一种用于地下水原位、抽出处理的臭氧高级氧化系统的制作方法

1.本发明属于环境保护领域，涉及一种用于地下水原位、抽出处理的臭氧高级氧化系统。


背景技术：

2.随着社会的发展,有机废物的排放也日益增多，污染物沿包气带垂向入渗，并随地下水流迁徙和扩散，导致土壤和地下水污染越来越严重。20世纪 60年代开始，地下水污染逐渐加剧，地下水的修复技术也随之发展起来。国外在地下水污染治理方面取得了很大进展，且逐渐发展形成了较为系统的地下水污染治理技术。常见的地下水修复技术大致分为三种：原位修复技术，异位修复技术和自然衰减修复。
3.地下水原位修复技术指对污染源及污染水体进行原地恢复和处理的一种方法，常见的形式有原位化学氧化、生物修复、渗透性反应墙修复技术等。
4.专利cn111825222a涉及一种管模拟原位生物修复装置，包括原位生物修复试验管，与原位生物修复试验管连接的异位处理出水调节罐以及高位碳源补给罐，原位生物修复试验管内部均匀填充模拟含矿含水层矿石，原位生物修复试验管的两端封堵且带有多个取样监测口。专利cn109775862a涉及反应墙修复，修复井置于地下水反应主井中，修复井包含抽水井和曝气井，曝气井内设有曝气管，曝气管连接地面的空压机，曝气管安装于修复井中心底部，曝气井内装有样品自动采集装置，修复井与地下水反应主井之间填充有滤料；可渗透性反应处理单元包含若干个为夹层结构的反应单元组件，相邻单个反应单元之间设有定位连接槽，连接后的反应单元放置修复井管内，混合生物填料装载于反应单元的夹层空间内；可渗透性反应单元内安装有水质分析探头；两翼防渗墙置于修复井两侧翼，两翼防渗墙的作业纵向深度穿透第一层潜水含水层；出水监测池设于地面以下，出水监测池内安装有水质水位自动化监测系统；自动化控制系统采用plc控制系统。而通过注入fenton试剂、过硫酸盐等的化学氧化法被广泛应用在我国有机污染的场地中。
5.fenton试剂氧化还原电位高，能氧化大多数有机物，反应迅速，但其反应ph需控制在3左右，容易导致地下水自然生态系统的破坏。
6.过硫酸钠做氧化剂时，其分解可生成新的活性物质硫酸盐自由基，在强碱条件下，so4‑
·
能与oh
‑
反应生成更多的羟基自由基
·
oh，故需选用氢氧化钠溶液调节过硫酸钠氧化体系的ph，氢氧化钠溶液的加入会引起地下水和土壤环境ph下降，破坏酸碱平衡。另外，硫酸根自由基高级氧化过程中硝基副产物的生成机制研究中指出，硫酸根自由基的强氧化性使得它在有效降解有机污染物的同时，也能氧化环境中普遍存在的亚硝酸盐(no2‑
)，生成二氧化氮自由基(no2·
)。二氧化氮自由基作为一种亲电性的自由基，能够迅速和环境介质中的腐殖质反应，转化为硝基酚、二硝基酚等一系列硝基芳香化合物。这类污染物具有持久性和致死、致畸、致突变的“三致”毒性，对生态系统和人群健康带来潜在风险。且过硫酸钠在降解污染物的同时产生的so
42
‑
，导致地下水so
42
‑
超标，处理难度大，同样造成二次污染。
7.臭氧是氧的一种同素异形体，其氧化还原电位为2.07ev，可以氧化水中多种有机
污染物，达到水质净化的目的，主要途径有两种：一是臭氧分子与有机污染物间的直接氧化作用，另一种是臭氧被分解后产生羟基自由基，间接的与水中有机污染物作用，臭氧与有机污染物的间接作用是非选择性的，羟基自由基具有极强的氧化性(氧化还原电位2.8ev)，可与水中多种有机物反应达到除去污染物的目的，且无二次污染。
8.因此，亟需设计一种用于地下水原位、抽出处理的臭氧高级氧化系统，解决目前存在的技术问题。


技术实现要素：

9.本发明的目的是针对上述技术问题，提供的一种用于地下水原位、抽出处理的臭氧高级氧化系统，其结构合理，操作便捷，能够根据不同场地条件，灵活切换原位注入和抽出处理的处理方式，显著提高了臭氧氧化工艺的处理效率。
