一种复合高效强化修复土壤地下水及水体有机污染设备及应用的制作方法

本发明属于生态环境技术领域，尤其涉及一种复合高效强化修复土壤地下水及水体有机污染设备及应用。

背景技术：

地表以下地层复杂，地下水流动极其缓慢，因此，地下水污染具有过程缓慢、不易发现和难以治理的特点。地下水一旦受到污染，即使彻底消除其污染源，也得十几年，甚至几十年才能使水质复原，至于要进行人工的地下含水层的更新，问题就更复杂了。

地下水污染是由于人为因素造成地下水质恶化的现象。地下水污染的原因主要有：工业废水向地下直接排放，受污染的地表水侵入到地下含水层中，人畜粪便或因过量使用农药而受污染的水渗入地下等。污染的结果是使地下水中的有害成分如酚、铬、汞、砷、放射性物质、细菌、有机物等的含量增高。污染的地下水对人体健康和工农业生产都有危害。

目前常用的地下水污染处理方法有：

物理处理法

物理法是用物理的手段对受污染地下水进行治理的一种方法，概括起来又可分为：

①屏蔽法

该法是在地下建立各种物理屏障，将受污染水体圈闭起来，以防止污染物进一步扩散蔓延。常用的灰浆帷幕法是用压力向地下灌注灰浆，在受污染水体周围形成一道帷幕，从而将受污染水体圈闭起来。其他的物理屏障法还有泥浆阻水墙、振动桩阻水墙、板桩阻水墙、块状置换、膜和合成材料帷幕圈闭法等，原理都与灰浆帷幕法相似。总的来说，物理屏蔽法只有在处理小范围的剧毒、难降解污染物时才可考虑作为一种永久性的封闭方法，多数情况下，它只是在地下水污染治理的初期，被用作一种临时性的控制方法。

②被动收集法

该法是在地下水流的下游挖一条足够深的沟道，在沟内布置收集系统，将水面漂浮的污染物质如油类污染物等收集起来，或将所有受污染地下水收集起来以便处理的一种方法。被动收集法一般在处理轻质污染物(如油类等)时比较有效，它在美国治理地下水油污染时得到过广泛的应用。

地下水污染水动力控制法

水动力控制法是利用井群系统，通过抽水或向含水层注水，人为地改变地下水的水力梯度，从而将受污染水体与清洁水体分隔开来。根据井群系统布置方式的不同，水力控制法又可分为上游分水岭法和下游分水岭法。上游分水岭法是在受污染水体的上游布置一排注水井，通过注水井向含水层注入清水，使得在该注水井处形成一地下分水岭，从而阻止上游清洁水体向下补给已被污染水体；同时，在下游布置一排抽水井将受污染水体抽出处理。而下游分水岭法则是在受污染水体下游布置一排注水井注水，在下游形成一分水岭以阻止污染羽流向下游扩散，同时在上游布置一排抽水井，抽出清洁水并送到下游注入。同样，水动力控制法一般也用作一种临时性的控制方法，在地下水污染治理的初期用于防止污染物的扩散蔓延。

地下水污染抽出处理法

抽取和处理系统的目的包括对污染物羽流的水力控制以及从地下水中去除污染物。抽出处理法是当前应用很普遍的一种方法，可根据污染物类型和处理费用来选用，大致可分为三类：

①物理法。包括：吸附法、重力分离法、过滤法、反渗透法、气吹法和焚烧法等。

②化学法。包括：混凝沉淀法、氧化还原法、离子交换法和中和法等。

③生物法。包括：活性污泥法、生物膜法、厌氧消化法和土壤处置法等。受污染地下水抽出后的处理方法与地表水的处理相同，需要指出的是，在受污染地下水的抽出处理中，井群系统的建立是关键，井群系统要能控制整个受污染水体的流动。处理后地下水的去向有两个，一是直接使用，另一个则是用于回灌。用于回灌多一些的原因是回灌一方面可稀释受污染水体，冲洗含水层；另一方面还可加速地下水的循环流动，从而缩短地下水的修复时间。

地下水污染原位处理法

原位处理法是地下水污染治理技术研究的热点，不但处理费用相对节省，而且还可减少地表处理设施，最大程度地减少污染物的暴露，减少对环境的扰动，是一种很有前景的地下水污染治理技术。原位处理技术又包括物理化学处理法及生物处理法。

