[发明专利]一种含水层氧化还原条件的原位调控方法

说明书

本发明公开了一种含水层氧化还原条件的原位调控方法，包括在地下水污染区域建设电极井，所述电极井中安装井管，所述井管的底部穿孔，并与含水层连通，穿孔的长度大于污染区域纵向范围；在电极井的底部安装阴极电极和阳极电极，阴极电极和阳极电极连接稳压直流电源；抽取经过除铁处理的地下水，并泵入电极井中；启动稳压直流电源，并继续泵入经过除铁处理的地下水，以提供水力梯度驱动电极井中地下水电解产生的氧气和氢气向周围传输，进行含水层氧化还原条件的原位调控。本发明方法灵活可控性好、成本低和环境友好，电化学原位调控含水层时氧气和氢气都是来源于地下水电解，并在含水层中消耗，不会引入其他无效或有害组分，对含水层性质扰动小。

技术领域

本发明涉及地下水处理领域，尤其涉及一种含水层氧化还原条件的原位调控方法。

背景技术

地下水和地表水是地球大陆水循环最重要的两个组成部分。与地表水相比人们对地下水的重视程度要低得多，但是地下水储量却远远超过地球上所有河流湖泊的总淡水量，占到了陆地液态水储量的98％。地下水作为重要的水资源，在国民经济中发挥举足轻重的作用。全球大部分地区的生活饮用水及农业灌溉水来自于地下水，但是，地下水污染却非常严重。根据形成机制的不同，地下水污染主要包括两种类型。一种是人类活动导致的人为污染地下水，如废水排放、生活垃圾和工业废渣堆置、农药化肥施用等造成的地下水水质恶。另一种是地质成因导致的天然劣质地下水，如内蒙古河套平原、山西大同盆地等高砷高氟地下水。

目前，地下水修复由早期的抽出处理为主逐渐转变为原位处理为主。抽出处理是指将污染地下水抽出到地面，处理后再使用或者回灌到地下。由于操作起来比较简单，抽出处理是早期的主要处理方式。但是，由于后来不断认识到抽出处理在效果和成本上的不足，人们慢慢转向了原位处理。地下水原位修复的本质是构建一定的环境条件，促使污染物分解/转化脱毒，或者从地下水中转移到含水介质固相上，主要包括原位化学氧化/还原、原位生物修复和原位物理修复等。由于不需要抽出地下水，修复过程实施更为安全和经济。氧化还原条件的调控是原位化学氧化/还原和原位生物修复的核心，包括提高和降低氧化还原电位两种调控方式。提高氧化还原电位，即向含水层引入电子受体是提高地下水环境氧化还原电位、促进污染物氧化去除的主要方式。注入的电子受体包括强氧化剂如过氧化氢、高锰酸盐、过硫酸盐等，以及相对温和的弱氧化剂如硝酸盐、氧气等。氧化剂的注入方式大多是在地面配置为不同浓度的溶液，然后使用泵通过井管注入含水层。氧气的注入方式比较特殊，包括直接注入空气、注入纯氧气和注入含氧水等。注入氧化剂后，在化学或生物作用下，污染物被氧化去除。降低氧化还原电位，即向含水层中注入电子供体是降低地下水环境氧化还原电位促进污染物还原去除的主要方式。注入的电子受体包括连二亚硫酸钠、纳米零价铁、糖浆等还原性物质，注入方式是配位溶液或稳定胶体悬浊液注入。

以上地下水氧化还原条件调控技术存在的主要问题包括：(1)注入的药剂都是地下水中原本没有的或者含量很低的物质，药剂在含水层分解转化会影响甚至破坏含水层性质，如过硫酸盐氧化会降低pH、纳米铁还原会堵塞含水层等；(2)直接注入空气时会向含水层中引入大量的惰性气体组分(如空气中占78％的氮气)，惰性组分会占据含水层孔隙体积，而且氮气具有转化为其他氮素的潜在风险，同时也可能将大气中的污染物(如颗粒物和挥发性有机污染物)一并引入地下水，而直接注入氧气的成本较高。(3)注入的药剂浓度无法灵活调节，存在调控过度或不足的问题，如氧化剂过氧化氢等注入初期浓度过高而后期浓度过低，而空气受氧气在水体中的溶解度限制(如1个标准大气压和25℃时小于10mg/L)有效浓度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种由地下水电解产生电子受体(氧气)和电子供体(氢气)，实现了原位调控地下水氧化还原条件的绿色灵活调控的含水层氧化还原条件的原位调控方法。

本发明的实施例提供一种含水层氧化还原条件的原位调控方法，包括以下步骤：

S1.在地下水污染区域建设电极井，所述电极井中安装井管，所述井管的底部穿孔，并与含水层连通，穿孔的长度大于污染区域纵向范围；