一种地下水曝气强化技术.pdf

本发明涉及一种地下水曝气强化技术，本发明的CGAs强化地下水曝气技术，将合成的CGAs通过曝气泵打入地下水曝气装置的每个曝气井中，以实现污染地下水修复中的物理脱除和微生物降解双重强化和耦合的效果。采用胶态微氧气泡通过曝气井注入地下水中。胶态微氧气泡注入量为：0.1～10L/m2地下水。胶态微氧气泡气相体积率为65％～85％；微气泡大小为20μm～110μm。本发明的CGAs中氧的质量远大于表面活性剂的质量，引入地下水后，除了小部分氧(约10％)用于降解本身的表面活性剂之外，剩余的大部分可稳定在修复体系中，能实质性大量增加地下水中溶解氧的含量及其稳定性、均匀性，有利于污染物的微生物降解过程。

1.  一种地下水曝气强化方法，其特征是即采用胶态微氧气泡通过曝气井注入地下水中。

2.  如权利要求1所述的地下水曝气强化方法，其特征是胶态微氧气泡注入量为：0.1～10L/m²地下水。

3.  如权利要求1所述的地下水曝气强化方法，其特征是胶态微氧气泡气相体积率为65％～85％；微气泡大小为20μm～110μm。

4.  如权利要求1所述的地下水曝气强化方法，其特征是胶态微氧气泡采用一次性曝入或间歇曝入的方法。

一种地下水曝气强化技术
技术领域
本发明涉及一种地下水曝气强化技术，特别采用一种由CGAs(胶态微氧气泡)强化地下水曝气技术对受有机物污染的地下水进行修复的方法。
背景技术
地下水是人类赖以生存的基础资源，随着全球工业的发展，人类在生产和生活中产生的三废物质，经常直接或者间接地通过大气、水体或者生物传播的方式进入地下水，地下水一旦受到污染，对环境的影响是持续且不可逆转的，尤其是地下水有机污染，现已构成危害全球环境的一大要素。
地下水修复历来是世界性难题。早期对地下水有机污染的治理主要是采用异位泵处理法，将地下水抽至地面上进行塔式气提、活性炭吸附或生物处理等。该方法因处理水量和动力消耗太大致使成本很高，且对于在土壤介质中吸附性强、水溶性低的石油烃来说，难以用泵处理技术完全清除。
进入90年代后，随着不饱和区土壤气相抽提(soil vapor extraction，SVE)技术的产生和发展，工程类修复技术的特点逐渐显现，饱和区空气注射(air sparging，AS，亦称地下水曝气)修复方法也应遇而生。地下水曝气属原位修复方法，恰当地应用空气注射能有效清除地下水中挥发性有机污染物。该方法通常与SVE技术复合，修复过程中将清洁压缩空气直接注入受污染的饱和土壤(地下水)中，空气上升过程中将对水中有机污染物产生挥发、解吸等物理脱除作用和好氧生物降解作用，同时促进游离污染物溶解。之后空气流将携带污染组分及降解产物继续上升至不饱和区域，在那里通过常规的SVE系统抽至地上处理。空气注射作为地下水修复新方法在90年代中期出现后，迅速成为环境修复领域研究热点。地下水曝气的发展虽然仅有十年，但是它因具有以下两个显著优点正逐渐取代传统的地下水修复方式：①AS过程结合了物理传质和生物降解的协同作用，使最终去污率很高；②原位操作、成本低廉，平均成本一般低于泵抽出处理技术的十分之一。
地下水曝气理论研究还处于初生阶段，工程应用受到限制。尤其是它对现场条件的敏感性，根据现有的实验和现场观测，在地下水曝气过程中空气不是以气液充分接触型的分散、破碎气泡流上升，而是通过固定气体孔道方式穿越饱和土壤层，因而AS过程的生物降解方面氧气的实际利用率很低，绝大部分氧随主体气流通过孔道排出，由此可见，常规的地下水曝气方法不能为现场的地下水区域提供均匀、充足的氧源，因此，氧气的不足成为影响AS去除效率的重要原因，有必要寻求相应的强化手段。本发明针对以上不足提出了一种胶态微氧气泡(Colloidal Gas Aphrons，CGAs)强化地下水曝气技术，解决地下水曝气氧源不足问题，提高系统的修复效率。CGAs概念由Sebba提出(An improved generatorfor micron sized bubbles.Chem.Industr.，1985，pp.91-92)，起初应用于矿物及固废中有机物的分离与清洗。CGAs性能稳定、可用泵输送而气泡不破裂，因而被形象地称为“低密度液体”。CGAs除了具有一般的表面活性剂性质以外，其稳定的特殊结构还使之具有很高的比表面积，从而能大大降低有机物与水之间的表面张力，使有机污染物更易于粘附于气泡表面并向内部主体气相扩散，对有机污染物的降解有潜在的利用价值。目前为止，尚未见到它应用于地下水原位修复中的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地下水曝气强化技术，即采用胶态微氧气泡(Colloidal GasAphrons，CGAs)通过曝气井注入地下水中强化地下水曝气过程。