10.为解决上述技术问题，本发明提供的一种用于地下水原位、抽出处理的臭氧高级氧化系统，包括臭氧制备装置和氧化反应装置，所述臭氧制备装置制备的臭氧在氧化反应装置的防返水罐处可切换通入注入井进行臭氧原位氧化或通入氧化反应装置的臭氧反应塔，臭氧反应塔填充催化剂填料，在催化剂的催化下臭氧与抽出至臭氧反应塔的污水反应以去除污染物；
11.所述臭氧制备装置包括臭氧发生器、空压机、冷干机及制氧机，空压机制得的压缩空气经过两级过滤后、经由冷干机干燥后存储于压缩空气储罐中，压缩空气储罐中压缩空气送至制氧机，由制氧机的吸附器吸附氮气及二氧化碳，使得氧气在气相中富集，制氧机制备的氧气储存至氧气缓存罐中，氧气缓存罐的氧气进入臭氧发生器制得臭氧；
12.所述氧化反应装置包括污水进水泵、袋式过滤器、臭氧反应塔，地下水从抽水井进入污水调节池，污水调节池出水通过进水泵经由袋式过滤器进水泵进入臭氧反应塔，所述臭氧反应塔中填充有催化剂填料。
13.作为优选实施例，所述臭氧发生器将制氧机制备的氧气通过中频高压放电生成臭氧，臭氧发生器的放电管采用高硼硅石英玻璃材料制成。
14.作为优选实施例，臭氧制备装置还包括冷水机，所述放电管的外侧配置循环冷却水夹套，所述循环冷却水夹套的管路与冷水机连通。
15.作为优选实施例，臭氧供气管路设置在防返水罐上端，防返水罐配置磁翻板液位计和放空电磁阀，磁翻板液位计对罐内液位监控，并由放空电磁阀自动开启排出达到设定高度的贮水。
16.作为优选实施例，所述臭氧制备装置的空压机制备的压缩空气与臭氧交替通入注入井，以增强臭氧的扩散能力。
17.作为优选实施例，所述氧化反应装置还包括药剂箱，药剂箱中药剂为双氧水，根据需要药剂可切换投加至臭氧反应塔或注入井。双氧水能够促进羟基自由基产生，以将有机物降解为二氧化碳和水。
18.作为优选实施例，所述臭氧反应塔的数量为多个，其串联设置；所述臭氧反应塔的内部设置微孔曝气头，所述微孔曝气头产生的微气泡能够提高臭氧的传质速度，强化臭氧的氧化能力。
19.作为优选实施例，所述臭氧反应塔填充的填料为臭氧催化剂，其根据要去除的不
同污染物及反应条件，选择fe
2+
、fe
3+
、mn
2+
、ni
2+
、nio或al2o3等。
20.作为优选实施例，氧化反应装置还包括臭氧毁灭器，臭氧毁灭器与臭氧反应塔连接。所述臭氧毁灭器利用催化剂mno2在105℃高温下加热破坏臭氧反应塔中未被利用的臭氧。
21.作为优选实施例，所述臭氧制备装置制备的臭氧通过氧化反应装置的防返水罐通入注入井进行臭氧原位氧化时，臭氧制备装置出气管道压力设置在 0.3mpa。具体地，所述的臭氧发生器出气管道压力通过压力变送器和电动调节阀联锁作用设置在0.3mpa，以克服臭氧注入时地下水和土壤的压损。
22.本发明有益效果：
23.(1)本发明能够根据不同场地条件，切换原位注入和抽出处理，操作便捷，显著提高了臭氧氧化工艺进行地下水修复的效率。
24.(2)为增强臭氧扩散范围，向注入井交替式注入压缩空气进行扰动，同时注入双氧水药剂协同催化增效，加速臭氧氧化地下水中的污染物，使处理效果达到最佳。
25.(3)臭氧经过防返水罐通入臭氧反应塔，启动进水泵，污水经过袋式过滤器后依次进入串联的三级反应塔；在反应塔内的臭氧与污水混合，在催化剂的催化下反应去除污染物；处理后的污水由3#反应塔出口流出进入出水箱，通过出水泵回灌地下水或外排；反应塔内未充分反应的臭氧自顶部进入臭氧毁灭器，达标后排放到大气中。
26.(4)为防止催化剂堵塞，从臭氧制备装置的压缩空气储罐后连接三条支路至每级臭氧反应塔，自反应塔底部通入压缩空气，每条支路上配置手动球阀，可根据实际运行情况进行调控。
附图说明
27.通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
