CN203653309U - 一种太阳能驱动的氯代有机物污染地下水的修复装置 - Google Patents

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颜植平
刘甜甜
陈剑雄
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朱华
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Abstract

本实用新型属于环保技术领域，涉及一种太阳能驱动的氯代有机物污染地下水的修复装置。包括水电解臭氧发生模块、传质反应模块和光伏电源模块，所述传质反应模块包括反应器，污染地下水连续经过反应器，水电解臭氧发生模块产生的氢气和臭氧通过空气泵输入反应器，并且氢气输入位置填充钯催化剂，臭氧输入位置在氢气输入位置的下游；所述光伏电源模块给水电解臭氧发生模块和空气泵供电。本实用新型装置采用了一种太阳能光伏系统作为装置的电源模块，更加适合无电网接入区域和野外作业区域的地下水、泉水等饮用水的净化。

Description

一种太阳能驱动的氯代有机物污染地下水的修复装置
技术领域
本实用新型属于环保技术领域，特别涉及一种太阳能驱动的氯代有机物污染地下水的修复装置。
背景技术
地下水是一种重要的水资源，根据现有资料，在我国当前的用水结构中，地下水占据了全国总供水量的1/5，但大量排放的工业废物、农业污染物、城市生活垃圾等已经造成了地下水不同程度的污染。在我国的一些大中城市中心地带和郊区的地下水排泄区，呈带状和面状污染，且有逐步加重的趋势，部分城市浅层地下水已不能直接饮用。污染物在大气降水或灌溉水的淋滤作用下，通过包气带进入含水层中，使地下水污染物浓度超标上千倍，甚至上万倍，造成极大的环境健康风险。有数据显示，氯代有机物(如四氯乙烯，三氯乙烯与氯酚等)是一类重要的地下水污染物，主要是由于有机物的处置不当、进入地下水后造成的。氯代有机物在地下水中难以自然降解，一旦进入地下水，即使在ppb级的浓度水平，也会对饮用地下水的人群产生极大的健康危害。
世界各国都在寻求氯代有机物污染地下水的处理方法，其中包括空气吹脱、微生物投菌法、零价铁还原、化学氧化等等，但是这些方法都存在一定的局限性。空气吹脱法是利用某些氯代有机溶剂的挥发特性，通过鼓入高压空气的方法使污染物分子从水中挥发出来，方法简单易行，不产生二次污染，适合于地下水源的处理，但是该方法无法吹脱水中低浓度的氯代有机溶剂分子和半挥发性的氯酚等。微生物投菌法和零价铁还原法因为投加了细菌和铁，都不适合作为饮用地下水的处理。化学氧化法中只有臭氧法适合于饮用地下水的处理，但是在处理氯代有机物的时候，由于氯代有机物的C-Cl键并不能通过氧化方式完全断开，可能造成新的氯代有机分子的产生，并不能达到完全转化氯代有机物、彻底净化引用地下水的目的。
臭氧可以由电化学方法产生，该方法采用质子交换膜分隔惰性金属氧化物电极，通过电解水的方式在阳极产生臭氧，在阴极产生氢气。该电化学过程通过电能驱动，是一个电能转化为化学能的过程。目前商业的电化学臭氧发生器采用220V的电压接入，并不适合农村地区或者野外作业时的污染地下水的现场处理。而且，直接应用臭氧氯代有机物污染地下水，也存在前述的净化不彻底、产生新的有毒污染物的可能。因此，需要根据氯代有机物污染地下水的特点，寻求适合农村和野外作业的饮用地下水净化方法。
实用新型内容
本实用新型提供一种新的氯代有机物污染地下水的处理装置，该处理装置采用一种阴阳联合作用的电化学处理过程，含有阴极氢气催化还原脱氯与阳极臭氧氧化两个过程，解决单一臭氧氧化无法彻底脱氯的缺陷，同时提高了单位电能的水处理效率。该装置采用光伏太阳能驱动，便于移动，适合于农村地区或者野外作业时的污染地下水的现场处置。
本实用新型是通过以下的技术方案实现的：
一种太阳能驱动的氯代有机物污染地下水的修复装置，包括水电解臭氧发生模块、传质反应模块和光伏电源模块，所述传质反应模块包括反应器，污染地下水连续经过反应器，水电解臭氧发生模块产生的氢气和臭氧通过空气泵输入反应器，并且氢气输入位置填充钯催化剂，臭氧输入位置在氢气输入位置的下游；所述光伏电源模块给水电解臭氧发生模块和空气泵供电。
所述传质反应模块的反应器可以为反应管。
本实用新型的氯代有机物污染地下水的修复装置，水电解臭氧发生模块产生的阴极氢气被收集和利用，用于氯代有机物的还原脱氯；地下水中的氯代有机物的处理包含氢催化脱氯和臭氧氧化两个前后衔接的过程，避免了氯代有机物的C-Cl键无法彻底断键的问题。
PEM电解堆阴极产生的氢气产生后，在小型空气泵鼓风的引导下，进入污染地下水流经的反应管，与反应管中填充的钯负载的多孔陶瓷颗粒和污染水进行充分的混合，水体中的氯代有机物得到还原脱氯。水电解产生的臭氧，在小型空气泵的引导下，与污染水混合，对脱氯后的有机物进一步的氧化，并同时氧化处理水中的非卤代有机污染物和致病菌。以2,4-二氯酚为例，电解纯水产生氢气并还原氯代有机物、还原产物的进一步臭氧氧化，可以用以下的化学反应式表示：
Figure BDA0000451582740000031
    （氯代有机物还原）
C6H6O+O3→...→CO2+H2O    （还原产物的进一步臭氧氧化）
