CN115259304A - 一种电化学芬顿循环井系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电化学芬顿循环井系统，至少包括循环井主体和设置于循环井主体的若干电化学芬顿系统；电化学芬顿系统至少包括：阴极和由过渡金属形成的阳极以彼此存在间隔的方式设置在曝气盘上，在通电的情况下，阳极产生游离态的过渡金属离子；阴极产生自由基前驱体H2O2。地下水中的H2O2经过渡金属离子催化生成活性物种(·OH、·O2 ‑、1O2)，随后地下水中的有机污染物经活性物种氧化降解。本发明通过原位电解地下水自产自由基前驱体H2O2和游离态过渡金属离子，利用芬顿反应产生的活性物种降解地下水中的有机污染物，同时在循环井的作用下引导有机污染物进入循环井内，从而达到强化原位修复有机污染地下水的目的。
Description
技术领域
本发明涉及环境修复技术领域，尤其涉及一种电化学芬顿循环井系统。
背景技术
循环井技术修复场地污染最早可追溯于20世纪80年代，该技术最初由循环井主体、地表风机及空气净化系统三部分组成。由于地下环境的存在大量的不确定因素，以及循环井技术自身条件的限制。循环井技术初期主要应用于处理挥发性有机化合物(VOCs)、半挥发性有机化合物(SVOCs)等，对可溶性有机污染物的去除具有一定的限制性。随着循环井技术的逐步推广完善，地下水循环井逐步形成一种可以同时去除地下水和饱和土壤中污染物的原位修复技术。
现有循环井技术主要通过主体井管的特殊设计配合曝气/抽注水作用带动含水层中地下水流动，从而使地下水循环井周围空间范围内形成三维水流循环。经过三维水流循环不断地冲刷扰动含水层，从而带动含水层中的有机污染物进入井内。最终在井内通过曝气等手段将地下水中的挥发性有机污染物、半挥发性有机污染物吹脱，从而达到降解地下水中有机污染物的目的。而对于难生物降解的地下水有机污染物则需要通过耦合其他污染修复技术才能实现污染物的去除，单一的循环井技术难以达到理想的修复效果。
针对可溶性有机污染物以及难挥发的有机污染物，现阶段主要通过原位化学氧化技术或微生物技术等手段实现二次降解。原位氧化技术循环井工艺在场地地下水污染修复过程中表现出较为良好的修复效果，但由于氧化剂的引入极易对地层造成严重的二次污染，因此在某种程度上限制了该循环井工艺的实际工程应用。对于单一微生物技术而言，一是存在修复周期长，二是对于一些毒害作用较大有机污染物存在难以降解等问题。
例如，专利文献CN 106001084 A公开了一种电动力迁移联合Fenton氧化强化生物修复苯酚污染土壤的反应器及修复苯酚污染土壤的方法。所述反应器包括电极系统、曝气系统、液相注入系统和渗滤液收集系统；反应器修复苯酚污染土壤的方法：将苯酚污染土壤经过预处理后，填充在反应器内部；向堆体表面依次喷洒十二烷基苯磺酸钠溶液及白腐真菌-糙皮侧耳菌菌悬液；向电极系统输入电压，同时由液相注入系统不断输入双氧水溶液、水分及营养物质，通过曝气系统通入空气，进行苯酚污染土壤修复；废液富集通过渗滤液收集系统收集。该反应器能提高苯酚迁移效率、修复过程稳定、效率高，能稳定、低成本、高效的修复苯酚污染土壤。
例如，专利文献CN206955867 U还公开了了一种用于有机污染地下水原位修复的循环井装置，包括循环井、曝气系统、生物处理系统和药剂投加系统；循环井分为内井和外井；内井和外井分上、下两段，中间有隔板隔开；曝气系统包括气泵、输气管以及曝气头；生物处理系统包括微生物填料区、潜水泵、抽水管以及喷洒头；药剂投加系统包括修复药剂储存容器、加药泵、药剂输送管、药剂投加管以及药剂添加管。但是，该发明仅通过生物处理系统来进行微生物净化，微生物的负载空间小，并且微生物容易受氧气的影响，净化效率较低。
此外，修复地下水的方式还包括采用注射修复的方式修复地下水。例如，专利文献CN102515343B公开了一种膨胀型气体阻隔装置及其用于地下水污染的注射修复方法，该装置包括主注气管，所述主注气管中部套有弹性材质的胶筒总成；主注气管分别在胶筒总成的上下对称套有一组胶筒接头、保护套、中间接头、连接套。连接套I连接于中间接头I与上接头之间；上接头上设有用于使主注气管与外部注气管连接的上接口，并在上接口旁设有充气接口，充气接口上端与外部充气管连接，充气接口下端向下延伸与注气腔体相连通。
