有机污染地下水修复装置及方法与流程

本发明涉及地下水修复
技术领域：
，具体涉及一种有机污染地下水修复装置及方法。
背景技术：
：随着经济的快速发展，我国的污水排放量逐年增加，在2012年达到685亿吨。大量的工农业废水和生活污水未经有效处理就直接排放到江河湖泊，使得地表水和地下水受到严重污染。这些废水中已检测出包括重金属和有机污染物等在内的多种有毒有害物质，他们对人体健康造成的危害极大。如何有效去除水环境和污水中的各种污染物尤其是持久性污染物是近些年环境科学和工程研究领域的前沿和热点。并且面对严峻的地下水和环境保护问题，我们要加强生态文明建设，建设生态文明是关系人民福祉、关乎未来的大计。要按照绿色发展理念，树立大局观、长远观、整体观，坚持保护优先，坚持节约资源和保护环境的基本国策。近年来，在我国经济快速发展的同时，大量的矿产开采、石油化工、工农业生产等活动产生的污染物进入水体，导致地下水受到严重的污染威胁。2016年4月，水利部公布的“地下水动态月报”中提到，我国约有60%的地下水受到不同程度的污染；此外，我国地下水监测系统选取全国118个大中城市样本进行监测，统计数据得出：轻度污染占33%，重度污染占64%。地下水污染在短期内难以恢复，污染物经过食物链进入农产品，使农产品质量下降，从而给人类健康和生存带来威胁。所以我们亟需一种绿色有效的有机污染地下水的修复方法，进而从根本上解决这个问题。技术实现要素：为解决目前地下水污染面积大、污染严重，短期内较难恢复，现有的地下水处理方法成本高、操作复杂、易造成二次污染的问题，本发明提供一种有机污染地下水修复装置及方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种有机污染地下水修复装置，包括依次连接的抽提井、吸附塔、沉淀池、缓冲罐和回注井，所述抽提井和回注井的底部固定于地下，所述抽提井的深度大于回注井的深度，所述回注井在地下部分的井壁设置有若干小孔，所述吸附塔底部出口端还连接有振动筛，所述振动筛底部设置有溢流口，所述沉淀池内部装有絮凝剂和凝聚剂，沉淀池底部设置有排泥管；所述吸附塔从上到下设置有喷淋层、填料层和蓄水层，所述喷淋层包括喷淋管和设置于喷淋管底部的喷淋器，所述喷淋管与抽提井连通，所述填料层中心设置有带筛孔的中心管，沿中心管到吸附塔塔体外壁方向，围绕中心管设置有多层带筛孔的圆管状隔板，所述隔板可拆卸，隔板之间填充有填料，所述蓄水层底部设置有出水管，出水管两端管壁上设置有对称的第一出水支管和第二出水支管，所述第一出水支管与振动筛连通，所述第二出水支管与沉淀池连通。优选的，所述填料包括石英砂和吸附剂，所述石英砂设于填料层底部，所述吸附剂设于石英砂上方，吸附剂的填装高度占吸附塔填料层高度的1/2~5/6。优选的，所述吸附剂选自焦炭、活性炭、蒙脱石或改性焦粉中的一种，吸附剂的粒度小于或等于0.5mm，吸附剂比表面积为25-1000m2/g。优选的，所述改性焦粉的制备步骤是：焦粉经ph=1~5的硫酸或硝酸溶液改性后得到，所述焦粉的粒度小于或等于0.5mm，焦粉与硫酸或硝酸溶液的质量体积比为1kg：（100-150）ml。优选的，所述抽提井的深度大于10m且小于或等于15m，所述回注井的深度大于0且小于或等于5m。优选的，所述絮凝剂选自聚丙烯酰胺、聚砜、聚合氯化铝或聚合氯化铁的一种或两种以上，所述凝聚剂选自三氯化铁、明矾或硫酸亚铁的一种或两种以上。更优选的，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺或聚砜，所述凝聚剂为三氯化铁或硫酸亚铁。优选的，所述吸附塔设置有多个，且多个吸附塔串联设置，每个吸附塔底部出口端均连接有一振动筛。