所述传质反应模块的反应器也可以为两段溢流式反应器，包括一个脱氯反应箱和一个臭氧反应箱。如图2所示，氢气输送到填充有负载钯的多孔陶瓷颗粒的聚丙烯（PPR）容器中，与污染地下水混合并反应脱氯；容器出水再通过溢流进入下方的316不锈钢容器，与臭氧混合，进行臭氧氧化过程。
所述的光伏电源模块包括太阳能电池板、铅蓄电池和充电控制器。太阳能电池板的特征在于折叠设计，三块光伏电池板，一块位于装置上方，另两块悬挂于装置两侧（左立面和右立面），使用时可以旋转90度，并通过支架稳定，达到最大程度收集太阳能的目标。铅酸电池系统的最大输出功率为500W，输出电压为12V的，为水电解臭氧发生模块及空气泵提供能量。蓄电池在开关的控制下向装置中其他需电设备供电，充电控制器对太阳能电板向蓄电池输电过程进行保护。
所述的水电解臭氧发生模块包括PEM电解堆，阴极水箱和阳极水箱。在阴极水箱的上端留有纯水加入口，一般市售的商业纯水即可满足要求，简便易行。
本实用新型的氯代有机物污染地下水的修复装置，还包括具有滚轮的车载装置，所述水电解臭氧发生模块、传质反应模块和光伏电源模块装载于车载装置上。
本实用型新相比于传统的臭氧氧化过程处理地下水中有机污染物的过程，具有以下优点：
（1）本装置充分利用了阴极产生的氢气，氢气在载钯催化材料存在的条件下，产生活性氢原子[H]。活性氢原子具有极强的还原能力，能够完全取代氯代有机物分子上的氯原子，使C-Cl键彻底断开。将活性氢原子还原过程作为臭氧氧化的前置步骤，能够避氯代有机物直接被臭氧氧化可能产生小分子氯代有机物残留的问题，确保有饮用地下水的安全性。
（2）本装置的钯催化剂为载钯的陶瓷颗粒，不采用常规的载钯氧化铝、载钯活性炭粉末。载钯催化材料保证了较大的反应面积，化学惰性；而且，载钯催化材料具有一定强度，不会因水力剪切发生破碎，而产生粉末状载钯催化材料的粉末流失问题。
（3）本装置的阴极过程与阳极过程都被用于污染物处理，能够提高能量的利用效率，相比常规的臭氧氧化系统，提高了单位电能的污染地下水处理能力。
（4）本装置采用了一种太阳能光伏系统作为装置的电源模块，更加适合无电网接入区域和野外作业区域的地下水、泉水等饮用水的净化。
附图说明
图1为反应器为反应管时，本实用新型的结构示意图。
图2二段溢流式反应器的工作示意图。
图3本装置的光伏太阳能电池板的折叠设计示意图。
符号含义：
1.光伏电源模块；2.太阳能电池板；3.充电控制器；4.铅蓄电池；5.电线；6.水电解臭氧发生模块；7.阴极水箱；8.阳极水箱；9.PEM电解堆；10.传质反应模块；11.空气泵；12.钯催化剂；13.反应器；14.车载装置；15.脱氯反应箱；16.臭氧反应箱
具体实施方式
现根据附图对本新型实用作进一步的描述。
参见图1所示，一种太阳能驱动的氯代有机物污染地下水的修复装置，包括水电解臭氧发生模块6、传质反应模块10和光伏电源模块1，所述传质反应模块10包括反应器13，污染地下水连续经过反应器13，水电解臭氧发生模块6产生的氢气和臭氧通过空气泵11输入反应器13，并且氢气输入位置填充钯催化剂12，臭氧输入位置在氢气输入位置的下游；所述光伏电源模块1给水电解臭氧发生模块6和空气泵11供电。
所述的光伏电源模块包括太阳能电池板2、充电控制器3、铅蓄电池4，太阳能电池板2将太阳能转化为电能储存在铅蓄电池4中，铅蓄电池向装置中其他用电设备供电，充电控制器3对太阳能电池板向铅蓄电池输电过程进行保护。水电解臭氧发生模块6包括PEM电解堆9、阴极水箱7、阳极水箱8，PEM电解堆9以纯水为原料在阴极产生氢气在阳极产生臭氧，并通过导气管输出。传质反应模块10包括空气泵11、钯催化剂12和反应器13，氢气和臭氧在空气泵的作用下通向污水中处理水中的氯代有机物及其他污染物质。
本实用新型中的太阳能驱动的氯代有机物污染地下水的修复装置，包括光伏太阳能发电部分1、水电解模块6和传质反应模块10，各模块之间用电线5和导气管连接，并安置在车载装置14上。
太阳能电池板2需要三块，功率150W面积约1m2一块，功率80W面积约0.5m2两块，分别安置在车载装置14的顶部和左右立面。太阳能电池板产生的电能通过电线5在充电控制器3的保护下向铅酸蓄电池4充电，铅蓄电池为12V38AH，蓄电池可边充边放，驱动其他用电装置工作。
水电解臭氧发生模块6包括阴极水箱7、阳极水箱8、PEM电解堆9，此模块作用是产生水体修复所需要的氢气和臭氧，PEM电解堆9以纯水为原料在阴极产生氢气在阳极产生臭氧，通过导水管与阴极水箱7、阳极水箱8相连接，氢气和臭氧产生后通过水箱上部的导气管输出。阴阳极水箱需要用抗强氧化、散热性好的不锈钢材料制作。
传质反应模块10包括空气泵11、钯催化剂12、反应器13，空气泵11安装在导气管中部，将水电解模块产生的氢气和臭氧通向水体中。反应器13分为A、B两段，钯催化剂12放置在A段，输出氢气的导气管通入反应器中，产生活性[H]，先还原污水中的氯代有机物；输出臭氧的导气管连接在污水管道的B段，对已在A段还原后的污水进行再氧化，进一步去除污染物。车载装置14高约70cm，长宽各1m左右，分为隔层，下层由污水管道通过，上层放置其他装置。也可采用溢流式反应器，脱氯反应箱15中部有一隔层放置载钯陶瓷容器12，导气管将氢气通向载钯容器中，污水从反应箱底部传入，与[H]反应脱氯后从反应箱上部的段水管中溢出流向臭氧反应箱16，进一步移除污染物。