例如，专利文献CN210598814U公开了一种土壤和地下水取样修复一体式钻机，包括动力头部件，所述动力头部件包括冲击回转动力头与旋喷动力头，所述冲击回转动力头与所述旋喷动力头并排安装在拖板部件的顶部拖板的滑动轨道中，所述顶部拖板通过油缸连接底部拖板，所述油缸一端由销轴与开口销与所述底部拖板固定，另一端通过伸出的活塞头使用螺母锁住所述顶部拖板，所述拖板部件还包括第一耐磨板与第二耐磨板，所述第一耐磨板与第二耐磨板由螺栓固定在所述底部拖板上下两端，并具有一定间隔组成所述顶部拖板的滑动轨道，所述拖板部件安装在探测架上。
因此，基于以上问题，本发明考虑将电芬顿系统与循环井技术进行，利用芬顿反应产生的活性物种氧化降解地下水中的有机污染物，从而达到强化循环井的原位修复效率。电芬顿法降解有机物具有能耗少、氧化能力强、易于自动化控制等诸多优势，同时电芬顿技术只需添加少量H2O2，勿需向地层加入大量双氧水，从而避免了氧化剂对地层造成的二次污染。而且，电芬顿系统也避免了微生物附着筛孔，造成循环井堵塞的现象。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
基于现有技术中的缺陷，本发明拟将金属铁(Fe)作为阳极，炭质材料作为阴极，在电化学作用下不断循环形成Fe2+或H2O2，Fe2+通过激活H2O2形成多种活性物种(·OH、·O2 -、1O2)。随之地下水中的有机污染物经活性物种氧化降解，从而达到修复有机污染地下水的目的。本发明电化学芬顿循环井系统适用于场地有机污染地下水为酸性环境。
O2+2H++2e-→H2O2 (1)
Fe-2e-→Fe2+ (2)
Fe2++H2O2→·OH+OH-+Fe3+ (3)
·OH+H2O2→·O2 -+H2O+H+ (4)
2·O2 -+2H2O→1O2+H2O2+2OH- (5)
本发明提供了一种电化学芬顿循环井系统，一种电化学芬顿循环井系统，至少包括循环井主体和设置于循环井主体的若干电化学芬顿系统；所述电化学芬顿系统至少包括：阴极和由过渡金属形成的阳极以彼此存在间隔的方式设置在曝气盘上，在通电的情况下，所述阳极产生游离态的过渡金属离子；所述阴极对地下水电解并生成自由基前驱体H2O2，所述自由基前驱体H2O2经所述过渡金属离子的激活下产生活性物种，所述活性物种包括·OH、·O2 -和1O2；所述活性物种氧化降解地下水中的有机污染物以对有机污染地下水进行修复。
本发明希望通过外加电场的方式对原位地下水进行持续性电解，得到高活性自由基前驱体H2O2，最后在阳极附近产生的过渡金属离子的激活下产生·OH、·O2 -、1O2。经活性物种氧化降解后的有机污染地下水在循环井的作用下重新回到地层中，从而达到对有机污染地下水修复的目的。本发明通过采用外加电场的方式原位电解地下水获取自由基前驱体H2O2，有效的避免了外加氧化剂对地层中其它活性物质的扰动。
优选地，所述电化学芬顿系统的曝气盘由至少一个第一限位组件以限定所述曝气盘移动范围和/或偏移角度的方式连接在所述封隔器和/或内井井壁上。通过设置第一限位组件的限制，能够使得电化学芬顿系统始终位于地下水的水面之下，保证电化学反应的正常进行。并且，电化学芬顿系统的局部自由移动，也使得电化学芬顿系统可随着地下水水位高度自动调整反应室位置。不仅如此，不同类型污染物在地下水的垂向赋存高度也不同，通过调整井内电化学芬顿系统高度产出活性物种强化地下水中有机污染物的降解。
优选地，所述电化学芬顿系统的曝气盘由至少一个第二限位组件限定所述曝气盘不下沉至死水区域和/或限制所述曝气盘的偏移角度。
通过第二限位组件的设置，能够保证电化学芬顿系统的最低沉没高度不位于死水区域，同时也保证电化学芬顿系统的曝气盘尽量区域水平，避免曝气盘侧翻。
优选地，若干电化学芬顿系统设置在曝气盘上，其中，若干所述电化学芬顿系统以等距离和/或非等距离的方式分布在曝气盘上；或若干所述电化学芬顿系统以阵列的方式分布在曝气盘上。
若干电化学芬顿系统以任意方式在曝气盘上排列，使得若干个电化学反应同时发生，能够提高地下水的氧化效率。
优选地，所述阳极以环绕所述阴极且与所述阴极存在间隔的方式设置，在所述阳极与所述阴极之间的曝气盘表面存在若干曝气孔，在所述若干曝气孔的曝气情况下，所述阳极与所述阴极通电并且产生电化学反应。如此设置，使得阴极与阳极之间有充足的氧气来满足电化学反应的需要。如此设置也使得阳极与阴极之间的距离较小，避免由于距离较远导致反应效率较低的缺陷。
