CN114393018A - 一种原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法 - Google Patents
一种原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种原位还原‑抽出氧化的地下水循环处理方法,包括以下步骤:(1)向地下污染水区域注入还原材料形成还原区,进行地下污染水的原位还原反应处理;(2)设置抽提井,待地下污染水的原位还原反应结束,通过所述抽提井将原位还原反应结束的地下水主动抽提到地面,进行地下水的地上化学氧化工艺处理;(3)待地上化学氧化工艺结束后,将处理过的水体进行循环或者排放;其中,循环是指将处理过的水体重新引入原地下污染水区域,重复上述步骤(1)‑(3)。本发明先将还原药剂注入地下,在与污染物获得初始反应后,将污染物抽出至地面,在地面氧化工段中予以彻底去除。本发明具有处理工艺合理,成本低、效果明显的特点。
Description
技术领域
本发明涉及地下水处理的环境工程技术领域,具体地,涉及一种原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法。
背景技术
近年来,随着对地下水的利用日益增加,地下水的污染也日趋严重,城市地下水中的重金属污染,主要是由于粗放式的经济发展,工业在经济总量中的比重越来越高,矿区开采、金属冶炼等传统工业生产废水的排放、矿物堆放、人们生活垃圾不加分类的堆放以及材料运输过程等等因素的综合作用对城市中的地下水造成重金属污染。
地下水中某些污染物如氯代有机物、硝基化合物等单独通过化学氧化或还原技术难以达到好的修复效果。在现有技术中,此类污染物通常采用的处理方式均是抽出地下水进行氧化还原处理,但抽出效果往往因污染物在土壤介质中的吸附而较差。而如果在同一介质中先后开展还原、氧化往往难以把握过渡节点,造成修复药剂的浪费,影响处理效果。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法。本发明先将还原药剂注入地下,在与污染物获得初始反应后,将污染物抽出至地面,在地面氧化工段中予以彻底去除。本发明具有处理工艺合理,成本低、效果明显的特点。
为实现上述目的,本发明提供了一种原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法,包括以下步骤:
(1)向地下污染水区域注入还原材料形成还原区,进行地下污染水的原位还原反应处理;
(2)设置抽提井,待地下污染水的原位还原反应结束,通过所述抽提井将原位还原反应结束的地下水主动抽提到地面,进行地下水的地上化学氧化工艺处理;
(3)待地上化学氧化工艺结束后,将处理过的水体进行循环或者排放;其中,循环是指将处理过的水体重新引入原地下污染水区域,重复上述步骤(1)-(3)。
优选的,采用地下还原性可渗透反应屏障与地上化学氧化工艺相结合的方式进行,必要时在地上化学氧化工艺前设置过滤层,去除零价铁,防止零价铁进入地上化学氧化工艺造成对氧化剂的过度消耗。
在上述任一方案中优选的是,在所述步骤(1)中,从地下收集地下污染水的样本,确定至少一种目标污染物,以及确定污染区水文地质特征、所述目标污染物的空间质量分布和空间浓度分布,选择合适的还原材料注入地下污染水区域以对至少一种目标污染物进行还原;污染区水文地质特征包括自由水饱和带、水不饱和带、水力梯度和水力传导率。
在上述任一方案中优选的是,在所述步骤(1)中,使用所确定的污染区水文地质特征和目标污染物的空间浓度分布来确定用于注入的还原材料的量以及注入点分布;确定注入点分布包括模拟还原材料在地下的流动,并选择注入点,注入的还原材料将流向目标污染物;注入的还原材料的量满足对90%量的目标污染物进行还原。
在上述任一方案中优选的是,在所述步骤(2)中,所述所述抽提井将通过所述地下还原性可渗透反应屏障或经反应区反应的地下水主动抽提到地面,之后进行地上化学氧化工艺处理。
