专利名称：一种原位生物修复地下水氯代烃污染的方法
一种原位生物修复地下水氯代烃污染的方法技术领域
本发明属于地下水修复技术领域，涉及一种原位生物修复地下水氯代烃污染的方法。
背景技术：
氯代烃被广泛应用于飞机发动机、汽车部件、电子元件以及衣服的脱脂等领域。上世纪80年代，由于氯代烃的泄漏以及不正当排放引起的地下环境污染问题已经被人们所重视，TCE等氯代烃的名字开始以地下水污染物的身份频繁出现于各类报道中。氯代烃具有强烈的致癌作用，其对人们健康生活乃至生存造成了严重的威胁。氯代烃属于重质非水相流体(DNAPL)，微溶于水，进入地下环境后在重力的作用下会穿过包气带和饱水带，直至到达隔水层开始聚集，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。
目前针对氯代烃污染地下水修复的方法主要有抽出-处理法、化学氧化法、渗透反应墙法和自然衰减法等。抽出-处理法是最具代表性的地下水修复技术，该方法通过抽取受污染含水层中的水至地表，然后用地表污水处理技术净化后回注到地表以下；抽出-处理法受水文地质条件的影响很大，而且操作周期长、费用较高，存在修复失败的可能性；化学氧化法可以消除氯代烃的污染，但是受含水层中有机质等成分的影响，氧化剂利用率低，药效时间短，修复费用昂贵；渗透反应墙法采用零价金属作为还原剂对氯代烃进行脱氯，其成本低、又具持久性，但其反应速率很低，且只能修复通过反应墙的地下水体；生物法指的是氯代烃在地下环境中被微生物降解的过程；在有氧的地下环境中，微生物以氯代烃作为电子给体，将电子转移给电子受体(例如氧气)，并将氯代烃分解成二氧化碳、水和氯； 当地下环境中存在其它电子给体(微生物的食物源)，而地下环境中的氧气等电子受体被消耗殆尽，氯代烃就会成为电子受体完成氢取代氯的还原过程，生成乙烯和乙烷等对环境无害物质；与其他修复方法相比，生物法具有修复成本低、无二次污染等优势，具有很好应用前景。
生物修复法修复氯代烃污染存在一定的问题，微生物在厌氧条件下可以通过直接代谢或共代谢的方式使氯代烃实现还原脱氯，但是随着多氯代烃(例如三氯乙烯、四氯乙烯等)中氯原子被氢原子逐个取代，反应速率会逐渐下降，因此低氯的中间产物(例如一氯乙烯、二氯乙烯等)会在环境中出现累积，这些物质具有较强的毒性，对环境的危害有增无减。 在有氧条件下，只有低氯代烃可以被微生物用做电子给体直接代谢分解成水和二氧化碳， 而多氯代烃只能通过微生物共代谢的机理降解；共代谢机理不但速率慢，而且要消耗氯代烃十倍以上质量的电子给体。因此，厌氧还原脱氯法和好氧氧化降解法都有各自的局限性。发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、无二次污染、可靠的原位修复地下水氯代烃污染的方法，即采用厌氧还原脱氯和好氧氧化降解两种生物修复方法的耦合，实现地下水中氯代烃污染的彻底清除。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，通过前期场地调查评估确定地下水污染羽范围，沿地下水流动方向，在污染羽内前后建立厌氧反应区和好氧反应区，厌氧反应区通过布设药剂注入井，向饱水带中注入除氧剂、给电子物质和还原剂，多氯代烃被快速还原脱氯成低氯代烃；好氧反应区通过布设曝气井和抽提井，使低氯代烃迁移至好氧区后被氧化降解为水和二氧化碳。所述提供电子给体物质为海藻粉、蔗糖、植物油或低分子量脂肪酸中的一种或几种。所述除氧剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾或连二亚硫酸钠中的一种或几种。所述还原剂为零价铁粉、零价锌粉或零价铝粉中的一种或几种，粒径为100nm-500 μ m。所述注入药剂的组成按重量计如下除氧剂1-30份提供电子给体物质20-50份还原剂20-50份药剂注入前配置成水的悬浊液，按重量计，药剂含量为1%_30%。厌氧反应区的药剂注入井间距为Ι-lOm，注入井延伸至饱水带，在压缩氮气的推动下将药剂注入井内并使其向周围分散，注射压力为O. 5-2MPa。所述曝气井延伸至地下水位以下的饱水带，抽提井延伸至地下水位以上的包气带，通过向地下水中曝气实现迁移至好氧区的低氯代烃被氧化降解为水和二氧化碳。所述的曝气中混入氨气一起通入地下水层。