CN102815832A

CN102815832A - 一种臭氧-可渗透反应墙修复***及其修复地下水的方法

Info

Publication number: CN102815832A
Application number: CN2012102894739A
Authority: CN
Inventors: 何理; 杨琦; 申婧; 李超
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2032-08-14
Also published as: CN102815832B

Abstract

本发明公开了属于地下水污染修复技术领域的一种臭氧-可渗透反应墙修复***及其修复地下水的方法，本发明针对石油污染地下水难修复特点，对受石油污染的地下水污染带地下水进行臭氧强化曝气，然后在地下水水流的下方安装可渗透反应墙。本发明有效地修复受石油、有机物污染的地下水，同时可有效处理地下水和土壤中的挥发成分。对受石油污染的地下水的水质适应性强，稳定性高，操作简便，处理过程简单，可连续操作，处理后的水质好，只需根据提示更换吸附剂，经济节约，处理效率高。

Description

一种臭氧-可渗透反应墙修复***及其修复地下水的方法

技术领域

本发明属地下水污染修复技术领域，具体涉及一种臭氧-可渗透反应墙修复***及其修复地下水的方法。

背景技术

随着石油工业的迅速发展，在石油化工生产区、加油站等地，由于落地石油、含油生产污水排放和输油管道渗漏等，大量的石油污染物进入土层，造地下水污染。石油及其副产品对环境的污染越来越严重，已经危及到人类和动植物的生存与健康。石油污染治理越来越受到重视，各国出台了相关的治理措施、政策，出现了很多的石油污染治理技术和方法。80年代以前，受石油污染的地下水和土壤的治理还仅限于物理和化学方法，即热处理和化学浸出法。热处理法是通过焚烧或煅烧，净化土壤中大部分有机污染物，但同时亦破坏土壤结构和组分，不但价格昂贵、很难实施，而且处理效果不理想。化学浸出和水洗也可以获得较好的除油效果，但所用化学试剂的二次污染问题限制了其应用。早在70年代，为了防止输油管线和储油罐发生故障漏油和溢油时土壤和地下水被石油污染的问题，美国埃索研究和工程公司就已经开始寻找清洁的生物解决方法，并且在其实验室研究找到一种有效的“细菌播种法”，开了生物修复石油污染土壤先河。

总的来说，国际上关于石油污染物的修复技术主要包括原位修复和异位修复技术。两种修复技术各有利弊，各自适合于使用在不同的场所、区域、自然条件。但总的来说，这些技术与方法都不能很好的解决目前所存在的问题，还有待于探索新的、更经济的、效率更高的修复技术。石油泄漏到地下层时，往往会以自由相的形式存在于地下潜水层的表面，当非水相液体的密度大于水的密度时，污染物将穿过地表土壤及含水层到达隔水底板，即潜没在地下水中，并沿隔水底板横向扩展；当非水相液体密度小于水的密度时，污染物的垂向运移在地下水面受阻，而沿地下水面(主要在水的非饱和带)横向广泛扩展。非水相液体可被孔隙介质长期束缚，其可溶性成份还会逐渐扩散至地下水中，成为一种持久性的污染源。通常的方法是仅针对地下水或者土壤中的污染物进行清除。这样的后果是，一旦修复***停止运行的话，被束缚的非水相液体又会作为一种持久性的污染源继续并且不断地排入水体，因而再一次污染了水体。石油污染这一特性导致了目前国际上传统的污染修复技术仍不完善，因此有必要开发新的修复技术。这些新技术在清除土壤与地下水中污染物的同时，还可去除以自由相和吸附相形式存在的石油颗粒。

可渗透反应墙是目前在欧美等许多发达国家新兴的用于原位去除地下水及土壤中污染组分的方法。美国环保署 (USEPA)1998年发行的《污染物修复的PRB技术》手册将PRB定义为:在地下安置活性材料墙体以便拦截污染羽状体，使污染羽状体通过反应介质后，其污染物能转化为环境可接受的另一种形式，从而实现使污染物浓度达到环境标准的目标。它的主要特点是能够有效的处理各种以自由态、吸附态、溶解态或气态等形式存在的污染物。氧化技术能氧化分子质量比较大的有机污染物，可以减轻后续的PRB技术减轻吸附材料的吸附负荷。如果氧化剂是臭氧不但能增加地下水的含氧量，而且能促进自然生物的降解。臭氧强化地下水曝气法（OAS）修复技术能有效地修复石油污染物的非饱和带的土壤。其基本原理是通过注气井将空气压缩并混入相应量的臭氧注入地下水饱和区, 由于密度差的原因, 空气会穿透地下水饱和区上升到非饱和区, 在上升的过程中可挥发的污染物不断进入压缩空气中并被压缩空气带到非饱和区; 同时压缩空气中的氧气不断溶解于地下水, 增加水中溶解氧的含量( 被有机物所污染的地下水中往往由于微生物的活动使溶解氧的含量接近零),有利于微生物的活动,可进一步促进有机物的微生物降解。其中臭氧的作用主要是利用其强氧化性氧化地下水中难以降解的有机污染物，便于土壤中的土著微生物生长，同时有利于微生物对石油污染物的吸收降解。目前的研究表明, 地下水臭氧强化曝气法对地下水饱和区中的挥发性有机污染物的处理是十分有效的, 在短时间内( 一般只要几天) 就可收到很好的效果, 但对促进生物降解的作用不很显著，可能与曝气时间较短有关。