优选地，所述阳极设置有若干镂空结构以使得地下水在各个所述电化学芬顿系统进行电化学反应时自由流动，使得有机污染地下水尽可能地接触活性物种，提高氧化的效率以使得修复效果更好。
优选地，所述电化学芬顿系统至少一个传感器，所述传感器用于检测地下水中的O2、H2O2和/或Fe2+的含量，响应于由所述传感器反馈的地下水中的O2、H2O2和/或Fe2+的含量，控制系统按照使得Fe2+与H2O2的数量相对平衡的方式调节所述阴极与阳极的电流强度和/或曝气系统的曝气量。设置传感器，可以有效地监控循环井第一筛段中Fe2+、H2O2及污染物的浓度，根据传感器上反馈的数值合理的调控外电流强度大小，控制第一筛段反应面的电流强度大小，从而可以有效的控制中Fe2+、H2O2的产量。
优选地，在循环井内设置有至少一个封隔器的情况下，电化学芬顿系统设置在位置较高的第一筛段内；在由至少一个潜水泵驱动地下水形成至少一个水循环的情况下，由电化学芬顿系统产生的活性物种氧化降解后的地下水重新进入地层。该循环井为由泵驱动水循环的循环井，将电化学芬顿系统与该循环井结合，有利于对地下水进行循环修复。
优选地，在循环井内的设置有第一筛孔的第一筛段和设置有第二筛孔的第二筛段之间连通的情况下，所述电化学芬顿系统设置在循环井内的第二筛段的底部；由曝气系统输入的气体驱动地下水形成至少一个水循环的情况下，由电化学芬顿系统产生的活性物种经过氧氧化降解后的有机污染地下水重新进入地层。该循环井为由气动力的水循环的循环井，将电化学芬顿系统与该循环井结合，一方面，底部曝气使地下水产生水涌现象，从而导致井内的水位抬高，井内地下水水位高于含水层中的水位。另一方面，气循环井系统由于底部曝气，导致底部筛孔部位产生了空腔，从而牵引地层中的地下水进入循环井中。该循环井系统利用空气做为动力，同时电化学芬顿系统也需要氧气作为制备H2O2的原料。因此，气体同时满足水循环的驱动力与电化学反应的需要，以不增加机械结构的方式实现了电化学芬顿的水修复效果。
本发明还提供一种电化学芬顿系统，至少包括：阴极和由过渡金属形成的阳极以彼此存在间隔的方式设置在曝气盘上，在通电的情况下，所述阳极产生游离态的过渡金属离子；所述阴极对地下水电解并生成自由基前驱体H2O2，所述自由基前驱体H2O2经所述过渡金属离子的激活下产生活性物种，所述活性物种包括·OH、·O2 -和1O2；所述活性物种通过氧化降解地下水中有机污染物的方式以对地下水进行修复。
本发明的电化学芬顿系统，通过外加电场的方式对原位地下水进行电解，得到高活性自由基前驱体H2O2，最后在阳极附近产生的过渡金属离子的激活下产生活性物种。经活性物种氧化处理后的有机污染地下水在循环井的作用下重新回到地层中，从而达到对有机污染地下水修复的目的。本发明通过采用外加电场原位电解地下水获取自由基前驱体H2O2，有效的避免了外加过量氧化剂对地层中其它活性物质的扰动。
附图说明
图1是本发明提供的一种电化学芬顿循环井的纵向剖面结构示意图；
图2是本发明提供的一种气动力电化学芬顿循环井系统的纵向剖面结构示意图；
图3是本发明提供的电化学芬顿系统的分布示意图；
图4是本发明提供的电化学芬顿系统的俯视角度的放大图；
图5是本发明的阳极的侧视角度的结构的放大图。
附图标记列表
1：电场控制装置；2：空气净化装置；3：鼓风机；4：第一空气流量计；5：曝气控制阀；6：第二空气流量计；7：真空泵；8：真空抽提系统；9：尾气处理装置；10：抽提分离净化装置；11：地下水水位线；12：循环井主体；13：外井井壁；14：曝气管；15：曝气系统；16：电路管线；17：电化学芬顿系统；18：内井井壁；19：抽气管；20：水泥皂土封；21：第一筛段；22：石英沙封；23：阳极；24：阴极；25：传感器；26：第一限位组件；27：封隔器；28：潜水泵；29：第二筛段；30：底封；31：第二限位组件；33：曝气盘；34：曝气孔；231：阳极主体；232：镂空结构。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
针对现有技术的不足，本发明提供一种电化学芬顿循环井系统，还可以提供一种地下水修复装置，还能够提供一种电化学芬顿系统。
