一种含水层电化学原位供氧装置的制作方法

本实用新型涉及地下水修复设备领域，具体涉及一种含水层电化学原位供氧装置。

背景技术：

由于气候和地质等原因，我国部分地区地表水资源不足，对地下水资源的依赖程度较高。但是由于地质成因异常以及人类活动的影响，全国范围内的地下水相当一部分受到不同程度的污染。2017年《中国生态环境状况公报》表明，以潜水为主的浅层地下水和承压水为主的中深层地下水，在全国31个省(区、市)223个地市级行政区的5100个监测点中，水质为较差级和极差级的监测点分别占51.8％和14.8％。受污染的地下水威胁着工农业生产用水安全和人民的身体健康，对受污染地下水开展修复是环保领域的一项重要任务。

地下水由于其赋存环境的特殊性，空气中的氧气很难进入包气带以下的含水层，而含氧的地表水对地下水的补给周期较长，使得地下水中的溶解氧被微生物消耗后难以得到及时补充。因此，大部分受污染地下水呈缺氧甚至厌氧状态，对微生物的好氧代谢以及污染物的氧化去除过程十分不利。地下水的原位生物修复常采用空气注入、臭氧注入、过氧化氢溶液注入、胶态微气泡注入和释氧化合物注入等方式向地下输入氧气，而其中空气注入是最简单、最经济的方式。另一方面，在地下水原位化学修复方法中，也会使用氧气、过硫酸盐、高锰酸盐、双氧水等氧化剂对含水层中的污染物进行氧化去除。其中氧气是相对容易获取的清洁化学氧化剂，使用时不会向地下水中引入杂质离子。

目前空气或氧气注入的装置一般由气源(如空气压缩机、氧气瓶)、管道和曝气头等组成。采用空气注入时，由于其氧含量只有21％左右，使得氧转移效率不高，溶解氧浓度受到限制，常温下空气注入只能使地下水中溶解氧的质量浓度达到8～12mg/L。而空气中含有的颗粒物及污染物在未经有效过滤的情况下进入地下水可能造成额外的污染。采用氧气瓶供氧时，氧气瓶的存储和运输都存在安全隐患。另外，在受污染地下水含水层埋深较大时，空压机或氧气瓶都需要满足较高的输出压力，这也对管道的密封性和曝气头的抗压性都提出了较高的要求，使得整个系统变得复杂。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种供氧效率高、安装简单、操作灵活方便的含水层电化学原位供氧装置。

本实用新型提供一种含水层电化学原位供氧装置，包括电源、电极、套管和水箱，所述电极的数量为两个，所述电源给两个电极供电，两个电极均竖直放置在套管内，所述套管为顶部敞口结构，所述套管包括套管上端和套管下端，所述套管下端的管壁上开设有若干小孔，所述水箱独立设置，所述水箱内盛放水，所述水箱连接水管，所述水管延伸至套管上端的内部，所述两个电极通电后，电极的阳极表面析出氧气，此时将水箱内的水注入套管内，在水压的作用下，所述氧气通过小孔向套管的外部扩散。

进一步地，所述供氧装置还包括控制器，所述控制器设置在电源和电极之间，所述控制器通过电线与电源连接，所述控制器通过双股电缆与两个电极连接，所述控制器为正负极切换开关，用来定时切换电路的正负极及调节电路中电流的大小。

进一步地，所述两个电极均为钛基铱钽混合氧化物涂层电极，两个电极为板状或网状，两个电极相对平行放置，两个电极之间通过绝缘螺丝固定，两个电极之间的水平距离为1～2cm，两个电极的长度为1～2m。

进一步地，所述套管下端的长度为1～4m，套管下端管壁穿孔的孔隙率为15％～30％。

进一步地，所述水箱的侧壁开设有出水口，所述出水口连接水管。

进一步地，所述水管上设有阀门，开启阀门能将水箱中的水注入套管内。

进一步地，水箱的容积为50～100L，水箱中水的浊度小于1NTU，铁含量小于0.3mg/L，锰含量小于0.1mg/L。

进一步地，所述电源为直流稳压电源。

进一步地，所述套管的材质为聚氯乙烯。

进一步地，所述小孔的外部缠绕钢丝网或尼龙网。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型提供的装置利用电极能够直接在含水层中通过电解产氧，省去了供气管道和曝气头，而且电解产生的氧气纯度高，提高了氧转移效率，不引入杂质污染；本实用新型提供的装置充氧效率高、结构简单、安装方便、可自动化运行，适用于各种深度含水层中受污染地下水的增氧处理，为地下水污染好氧处理提供了一种新途径。