在上述任一方案中优选的是,所述地下还原性可渗透反应屏障或反应区中零价铁作为主体的反应物,零价铁的粒径为3-5mm,密度为2.5-3g/cm3,比表面积为1.2-1.5m2/g;注入的还原材料可配合微生物碳源同时添加。所述地下还原性可渗透反应屏障具有壳体,内部形成有空间,零价铁是以成袋包装的形式设置在壳体内部,用于与引入壳体内部的地下水接触。
在上述任一方案中优选的是,在所述步骤(3)中,所述地上化学氧化工艺采用本领域中已知的或常规的氧化反应进行。
在上述任一方案中优选的是,所述过滤层从外至内依次设置有铁丝网笼、土工织物袋、用于抽提的地下水中残留污染物和零价铁的过滤材料,所述过滤材料包括活性炭、磁铁矿或磁铁、沸石和聚合吸附树脂,其中磁铁矿或磁铁能够吸附残留的零价铁。
本发明的有益效果为:
1.本发明采用先还原后氧化原理处理有机污染物,通过主动抽提强化地下水循环;避免了现有技术中先抽出地下水再进行氧化还原处理,抽出及处理效果均不理想的弊端;本发明能够准确把握过渡节点,避免修复药剂的浪费,大大提高处理效果和效率。
2.本发明能够精确控制、快速有效地注入还原材料,并减少实现处理所需的注入液体和化学品的量,进一步保证了处理效果。
3.本发明在地下还原性可渗透反应屏障中采用零价铁进行作用,其吸附能力好,并且易于更换,提高操作效率。本发明采用地下还原性可渗透反应屏障与地上化学氧化工艺相结合的方式进行,必要时在地上化学氧化工艺前设置过滤层,去除零价铁,防止零价铁进入地上化学氧化工艺造成对氧化剂的过度消耗。
具体实施方式
下面将结合本申请的具体实施方式对本申请的技术方案进行详细的说明,但如下实施例仅是用以理解本发明,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合,本申请可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法,包括以下步骤:
(1)向地下污染水区域注入还原材料形成还原区,进行地下污染水的原位还原反应处理;
(2)设置抽提井,待地下污染水的原位还原反应结束,通过所述抽提井将原位还原反应结束的地下水主动抽提到地面,进行地下水的地上化学氧化工艺处理;
(3)待地上化学氧化工艺结束后,将处理过的水体进行循环或者排放;其中,循环是指将处理过的水体重新引入原地下污染水区域,重复上述步骤(1)-(3)。
采用地下还原性可渗透反应屏障与地上化学氧化工艺相结合的方式进行。
在所述步骤(1)中,从地下收集地下污染水的样本,确定至少一种目标污染物,以及确定污染区水文地质特征、所述目标污染物的空间质量分布和空间浓度分布,选择合适的还原材料注入地下污染水区域以对至少一种目标污染物进行还原;污染区水文地质特征包括自由水饱和带、水不饱和带、水力梯度和水力传导率。
在所述步骤(1)中,使用所确定的污染区水文地质特征和目标污染物的空间浓度分布来确定用于注入的还原材料的量以及最佳的注入点;确定最佳的注入点包括模拟还原材料在地下的流动,并选择注入点,注入的还原材料将流向目标污染物;注入的还原材料的量满足对90%量的目标污染物进行还原。
在所述步骤(2)中,所述抽提井将经所述地下还原性反应区反应的地下水主动抽提到地面,之后进行地上化学氧化工艺处理。
所述地下还原性可渗透反应屏障中零价铁作为主体的反应物,零价铁的粒径为3mm,密度为2.5g/cm3,比表面积为1.2m2/g;所述地下还原性可渗透反应屏障具有壳体,内部形成有空间,零价铁是以成袋包装的形式设置在壳体内部,用于与引入壳体内部的地下水接触。
在所述步骤(3)中,所述地上化学氧化工艺采用本领域中已知的常规的氧化反应进行。
所述过滤层从外至内依次设置有铁丝网笼、土工织物袋、和零价铁的过滤材料,所述过滤材料包括活性炭、磁铁矿、沸石和聚合吸附树脂,活性炭、磁铁矿、沸石和聚合吸附树脂之间的重量比为1:1:1:1。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于:
采用地下还原性可渗透反应屏障与地上化学氧化工艺相结合的方式进行时,在地上化学氧化工艺前设置过滤层,去除零价铁,防止零价铁进入地上化学氧化工艺造成对氧化剂的过度消耗。
零价铁的粒径为5mm,密度为3g/cm3,比表面积为1.5m2/g;