针对现有技术中的不足，本发明提供一种电化学芬顿循环井系统，如图1至图2所示。电化学芬顿循环井至少包括循环井主体12和若干电化学芬顿系统17。电化学芬顿系统17通过电路管线16与地面的各种装置建立电连接或者信号连接关系。
如图3所示，若干电化学芬顿系统17以能够被曝气孔34曝气的方式分布在曝气盘33上。电化学芬顿系统17的分布方式不限，至少包括等距离分布、不等距离分布、阵列分布、不规则分布等及其结合。曝气盘33通过曝气管14与曝气系统15连接，使得曝气系统15能够对曝气盘提供气体。气体可以是空气，也可以是氧气，或是含有氧气的其他混合气体。
如图4所示的电化学芬顿系统17的放大图，本发明中的电化学芬顿系统17至少包括阳极23和阴极24。优选地，阳极23由过渡金属材料构成。过渡金属材料包括Fe、Mn、Cu、Mo、Co、Ag等具有多种价态的金属材料，阴极材料至少包括碳材料、导电陶瓷材料、石墨等。
阳极23的具体形状不限定，可以为任意形状或结构。例如可以是平面结构，也可以是立体结构。阴极24的具体形状也不限定，可以为任意形状或结构。
阳极23以与阴极24不接触且两极之间的距离能够允许电化学反应正常进行的方式设置。
本发明以其中一种具体方式作为示例进行说明。
如图4和图5所示，阳极23的阳极主体231设置为两端开口的筒状。阳极主体231上设置有若干镂空结构232。镂空结构232的形状不限，可以是规则形状的结构，也可以是异形结构。规则形状的结构例如是矩形、圆形等等，异形结构例如是祥云图形结构、树叶图形结构、商标图形结构等等艺术图形结构。
如图4所示，阳极23的一端开口设置在曝气盘33上。阴极24优选为石墨极，并且也设置在曝气盘33上。阴极24的高度可以按照需求设置，在此不给出具体的尺寸。优选地，阴极24设置在阳极主体231的中轴线上，使得阴极24与阳极23的各个位置的距离近似，从而提高电化学芬顿的反应效率。
电化学芬顿系统内设置有曝气系统15。曝气盘33属于曝气系统15的一部分。曝气系统15至少包括鼓风机3、曝气控制阀5、曝气管14和曝气盘33。曝气管14和曝气盘33置于循环井的内井井壁18内部，用于向地下水内曝气。曝气控制阀5与曝气管14连接并设置于地面，用于控制曝气的启闭和曝气的气量。曝气控制阀与控制系统以有线或者无线的方式连接。
优选地，曝气系统还可以包括空气净化装置2、鼓风机3和第一空气流量计4。空气净化装置2、鼓风机3和第一空气流量计4以任意顺序依次连接。优选地，在空气净化装置2、鼓风机3和第一空气流量计4依次连接的情况下，第一空气流量计4与曝气控制阀5连接，使得空气经过净化处理后通过曝气控制阀5再进入曝气盘中。
优选地，曝气盘33上的部分曝气孔被设置为：从阳极主体231的中轴线的方向看，若干曝气孔34以阴极24为中心圆形排布，并且曝气孔34设置在阴极24与阳极主体231之间。优选地，曝气孔排布的圆形不限于一圈，也可以是若干圈。如此设置，在曝气时，曝气孔34排出的气体尽可能地均匀分布在阴极24与阳极23之间，避免由于气体不均匀的问题影响电化学反应的效率，使得电化学反应能够得到充足的气体供应。若干曝气孔34能够等距离均匀分布，也可以不均匀分布。曝气孔34的排布方式能够根据曝气需求来设置。
在阴极24和阳极23通电的情况下，发生的电化学反应为：
O2+2H++2e-→H2O2 (1)
Fe-2e-→Fe2+ (2)
Fe2++H2O2→·OH+OH-+Fe3+ (3)
·OH+H2O2→·O2 -+H2O+H+ (4)
2·O2 -+2H2O→1O2+H2O2+2OH- (5)
电化学芬顿系统通过外加电场的方式对原位地下水进行电解，得到高活性自由基前驱体H2O2，最后在阳极23附近产生的过渡金属离子的激活下产生活性物种(·OH、·O2 -、1O2)。经活性物种氧化降解后的有机污染地下水在循环井的作用下重新回到地层中，从而达到对场地有机污染地下水修复的目的。活性物种也可以称为活性物质。
随着电化学反应的进行，在地下水中，过渡金属形成的阳极23产生的Fe2+与H2O2的数量差异不应当较大。Fe2+与H2O2中任意一种较多，都会影响电化学反应的进行。例如，过多Fe2+与活性自由基·OH发生猝灭反应，过多Fe2+还容易形成大量铁泥，堵塞循环井筛孔，进而报废循环井。
