地下水排至反应器7下方，并通过井体的排水口12排至井外。之后按照同样流程，通过定期取地下水样品分析，调整运行参数，进行多批次的修复，直至整个场地修复完成。

被抽提至地面的泡沫，进入一体化修复装置后，先经过泡沫破碎仪消除泡沫使其变成液体，随后进入水处理单元进行净化处理或回收利用。

上述实施例中的全部修复过程均可以通过设备实现自动控制并连续运行，未述之处均适用于现有技术。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种全氟化合物污染地下水的原位修复系统，包括多口地下水井(1)和地上修复装置(2)，其特征在于，位于地下水位以下区域的所述地下水井(1)的井壁上设有若干个进水口(11)，所述地下水井(1)从地表贯穿到地下水水位以下直至修复深度，所述进水口(11)为微孔或狭缝孔结构，所述地下水井(1)内还设有与所述地上修复装置(2)连接的注药管(3)、曝气管(4)和泡沫提取器(5)，所述曝气管(4)的下部插入地下水位以下，所述泡沫提取器(5)呈浮动地设置于地下水表面处，用于收集水位表面所产生的漂浮泡沫，并将收集的泡沫输送至所述地上修复装置(2)中处理；

所述泡沫提取器(5)包括浮子(51)、泡沫收集腔(52)和输送管(53)，所述泡沫收集腔(52)设置于所述浮子(51)的上表面，所述输送管(53)的下端与所述泡沫收集腔(52)连通，其上端与所述地上修复装置(2)连接，所述浮子(51)的中部贯穿一滑动杆(54)，所述滑动杆(54)依次贯穿所述泡沫收集腔(52)和浮子(51)，所述浮子(51)沿所述滑动杆(54)的轴向上自由滑动；

所述地下水井(1)中还设有封隔器(6)，其将所述地下水井(1)分隔为上下两部分，所述封隔器(6)设置于地下水位的下方，所述封隔器(6)上方的所述地下水井(1)中还设有反应器(7)，所述反应器(7)中还设有用于检测反应腔内水位高度的液位传感器(10)，用于控制泵送装置(9)的输水量，位于所述反应器(7)与所述封隔器(6)之间的所述地下水井(1)的环壁上设有若干排水口(12)；所述泡沫提取器(5)设置于所述反应器(7)的反应腔中，所述曝气管(4)和注药管(3)插入所述反应器(7)的反应腔中，所述反应器(7)的底部设有排水控制阀(8)，位于所述封隔器(6)下方的地下水通过泵送装置(9)输送至所述反应器(7)中；

所述地上修复装置(2)包括配药及注入单元、泡沫处理单元、动力与控制单元；所述配药及注入单元与所述注入管连接，用于配置适用浓度的药剂并定量输送到每口所述地下水井（1）内；所述泡沫处理单元与所述泡沫提取器（5）连接，用于快速消除泡沫使其变成液体，所述动力与控制单元与所述曝气管（4）连接，用于为所述曝气管（4）提供压缩空气。

2.根据权利要求1所述的全氟化合物污染地下水的原位修复系统，其特征在于，所述反应器(7)设置于地下水位的上方，其为圆柱形箱体结构。

3.一种全氟化合物污染地下水的原位修复方法，其特征在于，其采用权利要求1所述的原位修复系统，通过泵送装置将地下水井中的污染水定量泵入每口地下水井中的位于地下水位上方的反应器内；向反应器中的反应腔中定量注入与全氟化合物亲和力高的表面活性剂；通过曝气管向反应器内的水中曝气，且在其水平面处形成泡沫；由浮动的泡沫提取器收集泡沫，并将泡沫抽到地上修复装置中处理成液体；待反应结束后开启排水控制阀，将修复后的地下水排至反应器下方，并通过地下水井环壁上的排水口排至井外。

4.根据权利要求3所述的全氟化合物污染地下水的原位修复方法，其特征在于，所述的表面活性剂为烷基糖苷或十八烷基三甲基溴化铵。

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