所述过滤材料包括活性炭、磁铁、沸石和聚合吸附树脂,所述过滤材料中,活性炭、磁铁、沸石和聚合吸附树脂,之间的重量比为3:1:5:1。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于:
所述过滤材料包括活性炭、磁铁矿、沸石和聚合吸附树脂,所述过滤材料中,活性炭、磁铁矿、沸石和聚合吸附树脂,之间的重量比为1:2:5:1。
实施例4
一种原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法,包括以下步骤:
(1)向地下污染水区域注入还原材料形成还原区,进行地下污染水的原位还原反应处理;
(2)设置抽提井,待地下污染水的原位还原反应结束,通过所述抽提井将原位还原反应结束的地下水主动抽提到地面,进行地下水的地上化学氧化工艺处理;
(3)待地上化学氧化工艺结束后,将处理过的水体进行循环或者排放;其中,循环是指将处理过的水体重新引入原地下污染水区域,重复上述步骤(1)-(3)。
采用地下还原性可渗透反应屏障与地上化学氧化工艺相结合的方式进行,必要时在地上化学氧化工艺前设置过滤层,去除零价铁,防止零价铁进入地上化学氧化工艺造成对氧化剂的过度消耗。
在所述步骤(1)中,从地下收集地下污染水的样本,确定至少一种目标污染物,以及确定污染区水文地质特征、所述目标污染物的空间质量分布和空间浓度分布,选择合适的还原材料注入地下污染水区域以对至少一种目标污染物进行还原;污染区水文地质特征包括自由水饱和带、水不饱和带、水力梯度和水力传导率。
在所述步骤(1)中,使用所确定的污染区水文地质特征和目标污染物的空间浓度分布来确定用于注入的还原材料的量以及最佳的注入点;确定最佳的注入点包括模拟还原材料在地下的流动,并选择注入点,注入的还原材料将流向目标污染物;注入的还原材料的量满足对90%量的目标污染物进行还原。
在所述步骤(2)中,所述抽提井将经所述地下还原性反应区反应的地下水主动抽提到地面,之后进行地上化学氧化工艺处理。
所述地下还原性可渗透反应屏障中零价铁作为主体的反应物,零价铁的粒径为3-5mm,密度为2.5-3g/cm3,比表面积为1.2-1.5m2/g;所述地下还原性可渗透反应屏障具有壳体,内部形成有空间,零价铁是以成袋包装的形式设置在壳体内部,用于与引入壳体内部的地下水接触。
在所述步骤(3)中,所述地上化学氧化工艺采用本领域中已知的或常规的氧化反应进行。
所述过滤层从外至内依次设置有铁丝网笼、土工织物袋、用于抽提的地下水中残留污染物和零价铁的过滤材料,所述过滤材料包括活性炭、磁铁矿或磁铁、沸石和聚合吸附树脂,其中磁铁矿或磁铁能够吸附残留的零价铁。
此外,所述还原材料包括包含连二亚硫酸盐还原剂、缓冲剂和水组成的硫基本体还原剂和羧甲基纤维素溶液;上述三者的重量比为3:3:2,所述缓冲剂为硼酸,缓冲剂与水的重量比为1:10。所述羧甲基纤维素溶液含有约2wt.%的羧甲基纤维素。所述还原材料能够针对地下污染水进行彻底充分地还原,效果和效率均有保障。
所述过滤材料的粒度为100-200目,所述土工织物袋紧固到铁丝网笼内,然后在土工织物袋内分层设置过滤材料,形成所述过滤层。
实施例5
本实施例与实施例4不同之处在于:
所述缓冲剂为氯化铵与柠檬酸钠按1:1的重量比组成的混合物,缓冲剂与水的重量比为1:15。
所述羧甲基纤维素溶液含有3wt.%的羧甲基纤维素。
测试
某电镀污染场地,污染地块污染地下水面积500平方米,污染深度6.3m。在清挖1米污染土后。场地内地下水污染监测数据参见如下。
经过60天三轮的根据本发明的循环反应,各项指标达到了修复目标值,如表1-2。
表1修复前污染物物检测结果
名称 | 单位 | 采样数 | 最小值 | 最大值 | 平均值 |
铬(六价) | μg/L | 8 | 20 | 900 | 210 |
铜 | μg/L | 8 | ND | 85 | 70 |
镉 | μg/L | 8 | 8 | 30 | 25 |
镍 | μg/L | 8 | ND | 150 | 116 |
铅 | μg/L | 8 | 10 | 40 | 31 |
表2修复后污染物物检测结果
由上表可知,本发明的效果明显优于现有技术中的处理方式的效果。
