[发明专利]一种错位电极生物电芬顿循环井系统

说明书

本发明涉及一种错位电极生物电芬顿循环井系统，至少包括循环井体、抽注水切换组件和井内生物电芬顿组件，抽注水系统用于实现循环井的不同筛段间的抽注水，设置于循环井的第一筛段中的生物电芬顿组件至少包括错位设置的若干电极，其中，电极的若干阴极与若干阳极按照分布区域不同的方式形成空间错位，和/或电极的阴极设置在包覆有质子交换膜的腔室的外部，阳极设置在包覆有质子交换膜的腔室的内部，并且阴极与阳极在电极的轴向方向上错位设置。本发明通过阴极与阳极在空间的错位设置，在保证阴极以氧气为电子受体的同时，极大降低氧气对电极内的阳极室厌氧环境的影响，构建的生物电芬顿体系可以加速循环井中有机污染物的降解。

技术领域

本发明涉及地下水污染原位修复技术领域，尤其涉及一种错位电极生物电芬顿循环井系统。

背景技术

地下水循环井技术是一种原位修复技术，通过主体井管的特殊设计配合曝气/抽注水驱动作用带动含水层中地下水流动，使得地下水在循环井的周围含水层一定空间范围内形成垂向三维水流循环，在有机物污染地下水修复中有着较广泛的应用。循环井技术具有原理简单、污染修复成本低、设备操作维护容易、对含水层扰动小等优点，同时，还可以耦合多相抽提、原位曝气、微生物修复和化学氧化等多种污染修复技术，在地下水有机污染修复领域具有巨大的发展潜力与广阔的应用前景。

早期循环井技术主要通过井中汽提和强化生物降解两种方式实现有机污染地下水的原位修复：一是通过三维水流循环不断地冲刷扰动作用，带动含水层中有机物进入井内，井内曝气吹脱地下水中的挥发性和半挥发性有机污染物由水相进入气相；二是曝气提高地下水中的溶解氧含量，并随地下水流动扩散到循环井影响区域内，进而强化原位好氧生物降解作用。因此循环井技术对于以挥发性有机物为主的地下水污染具有很好的修复效果，对于难挥发性有机物的降解则取决于土著微生物的存在及其污染物降解性能等因素，而对于难生物降解的地下水有机污染物则需要通过耦合其他污染修复技术才能实现污染物的去除，单一的循环井技术难以达到理想的修复效果。

生物电芬顿技术是在生物电化学技术的基础上发展而来的一种新型废水处理技术，耦合了生物电化学技术与电芬顿技术，在阴极原位产生H₂O₂，结合Fe²⁺发生芬顿反应产生具有强氧化性的自由基，高效氧化降解有机污染物。由于阳极电活性微生物的胞外电子转移作用，使得生物电芬顿技术具有能耗低、成本低、污染物降解效率高、选择性低等特点，非常适合应用于实际场地中多类型复合污染的地下水修复。

目前尚未见到将生物电芬顿技术与循环井技术结合应用的报道，基于二者自身特点，将其结合可实现有机污染地下水的原位连续高效修复，但仍存在许多挑战，例如：质子交换膜的耦合形式、电活性微生物生长需要的厌氧环境、铁源的投加方式等。本发明致力于解决上述技术难题，提供一种应用于原位修复有机污染地下水的循环井系统。

当前，利用生物电芬顿技术进行地下水原位修复的技术方案较少，普遍采用注射修复的方式修复地下水。例如，专利文献CN 102515343 B公开了一种膨胀型气体阻隔装置及其用于地下水污染的注射修复方法，该装置包括主注气管，所述主注气管中部套有弹性材质的胶筒总成；主注气管分别在胶筒总成的上下对称套有一组胶筒接头、保护套、中间接头、连接套。连接套I连接于中间接头I与上接头之间；上接头上设有用于使主注气管与外部注气管连接的上接口，并在上接口旁设有充气接口，充气接口上端与外部充气管连接，充气接口下端向下延伸与注气腔体相连通。该发明虽然能够保证在空气注射井内实现快速、单向注气，能够满足对挥发性有机物污染场地的地下水采用大规模原位空气注射技术修复的需要，但是其不能够形成水的垂向三维循环，对非均质地层适用性差，更不能够将不同相态共存的有机污染物实现同步净化。不同相态指：溶解相、自由相、气相、残余相有机污染物。