发明内容

本发明的目的是针对现有石油污染地下水处理存在的问题，提供一种臭氧-可渗透反应墙修复***及其修复地下水的方法。

一种臭氧-可渗透反应墙修复***，该修复***中臭氧发生器1与臭氧发生控制器2相连，臭氧发生器1、加压鼓风机3、曝气管道8通过管道依次相连；气体收集管道9、真空抽吸泵4、废气处理装置5通过管道依次相连；可渗透反应墙6与可渗透反应墙控制器7相连；该***贯穿于土壤不饱和区和地下水潜水层，与隔水层相切，其中曝气管道8、可渗透反应墙6位于潜水层中地下水位线10以下，可渗透反应墙6位于污染羽11水流下游；气体收集管道9位于土壤不饱和区中，臭氧发生器1、臭氧发生控制器2、加压鼓风机3、真空抽吸泵4、废气处理装置5位于地面。

利用上述***修复石油污染地下水的方法，包含以下步骤：

1）设置曝气井和抽气井，曝气管道（8）通过曝气井进入地下，气体收集管道（9）通过抽气井进入地下；曝气井的影响半径为1.5-30.5m；在其影响范围之内，抽气井到曝气井的设置距离为5～10ｍ；

2) 臭氧发生器1生成臭氧，经管道注入加压鼓风机3，混合空气后经曝气管道8鼓入受污染的地下水饱和区；其中气流速率为3～25m³/d,臭氧与空气的体积比为1：20～1：10；

3）在完成曝气15~20分钟后，未饱和区的挥发性的石油污染物在真空抽吸泵4下经气体收集管道9抽到废气处理装置5；其中真空抽吸泵4工作压力为-2~-6m水柱，其工作方式为间歇式，抽气速率为步骤2）中鼓入气流速率的1.25～5倍。

4）在污染带地下水水流方向下游安装可渗透反应墙6，其安装的反应材料为活性炭；可渗透反应墙6渗透率为饱和区的1.3~3.5倍，其宽度为污染羽（11）垂直水流横向宽度的1.2~1.5倍。

步骤2）中气体注入方式为分阶段封闭式连续注入，每隔１小时注入一次，连续注入10~15分钟；注入压强为0.01αＨ+1.1～0.01αＨ+1.7个标准大气压；其中α为从注入点到地表范围内土层的平均重度，单位为KN／ｍ³，Ｈ为从注入点到地表的高度，单位为ｍ；

步骤2）中臭氧与空气混合方式为：在气体注入过程中，每隔４小时注入一次臭氧，连续注入10~15分钟；

步骤4）中可渗透反应墙（6）的形式为连续墙式、漏斗式或灌注处理带式。

本发明突破了当前国内外地下水单一处理技术的模式，其有益效果为：1）地下水中的石油中易挥发成分可通过抽吸处理，难以降解的成分可被臭氧氧化，注入的氧气会加强土著生物修复能力，可渗透反应墙可以进一步处理受石油污染的地下水，且该修复设备结构紧凑，操作简单，可靠性高。2）适合去除地下水中以各种形式（自由相、固相、吸附相等）存在的石油污染物。3）出水水质好。非饱和区主要是以挥发成分存在，去除率在95%以上；饱和区石油类去除率在80％以上，各主要污染指标均达到国家污水综合排放一级标准。4）不产生二次污染。与国内外同类处理技术相比，在达到相同治理效果的前提下，该技术节省投资约40％～60％，维护和管理成本达到同类技术的30％～60％，在相同的资源投入情况下，***筛选最优运行方案，达到最优效果，节省运行费用达30％～45％。5）操作简单，可实行自动化操作、无人看管。