本发明采用先还原后氧化原理处理有机污染物,通过主动抽提强化地下水循环;避免了现有技术中先抽出地下水进行氧化处理,再将氧化后的水重新注入地下进行还原反应的繁琐复杂操作;本发明能够准确把握过渡节点,避免修复药剂的浪费,大大提高处理效果和效率。
本发明能够精确控制、快速有效地注入还原材料,并减少实现处理所需的注入液体和化学品的量,进一步保证了处理效果。
本发明在地下还原性可渗透反应屏障中采用零价铁进行作用,其吸附能力好,并且易于更换,提高操作效率。本发明采用地下还原性可渗透反应屏障与地上化学氧化工艺相结合的方式进行,必要时在地上化学氧化工艺前设置过滤层,去除零价铁,防止过量零价铁进入地上化学氧化工艺造成对氧化剂的过度消耗。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)向地下污染水区域注入还原材料形成还原区或建立还原性可渗透反应屏障,进行地下污染水的原位还原反应处理;
(2)设置抽提井,待地下污染水的原位还原反应结束,通过所述抽提井将原位还原反应结束的地下水主动抽提到地面,进行地下水的地上化学氧化工艺处理;
(3)待地上化学氧化工艺结束后,将处理过的水体进行循环或者排放;其中,循环是指将处理过的水体重新引入原地下污染水区域,重复上述步骤(1)-(3)。
2.根据权利要求1所述的原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法,其特征在于,采用地下还原性反应区或可渗透反应屏障与地上化学氧化工艺相结合的方式进行,必要时在地上化学氧化工艺前设置过滤层,去除零价铁,防止零价铁进入地上化学氧化工艺造成对氧化剂的过度消耗。
3.根据权利要求2所述的原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法,其特征在于,在所述步骤(1)中,从地下收集地下污染水的样本,确定至少一种目标污染物,以及确定污染区水文地质特征、所述目标污染物的空间质量分布和空间浓度分布,选择合适的还原材料注入地下污染水区域以对至少一种目标污染物进行还原;污染区水文地质特征包括自由水饱和带、水不饱和带、水力梯度和水力传导率。
4.根据权利要求3所述的原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法,其特征在于,在所述步骤(1)中,使用所确定的污染区水文地质特征和目标污染物的空间浓度分布来确定用于注入的还原材料的量以及注入点分布;确定注入点分布包括模拟还原材料在地下的流动,并选择注入点,注入的还原材料将流向目标污染物;注入的还原材料的量满足对90%量的目标污染物进行还原。
5.根据权利要求4所述的原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法,其特征在于,在所述步骤(2)中,所述抽提井将通过所述地下还原性可渗透反应屏障或经反应区反应后的地下水主动抽提到地面,之后进行地上化学氧化工艺处理。
6.根据权利要求5所述的原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法,其特征在于,所述地下还原性可渗透反应屏障或反应区中零价铁作为主体的反应物,零价铁的粒径为3-5mm,密度为2.5-3g/cm3,比表面积为1.2-1.5m2/g;所述地下还原性可渗透反应屏障具有壳体,内部形成有空间,零价铁是以成袋包装的形式设置在壳体内部,用于与引入壳体内部的地下水接触。
7.根据权利要求6所述的原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法,其特征在于,在所述步骤(3)中,所述地上化学氧化工艺采用本领域中已知的或常规的氧化反应进行。
8.根据权利要求7所述的原位还原-抽出氧化的地下水循环处理方法,其特征在于,所述过滤层从外至内依次设置有铁丝网笼、土工织物袋、零价铁的过滤材料,所述过滤材料包括活性炭、磁铁矿或磁铁、沸石和聚合吸附树脂,其中磁铁矿或磁铁能够吸附残留的零价铁。
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