为了解决上述问题，本发明在曝气盘33上还设置有至少一个传感器25。传感器25与控制系统以有线或者无线的方式连接。传感器25用于采集或检测地下水中的O2、H2O2和/或Fe2+的含量。传感器25将采集的数据信息发送至控制系统。优选地，传感器25检测的方式包括实时检测、随机检测和周期检测。
响应于由传感器25反馈的地下水中的O2、H2O2和/或Fe2+的含量，系统按照使得H2O2和Fe2+的相对数量的变化趋近于彼此近似相等的方式来调节阳极和阴极的电流强度的大小。本发明通过若干传感器监测地下水内的Fe2+浓度并且调控阳极与阴极的电流强度，一是防止过多Fe2+与活性自由基·OH发生猝灭反应，二是防止过多Fe2+形成大量铁泥，堵塞循环井筛孔，进而报废循环井。本发明通过若干传感器的监测信息，保证了电化学芬顿系统的正常进行并且延长循环井的使用周期，减少循环井的清洗频率。
优选地，传感器25还能够用于测定地下水的有机物含量。控制系统基于检测得到的有机物含量及其变化，可通过改变电流和循环井的曝气量来调节H2O2的获取速率，能够有效地避免H2O2产出过剩，从而避免导致地下水环境的改变，可控性较强。
本发明通过调节电流强度大小控制低价态过渡金属的生成速率，进而控制整个反应体系活性物种的浓度。同时，控制低价态过渡金属的产出可有效的避免了低价态过渡金属与·OH发生猝灭反应，进而提高了H2O2的利用度。
实施例1
电化学芬顿系统17设置在具有封隔器27的循环井主体12内。
如图1所示，循环井主体12包括外井井壁13和内井井壁18。外井井壁13采用UPVC材料设置。外井井壁13的井外自上而下分别设有水泥皂土封20，大粒径的石英沙封22以及水泥材料的底封30。内井井壁18由封隔器27阻断并分为第一筛段21和第二筛段29两个部分。循环井主体12的顶部由顶盖密封。
在第一筛段21内，外井井壁13和内井井壁18之间的、与大粒径的石英沙封22段对应的部分设置有若干第一筛孔，以允许地下水通过外井井壁13、大粒径的石英沙封22和内井井壁18以完成简单的水过滤。
在第二筛段29内，外井井壁13和内井井壁18之间的、与大粒径的石英沙封22段对应的部分设置有若干第二筛孔，以允许地下水通过外井井壁13、大粒径的石英沙封22和内井井壁18以完成简单的水过滤。
基于驱动方向的不同，地下水的循环方向也不同。例如，第一筛段内的水能够在循环井外向第二筛段循环。或者，第二筛段内的水能够在循环井外向第一筛段循环。或者，也能够从第二筛段向第一筛段循环。甚至，在第一筛段和第二筛段之间流动的地下水基于不同的驱动原理形成多个循环。
优选地，本发明中的地下水的循环流向是垂直流向的。自然条件下，地下水主要受地表入渗补给，垂向流的主要方式为由上至下补给地下水，另一方面，地下水在地势差的影响下从而产生横向流。本发明的循环井主要调控地下水的垂向运动方式，从而将地下水中分布不规则的自由相、非水相液体(DNAPLs和LNAPLs)在地下水的流动下夹带进入循环井中。
如图1所示，电化学芬顿系统设置在第一筛段内。优选地，电化学芬顿系统通过至少一个限位组件限制自身在地下水内的浮动范围。本发明中，潜水泵28的管道通过封隔器27，从而将第二筛段内的地下水输送至第一筛段内。其中，潜水泵28的出水口设置在电化学芬顿系统与封隔器27之间，使得潜水泵28输出的水竖直向上流动，给予第一筛段内的地下水向上循环的驱动力。第一筛段内的水通过第一筛段内的筛孔流入地层，并且地层中的地下水水流方向在重力作用下自上而下流动，再次通过第二筛段内的筛孔流入第二筛段中。第二筛段中的地下水再次由潜水泵输送至第一筛段内。如此循环反复形成了地下水的垂直流向的循环。
将潜水泵28的出水口设置在电化学芬顿系统与封隔器27之间的优势在于，具有向上流动趋势的地下水会向电化学芬顿系统施加浮力的同时，也会带动电化学芬顿系统晃动，使得电化学芬顿系统的位置变化，不会局限在循环井内的固定位置进行电化学反应，有利于获取更充足的H2O2和Fe2+。
优选的，基于电化学芬顿系统需要在沉没于水面的条件下进行电化学反应，因此不能够高于第一筛段内的筛孔所在的高度。因此，电化学芬顿系统中的曝气盘33由至少一个第一限位组件26限定移动范围。优选地，第一限位组件26为链条，或者与链条具有同等功能的机械组件。
