[发明专利]用于地下水氯代烃污染的原位化学氧化修复系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于地下水污染修复的设备及其使用方法。更具体来说，本发明涉及一种用于地下水氯代烃污染的原位化学氧化修复系统及方法。

背景技术

氯代烃类化合物是高效清洁化学品，被广泛应用于飞机发动机、金属部件、电子元件以及洗衣行业等领域，由于无序排放和/或储存设施泄漏造成了地下水环境污染，是地下水中常见的污染物，其不易降解，并具有“三致”效应，地下水中氯代烃污染治理引起广发关注。氯代烃属于重质非水相流体(DNAPL)，密度大，黏滞性低，在地下迁移能力强，进入地下环境后在重力的作用下进入包气带和饱水带，易在地下水隔水层中聚集，成为一个持久性和危害性很强的污染源，氯代烃污染的彻底修复具有相当的难度。

目前，用于氯代烃地下水污染的修复方法有化学修复、生物修复和物理修复方法等，生物修复方法主要是利用微生物降解地下水中的污染物。物理方法包括气相抽提、地下水曝气和热脱附技术等，利用氯代烃污染物的挥发特性，从地下水和土壤中抽取挥发性有机物，抽提到地面后收集和处理。化学修复方法包括化学氧化和化学还原等技术,化学氧化或还原技术是指将氧化剂或者还原剂注入地下水中,通过氧化或还原反应使地下水中的污染物在较短时间内被破坏、降解成无毒的或危害较小的物质。化学修复方法因为其快速、反应彻底及成本较低，成为地下水氯代烃修复领域中发展潜力巨大的修复方法。

地下水原位化学氧化技术可将氯代烃中的有机碳氧化成二氧化碳和水，将有机氯以氯化物或氯气的形式释放出来，因为其处理彻底、反应时间短、成本较低而得到广泛发展，是地下水氯代烃修复的主要技术之一。目前运用于氯代烃的原位化学氧化技术的氧化剂主要有4种：过氧化氢、高锰酸盐、活化过硫酸纳和臭氧。其中臭氧因具有很强的氧化作用，其电极电位为2.07V，能产生大量的超氧自由基阴离子及羟基自由基，可用于彻底氧化地下水中的溶解相、吸附相和非水相氯代烃污染物，对环境干扰较小，而且无二次副产物生成，受到了广泛关注。但是目前臭氧在注入地下水过程中一般以毫米级粒径的独立气泡形式运动，气泡持续时间短、反应不充分、传质效率低，影响范围较小，修复效率亟待提高。

由于缺乏相应的装备，导致这类修复的实施还存在极大的困难。现有技术公开的中国专利CN102583712B用微纳米气泡对污染地下水强化原位修复的方法及系统，是直接采用空气作为气泡来源，其作用机理是促进污染物有氧生物降解，所需修复的时间较长；而本发明是利用臭氧作为气泡来源，主要是利用其对污染物的氧化降解作用，一般认为，氧化修复技术比生物修复技术的修复效率更高，修复效果更为彻底。另外，该专利并未设置废气收集系统，可能有二次污染的风险。

发明内容

针对氯代烃地下水污染的修复，本发明采用臭氧作为微纳米气泡源，并且加入氧化强化剂，可进一步提高修复效率，同时增加了废气收集处理吸收系统，避免造成二次污染。

目前臭氧在注入地下水过程中一般以毫米-厘米级粒径的独立气泡形式运动，气泡持续时间短、反应不充分、传质效率低，影响范围较小，修复效率亟待提高。

近年来我们研究发现，通过降低臭氧的气泡粒径，提高臭氧气泡在地下水中的滞留性，增强其溶解传质能力和气体溶解率，增加自由基的产生量，是提高臭氧氧化地下水氯代烃污染物的有效方法，将臭氧气泡微纳米化是近年来应用较多的降低臭氧气泡粒径的方法。臭氧微纳米化后，气泡的直径变为60nm至50μm之间，由于粒径微小，在黏滞力和浮力的作用下，可在水体停留较长的时间，最长时间可达数月以上，并且在地下水水流的作用下，扩大与地下水污染物接触范围。当臭氧微纳米气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能急剧释放，可激发产生大量的羟基自由基，羟基自由基具有超高的氧化还原电位(2.8V)，其产生的超强氧化作用可降解水中的氯代烃污染物。由于臭氧微纳米气泡直径极小，自身增压效应显著，可以使得更多的气体穿过气泡界面溶解到水中，这种特性使得臭氧微气泡即使在水体中气体含量达到过饱和条件时，仍可继续进行气体的传质过程并保持高效的传质效率，高的传质效率提供了地下水中高的溶解氧，可以进一步促进氯代烃污染物的生物降解。

因此，为了提高修复效率，可通过降低臭氧气泡粒径，使用微纳米级的臭氧气泡，增加溶解臭氧浓度，激发更多的羟基自由基，延长臭氧与反应物接触时间、提高传质效率，同时添加臭氧氧化强化剂，提高氧化修复效率。