1、物理化学处理法

①加药法。通过井群系统向受污染水体灌注化学药剂，如灌注中和剂以中和酸性或碱性渗滤液，添加氧化剂降解有机物或使无机化合物形成沉淀等。

②渗透性处理床。渗透性处理床主要适用于较薄、较浅含水层，一般用于填埋渗滤液的无害化处理。具体做法是在污染羽流的下游挖一条沟，该沟挖至含水层底部基岩层或不透水粘土层，然后在沟内填充能与污染物反应的透水性介质，受污染地下水流入沟内后与该介质发生反应，生成无害化产物或沉淀物而被去除。常用的填充介质有：a.灰岩，用以中和酸性地下水或去除重金属；b.活性炭，用以去除非极性污染物和ccl4、苯等；c.沸石和合成离子交换树脂，用以去除溶解态重金属等。

③土壤改性法。利用土壤中的粘土层，通过注射井在原位注入表面活性剂及有机改性物质，使土壤中的粘土转变为有机粘土。经改性后形成的有机粘土能有效地吸附地下水中的有机污染物。

④冲洗法。对于有机烃类污染，可用空气冲洗，即将空气注入到受污染区域底部，空气在上升过程中，污染物中的挥发性组分会随空气一起溢出，再用集气系统将气体进行收集处理；也可采用蒸汽冲洗，蒸汽不仅可以使挥发性组分溢出，还可以使有机物热解；另外，用酒精冲洗亦可。理论上，只要整个受污染区域都被冲洗过，则所有的烃类污染物都会被去除。

⑤射频放电加热法。通入电流使污染物降解。原位物化法在运用时需要注意的是堵塞问题，尤其是当地下水中存在重金属时，物化反应易生成沉淀，从而堵塞含水层，影响处理过程的进行。

2、生物处理法

原位生物修复的原理实际上是自然生物降解过程的人工强化。它是通过采取人为措施，包括添加氧和营养物等，刺激原位微生物的生长，从而强化污染物的自然生物降解过程。通常原位生物修复的过程为：先通过试验研究，确定原位微生物降解污染物的能力，然后确定能最大程度促进微生物生长的氧需要量和营养配比，最后再将研究结果应用于实际。如今所使用的各种原位生物修复技术都是围绕各种强化措施来进行的，例如强化供氧技术大致有以下几种：

①生物气冲技术。该技术与原位物化法中的气冲技术相似，都是将空气注入受污染区域底部，所不同的是生物气冲的供气量要小一些，只要能达到刺激微生物生长的供气量即可。

②溶气水供氧技术。这是由维吉尼亚多种工艺研究所的研究人员开发的技术，它能制成一种由2/3气和1/3水组成的溶气水，气泡直径可小到55μm。把这种气水混合物注入受污染区域，可大大提高氧的传递效率。

③过氧化氢供氧技术。该技术是把过氧化氢作为氧源注入到受污染地下水中，过氧化氢分解以后产生氧以供给微生物生长。过氧化氢常常要与催化剂一起注入，催化剂用以控制过氧化氢的分解速度，使之与微生物的耗氧速度相一致。

强化营养物供应的技术有渗透墙技术等。该技术是在污染区域内垂直于地下水流方向建一道渗透墙，先将渗透墙内的水抽出，添加营养物后再回灌入渗透墙。这时，添加了营养物的渗透墙就成了一个营养物扩散源，在渗透墙下游就会形成一个生物活跃区，从而强化了生物降解过程。

另外，强化措施还可以从微生物的角度入手。可以先在地表设施中对微生物进行选择性培养，然后再通过注射井注入到受污染区域，或直接引进商品化菌种，都可以起到强化生物降解过程的作用。总的来说，原位生物修复技术具体的工艺形式很多，但其原理无非都是自然生物降解过程的人工强化。一般情况下，原位生物修复要与井群系统配合运行，即通过抽水井与注水井的配合，以加速地下水的流动及氧和营养物的扩散，从而缩短处理时间。

但是上述这些方法，有的只停留在原理阶段，有的只停留在实验室阶段，有的可以应用于实际，但是成本很高，难以实行，还有的引入二次污染物质，本申请方法可以克服上述这些缺点，采用复合高效臭氧-双氧水氧化法，可以把地下水或者水体中有机污染物质彻底氧化分解呈二氧化碳和水，是一种目前最环保友好的方法。

技术实现要素：

发明目的：针对上述技术缺陷，本发明提供一种复合高效强化修复土壤地下水及水体有机污染设备制造方法，用于快速消除土壤地下水、污染水体、工厂及生活污水、油田废水、化工废水、养殖废水和生活废水中有机污染物质，同时快速消除这些污水中的有害生物，保护水体生态环境。