所述曝气井间距为2-10m，抽提井间距为2_10m，曝气量由曝气泵控制在10-5000mL/min，抽提井与真空泵相连，曝气井中混入氨气提供氮源，氨气的曝气量为1 -1 OmT ,/mi η η所述厌氧反应区和好氧反应区内设有监测井，监测井延伸至地下水位以下，监测项目污染物含量、溶解氧含量、微生物菌落分布。本发明的有益效果是本发明提供一种低成本、无二次污染、可靠的原位修复地下水氯代烃污染的方法，与其它方法相比，实现了厌氧还原脱氯和好氧氧化降解两种技术的耦合；在厌氧区药剂注入井及其药剂扩散区域形成了以厌氧生物和零价铁组成的渗透反应墙，使多氯代烃还原脱氯成为低氯代烃；在好氧区通过曝气供氧实现了好氧菌对低氯代烃的彻底降解。该方法以相对较小的成本实现对氯代烃污染的控制和治理，克服了传统生物修复法中生成有毒中间产物的问题，实现了氯代烃的深度降解，维护了地下水的安全。
图I为本发明原位生物修复地下水氯代烃污染的方法的厌氧还原脱氯技术和好氧氧化分解技术耦合示意图。
具体实施例方式如图I所示，本发明的原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，通过前期场地调查评估确定地下水污染羽范围，沿地下水流动方向，在污染羽内前后建立厌氧反应区和好氧反应区，厌氧反应区通过布设药剂注入井，向饱水带中注入除氧剂、给电子物质和还原剂，多氯代烃被快速还原脱氯成低氯代烃；好氧反应区通过布设曝气井和抽提井，使低氯代烃迁移至好氧区后被氧化降解为水和二氧化碳。
所述提供电子给体物质为海藻粉、蔗糖、植物油或低分子量脂肪酸中的一种或几种。
所述除氧剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾或连二亚硫酸钠中的一种或几种。
所述还原剂为零价铁粉、零价锌粉或零价铝粉中的一种或几种，粒径为 100nm-500 μ m。
所述注入药剂的组成按重量计如下
除氧剂1-30份
提供电子给体物质20-50份
还原剂20-50份
药剂注入前配置成水的悬浊液，按重量计，药剂含量为1%_30%。
厌氧反应区的药剂注入井间距为Ι-lOm，注入井延伸至饱水带，在压缩氮气的推动下将药剂注入井内并使其向周围分散，注射压力为O. 5-2MPa。
所述曝气井延伸至地下水位以下的饱水带，抽提井延伸至地下水位以上的包气带，通过向地下水中曝气实现迁移至好氧区的低氯代烃被氧化降解为水和二氧化碳。
所述的曝气中混入氨气一起通入地下水层。
所述曝气井间距为2-10m，抽提井间距为2_10m，曝气量由曝气泵控制在 10-5000mL/min，抽提井与真空泵相连，曝气井中混入氨气提供氮源，氨气的曝气量为 1 -1 OmT ,/mi η η
所述厌氧反应区和好氧反应区内设有监测井，监测井延伸至地下水位以下，监测项目污染物含量、溶解氧含量、微生物菌落分布。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明
通过前期场地调查评估确定地下水污染羽范围，沿地下水流动方向，在污染羽内前后建立厌氧反应区和好氧反应区。厌氧反应区通过布设药剂注入井，向饱水带中注入除氧剂、给电子物质和还原剂实现。好氧反应区通过布设曝气井和抽提井实现。
所述的厌氧反应区注入药剂包括除氧剂、给电子物质和还原剂。注入药剂的组成按重量计算如下
除氧剂1-10份
给电子物质20-50份
还原剂20-50份
药剂注入前需将其配置成水溶液或悬浊液，药剂含量为1%_30%。厌氧反应区的药剂注入井间距为Ι-lOm，注入井延伸至饱水带，在压缩氮气的推动下将药剂注入井内并使其向周围分散，注射压力为O. 5-2MPa。
所述的好氧反应区内设置多口曝气井和抽提井。曝气井延伸至地下水位以下的饱水带，抽提井延伸至地下水位以上的包气带。曝气井间距为2-10m，抽提井间距为2-10m。曝气量由曝气泵控制在10-5000mL/min，抽提井与真空泵相连。根据地下环境的营养状况，曝气井中混入适量氨气提供氮源，氨气的曝气量为1-lOmL/min。所述的厌氧反应区和好氧反应区内设有监测井，监测井延伸至地下水位以下，监测项目包括污染物含量、溶解氧含量、微生物菌落分布等。本发明适用于被氯代烃污染的地下水体的修复和污染扩散控制，如治理由三氯乙烯、氯仿等氯代溶剂构成的重质非水相流体污染源等。在修复工程开始前，必须确定污染羽范围，地下水流速等水文地质条件。实施例I某工厂迁移旧址地下水受到渗漏氯代溶剂的污染，污染羽长度为300m，宽度为60m，地下水流动速率为5m/d，地下水位为6m。污染羽中各种污染物的含量列于表I中。表I污染物情况一览表
