[发明专利]用微纳米气泡对地下水原位修复的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于受污染地下水修复技术领域，特别涉及一种用微纳米气泡对地下水原位修复的方法及系统。

背景技术 

环境与发展，是当今国际社会普遍关注的重大问题。为了实现可持续的发展，环境保护和治理工作应是发展过程的组成部分。地下水资源作为全球水资源的重要组成部分，在我国地表水严重污染的条件下，对于经济和社会发展具有极其重要的作用。近年来，由于社会经济的高速发展和工业废弃物的大量产生，全球的环境污染问题日益严重，其中石油化学工业是重要污染源之一。目前我国地下水质量恶化趋势显著，许多地区地下水不同程度遭受有毒有害有机物的污染，形势十分严峻。国家“十二五”规划提出要“加大环境保护力度”，解决“土壤污染等损害群众健康的突出环境问题”，“加强地下水污染防治”。2011年10月发布的《全国地下水污染防治规划（2011—2020年）》指出要“初步遏制地下水水质恶化趋势”，“加强重点工业行业地下水环境监管”，“有计划地加快推进地下水污染修复”。环境友好和节能高效的污染地下水创新修复技术的开发和应用是我国国民经济和社会可持续发展的重要途径。

地下水原位修复技术由于成本较低、对环境干扰较小而得到迅速发展，是地下水污染修复的主要技术。自然衰减法和生物通风是有机污染地下水原位修复的常规技术，适用于大面积、低污染负荷场地的修复。自然衰减法是在合适的条件下利用自然界存在的生物、化学和物理过程，包括生物降解、稀释、分散作用、吸附或吸收、挥发和化学转换等，来降低土壤和地下水中污染物含量、毒性、移动性。自然衰减法能有效地处理挥发性和半挥发性石油烃、卤代有机物污染的土壤和地下水，是针对污染程度较轻情况常用的原位修复技术。有效的自然衰减可以替代强化恢复技术，节约修复成本。自然衰减法需要长期跟踪监测，了解场地自然降解规律和发展程度。研究表明，场地自然降解能力强烈依赖环境条件，由于供氧条件较差，存在的电子受体往往无法满足微生物降解反应的需要量，好氧微生物降解作用受到抑制，反应速率缓慢。生物通风通过真空或加压对污染土壤进行曝气，使土壤中的氧气浓度增加，从而促进好氧微生物的活性，提高土壤中污染物的降解效率。然而生物通风过程中空气在地下水中一般以微通道或毫米-厘米级粒径的独立气泡形式运动，影响范围较小，供氧效果较差，好氧微生物降解能力没有得到充分发挥，因而修复作用有限。

为提高曝气效率，降低气泡直径从而增加气相在水体内的滞留时间是研究的主要方向之一。1980年代以后，以OHR方式（Original Hydrodynamic Reaction）生成微细气泡一度颇受瞩目，但其生成的气泡直径在仍局限于毫米级。直到九十年代中期，气泡生成技术才有所突破，气泡直径达到微米级，并有成型的商用设备问世。微纳米气泡是指液体中微米和纳米量级气泡的统称，其直径一般小于60μm，微米气泡直径在1-60μm之间，纳米气泡的直径则在200nm以下。目前水体中微纳米气泡生成技术已经发展成熟。在水体中毫米-厘米级宏观气泡将在浮力作用下迅速上升，并在水表面处破裂；而微纳米气泡则由于直径较小，在粘滞力和浮力作用下上升速度较慢，在水体中停留时间较长，纳米气泡在水中可存留数月。因此微纳米气泡可以随地下水运动，迁移影响范围远大于普通气泡。由于水气界面张力作用，气泡内压较大，其高溶解能力可为水体提供高含量的溶解氧。同时，微纳米气泡气液界面带负电荷，可以与特定的污染物相互作用，微纳米气泡破裂时产生的自由基和振动波也可促进污染物的去除。

发明内容

本发明提供了一种用微纳米气泡对地下水原位修复的方法及系统，可以对不同水文地质环境条件和不同有机污染场地进行原位地下水修复，同时对修复过程污染物浓度、微生物种群和数量、温度、pH值、电子交换能力等参数进行实施监测和分析，为相关科学研究提供实验数据。

本发明所述的用微纳米气泡对地下水原位修复的方法，包括以下步骤：

（1）在地下水被有机污染物污染区域的上游位置设置与地表连通的一个或多个注水井，将微纳米曝气装置置于注水井中，通过太阳能供电装置或蓄电池供电，并通过远程无线通讯装置与地面相连，实现远程监测和控制；

（2）空气与水通过微纳米曝气装置产生含有微纳米气泡的水，进入地下水系统中，微纳米气泡随地下水的运动输移扩散，直接分解有机污染物或为微生物持续补充电子受体，促进有机污染物的降解去除；

（3）在污染区域设置多个不同位置的与地表连通的监测井，利用监测井对去除有机污染物过程中各参数进行实时监测和分析，并根据分析结果，远程调节微纳米气泡的发生时间和曝气量。