技术方案：一种复合高效强化修复土壤地下水及水体有机污染设备及应用，步骤为：a.一个长150-400cm，宽50-150cm，高150-200cm的方形柜体，分别装有配电柜、变频器、单片机控制器、可调升压变压器、空气干燥过滤器、空气压缩机、高压液体输送泵、污水输送泵、搅拌器、反应器、射流管、双氧水输送泵、4-10对耐腐蚀高压电极板、电极之间放置1-10块绝缘介质板等，所有部件都跟柜体连接固定。接通电源，根据需要进行变频，然后调节升压变压器输出电压，向电极加上高压，产生高压辉光放电，将输入的压缩空气电离，产生臭氧分子，在压缩空气压力的冲击下，臭氧分子进入反应器与高压液体输送泵抽取的土壤地下水或者水体污水经过两排相对的射流管对射混合，在反应器内发生化学反应，同时开动双氧水输送泵，将双氧水泵入反应器中，开动搅拌器进行强制传质，混合，臭氧和双氧水快速把有机物氧化分解成co2和h2o，臭氧变成氧气，双氧水变成水和氧气，再经输送泵抽出反应器外，或者回流至土壤地下水，或者回流至水体中；b.在上述a装置中，方形柜体采用金属或合金制成，绝缘导体采用石英/陶瓷/玻璃/花岗岩/长石等，4-10块电极板块可以是金属/高强度合金/碳块等，接通电源，经过变频器变频至300-1500hz，调节升压变压器，向相对两个电极输出高压(3000-9000v)，产生辉光放电，将压缩空气电离，产生臭氧，然后开动污水进水泵，污水流经两排相对的射流管互相对射，强制将含有有机污染物的水与臭氧分子混合；同时开动双氧水泵，向反应器中输入双氧水，强化臭氧分子的氧化作用，在反应器中进行臭氧和双氧水与有机物强烈的氧化还原反应，迅速把有机物氧化分解，同时把有害微生物杀死，根据地下水或者水体中有机污染物的种类和浓度，保持不同的反应时间，定时将反应完成的水用泵抽出，回流至地下水或者水体，不断循环进行；c.在上述b处理过程中，地下水或者水体有机污水进水泵自动进水，根据液面位置和臭氧、双氧水与有机物质反应时间自动或手动控制进行，调节变频器和单片机控制器，可以调节可调升压变压器输出电压和频率，从而控制电极放电强度和效率，控制臭氧产生的速度和质量，控制反应器中臭氧、双氧水与有机污染物质的反应过程和速度，根据有机物不同种类和浓度控制进入反应器的双氧水的数量；d.上述土壤地下水或者水体有机污水处理过程结束，水中有机污染物质绝大部分被彻底氧化分解成co2和h2o；几乎没有二次污染，能快速修复土壤地下水和各种水污染。

所述一种复合高效强化修复土壤地下水及水体有机污染设备在土壤地下水、河水、湖水、井水、工厂废水、化工废水、油田废水、养殖场废水、生活污水的有机污染防控和修复上的应用。

有益效果：本发明能高效快速地最大限度的去除土壤地下水和水体或者工厂、生活污水中有机污染物和有害微生物，修复土壤地下水、水体水和各种工厂及生活有机物谁，保障人体健康，维护土壤和水生态环境安全。

本发明与现有技术相比：

1)本发明中采用变频器和可调式升压变压器输出高电压引起电极高压辉光放电产生的臭氧与地下污水和水体污水混合臭氧-双氧水强化氧化技术，方法简便、技术简单易行、可操作性强、成本低廉、实用性强；

2)本发明采用的臭氧-双氧水强化氧化技术，能同时消除土壤地下水、水体水和各种有机污水中有害有机化学物质和有害生物，减少了有害化学品的投入，降低了地下水和污水处理后的有害物质残留，跟目前常用的单一化学或物理处理相比，引入的二次污染物、残留物和二次污染物几乎可以忽略，因为臭氧水最后变成氧气，双氧水变成水和氧气，与单一化学、物理或生物技术相比，能同时去除地下水地表水污水中多种有机污染物和有害生物。