权利要求
1.一种原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，其特征在于，通过前期场地调查评估确定地下水污染羽范围，沿地下水流动方向，在污染羽内前后建立厌氧反应区和好氧反应区，厌氧反应区通过布设药剂注入井，向饱水带中注入除氧剂、给电子物质和还原剂，多氯代烃被快速还原脱氯成低氯代烃；好氧反应区通过布设曝气井和抽提井，使低氯代烃迁移至好氧区后被氧化降解为水和二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，其特征在于，所述提供电子给体物质为海藻粉、蔗糖、植物油或低分子量脂肪酸中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，其特征在于，所述除氧剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾或连二亚硫酸钠中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，其特征在于，所述还原剂为零价铁粉、零价锌粉或零价铝粉中的一种或几种，粒径为100nm-500 u m。
5.根据权利要求1所述的原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，其特征在于，所述注入药剂的组成按重量计如下 除氧剂1-30份 提供电子给体物质20-50份 还原剂20-50份 药剂注入前配置成水的悬浊液，按重量计，药剂含量为1%_30%。
6.根据权利要求1所述的原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，其特征在于，厌氧反应区的药剂注入井间距为1-lOm，注入井延伸至饱水带，在压缩氮气的推动下将药剂注入井内并使其向周围分散，注射压力为0. 5-2MPa。
7.根据权利要求1所述的原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，其特征在于，所述曝气井延伸至地下水位以下的饱水带，抽提井延伸至地下水位以上的包气带，通过向地下水中曝气实现迁移至好氧区的低氯代烃被氧化降解为水和二氧化碳。
8.根据权利要求7所述的原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，其特征在于，所述的曝气中混入氨气一起通入地下水层。
9.根据权利要求8所述的原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，其特征在于，所述曝气井间距为2-10m，抽提井间距为2-10m，曝气量由曝气泵控制在10-5000mL/min，抽提井与真空泵相连，曝气井中混入氨气提供氮源，氨气的曝气量为l-10mL/min。
10.根据权利要求1所述的原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，其特征在于，所述厌氧反应区和好氧反应区内设有监测井，监测井延伸至地下水位以下，监测项目污染物含量、溶解氧含量、微生物菌落分布。
全文摘要
本发明公开了一种原位生物修复地下水氯代烃污染的方法，具体为厌氧还原脱氯和好氧氧化降解的耦合过程，饱水带中沿地下水流动方向，在氯代烃污染羽内前后建立厌氧反应区和好氧反应区。在厌氧区内多氯代烃(3氯或4氯)被快速还原脱氯成低氯代烃(1氯或2氯)，低氯代烃迁移至好氧区后被氧化降解为水和二氧化碳等产物。厌氧区通过注入井加注提供电子给体物质、除氧剂和还原剂实现，好氧区通过向地下水中曝气实现。
文档编号C02F101/36GK102976490SQ20121056877
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者张景辉, 刘朝辉, 宋震宇, 杨伟, 李野, 王文茜, 卢丹, 王尧, 西伟力, 王旭东 申请人:天津生态城环保有限公司