本发明还提供一种基于上述修复装置进行有机污染地下水修复的方法，包括下述步骤：（1）开启上述修复装置，利用抽提井对受有机污染的地下水进行抽提，然后将抽出的地下水通入吸附塔中，在吸附剂作用下进行吸附处理；（2）吸附过后将液体过振动筛除去掺杂的细粒吸附剂，检测振动筛底流中的有机污染物浓度，如不达标，则增加吸附塔进行n级吸附，吸附塔数量视吸附指标而定；（3）将达标后的水通入沉淀池中，在絮凝剂和凝聚剂作用下对水相中的细粒吸附剂进行沉降，沉淀池溢流处理后的地下水通入缓冲罐中，沉淀池污泥通过排泥管流出；（4）将缓冲罐出水泵入回注井中，通过回注井井壁的小孔渗入地下土壤中。优选的，步骤（3）中，所述沉淀池中絮凝剂用量为沉淀池中物料的0.2wt%~1wt%，凝聚剂用量为沉淀池中物料的0.05wt%~1wt%。优选的，步骤（1）中，地下水通入吸附塔的流速为0.1m/s-0.5m/s，时间为3s-25s。与现有技术相比，本发明利用吸附材料吸附地下水中的有机污染物，成功的将富集在土壤中的污染物转移到碳基材料中，并且吸附效率高，有机物的去除率好。所用吸附剂来源于以焦化厂附加值较低的焦粉制得的材料，其成本低廉，采用絮凝沉降的技术将吸附完有机物的吸附材料进行回收，使用过后的吸附材料可以直接作为热源继续利用。具有流程简单、处理成本低、资源利用率高、没有二次污染，环境友好等优点。附图说明图1为本发明实施例1的有机污染地下水修复装置的结构示意图；图2为本发明实施例1中所述吸附塔的结构示意图；图3为本发明实施例2的有机污染地下水修复装置的结构示意图，图4为基于本发明实施例2所述修复装置进行的有机污染地下水修复的工艺流程图。图中，1-抽提井，2-吸附塔，21-喷淋层，22-填料层，23-蓄水层，211-喷淋管，212-喷淋器，221-中心管，222-隔板，223-石英砂，224-吸附剂，231-出水管，232-第一出水支管，233-第二出水支管，3-振动筛，4-沉淀池，41-排泥管，5-回注井，51-小孔，6-缓冲罐，71-第一吸附塔，72-第二吸附塔，81-第一振动筛，82-第二振动筛。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。在下面的实施例中，所用的各试剂和仪器的信息如下：化学试剂都为分析纯，市售商品；焦粉：来源：山东荣信集团，比表面积：15-100m/2；比表面积的检测仪器为：全自动氮气吸附仪，型号：belsorp-max，厂家：日本麦奇克拜尔株式会社。x射线荧光光谱分析仪（xrf）：型号：*/s8tigerx，厂家：德国布鲁克；x射线衍射仪（xrd）:型号：d8advance，厂家：德国布鲁克。实施例1如图1所示，一种有机污染地下水修复装置，包括依次连接的抽提井1、吸附塔2、沉淀池4、缓冲罐6和回注井5，所述抽提井1和回注井5的底部固定于地下，抽提井1底部距离地面的高度为大于10m且小于或等于15m，回流井5底部距离地面的高度大于0且小于或等于5m，所述回注井5在地下部分的井壁设置有若干小孔51，所述吸附塔2底部出口一端与沉淀池连通，另一端连接有振动筛3，振动筛3底部设置有溢流口，所述沉淀池内部装有絮凝剂和凝聚剂，所述絮凝剂优选为pam（聚丙烯酰胺），所述凝聚剂优选为三氯化铁，沉淀池4底部设置有排泥管41。其中，吸附塔的结构如图2所示，在塔体内部从上到下设置有喷淋层21、填料层22和蓄水层23；所述喷淋层21包括喷淋管211和设置于喷淋管底部的喷淋器212；所述填料层中心设置有贯穿填料层的中心管221，所述中心管设置于喷淋器下方，管壁上设置有筛孔，沿中心管到塔体外壁方向，围绕中心管设置有多层带筛孔的圆管状隔板222；所述隔板222可拆卸，隔板222之间填充有填料，所述填料包括石英砂223和吸附剂224，石英砂223设于填料层22底部，其他部分填充有吸附剂224，所述吸附剂224的高度占填料层高度的1/2~5/6；所述蓄水层23底部设置有出水管231，出水管231两端管壁上设置有对称的第一出水支管232和第二出水支管233，所述喷淋管211与抽提井1连通，所述第一出水支管232与振动筛3连通，并在管路上设置有阀门，所述第二出水支管233与沉淀池4连通，并在管路上设置有阀门。