CN111732297A - 强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法和装置，该方法包括：在微气泡发生器中，将抽出到地表的石油烃污染的地下水和含氧气体进行混合，形成第一气水混合物。将第一气水混合物通过油水分离装置进行油水分离，并将油水分离装置分离油类物质后排出的第二气水混合物回注至受到石油烃污染的地下水层。通过微气泡发生器可将污染度高的石油烃污染的地下水与含氧气体进行作用，使得较多的氧气溶解在水中，再经过油水分离除去油类物质后，使富含溶解氧、干净的气水混合物回注至地下水层。由于水中溶解较多的微纳米气泡，溶解的氧气在地下水中缓慢释放，形成有效曝气，提高地下水中微生物的生物降解活性，进而达到强化自然衰减的目的。

Description

强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法和装置

技术领域

本发明涉及地下水修复技术领域，具体而言，涉及一种强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法和装置。

背景技术

近几十年来，炼油和化工行业在快速发展的同时也对生态环境产生很多不利影响，其中之一就是对生产、经营场地的土壤和地下水造成了巨大的污染。石油烃是污染场地的土壤和地下水中典型的有机污染物，包括烷烃、酚类、和苯系物(BTEX)等挥发性有机物质，主要来自于炼厂和加油站的储油罐、输油和排污管线泄漏、石油污水排放等。这些石油烃类污染物不仅会破坏周边的生态环境，影响土壤性质、水体功能以及动植物生长，而且会对周围居民的身心健康产生长期的不利影响，因此为了生态安全，需要对被污染的地下水进行有效的修复。

监测自然衰减法(monitored natural attenuation，MNA)是典型的石油烃污染地下水原位修复技术之一，以污染物在土壤和地下水中的各种自然衰减过程为基础，在相对合理的时间内通过有效的控制和监测手段来实现土壤和地下水的原位修复目标。与抽出-处理、地下水曝气法和活性渗滤墙法等修复技术相比，自然衰减法具有对环境扰动小、成本低等优势，但同时存在修复效率低、修复周期长等问题。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法和装置，以改善上述问题。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法，其包括：在微气泡发生器中，将抽出到地表的石油烃污染的地下水和含氧气体进行混合，形成第一气水混合物。将所述第一气水混合物通过油水分离装置进行油水分离，并将油水分离装置分离油类物质后排出的第二气水混合物回注至受到石油烃污染的地下水层。

一些较佳的实施例中，通入微气泡发生器的石油烃污染的地下水的油含量大于或等于400mg/L，COD大于或等于900mg/L。

一些较佳的实施例中，微气泡发生器为文丘里型管的微气泡发生器或剪切接触气泡发生器。

一些较佳的实施例中，油水分离装置为气浮分离器，气浮分离器为压力式旋流气浮分离设备，所述气浮分离器的操作条件为：分流比为1～5％，压力小于100KPa。

一些较佳的实施例中，通入微气泡发生器内的含氧气体的流量为0.03～0.05L/min，进水流量为5～15L/min；优选地，含氧气体为空气。

一些较佳的实施例中，上述方法还包括：将油水分离装置排出的油相和气相的混合物进入气固液三相分离器进行分离。

一些较佳的实施例中，将气固液三相分离器底部分离出的污水回流至所述微气泡发生器。

第二方面，本发明实施例还提供了一种用于强化石油烃污染的地下水自然衰减的装置，其包括微气泡发生器和气浮分离器，微气泡发生器设置有污水进口、含氧气体进口和第一气水混合物出口，微气泡发生器的第一气水混合物出口和油水分离装置的进口连通，油水分离装置的出水口还连通有用于将分离后的第二气水混合物回注至受到石油烃污染的地下水层的回注管。

一些较佳的实施例中，上述装置还包括用于从受到石油烃污染的地下水层抽吸污水的抽吸泵，抽吸泵与微气泡发生器的污水进口连通。

一些较佳的实施例中，上述装置采用的微气泡发生器为文丘里型管的微气泡发生器或剪切接触气泡发生器；采用的气浮分离器为压力式旋流气浮分离设备。

本发明具有以下有益效果：通过微气泡发生器可将污染度较高的石油烃污染的地下水与含氧气体进行作用，使得较多的氧气溶解在水中，再经过油水分离除去油类物质后，使得富含溶解氧、干净的气水混合物回注至地下水层。由于水中溶解较多的微纳米气泡，溶解的氧气在地下水中缓慢释放，形成有效曝气，提高地下水中微生物的生物降解活性，进而达到强化自然衰减的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施方式之一的工艺流程示意图。