附图说明

图1是本实用新型一种含水层电化学原位供氧装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例1利用含水层电化学原位供氧装置供氧的示意图。

图中，1-直流电源，2-控制器，3-电极，4-套管，5-水箱，11-电线，21-双股电缆，41-套管上端，42-套管下端，421-小孔，51-出水口，52-水管，53-阀门。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种含水层电化学原位供氧装置，包括电源1、控制器2、电极3、套管4和水箱5，电极3的数量为两个，电源1为直流稳压电源，电源1给两个电极3供电，电源1的输入电压为220V，输出电压为24V，电源1通过电线11与控制器2连接，控制器2设置在电源1和电极3之间，控制器2为正负极切换开关，用来定时切换电路的正负极及调节电路中电流的大小，通过倒极防止电极3钝化和结垢，控制器2通过双股电缆21与两个电极3连接，套管4为顶部敞口结构，套管4的材料为聚氯乙烯，套管4竖直放置在待修复场地开设的管井内，套管4包括套管上端41和套管下端42，套管下端42的长度为1～4m，套管下端42的管壁上开设有若干小孔421，小孔421的外部缠绕钢丝网或尼龙网，钢丝网或尼龙网可以有效避免待修复场地内的沙石进入套管4内，套管下端42管壁穿孔的孔隙率为15％～30％，两个电极3竖直放置在套管4内并靠近套管4的底部，两个电极3相对平行放置，两个电极3为板状或网状，两个电极3之间通过绝缘螺丝固定，电极3为钛基铱钽混合氧化物涂层电极，长度为1～2m，电极3的宽度约为套管4直径的一半，两个电极3之间的水平距离为1～2cm。

水箱5独立设置，水箱5内盛放水，水箱5的侧壁开设有出水口51，出水口51连接水管52，水管52延伸至套管上端41的内部，水管52上设有阀门53，开启阀门53能将水箱5中的水注入套管4内，水箱5的容积为50～100L，水箱5中水的浊度小于1NTU，铁含量小于0.3mg/L，锰含量小于0.1mg/L。

电源1开启后，两个电极3通电，电极3的阳极表面析出氧气，此时开启阀门53，将水箱5内的水通过水管52注入套管4内，在水压及氧气浓度梯度的作用下，电极3的阳极表面析出的氧气通过小孔421向套管4的外部扩散，形成地下水原位供氧，根据电极3钝化情况，设置控制器2的电极反转时间间隔为1～30min。

参考图2，本实用新型的实施例1中，某平原地区18～23m深度的承压含水层地下水被污染，溶解氧含量为零，需要供氧修复。现场开设六口管井，每口管井直径为5cm，深度为23m，将电源1、控制器2和水箱5放置在地面上，将长度为23m、直径为5cm的硬聚氯乙烯材质的套管4放置在管井内，套管下端42的长度为2.4米，孔隙率为25％，套管4的底部放置两个电极3，两个电极3相对平行放置，电极3为钛基铱钽混合氧化物涂层电极，电极3的尺寸为100*3cm²，两个电极3之间的间距为1cm，通过双股电缆21将两个电极3与控制器2连接，控制器2与电源1通过电线11连接，电源1的输出电压为24V，功率为200W，控制器2的工作电流为6A，工作电压为250V，设置控制器2电极反转时间的切换间隔为30min，电路接通后，电解电流为4～5A，电极3的产氧速率为0.62～0.78mmol/min，管井内溶解氧浓度最高可达到15～20mg/L，扩散至含水层中后溶解氧浓度可达5～10mg/L。

本实用新型提供的装置利用电极3能够直接在含水层中通过电解产氧，省去了供气管道和曝气头，而且电解产生的氧气纯度高，提高了氧转移效率，不引入杂质污染；本实用新型提供的装置充氧效率高、结构简单、安装方便、可自动化运行，适用于各种深度含水层中受污染地下水的增氧处理，为地下水污染好氧处理提供了一种新途径。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。