28.图1是本发明所述一种用于地下水原位、抽出处理的臭氧高级氧化系统之臭氧制备装置的平面图；
29.图2是本发明所述一种用于地下水原位、抽出处理的臭氧高级氧化系统之氧化反应装置的平面图。
30.附图中，各标号所代表的部件如下：
31.1、臭氧发生器；2、冷水机；3、制氧机；4、空压机；5、冷干机；6、配电柜；7、防返水罐；8、进水泵；9、袋式过滤器；10、1#臭氧反应塔； 11、2#臭氧反应塔；12、3#臭氧反应塔；13、出水储罐；14、出水泵；15、药剂箱；16、计量泵；17、臭氧毁灭器；18、电控柜；19、臭氧进气口； 20、进水口；21、出水口；22、臭氧出气口；23、压缩空气出气口；24、压缩空气进气口。
具体实施方式
32.下面结合具体实施例和附图，对本发明进行详细说明。
33.在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书和说明书所公开的内容采用显而
易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
34.本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
35.本技术所述一种用于地下水原位、抽出处理的臭氧高级氧化系统，其包括臭氧制备装置和氧化反应装置，其示意图，如图1及图2所示。包括臭氧制备装置和氧化反应装置，所述臭氧制备装置制备的臭氧在氧化反应装置的防返水罐处可切换通入注入井进行臭氧原位氧化或通入氧化反应装置的臭氧反应塔，臭氧反应塔填充催化剂填料，在催化剂的催化下臭氧与抽出至臭氧反应塔的污水反应以去除污染物。
36.所述臭氧制备装置包括臭氧发生器1、空压机4、冷干机5、制氧机3及冷水机2，压缩空气经过两级过滤、经由冷干机干燥后，由制氧机的吸附器吸附氮气及二氧化碳，使得氧气在气相中富集，制氧机制备的氧气储存至氧气缓冲罐中。
37.本发明装置利用变压吸附(psa，pressure swing adsorption)制氧机制备氧气。臭氧制备装置中所用的原料为空气，在常温条件下，压缩空气经过两级过滤器过滤，通过冷干机5除水干燥后进入1#吸附器，利用psa技术使空气中的氮气、二氧化碳等杂质被分子筛所吸附，而氧气在气相中得到富集，从制氧机出口流出贮存在氧气缓存罐中。当吸附器运行到一定程度达到饱和状态，分子筛被迅速降压，解析出已吸附的成份，1#吸附器和2#吸附器交替运行，得到纯度约90
‑
94％的氧气。
38.合格的气态氧气经0.01μm级过滤后进入臭氧发生器1的进气管道，进出管道分别设置电动调节阀和压力变送器，管道压力控制在给定值上。若实际压力与给定压力有差异，则调节器输出信号调节阀门开度。本发明中的臭氧发生器1的出气管道压力为满足原位注入的要求设置为0.3mpa。相比常规臭氧发生器，压力显著提高，发生器壳体容器采用压力容器设计。稳压后的氧气进入臭氧发生室，利用成熟的双间隙放电法，在臭氧发生室内部分氧气通过中频(400
‑
1,000hz)高压放电生成臭氧。放电管是臭氧发生器的关键，本发明装置放电管采用高硼硅石英玻璃材质，电极采用不锈钢316材质，因为反应压力升高，放电反应元件等也相应进行了优化处理，以提高系统长期运行的可靠性。
39.臭氧发生器1运行时会产生大量热能，为保证系统运行安全，臭氧发生器 1在放电管外侧设置了循环冷却水夹套；冷却水流经夹套将臭氧发生器1产生的热量带走，以实现将热能外排的目的。另外，本发明设置冷水机2，循环水经冷水机2流出，交换热能后通过冷却水上水管回到冷水机2，形成一个循环系统。循环液正常采用去离子水，为考虑冬天防冻，亦可采用防冻液。
40.图2所示的实施例中，氧化反应装置还包括污水进水泵、袋式过滤器9、臭氧反应塔、臭氧毁灭器17及药剂箱15，地下水从抽水井进入污水调节池，污水通过进水泵经由袋式过滤器进水泵进入臭氧反应塔，臭氧反应塔中填充催化剂填料。图2中设置了3个串联的臭氧反应塔，1#臭氧反应塔11、2#臭氧反应塔12和3#臭氧反应塔13。