附图说明

图1是本设备使用效果。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步的描述：

实施例1：

1.一个长150cm，宽50cm，高150cm的方形柜体，分别装有配电柜、变频器、单片机控制器、可调升压变压器、空气干燥过滤器、空气压缩机、高压液体输送泵、污水输送泵、搅拌器、反应器、射流管、双氧水输送泵、4对耐腐蚀高压电极板、电极之间放置1块绝缘介质板等，所有部件都跟柜体连接固定。接通电源，根据需要进行变频，然后调节升压变压器输出电压，向电极加上高压，产生高压辉光放电，将输入的压缩空气电离，产生臭氧分子，在压缩空气压力的冲击下，臭氧分子进入反应器与高压液体输送泵抽取的土壤地下水或者水体污水经过两排相对的射流管对射混合，在反应器内发生化学反应，同时开动双氧水输送泵，将双氧水泵入反应器中，开动搅拌器进行强制传质，混合，臭氧和双氧水快速把有机物氧化分解成co2和h2o，臭氧变成氧气，双氧水变成水和氧气，再经输送泵抽出反应器外，或者回流至土壤地下水，或者回流至水体中；

2.在上述1装置中，方形柜体采用金属或合金制成，绝缘导体采用石英/陶瓷/玻璃/花岗岩/长石等，4块电极板块可以是金属/高强度合金/碳块等，接通电源，经过变频器变频至1500hz，调节升压变压器，向相对两个电极输出高压(9000v)，产生辉光放电，将压缩空气电离，产生臭氧，然后开动污水进水泵，污水流经两排相对的射流管互相对射，强制将含有有机污染物的水与臭氧分子混合；同时开动双氧水泵，向反应器中输入双氧水，强化臭氧分子的氧化作用，在反应器中进行臭氧和双氧水与有机物强烈的氧化还原反应，迅速把有机物氧化分解，同时把有害微生物杀死，根据地下水或者水体中有机污染物的种类和浓度，保持不同的反应时间，定时将反应完成的水用泵抽出，回流至地下水或者水体，不断循环进行；

3.在上述2处理过程中，地下水或者水体有机污水进水泵自动进水，根据液面位置和臭氧、双氧水与有机物质反应时间自动或手动控制进行，调节变频器和单片机控制器，可以调节可调升压变压器输出电压和频率，从而控制电极放电强度和效率，控制臭氧产生的速度和质量，控制反应器中臭氧、双氧水与有机污染物质的反应过程和速度，根据有机物不同种类和浓度控制进入反应器的双氧水的数量；

4.上述土壤地下水或者水体有机污水处理过程结束，水中有机污染物质绝大部分被彻底氧化分解成co2和h2o；几乎没有二次污染，能快速修复土壤地下水和各种水污染。该法及设备在土壤地下水、河水、湖水、井水、工厂废水、化工废水、油田废水、养殖场废水、生活污水的有机污染防控和修复上的应用。

实施例2：

1.一个长200cm，宽100cm，高180cm的方形柜体，分别装有配电柜、变频器、单片机控制器、可调升压变压器、空气干燥过滤器、空气压缩机、高压液体输送泵、污水输送泵、搅拌器、反应器、射流管、双氧水输送泵、6对耐腐蚀高压电极板、电极之间放置3块绝缘介质板等，所有部件都跟柜体连接固定。接通电源，根据需要进行变频，然后调节升压变压器输出电压，向电极加上高压，产生高压辉光放电，将输入的压缩空气电离，产生臭氧分子，在压缩空气压力的冲击下，臭氧分子进入反应器与高压液体输送泵抽取的土壤地下水或者水体污水经过两排相对的射流管对射混合，在反应器内发生化学反应，同时开动双氧水输送泵，将双氧水泵入反应器中，开动搅拌器进行强制传质，混合，臭氧和双氧水快速把有机物氧化分解成co2和h2o，臭氧变成氧气，双氧水变成水和氧气，再经输送泵抽出反应器外，或者回流至土壤地下水，或者回流至水体中；

2.在上述1装置中，方形柜体采用金属或合金制成，绝缘导体采用石英/陶瓷/玻璃/花岗岩/长石等，6块电极板块可以是金属/高强度合金/碳块等，接通电源，经过变频器变频至900hz，调节升压变压器，向相对两个电极输出高压(5000v)，产生辉光放电，将压缩空气电离，产生臭氧，然后开动污水进水泵，污水流经两排相对的射流管互相对射，强制将含有有机污染物的水与臭氧分子混合；同时开动双氧水泵，向反应器中输入双氧水，强化臭氧分子的氧化作用，在反应器中进行臭氧和双氧水与有机物强烈的氧化还原反应，迅速把有机物氧化分解，同时把有害微生物杀死，根据地下水或者水体中有机污染物的种类和浓度，保持不同的反应时间，定时将反应完成的水用泵抽出，回流至地下水或者水体，不断循环进行；