实施例2如图3所示，与实施例1所述的修复装置的区别为：吸附塔包括相互串联的第一吸附塔71和第二吸附塔72，所述第一吸附塔71的喷淋管与抽提井1连通，第二吸附塔72的第一出水支管连接有第二振动筛82，第二吸附塔72的第二出水支管与沉淀池4连通。当第一吸附塔71流经第一振动筛81的出水质量不合格时，将第一吸附塔2的出水经过第二吸附塔7，进行吸附后通入沉淀池4中，进行后续处理。如果第二吸附塔72流经第二振动筛82的出水质量不合格，可再连接一个吸附塔对出水进行吸附处理。本实施例所述修复装置的工艺流程图如图4所示，使用过程中，受到污染的地下水利用抽提井1抽提，将抽出的地下水通入第一吸附塔71中，通过喷淋器喷淋进吸附塔中，受污染地下水通过中心管及管壁的筛板进入隔板间的填料中，经吸附剂进行一级吸附后，再经中心管流入蓄水层中，出水通过第一出水支管进入第一振动筛中，振动筛对细粒的吸附剂与水体进行分离后，检测振动筛溢流口的水体中有机物浓度，如果不达标，出水通过第二出水支管进入第二吸附塔中，进行二级吸附，出水进入第二振动筛中进行检测，如果不达标，那么再增加吸附塔进行n级吸附，吸附塔数量视吸附指标而定，达标后，将出水通入沉淀池中，在絮凝剂和凝聚剂作用下对水相中的细粒吸附剂进行沉降，沉淀池溢流进入缓冲罐，注入回注井中，通过回注井的小孔渗入地下土壤中。沉淀池污泥通过排泥管流出，通入压滤机压滤后，水相排出，回收滤饼，对滤饼中的吸附剂进行无害化处理，或做热源使用；污水中有机物吸附在吸附塔的自主研发的吸附剂上，将吸附剂定期更换并做热源加以利用。将吸附塔中的吸附剂在300℃下热解析脱附后，将脱附的有机物蒸汽进行冷凝回收，得到高浓度有机物，在进行无害化处理。脱附后的再生吸附剂放入吸附塔中，继续使用。实施例3使用实施例2所述的修复装置，其中，抽提井1底部距离地面的高度为15m，回流井5底部距离地面的高度为5m。第一吸附塔71和第二吸附塔72结构一样，吸附塔填料层塔体高度为3m，填料层塔体直径为1m，吸附剂填料的高度占吸附塔填料层高度的2/3。（1）地下水样取自江苏省徐州市北方氯碱工业有限公司原址工业废弃地块地下受污染水体，将抽提井1抽提出的受污染的地下水通入装有吸附剂的第一吸附塔71中，将水从第一吸附塔71顶部喷淋进入填料层，进行有机物的吸附去除，将第一吸附塔71底流通入第一振动筛81，过0.074mm振动筛进行过滤，将第一吸附塔2底流通过第二出水支管233通入第二吸附塔72进行吸附。其中，地下水在吸附塔中的流速为0.2m/s，时间为10s。其中，吸附剂的制备方法如下：取焦化厂产品中附加值较低的粒度在0.5mm以下的焦粉10kg，加入1000mlph=2的硫酸溶液，并进行150r/min的搅拌，搅拌过程为30min，然后将溶液静置24h，并将溶液过滤，取滤饼，利用去离子水洗涤至中性，90℃烘干。经检测原焦粉比表面积为25m2/g，制得的吸附剂比表面积为：85m2/g。吸附剂的其他表征数据：吸附剂经过xrf检测，其矿物含量如下表所示：含量（%）caosio2al2o3mgofe2o3k2o吸附剂4.586.155.360.522.620.14xrd检测结果表明：在2θ=16.3°、25.1°与41.8°时存在特征峰，可知本实施例所述吸附剂主要含有的矿物质为莫来石，莫来石是一种性质稳定的硅酸盐矿物，具有一定的吸附性能。