41.作为本发明的一个实施例，地下水抽出处理对应的技术方案如下：地下水从抽出井抽出进入污水调节池，通过进水泵8进入3级臭氧反应塔。为截留污水中悬浮物，泵后设置过滤精度5μm的袋式过滤器9，臭氧反应塔为圆柱立式结构，3级串接，碳钢防腐材质。每个反
应塔内相应设置钛钢微孔曝气头，微气泡不仅能够提高臭氧的传质速度，而且可以强化臭氧的氧化能力。
42.臭氧从臭氧发生器1出口通过供气管路进入臭氧反应塔。为防止污染水返流进臭氧发生器，所述的臭氧发生器1和反应塔之间设置气液分离的防返水罐7，并配有磁翻板液位计和放空电磁阀。供气管路设置在防返水罐上端，运行时若污水返流，则返流至防返水罐，磁翻板液位计对罐内液位监控，当达到一定高度时，放空电磁阀自动开启，将贮水排出。臭氧经过防返水罐后分别进入3个反应塔，从曝气盘释放与水接触，因微气泡粒径小，所以气泡上升速度慢，存在时间长，影响范围大，传质效果好。
43.同时，塔内填充臭氧催化剂，臭氧催化技术也是利用反应过程中产生的大量羟基自由基来氧化分解水中的有机物，催化剂的加入可加速加强氧化反应。三台反应塔内根据去除不同污染物及反应条件等分别选择fe
2+
、fe
3+
、mn
2+
、ni
2+
、nio或al2o3等催化剂，以达到对污染物最佳的去除效果。
44.催化剂填充量可根据水质进行小试确定，为防止催化剂填料堵塞，本发明从臭氧制备装置的压缩空气储罐后设置三条支路分别接至每级臭氧反应塔，自反应塔底部通入压缩空气进行反冲洗，每条支路上配置手动球阀，可根据实际运行情况进行调控。
45.由于受到水质和扩散装置的多重影响，反应塔内的臭氧吸收率无法达到 100％，故本发明装置采用加热催化法对反应塔排出的尾气进行二次处理。臭氧在350℃时可在2s内分解，但会产生较大能耗。所述的臭氧毁灭器，用于对尾气进行持续加热，利用催化剂mno2增强分解作用，在温度达到 105℃时，即可破坏臭氧结构，使尾气达到可排放标准。
46.进一步地，三级反应塔出水进入出水储罐13，再经出水泵14外排或泵送出水至地下水回注井。出水储罐设置磁翻板液位计，用于出水泵的低液位停泵保护及罐内水位上升至预设液位后泵的重启等。
47.作为本发明的另一个实施例，在进行臭氧原位注入处理时，其技术方案如下：臭氧自防返水罐后另设单独管路分别接入各个注入井中，通过注入井内的曝气管释放进入饱水带扩散，为了更好的使得臭氧在土壤和地下水中扩散，臭氧发生器出口压力通过压力变送器和电动调节阀联锁作用设置在0.3mpa，以克服臭氧注入时地下水和土壤的压损。
48.为使臭氧在饱水带扩散均匀，保证一定的影响半径，本发明采用向注入井通压缩空气的方式。在臭氧制备装置的压缩空气储罐的后侧设置支路，以连接到防返水罐后供气管路，压缩空气与臭氧交替式注入，通过压缩空气的扰动加强臭氧的扩散范围。
49.本发明在氧化反应装置设置药剂箱15和计量泵，药剂箱中药剂优选为双氧水，臭氧搭配双氧水协同增效氧化，加入双氧水会促进羟基自由基产生，与单一臭氧氧化过程相比，有机物的最终降解产物为二氧化碳和水，降解速度可显著提高且不会产生二次污染。
50.进水泵本发明中，臭氧制备装置整合于单独集装箱内，氧化反应装置整合至撬装平台上，以提高作业的便捷性。
51.相比于现有技术的缺点和不足，本发明提供的一种用于地下水原位、抽出处理的臭氧高级氧化系统，其结构合理，操作便捷，能够根据不同场地条件，灵活切换原位注入和抽出处理的处理方式，显著提高了臭氧氧化工艺修复地下水污染的处理效率。
52.本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方
案，均落在本发明的保护范围之内。