3.在上述2处理过程中，地下水或者水体有机污水进水泵自动进水，根据液面位置和臭氧、双氧水与有机物质反应时间自动或手动控制进行，调节变频器和单片机控制器，可以调节可调升压变压器输出电压和频率，从而控制电极放电强度和效率，控制臭氧产生的速度和质量，控制反应器中臭氧、双氧水与有机污染物质的反应过程和速度，根据有机物不同种类和浓度控制进入反应器的双氧水的数量；

4.上述土壤地下水或者水体有机污水处理过程结束，水中有机污染物质绝大部分被彻底氧化分解成co2和h2o；几乎没有二次污染，能快速修复土壤地下水和各种水污染。该法及设备在土壤地下水、河水、湖水、井水、工厂废水、化工废水、油田废水、养殖场废水、生活污水的有机污染防控和修复上的应用。

实施例3

1.一个长400cm，宽150cm，高200cm的方形柜体，分别装有配电柜、变频器、单片机控制器、可调升压变压器、空气干燥过滤器、空气压缩机、高压液体输送泵、污水输送泵、搅拌器、反应器、射流管、双氧水输送泵、10对耐腐蚀高压电极板、电极之间放置10块绝缘介质板等，所有部件都跟柜体连接固定。接通电源，根据需要进行变频，然后调节升压变压器输出电压，向电极加上高压，产生高压辉光放电，将输入的压缩空气电离，产生臭氧分子，在压缩空气压力的冲击下，臭氧分子进入反应器与高压液体输送泵抽取的土壤地下水或者水体污水经过两排相对的射流管对射混合，在反应器内发生化学反应，同时开动双氧水输送泵，将双氧水泵入反应器中，开动搅拌器进行强制传质，混合，臭氧和双氧水快速把有机物氧化分解成co2和h2o，臭氧变成氧气，双氧水变成水和氧气，再经输送泵抽出反应器外，或者回流至土壤地下水，或者回流至水体中；

2.在上述1装置中，方形柜体采用金属或合金制成，绝缘导体采用石英/陶瓷/玻璃/花岗岩/长石等，10块电极板块可以是金属/高强度合金/碳块等，接通电源，经过变频器变频至500hz，调节升压变压器，向相对两个电极输出高压(3000v)，产生辉光放电，将压缩空气电离，产生臭氧，然后开动污水进水泵，污水流经两排相对的射流管互相对射，强制将含有有机污染物的水与臭氧分子混合；同时开动双氧水泵，向反应器中输入双氧水，强化臭氧分子的氧化作用，在反应器中进行臭氧和双氧水与有机物强烈的氧化还原反应，迅速把有机物氧化分解，同时把有害微生物杀死，根据地下水或者水体中有机污染物的种类和浓度，保持不同的反应时间，定时将反应完成的水用泵抽出，回流至地下水或者水体，不断循环进行；

3.在上述2处理过程中，地下水或者水体有机污水进水泵自动进水，根据液面位置和臭氧、双氧水与有机物质反应时间自动或手动控制进行，调节变频器和单片机控制器，可以调节可调升压变压器输出电压和频率，从而控制电极放电强度和效率，控制臭氧产生的速度和质量，控制反应器中臭氧、双氧水与有机污染物质的反应过程和速度，根据有机物不同种类和浓度控制进入反应器的双氧水的数量；

4.上述土壤地下水或者水体有机污水处理过程结束，水中有机污染物质绝大部分被彻底氧化分解成co2和h2o；几乎没有二次污染，能快速修复土壤地下水和各种水污染。该法及设备在土壤地下水、河水、湖水、井水、工厂废水、化工废水、油田废水、养殖场废水、生活污水的有机污染防控和修复上的应用。

本发明的应用实例：

将本发明技术用于污染土壤地下水有机污染治理的应用上。

1、参照实施例1，采用本技术处理含有有机污染物苯酚、六六六、对硫磷和菊酯污染的土壤地下水，经过处理后，跟没有采用本技术的对照土壤相比，土壤中残留苯酚d减少92.9％，六六减少83.5％，对硫磷减少95.9％，菊酯减少94.9％(图1)；

2、参照实施例2，采用本技术处理含有有机污染物苯酚、六六六、对硫磷和菊酯污染的土壤地下水，经过处理后，跟没有采用本技术的对照土壤相比，土壤中残留苯酚d减少94.3％，六六减少84.5％，对硫磷减少93.2％，菊酯减少91.7％；

3、参照实施例3，采用本技术处理含有有机污染物苯酚、六六六、对硫磷和菊酯污染的土壤地下水，经过处理后，跟没有采用本技术的对照土壤相比，土壤中残留苯酚d减少89.3％，六六减少85.2％，对硫磷减少96.5％，菊酯减少96.3％。