当第一限位组件26为链条时，链条的一端与曝气盘连接，另一端设置在封隔器27上或者循环井的内井井壁18上。链条的数量不限于一个，也可以是两个、三个或者更多个。优选地，多个链条以对称设置或者中心对称的方式设置，以使得在链条突然拉紧时，电化学芬顿系统不会由于受到的拉力不平衡而侧翻或者严重倾斜。优选地，链条为不生锈材料制成的链条，例如不锈钢链条。
当电化学芬顿系统移动至使得链条拉紧的程度的位置时，电化学芬顿系统中的曝气盘受到对称的拉力，以维持曝气盘的盘面尽可能水平。
优选地，受地下水的水流的影响，曝气盘可随之上下移动，从而带动整个电化学芬顿系统上下移动。
优选地，本发明还能够设置至少一个第二限位组件31，用于将电化学芬顿系统的曝气盘33与内井井壁18和/或井盖连接，从电化学芬顿系统的上方来限制电化学芬顿系统的移动范围。
第二限位组件31也可以是链条或者绳体。第二限位组件31的数量、不限于一个，也可以是两个、三个或者更多个。优选地，第二限位组件31能够与第一限位组件26以牵引角度互补的方式设置，从而使得电化学芬顿系统中的曝气盘不会严重倾斜。
例如，当曝气盘33的倾斜角度达到45度时，至少一个第二限位组件能够由松弛状态变更为紧绷状态，给予曝气盘33拉力使得曝气盘不会继续侧翻。
第二限位组件31的另一个作用在于，限制电化学芬顿系统移入靠近封隔器27的死水区域。在靠近封隔器27表面的区域，潜水泵28的出水口的水的流动范围是近似辐射状的。距离封隔器表面的距离越近，水流速度越慢，水里的驱动范围越小，甚至不流动，使得靠近封隔器的区域形成近似死水的死水区域。电化学芬顿系统不移动至死水区域至关重要，能够使得电化学芬顿系统的阴极和阳极分别产生的H2O2和Fe2+随水流移动，同时将产生的活性物种随水流循环至地下水中。
在电化学芬顿系统处于正常的移动范围时，第一限位组件和第二限位组件都可能处于松弛状态。第一限位组件和第二限位组件彼此配合阻止电化学芬顿系统侧翻或者浮出水面，同时避免沉入死水区域。
优选地，本发明还包括真空抽提系统8。真空抽提系统8设置于地面。
真空抽提系统8至少包括真空泵7和尾气处理装置9。真空泵7用于通过设置在第一筛段内的抽气管19将第一筛段内的挥发性有机化合物VOCs、半挥发性有机化合物SVOCs抽取至尾气处理装置9。优选地，尾气处理装置9包括抽提分离净化装置10，用于将尾气处理装置9接收的挥发性有机化合物VOCs、半挥发性有机化合物SVOCs进行分离净化处理，然后排放至大气中。优选地，真空泵7的入口和/或出口处的管路设置有第二空气流量计6，用于采集抽出的气体的量的数据。
本发明的循环井系统原位修复有机污染地下水的运行原理为：
本发明循环井系统采用垂直流向的方式运行，设置循环井内第一筛段为主要反应室。利用循环井具有改变局部地下水流场的特点，将地层中有机污染物在水力作用的牵引下流至循环井的第一筛段内。通过外加电场的方式对原位地下水进行电解，得到高活性自由基前驱体H2O2，最后在阳极附近产生的过渡金属离子的激活下产生活性物种(·OH、·O2 -、1O2)。经活性氧氧化降解后的有机污染地下水在循环井的作用下重新回到地层中，从而达到对场地有机污染地下水修复的目的。
曝气后开启真空抽提系统8。首先，打开潜水泵28，循环井第二筛段内地下水在潜水泵28的作用下通过进水管循环至循环井顶部。同时，由于循环井第二筛段内的地下水的抽出，井内逐步形成负压，驱使循环井周边地下水逐步向第二筛段内流动，从而加速循环井周边地下水的垂直流向的循环。
开启电场控制装置1，对地下水进行原位电解。阳极23的过渡金属离子游离在地下水中。当阳极23的电流增大时，氧化形成的游离态的过渡金属离子的数量增多；当阳极23的电流减小时，氧化形成的游离态的过渡金属离子的数量减少。曝气系统15向阴极24曝气，使得阴极24接收O2并生成H2O2。过渡金属离子激活H2O2形成活性物种(·OH、·O2 -、1O2)。活性物种氧化降解地下水中的有机污染物，从而达到强化循环井原位修复有机污染地下水的目的。阳极以过渡金属Fe0为例，Fe0在阳极被氧化成为游离态金属离子Fe2+，Fe2+与阴极附近生成的H2O2发生芬顿反应生成高活性自由基·OH和Fe3+。游离态Fe3+在阴极附近迅速得到电子生成Fe2+，从而进入下一轮激活H2O2发生芬顿反应。