图标：1-石油烃污染的地下水；2-含氧气体；3-废气；4-污油；5-污水；6-溶气水；10-抽吸泵；11-微气泡发生器；12-油水分离装置；13-气固液三相分离器；14-循环泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明提供的一种强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法和装置进行具体说明。

针对现有石油烃污染的地下水常规自然衰减技术修复效率低、修复周期长的问题，发明经过大量研究和实践创造性地提出了利用微纳米气泡的特性促进石油烃污染的地下水的自然衰减，加速地下水中污染物的降解。具体方案如下：

本发明的一些实施方式提供了一种强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法，其包括：在微气泡发生器中，将抽出到地表的石油烃污染的地下水和含氧气体进行混合，形成第一气水混合物。将第一气水混合物通过油水分离装置进行油水分离，并将油水分离装置分离油类物质后排出的第二气水混合物回注至受到石油烃污染的地下水层。

微纳米气泡一般指直径在0.1～50μm的气泡，由于其尺寸较小，表现出不同于普通气泡的特性，如在水中停留时间长、表面电荷形成的ζ电位高、气液传质效率高以及可释放出自由基等。微纳米气泡可为水体提供高含量的溶解氧，持续时间长，将其与自然衰减技术结合可弥补地下水污染原位修复的不足，为有机污染物的生物降解提供充足的电子受体，促进污染物的降解，加速自然衰减的进程。发明人通过创造性地提出将石油烃污染的地下水抽吸到地表，然后通过微气泡发生器与含氧气体进行重混合接触，使得较多的空气以微纳米气泡的形式溶解在地下水中，形成气水混合物，然后再通过油水分离装置除去油类物质，再回注到受到石油烃污染的地下水层中。由于回注到地下水中的回注水中，溶解较多的微纳米气泡，溶解的氧气在地下水中缓慢释放，形成有效曝气，提高地下水中微生物的生物降解活性，进而达到强化自然衰减的目的。

本发明的一些实施方式中，通入微气泡发生器的石油烃污染的地下水的油含量大于或等于400mg/L，COD大于或等于900mg/L。

为了达到较佳的生成微纳米气泡的效果，微气泡发生器包括但不限于文丘里型管的微气泡发生器或剪切接触气泡发生器。微气泡发生器可为选矿业浮选设备中非常成熟的气泡发生器。微气泡发生器的原理是通过高速的液相流剪切力将气体切割成微纳米气泡，气泡直径小于50μm。

进一步地，为了使得提高对地下水的自然衰减的强化效果，通入所述微气泡发生器内的含氧气体的流量为0.03～0.05L/min，进水流量为5～15L/min；优选地，所述含氧气体为空气。

具体地，一些实施方式中，油水分离装置为气浮分离器，具体为压力式旋流气浮分离设备，气浮分离器的操作条件为：分流比为1～5％，压力小于100KPa，其操作在常温下进行。采用压力式旋流气浮分离效率高，分离停留时间短，气浮分离器带压运行，分离器分离效率高，分离时间大幅缩短，从常规气浮60-120min分离时间缩短至5min。

气浮分离器中，在微纳米气泡上浮带动与内部流体旋流共同作用下，实现油水高效快速分离，可回收地下水中的大部分石油烃污染物，实现污染地下水的先期修复，回收的污油可实现资源回收再利用。同时，借助气浮分离器的出水余压，实现气水混合水回注地下。

一些实施方式中，将气浮分离器顶部排出的油相和气相的混合物进入气固液三相分离器进行分离。进一步地，一些实施方式中，还可将气固液三相分离器底部分离出的污水回流至所述微气泡发生器。即从气固液三相分离器顶部排放出溶解性的废气，侧向上部排出浓缩后的污油，底部排出分离后的污水，该污水部分回流至微气泡发生器中，回流比例可以为1/2体积，另一部分排入处理系统。气液固三相分离器，是常压设备，设计分离时间为30～90min，内部结构原理与常用的竖流沉降罐相似。