Claims (6)

1.一种太阳能驱动的氯代有机物污染地下水的修复装置，其特征在于，包括水电解臭氧发生模块(6)、传质反应模块(10)和光伏电源模块(1)，所述传质反应模块(10)包括反应器(13)，污染地下水连续经过反应器(13)，水电解臭氧发生模块(6)产生的氢气和臭氧通过空气泵(11)输入反应器(13)，并且氢气输入位置填充钯催化剂(12)，臭氧输入位置在氢气输入位置的下游；所述光伏电源模块(1)给水电解臭氧发生模块(6)和空气泵(11)供电。
2.根据权利要求1所述的修复装置，其特征在于，所述传质反应模块(10)的反应器(13)为反应管。
3.根据权利要求1所述的修复装置，其特征在于，所述传质反应模块(10)的反应器(13)为两段溢流式反应器，包括一个脱氯反应箱(15)和一个臭氧反应箱(16)。
4.根据权利要求1所述的修复装置，其特征在于，所述的光伏电源模块(1)包括太阳能电池板(2)、铅蓄电池(4)和充电控制器(3)。
5.根据权利要求1所述的修复装置，其特征在于，所述的水电解臭氧发生模块(6)包括PEM电解堆(9)，阴极水箱(7)和阳极水箱(8)。
6.根据权利要求1所述的修复装置，其特征在于，还包括具有滚轮的车载装置(14)，所述水电解臭氧发生模块(6)、传质反应模块(10)和光伏电源模块(1)装载于车载装置(14)上。
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CN109319890A (zh) * 2018-11-09 2019-02-12 济南大学 一种移动式水体净化装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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