[发明专利]基于生物氧化和还原工艺的地下水净化设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于原水净化的人工建造的含水层，并且特别用于在人造含水层中形成至少一个反应区，来循环和净化地下原水，特别是用于饮用水用途，该人造含水层包括数个卫星井和至少一个抽取井。

背景技术

由于地下水库——通常所说的天然含水层——被污染，水的净化变得越来越重要。

一般地，水净化是首先使水和不同的氧化剂反应，然后使它渗透通过专门布置的砾石层、沙层和其他材料层，接着通过可选地设置有增压水泵站和/或水塔的管道系统将经净化的水输送给消费者。

用于饮用或自来水制造的地下水和原水通常含有高量的铁、锰、砷、氟化物和其它微量元素。由于健康和味道的原因，在水被用于自来水(饮用目的)之前必须降低上述微量元素的高浓度水平。EP-A-0160774描述了利用一用于氧化和沉淀铁和锰的区域，其中通过布置在抽取井周围的卫星井向该区域间歇地加入含有氧或产生氧的化合物的水。因此，水仅仅供给到少数几个卫星井，并且同时水从位置邻近的卫星井抽取出来。富含氧和无气泡的水被迫使进入卫星井。溶解氧的添加为存在于地下的微生物创造合适的生长环境，所述微生物以及化学和/或生化作用用于使在该区域/地下层中的铁和锰沉淀，其将用作用于去除砷、氟化物和其它微量元素的反应过滤器。铁氧化细菌有助于未处理水的亚铁的氧化。该反应以一定的(时间)间隔重复以获得纯水。然而，不仅铁和锰是问题，而且其它金属、类金属、硝酸盐、亚硝酸盐、杀虫剂和有机源微污染物也需要被除去以制造有益健康的水，特别是在考虑自来水水质的时候。

在较早的专利(US475304)中，使用另一种改进上述工艺的方法，其包括利用三个所谓的主井来运行，每个主井之间以线性距离600米到1000米布置。地下水从一口井里泵出，并且使部分水富集氧并补给到其它两口井。补给井周围的充氧水的圆形布置允许在补给再次发生之前抽回有限量的净化水。该系统具有在运行、能耗和去除铁之外其它微量元素的方面的几个缺点。此外，该系统不是人造含水层而是建造在天然含水层中。

EP-A-0154105描述了借助在同样布置在一个或多个抽取井周围的注入井/卫星井之间形成的还原区域内的脱氮作用还原地下水中的硝酸盐。

依据EP-A-0154105公开的方法和系统，可以认识到并获得形成氧化和还原区域的不同方法。一氧富集系统设置在卫星井中地面之上以覆盖井，因此给向上泵出的水在流回卫星井之前充氧。在这些井中，每一个井中都存在有分离器/分隔器，该分离器把井划分为上部和下部。压缩空气流入的实现是通过第一管进入井的上半部分，并通过第二管进入井的下半部分。水可以在一定的时间段内从井的上半部分泵出，之后可以在剩余时间段内从井的下半部分泵出。在公开内容中，水的供给限于一些井，以形成脱氮区域。因此，所有的含水层都不用于脱氮目的。

先前已知在含水层中形成反应区，以在这些反应区中在围绕一个或多个抽取井布置的许多注入井或卫星井之间获得一氧化和沉淀区域或一还原区域，由此，在形成氧化和沉淀区域时，通过在两个注入井的水中引入氧、含氧气体或释氧化合物，在每一对相邻布置的注入井之间间断地或者连续地形成所需要的区域；或者在注入井中引入耗氧化合物以获得一还原区域，并由此将一个卫星井的水泵送到相邻卫星井中，从而在含水层中在两个卫星井之间形成一循环通路。

然而，在地球的某些区域天然层已经被污染物破坏或缺少带有合适材料成分的天然均匀层。由于这个原因，提出人造含水层，其中，所述人造含水层由一盆地(basin，凹地，水坑)构成，所述盆地通常覆盖有不可渗透的织物或薄片来提供一限定的体积。然后该盆地填充有砾石和沙，并设置有管道系统和井，以a)将地下水或任何其它原水加入到盆地，b)形成所需的用于沉淀的反应区域和c)将已在盆地中处理过的水排出。

本发明基于已知的名为Vyredox或Nitredox的原位工艺。人工建造的设备将在与天然的原位设备中形成的条件相同的条件下运行。本设备的底部利用不可渗透膜密封，以使该设备与天然地下含水层隔离开，并且使得可以利用特殊的来自自然界的清洗后的或未清洗的填充材料来尽可能快地形成用于扩展活性反应区域的理想条件，并且维持合适的流动条件和水文条件。

EP1436469涉及卫星井管道的特定构造，还公开了人造含水层的用途，其中供应管布置在由砾石和沙制成的反应区域中向下一半的位置。