传感器25采集地下水中的O2、H2O2和/或Fe2+的含量。传感器25将采集的数据信息发送至控制模块。响应于由传感器25反馈的地下水中的O2、H2O2和/或Fe2+的含量，控制模块按照使得Fe2+与H2O2的数量相对平衡的方式调节阴极与阳极的电流值和/或曝气系统的曝气量，从而调节Fe2+的生成速率。
进入循环井中第一筛段内的地下水经过曝气系统15的吹脱下，受污染水体中的VOC，SVOCs以及经活性物种氧化降解后的有机物的最终产物CO2被相继吹出。打开真空抽提系统，打开真空泵7，利用第二空气流量计6实时监控抽气量的大小。真空泵7通过设置在第一筛段内的抽气管19将第一筛段内的挥发性有机化合物VOCs、半挥发性有机化合物SVOCs抽取至尾气处理装置9。尾气处理装置9将接收的挥发性有机化合物VOCs、半挥发性有机化合物SVOCs输送至抽提分离净化装置10进行分离净化处理，然后排放至大气中。
实施例2
本实施例是对实施例1的实施方式的进一步补充，重复的内容不再赘述。
如图2所示，电化学芬顿系统设置在不具有封隔器的循环井的第二筛段内。优选地，电化学芬顿系统设置在循环井的井底。
如图2所示，循环井包括第一筛段和第二筛段。在第一筛段21内，外井井壁13和内井井壁18之间的、与大粒径的石英沙封22段对应的部分设置有若干第一筛孔，以允许地下水通过外井井壁13、大粒径的石英沙封22和内井井壁18以完成简单的水过滤。
在第二筛段29内，外井井壁13和内井井壁18之间的、与大粒径的石英沙封22段对应的部分设置有若干第二筛孔，以允许地下水通过外井井壁13、大粒径的石英沙封22和内井井壁18以完成简单的水过滤。
第一筛段21和第二筛段29之间不存在封隔器，即第一筛段21和第二筛段29是连通的。
在电化学芬顿设置在循环井的井底时，曝气系统15通过曝气盘33输入气压较大的气体。气体驱动水流从循环井底部沿气体运动方向流动。循环井内的地下水在气体的驱动下涌动，产生水涌现象，导致井内的水位抬高，从而井内地下水水位高于含水层中的水位。
气循环井系统由于底部曝气，导致底部的第二筛段的筛孔部位产生了空腔，从而牵引地层中的地下水进入循环井的第二筛段中。该循环井系统利用空气做为动力，同时电化学芬顿系统也需要氧气作为制备H2O2的原料。
本发明的气动力的循环井系统原位修复有机污染地下水的运行原理为：
本发明循环井系统采用垂直流向的方式运行。设置循环井内整体空间为反应室。
在曝气后开启真空抽提系统8和曝气系统15。大量气体从曝气盘33进入循环井底部。气体驱动水流流动并产生水涌现象，在气体驱动作用下水位升高。在地下水水位线11升高至达到第一筛段的筛孔所在的位置时，水通过第一筛段内的筛孔流入地层。气动力的循环井系统由于底部曝气，导致底部的第二筛段的筛孔部位产生了空腔，从而牵引地层中的地下水再次进入循环井的第二筛段中。
开启电场控制装置1，对地下水进行原位电解。阳极23的过渡金属离子游离在地下水中。当阳极23的电流增大时，氧化形成的游离态的过渡金属离子的数量增多；当阳极23的电流减小时，氧化形成的游离态的过渡金属离子的数量减少。曝气系统15向阴极24曝气，使得阴极24接收O2并生成H2O2。过渡金属离子激活H2O2形成活性物种(·OH、·O2 -、1O2)。活性物种氧化降解地下水中的有机污染物，从而达到强化循环井原位修复有机污染地下水的目的。阳极以过渡金属Fe为例，Fe在阳极被氧化成为游离态金属离子Fe2+，Fe2+与阴极附近生成的H2O2发生芬顿反应。同时，游离态Fe3+在阴极附近迅速得到电子生成Fe2+，从而进入下一轮激活H2O2发生芬顿反应。
传感器25采集地下水中的O2、H2O2和/或Fe2+的含量。传感器25将采集的数据信息发送至控制模块。响应于由传感器25反馈的地下水中的O2、H2O2和/或Fe2+的含量，控制模块按照使得Fe2+与H2O2的数量相对平衡的方式调节阴极与阳极的电流值和/或曝气系统的曝气量，从而调节Fe2+的生成速率。
进入循环井中第一筛段内的地下水经过曝气系统15的吹脱下，受污染水体中的VOC，SVOCs以及经活性物种氧化降解后的有机物的最终产物CO2被相继吹出。打开真空抽提系统，打开真空泵7，利用第二空气流量计6实时监控抽气量的大小。真空泵7通过设置在第一筛段内的抽气管19将第一筛段内的挥发性有机化合物VOCs、半挥发性有机化合物SVOCs抽取至尾气处理装置9。尾气处理装置9将接收的挥发性有机化合物VOCs、半挥发性有机化合物SVOCs输送至抽提分离净化装置10进行分离净化处理，然后排放至大气中。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。
