[發明專利]用于地下水氯代烴污染的原位化學氧化修復系統及方法

在審

• 申請號: 201610082033.4
• 申請日: 2016-02-05
• 公開（公告）號: CN105731628A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 文一;王東;劉偉江;康陽;陳堅;李璐;郜志云;井柳新;孫宏亮;張濤;白福高;王奕森
• 申請（專利權）人: 環境保護部環境規劃院
• 主分類號: C02F1/78
• 分類號: C02F1/78;C02F1/72;C02F103/06;C02F101/36
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所(普通合伙) 11276
• 代理人: 宋艷;劉云貴

技術領域

本發明涉及一種用于地下水污染修復的設備及其使用方法。更具體來說，本發明涉及一種用于地下水氯代烴污染的原位化學氧化修復系統及方法。

背景技術

氯代烴類化合物是高效清潔化學品，被廣泛應用于飛機發動機、金屬部件、電子元件以及洗衣行業等領域，由于無序排放和/或儲存設施泄漏造成了地下水環境污染，是地下水中常見的污染物，其不易降解，并具有“三致”效應，地下水中氯代烴污染治理引起廣發關注。氯代烴屬于重質非水相流體(DNAPL)，密度大，黏滯性低，在地下遷移能力強，進入地下環境后在重力的作用下進入包氣帶和飽水帶，易在地下水隔水層中聚集，成為一個持久性和危害性很強的污染源，氯代烴污染的徹底修復具有相當的難度。

目前，用于氯代烴地下水污染的修復方法有化學修復、生物修復和物理修復方法等，生物修復方法主要是利用微生物降解地下水中的污染物。物理方法包括氣相抽提、地下水曝氣和熱脫附技術等，利用氯代烴污染物的揮發特性，從地下水和土壤中抽取揮發性有機物，抽提到地面后收集和處理?；瘜W修復方法包括化學氧化和化學還原等技術,化學氧化或還原技術是指將氧化劑或者還原劑注入地下水中,通過氧化或還原反應使地下水中的污染物在較短時間內被破壞、降解成無毒的或危害較小的物質。化學修復方法因為其快速、反應徹底及成本較低，成為地下水氯代烴修復領域中發展潛力巨大的修復方法。

地下水原位化學氧化技術可將氯代烴中的有機碳氧化成二氧化碳和水，將有機氯以氯化物或氯氣的形式釋放出來，因為其處理徹底、反應時間短、成本較低而得到廣泛發展，是地下水氯代烴修復的主要技術之一。目前運用于氯代烴的原位化學氧化技術的氧化劑主要有4種：過氧化氫、高錳酸鹽、活化過硫酸納和臭氧。其中臭氧因具有很強的氧化作用，其電極電位為2.07V，能產生大量的超氧自由基陰離子及羥基自由基，可用于徹底氧化地下水中的溶解相、吸附相和非水相氯代烴污染物，對環境干擾較小，而且無二次副產物生成，受到了廣泛關注。但是目前臭氧在注入地下水過程中一般以毫米級粒徑的獨立氣泡形式運動，氣泡持續時間短、反應不充分、傳質效率低，影響范圍較小，修復效率亟待提高。

由于缺乏相應的裝備，導致這類修復的實施還存在極大的困難?，F有技術公開的中國專利CN102583712B用微納米氣泡對污染地下水強化原位修復的方法及系統，是直接采用空氣作為氣泡來源，其作用機理是促進污染物有氧生物降解，所需修復的時間較長；而本發明是利用臭氧作為氣泡來源，主要是利用其對污染物的氧化降解作用，一般認為，氧化修復技術比生物修復技術的修復效率更高，修復效果更為徹底。另外，該專利并未設置廢氣收集系統，可能有二次污染的風險。

發明內容

針對氯代烴地下水污染的修復，本發明采用臭氧作為微納米氣泡源，并且加入氧化強化劑，可進一步提高修復效率，同時增加了廢氣收集處理吸收系統，避免造成二次污染。

目前臭氧在注入地下水過程中一般以毫米-厘米級粒徑的獨立氣泡形式運動，氣泡持續時間短、反應不充分、傳質效率低，影響范圍較小，修復效率亟待提高。

近年來我們研究發現，通過降低臭氧的氣泡粒徑，提高臭氧氣泡在地下水中的滯留性，增強其溶解傳質能力和氣體溶解率，增加自由基的產生量，是提高臭氧氧化地下水氯代烴污染物的有效方法，將臭氧氣泡微納米化是近年來應用較多的降低臭氧氣泡粒徑的方法。臭氧微納米化后，氣泡的直徑變為60nm至50μm之間，由于粒徑微小，在黏滯力和浮力的作用下，可在水體停留較長的時間，最長時間可達數月以上，并且在地下水水流的作用下，擴大與地下水污染物接觸范圍。當臭氧微納米氣泡破裂瞬間，由于氣液界面消失的劇烈變化，界面上集聚的高濃度離子將積蓄的化學能急劇釋放，可激發產生大量的羥基自由基，羥基自由基具有超高的氧化還原電位(2.8V)，其產生的超強氧化作用可降解水中的氯代烴污染物。由于臭氧微納米氣泡直徑極小，自身增壓效應顯著，可以使得更多的氣體穿過氣泡界面溶解到水中，這種特性使得臭氧微氣泡即使在水體中氣體含量達到過飽和條件時，仍可繼續進行氣體的傳質過程并保持高效的傳質效率，高的傳質效率提供了地下水中高的溶解氧，可以進一步促進氯代烴污染物的生物降解。

因此，為了提高修復效率，可通過降低臭氧氣泡粒徑，使用微納米級的臭氧氣泡，增加溶解臭氧濃度，激發更多的羥基自由基，延長臭氧與反應物接觸時間、提高傳質效率，同時添加臭氧氧化強化劑，提高氧化修復效率。