本发明的CGAs强化地下水曝气技术，是在利用混合的生物表面活性剂水溶液和氧气在高速旋转的容器里生成的氧气-水-表面活性剂混合的胶态微氧气泡(CGAs)，将合成的CGAs通过曝气泵打入地下水曝气装置的每个曝气井中，以实现污染地下水修复中的物理脱除和微生物降解双重强化和耦合的效果。
本发明的一种地下水曝气强化方法，即采用胶态微氧气泡通过曝气井注入地下水中。
所述的胶态微氧气泡注入量为：0.1～10L/m²地下水。
所述的胶态微氧气泡气相体积率为65％～85％；微气泡大小为20μm～110μm。
所述的胶态微氧气泡采用一次性曝入或间歇曝入的方法。
本发明的独特之处在于：
(1)CGAs中氧的质量远大于表面活性剂的质量，引入地下水后，除了小部分氧(约10％)用于降解本身的表面活性剂之外，剩余的大部分可稳定在修复体系中，能实质性大量增加地下水中溶解氧的含量及其稳定性、均匀性，有利于污染物的微生物降解过程；
(2)结合地下水曝气后，CGAs稳定的微气泡结构还使之容易利用泵技术被分布到较广的地下水区域，使处理的空间范围大大增加；且CGAs可吸附在土壤介质表面，容易降解那些吸附于土壤表面、难于采用气提脱除的膜状有机污染物；
(3)CGAs还可大大分散有机相，减小游离有机液滴的半径，促进污染物溶解于微气泡的表面活性剂液层，并使之稳定在附近的土壤介质中，从而可有效防止污染物的横向和纵向迁移，增加地下水曝气修复的效率；
(4)降解污染物过程中，CGAs的气相组成将发生变化，O2浓度逐渐减小，CO2等矿化产物浓度将逐渐增加，AS过程氧气的补充将促使上述过程平衡，从而可保持CGAs的降解活性，使整个修复过程协同发展。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，所述的地下水曝气装置同美国专利5,879,108所述。但本发明并不限于此。
实施例1：
本实施实例中待处理的地下水为某油田附近地下水，地下水埋深2.0m，含水层厚度15.0m。地下水的污染物含量(BTEX)为0.3(mg/L)。CGAs由鼠李糖酯用高速分散匀质机高速搅拌制成，合成过程中采用纯氧作为气相，气相体积率为65％～85％；微气泡大小为20μm～60μm。在地下水曝气系统开启前一次性通过曝气泵向曝气井中注入CGAs，注入量为每m²地下水0.1～1L。
下面对本发明的CGAs强化地下水曝气技术实施例1作效果说明，为了体现本发明的实施效果，在相同地址和污染条件下，与未加入CGAs的地下水曝气过程进行比较。
经过3个月的地下水曝气修复效果间表1所示。
表1  实施例1修复系统参数

实施例2：
本实施实例中待处理的地下水为某附近地下水，地下水埋深2.5m，含水层厚度20.0m。地下水的污染物含量(BTEX)为15(mg/L)。CGAs由多糖脂肪酸混合物，用高速分散匀质机高速搅拌制成，合成过程中采用纯氧作为气相，气相体积率为65％～85％；微气泡大小为60μm～110μm。在地下水曝气系统通过曝气泵向曝气井中间歇注入1～10L的CGA，每次注入量每m²地下水不大于1L。
下面对本发明的CGAs强化地下水曝气技术实施例2作效果说明，为了体现本发明的实施效果，在相同地址和污染条件下，与未加入CGAs的地下水曝气过程进行比较。
经过3个月的地下水曝气修复效果间表2所示。
表2  实施例1修复系统参数

本发明所述的置备CGAs的原料可以为生物表面活性剂的一种或者几种混合制成，在这里无需也无法对所有的生物表面活性剂实施方式予以穷举，所述的表面活性剂为环境友好的生物表面活性剂，要是能够降解有机污染物的都是可以使用的。
本发明提出的一种CGAs强化地下水曝气技术，已通过现场较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的结构和制备方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。