Claims (10)
1.一种电化学芬顿循环井系统，至少包括循环井主体(12)和设置于循环井主体(12)的若干电化学芬顿系统(17)；其特征在于，
所述电化学芬顿系统(17)至少包括：
阴极(24)和由过渡金属形成的阳极(23)以彼此存在间隔的方式设置在曝气盘(33)上，
在通电的情况下，所述阳极(23)产生游离态的过渡金属离子；所述阴极(24)对地下水电解并生成自由基前驱体H2O2，所述自由基前驱体H2O2经所述过渡金属离子催化生成活性物种，所述活性物种包括·OH、·O2-和1O2；
所述活性物种通过氧化降解地下水中的有机污染物，以达到对有机污染地下水修复的目的。
2.根据权利要求1所述的电化学芬顿循环井系统，其特征在于，若干电化学芬顿系统(17)设置在曝气盘(33)上，其中，
若干所述电化学芬顿系统(17)以等距离和/或非等距离的方式分布在曝气盘(33)上；或
若干所述电化学芬顿系统(17)以阵列的方式分布在曝气盘(33)上。
3.根据权利要求1或2所述的电化学芬顿循环井系统，其特征在于，所述阳极(23)以环绕所述阴极(24)且与所述阴极(24)存在间隔的方式设置，
在所述阳极(23)与所述阴极(24)之间的曝气盘(33)表面存在若干曝气孔(34)，
在所述若干曝气孔(34)曝气的情况下，所述阳极(23)与所述阴极(24)通电并且产生电化学反应。
4.根据权利要求1～3任一项所述的电化学芬顿循环井系统，其特征在于，所述阳极(23)设置有若干镂空结构以使得地下水在各个所述电化学芬顿系统中进行电化学反应时自由流动。
5.根据权利要求1～4任一项所述的电化学芬顿循环井系统，其特征在于，所述电化学芬顿系统(17)的曝气盘(33)由至少一个第一限位组件(26)以限定所述曝气盘(33)移动范围和/或偏移角度的方式连接在所述封隔器(27)和/或内井井壁(18)上。
6.根据权利要求1～5任一项所述的电化学芬顿循环井系统，其特征在于，所述电化学芬顿系统(17)的曝气盘(33)由至少一个第二限位组件(31)限定所述曝气盘(33)不下沉至死水区域和/或限制所述曝气盘(33)的偏移角度。
7.根据权利要求1～6任一项所述的电化学芬顿循环井系统，其特征在于，所述电化学芬顿系统至少一个传感器(25)，
所述传感器(25)用于检测地下水中的O2、H2O2和/或Fe2+的含量，
响应于由所述传感器(25)反馈的地下水中的O2、H2O2和/或Fe2+的含量，控制系统按照使得Fe2+与H2O2的数量相对平衡的方式调节所述阴极与阳极的电流强度和/或曝气系统的曝气量。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的电化学芬顿循环井系统，其特征在于，在循环井内设置有至少一个封隔器(27)的情况下，
电化学芬顿系统(17)设置在位置较高的第一筛段内；
在由至少一个潜水泵(28)驱动地下水形成至少一个水循环的情况下，由电化学芬顿系统(17)产生的活性物种修复后的地下水重新进入地层。
9.根据权利要求1～7任一项所述的电化学芬顿循环井系统，其特征在于，在循环井内的设置有第一筛孔的第一筛段和设置有第二筛孔的第二筛段之间连通的情况下，
所述电化学芬顿系统(17)设置在循环井内的第二筛段的底部；
由曝气系统输入的气体驱动地下水形成至少一个水循环的情况下，由电化学芬顿系统(17)产生的活性物种修复后的地下水重新进入地层。
10.一种电化学芬顿系统，其特征在于，至少包括：
阴极(24)和由过渡金属形成的阳极(23)以彼此存在间隔的方式设置在曝气盘(33)上，
在通电的情况下，所述阳极(23)产生游离态的过渡金属离子；所述阴极(24)产生自由基前驱体H2O2，所述地下水中的H2O2经过渡金属离子催化生成活性物种，所述活性物种包括·OH、·O2 -和1O2；
所述地下水中的有机污染物经活性物种氧化降解，从而达到原位修复有机污染地下水的目的。
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