附图说明

图1 为修复工艺流程图；

图2 为修复工艺各主要部件的示意图；

图中，1-臭氧发生器、2-臭氧发生控制器、3-加压鼓风机、4-真空抽吸泵、5-尾气处理装置、6-可渗透反应墙、7-可渗透反应墙控制器、8-曝气管道、9-气体收集管道、10-地下水位线、11-污染羽、12-地下水流方向。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

一种臭氧-可渗透反应墙修复***，如图1所示，该修复***中臭氧发生器1与臭氧发生控制器2相连，臭氧发生器1、加压鼓风机3、曝气管道8通过管道依次相连；气体收集管道9、真空抽吸泵4、废气处理装置5通过管道依次相连；可渗透反应墙6与可渗透反应墙控制器7相连；该***贯穿于土壤不饱和区和地下水潜水层，与隔水层相切，其中曝气管道8、可渗透反应墙6位于潜水层中地下水位线10以下，可渗透反应墙6位于污染羽11水流下游；气体收集管道9位于土壤不饱和区中，臭氧发生器1、臭氧发生控制器2、加压鼓风机3、真空抽吸泵4、废气处理装置5位于地面。

设置曝气井和抽气井，曝气管道8通过曝气井进入地下，气体收集管道9通过抽气井进入地下；曝气井的影响半径为1.5-30.5m；在其影响范围之内，抽气井到曝气井的设置距离为5～10ｍ。

首先臭氧发生器1在臭氧发生控制器2控制下生成臭氧，臭氧经管道在加压鼓风机3混合相应量的空气经曝气管道8鼓入受污染的地下水饱和区，臭氧可以氧化石油污染物中较难降解的有机物，同时注入的空气补充地下水中的氧分，有利于生物的天然降解。未饱和区的挥发性的石油污染物在真空抽吸泵4下经气体收集管道9抽到废气处理装置5；受污染的地下水沿水流方向12进入可渗透反应墙6，地下水中的可渗透反应墙6的活性炭吸附，处理后的地下水顺地下水水流方向流走，如图2所示。

Claims

1.一种臭氧-可渗透反应墙修复***，其特征在于，该修复***中臭氧发生器（1）与臭氧发生控制器（2）相连，臭氧发生器（1）、加压鼓风机（3）、曝气管道（8）通过管道依次相连；气体收集管道（9）、真空抽吸泵（4）、废气处理装置（5）通过管道依次相连；可渗透反应墙（6）与可渗透反应墙控制器（7）相连；该***贯穿于土壤不饱和区和地下水潜水层，与隔水层相切，其中曝气管道（8）、可渗透反应墙（6）位于潜水层中地下水位线（10）以下，可渗透反应墙（6）位于污染羽（11）水流下游；气体收集管道（9）位于土壤不饱和区中，臭氧发生器（1）、臭氧发生控制器（2）、加压鼓风机（3）、真空抽吸泵（4）、废气处理装置（5）位于地面。

2.利用权利要求1所述***修复石油污染地下水的方法，其特征在于，包含以下步骤：

2) 臭氧发生器（1）生成臭氧，经管道注入加压鼓风机（3），混合空气后经曝气管道（8）鼓入受污染的地下水饱和区；其中气流速率为3～25m³/d，臭氧与空气的体积比为1：20～1：10；

3）在完成曝气15~20分钟后，未饱和区的挥发性的石油污染物在真空抽吸泵（4）下经气体收集管道（9）抽到废气处理装置（5）；其中真空抽吸泵（4）工作压力为-2~-6m水柱，其工作方式为间歇式，抽气速率为步骤2）中鼓入气流速率的1.25～5倍；

4）在污染带地下水水流方向下游安装可渗透反应墙（6），其安装的反应材料为活性炭；可渗透反应墙（6）渗透率为饱和区的1.3~3.5倍，其宽度为污染羽（11）垂直水流横向宽度的1.2~1.5倍。

3.根据权利要求2所述的修复石油污染地下水的方法，其特征在于，步骤2）中气体注入方式为分阶段封闭式连续注入，每隔１小时注入一次，连续注入10~15分钟；注入压强为0.01αＨ+1.1～0.01αＨ+1.7个标准大气压；其中α为从注入点到地表范围内土层的平均重度，单位为KN／ｍ³，Ｈ为从注入点到地表的高度，单位为ｍ。

4.根据权利要求2所述的修复石油污染地下水的方法，其特征在于，步骤2）中臭氧与空气混合方式为：在气体注入过程中，每隔４小时注入一次臭氧，连续注入10~15分钟。

5.根据权利要求2所述的修复石油污染地下水的方法，其特征在于，步骤4）中可渗透反应墙（6）的形式为连续墙式、漏斗式或灌注处理带式。