此外，本实施例所述吸附剂中还存在着少量的石膏和硅线石。（2）将第二吸附塔72底流通入沉淀池4，在絮凝剂和凝聚剂的作用下进行絮凝沉降后，将沉淀池4溢流进行水质化学需氧量（cod）检测，将沉淀池4底流进行压滤，对吸附剂进行回收。若沉淀池4溢流水体达标（cod≤5mg/l），将沉淀池4溢流通入缓冲罐6中，通入回注井5中回注，如果沉淀池4溢流的水质不达标，将其循环通入第一吸附塔2中进行吸附。其中，絮凝剂采用阳离子型聚丙烯酰胺（pam），凝聚剂采用三氯化铁，加入量均为沉淀池中物料总量的1wt%。化学需氧量（cod）的检测方法为：hj828-2017，水质化学需氧量重铬酸钾法。其实验探究结果表明，抽提井抽提的原水体的cod值为20.21mg/l，经本技术处理后，检测沉淀池溢流水体的cod为4.89mg/l，其cod的去除率可达到75.8%。实施例4本实施例所用吸附剂的制备方法如下：取焦化厂产品中附加值较低的粒度在0.5mm以下的焦粉10kg，加入1500mlph=5的硫酸溶液，并进行150r/min的搅拌，搅拌过程为30min，然后将溶液静置24h，并将溶液过滤，取滤饼，利用去离子水洗涤至中性，90℃烘干。经检测，吸附剂的比表面积为：56m2/g。使用本实施例所述吸附剂，用实施例3相同的方法对地下水（取自江苏省徐州市北方氯碱工业有限公司原址工业废弃地块地下受污染水体）进行修复，得到结果如下：原水体的cod为20.21mg/l，经处理后，沉淀池溢流水体的cod为7.85mg/l，去除率达到61.1%。实施例5本实施例所用絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺（pam），加入量为0.2wt%，凝聚剂采用三氯化铁，加入量为0.05wt%。用实施例3相同的方法对地下水（取自江苏省徐州市北方氯碱工业有限公司原址工业废弃地块地下受污染水体）进行修复，得到结果如下：原水体的cod为20.21mg/l，经处理后，沉淀池溢流水体的cod为6.21mg/l，去除率达到69.1%。实施例6本实施例所用絮凝剂为聚砜（psf），加入量为0.2wt%，凝聚剂为硫酸亚铁，加入量为0.05wt%。用实施例3相同的方法对地下水（取自江苏省徐州市北方氯碱工业有限公司原址工业废弃地块地下受污染水体）进行修复，得到结果如下：原水体的cod为20.21mg/l，经处理后，沉淀池溢流水体的cod为6.05mg/l，去除率达到70.1%。实施例7吸附塔高度为5m，吸附剂填装高度为吸附塔填料层高度的1/2，将地下水在吸附塔中的流速控制为0.4m/s，时间为6.25s，用实施例3相同的方法对地下水（取自江苏省徐州市北方氯碱工业有限公司原址工业废弃地块地下受污染水体）进行修复，得到结果如下：原水体的cod为20.21mg/l，经处理后，沉淀池溢流水体的cod为8.58mg/l，去除率达到57.5%。实施例8吸附塔高度为3m，将吸附剂填装高度改为吸附塔填料层高度的5/6，将地下水在吸附塔中的流速控制为0.1m/s，时间为25s，用实施例3相同的方法对地下水（取自江苏省徐州市北方氯碱工业有限公司原址工业废弃地块地下受污染水体）进行修复，得到结果如下：原水体的cod为20.21mg/l，经处理后，沉淀池溢流水体的cod为3.27mg/l，去除率达到83.8%。实施例9选取活性炭（购买厂家：江苏鑫祺泰炭业科技有限公司，型号：颗粒活性炭，粒度为：1mm，比表面积为：108m2/g）作为吸附剂，用实施例3相同的方法对地下水（取自江苏省徐州市北方氯碱工业有限公司原址工业废弃地块地下受污染水体）进行修复，得到结果如下：原水体的cod为20.21mg/l，经处理后，沉淀池溢流水体的cod为5.01mg/l，去除率达到75.2%。当前第1页12