本发明的一些实施方式还提供了一种强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法，具体包括：

S1、将石油烃污染物浓度较高的地下水抽出到地表，与空气在微气泡发生器中充分混合，产生微纳米气泡，使较多的空气尤其是氧气溶解在水中，形成气水混合物。

S2、排出的气水混合物进入气浮分离器中，在气浮分离器中进行油水的气浮分离。

S3、从气浮分离器顶部出来的油相和气相混合物进入气液固三相分离器中，从三相分离器顶部排放出溶解性的废气，侧向上部排出浓缩后的污油，底部排出分离后的污水，该污水部分回流至气泡发生器中，一部分排入处理系统。

S4、从气浮分离器底部出来的富含溶解氧、干净的气水混合物回注至地下水层。

S5、定期对污染地下水层进行取样监测，考察污染物的自然衰减效果，直至达到修复目标。

第二方面，本发明实施例还提供了一种用于强化石油烃污染的地下水自然衰减的装置，参见附图1，该装置具体包括微气泡发生器11和油水分离装置12，11微气泡发生器设置有污水进口、含氧气体进口和第一气水混合物出口，11微气泡发生器的第一气水混合物出口和油水分离装置的进口连通，油水分离装置12的出水口还连通有用于将分离后的第二气水混合物回注至受到石油烃污染的地下水层的回注管。油水分离装置12为气浮分离器，油水分离装置12排出的油相和气相的混合物的出口与气固液三相分离器13连通。其中，上述装置还包括用于从受到石油烃污染的地下水层抽吸污水的抽吸泵10，抽吸泵10与微气泡发生器11的污水进口连通。

上述装置采用的微气泡发生器为文丘里型管的微气泡发生器或剪切接触气泡发生器；采用的气浮分离器为压力式旋流气浮分离设备。

参见图1，抽吸泵将地下水层的石油烃污染的地下水1抽出，在微气泡发生器11中与通入的含氧气体2(例如空气)进行充分混合作用后，通入油水分离装置12(例如气浮分离器)，油水分离后排出的溶解有氧气的溶气水6通入到原地下水层中，油水分离后得到的油相和气相的混合物进一步通入到气固液三相分离器13中，进行气固液分离，溶解性的废气3从顶部排出，侧向上部排出浓缩后的污油4，底部排出分离后的污水5部分通过循环泵14返回微气泡发生器，另外一部分排出。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

地下水水质指标为：油：500mg/l，COD：1100mg/l。石油烃污染地下水通过离心泵的提升与压缩空气一并进入微气泡发生器，进水量为5L/min，进气量为0.03L/min，微气泡发生器选用文丘里型管型，污水与压缩空气在微气泡发生器中充分混合，使较多的空气溶解在水中，形成气水混合物。气水混合物以通入气浮分离器中，气浮分离器分离时间为5min，气浮分离器的操作条件为：分流比为2.5％，压力50KPa。经分离处理后的污水水质油：40mg/l，COD：540mg/l，该净化后的污水为气水混合物，直接回注回地下。

气浮分离后的油相进入气液固三相分离器中，气液固三相分离器分离时间30min。从三相分离器顶部排放出分离产生的废气，侧向上部排出浓缩后的污油，底部排出分离后的污水，该污水的1/2回流至气泡发生器中另外1/2排出处理系统。

实施例2

地下水水质指标为：油：800mg/l，COD：1550mg/l。石油烃污染地下水通过离心泵的提升与压缩空气一并进入微气泡发生器处理，进水量为5L/min，进气量为0.04L/min，微气泡发生器选用文丘里型管型，污水与压缩空气在微气泡发生器中充分混合，使较多的空气溶解在水中，形成气水混合物。气水混合物以通入气浮分离器中，气浮分离器分离时间为5min，气浮分离器的操作条件为：分流比为3％，压力50KPa。经分离处理后的污水水质油：46mg/l，COD：720mg/l，该净化后的污水为气水混合物，直接回注回地下。

气浮分离后的油相进入气液固三相分离器中，气液固三相分离器分离时间30min。从三相分离器顶部排放出分离产生的废气，侧向上部排出浓缩后的污油，底部排出分离后的污水，该污水的1/2回流至气泡发生器中另外1/2排出处理系统。

实施例3

地下水水质指标为：油：1500mg/l，COD：2900mg/l。石油烃污染地下水通过离心泵的提升与压缩空气一并进入微气泡发生器，进水量为10L/min，进气量为0.05L/min，微气泡发生器选用文丘里型管型，污水与压缩空气在微气泡发生器中充分混合，使较多的空气溶解在水中，形成气水混合物。气水混合物以通入气浮分离器中，气浮分离器分离时间为5min，气浮分离器的操作条件为：分流比为5％，压力80KPa。经分离处理后的污水水质油：110mg/l，COD：1400mg/l，该净化后的污水为气水混合物，直接回注回地下。

气浮分离后的油相进入气液固三相分离器中，气液固三相分离器分离时间30min。从三相分离器顶部排放出分离产生的废气，侧向上部排出浓缩后的污油，底部排出分离后的污水，该污水的1/2回流至气泡发生器中另外1/2排出处理系统。

对比例1

受石油烃污染的地下水层未经过处理，其地下水的水质指标为：油：500mg/l，COD：1100mg/l。

对实施例1处理后的地下水层的地下水和对比例1的地下水进行定期监测，分析同期的水质指标情况，监测结果如表1所示。

表1对比监测数据

监测数据表明对中度石油烃污染地下水的修复，自然衰减技术降解缓慢，采用本发明实施方式的强化监测自然衰减技术可大大缩短地下水的修复时间，同时气水混合物中所含的大量的溶解氧为地下水中残留石油烃的自然生物降解提供了充足的电子受体，加速其生物降解，随着环境中溶解氧的消耗减少，其降解速度减缓。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法，其特征在于，其包括：

在微气泡发生器中，将抽出到地表的石油烃污染的地下水和含氧气体进行混合，形成第一气水混合物；

将所述第一气水混合物通过油水分离装置进行油水分离，并将所述油水分离装置分离油类物质后排出的第二气水混合物回注至受到石油烃污染的地下水层。

2.根据权利要求1所述的强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法，其特征在于，通入微气泡发生器的石油烃污染的地下水为中度到重度污染，油含量大于或等于400mg/L，COD大于或等于900mg/L。

3.根据权利要求1所述的强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法，其特征在于，所述微气泡发生器为文丘里型管的微气泡发生器或剪切接触气泡发生器。

4.根据权利要求1所述的强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法，其特征在于，所述油水分离装置为气浮分离器，所述气浮分离器为压力式旋流气浮分离设备，所述气浮分离器的操作条件为：分流比为1～5％，压力小于100KPa。

5.根据权利要求1～4任一项所述的强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法，其特征在于，通入所述微气泡发生器内的含氧气体流量为0.03～0.05L/min，进水流量为5～15L/min；优选地，所述含氧气体为空气。

6.根据权利要求1～4任一项所述的强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法，其特征在于，还包括：将所述油水分离装置排出的油相和气相的混合物进入气固液三相分离器进行分离。

7.根据权利要求6所述的强化石油烃污染的地下水自然衰减的方法，其特征在于，将气固液三相分离器底部分离出的污水部分回流至所述微气泡发生器。

8.一种用于强化石油烃污染的地下水自然衰减的装置，其特征在于，其包括微气泡发生器和油水分离装置，所述微气泡发生器设置有污水进口、含氧气体进口和第一气水混合物出口，所述微气泡发生器的第一气水混合物出口和所述油水分离装置的进口连通，所述油水分离装置的出水口还连通有用于将分离后的第二气水混合物回注至受到石油烃污染的地下水层的回注管；

优选地，所述油水分离装置为气浮分离器。

9.根据权利要求8所述的用于强化石油烃污染的地下水自然衰减的装置，其特征在于，其还包括用于从受到石油烃污染的地下水层抽吸污水的抽吸泵，所述抽吸泵与所述微气泡发生器的所述污水进口连通。

10.根据权利要求8所述的用于强化石油烃污染的地下水自然衰减的装置，其特征在于，所述微气泡发生器为文丘里型管的微气泡发生器或剪切接触气泡发生器；

优选地，所述气浮分离器为压力式旋流气浮分离设备。

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