专利名称：氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺的制作方法
氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺
技术领域：
本发明涉及氯代烃污染地下水修复技术领域，具体地说，是氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺。
背景技术：
由于氯代有机溶剂的大规模生产和广泛应用，氯代烃污染地下水现象愈加突出。 由于氯代烃具有“三致效应”，对人类健康和生态安全构成严重的威胁。目前，我国氯代烃污染地下水治理和修复研究大都处于起步阶段，亟需有效治理地下水污染的工程实用技术和方法，迫切需要加大科技研发投入，系统地研究和开发适合我国国情的地下水处理工艺或体系。目前，氯代烃污染地下水的修复方法有原位修复和异位修复。原位修复有化学法和生物法，但耗时长、成本高，处理不彻底，二次污染较严重，装置灵活性、可操作性差。异位修复是地下水修复的代表性技术，应用最为广泛。异位修复包括抽出处理、空气吹脱、臭氧脱色、低温催化和尾气中和吸收等技术。空气吹脱法利用干净空将水中溶解性的易挥发化合物由液相转移至气相，以达到去除水中氯代烃污染的目的。吹脱方法早期应用于去除水中溶解的C02、H2S, NH3等气体， 从七十年代中期开始，环境科学不断地进行吹脱水中挥发性有机物的实验，并将这项技术用于受挥发性有机物污染的污水处理。由于吹脱技术具有简单、高效、投资省、易操作等诸多优点，已被美国环境保护协会指定为去除挥发性有机污染物最可行的技术。因此，结构简单、经济、高效吹脱塔的设计成为此技术在我国能否得到大规模应用和积极推广的关键。由于单独应用吹脱塔处理地下水只能去除易挥发污染物，处理对象范围较小，对于难挥发有机物则需要采用进一步的处理手段，为此对于易挥发有机物和难挥发有机物混合污染地下水的处理，需要进行易挥发物的吹脱和难挥发物的臭氧氧化两步。空气吹脱和臭氧氧化各自分开进行，但鉴于节省设备投资和操作费用，开发一种多功能逆流吹脱氧化组合塔，使易挥发有机物的高效吹脱和难挥发有机物的氧化在同一装置中完成，塔底的出水为可以直接回灌地下的达标水，塔顶排出含较高浓度的易挥发氯代烃的空气混合气。由于板式吹脱塔的传质效率远比一般的鼓泡塔高，吹脱后续尾气可以达到直接低温催化的所需浓度，所以本发明可省去尾气吸附浓缩步骤，对现有技术路线进行改进和有效组合，同时引入换热器冷凝对吹脱尾气进行除湿以利于达到催化燃烧的条件。为了彻底净化燃烧尾气，用碱液中和吸收燃烧产物氯化氢，本发明采用填料吸收塔。整个技术路线不仅实现了高效快速去除地下水中污染物，节约设备投资和操作费用，而且实现了有毒有害污染物彻底氧化，在处理复杂的氯代烃污染地下水方面具有广泛的应用价值。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺；其能作为工程应用规模的高效、经济的异位修复工艺路线，其中包含多功能逆流吹脱氧化组合塔、列管式换热器、易挥发氯代烃催化燃烧装置和含氯化氢尾气中和吸收塔等四个主要设备；主要修复目标为地下水中的易挥发和难挥发氯代烃污染物，也包含其它高浓度或低浓度的易挥发与难挥发有机污染物。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺，具体步骤为，地下水抽出，在滤去杂质后，利用空气吹脱法将水中易挥发氯代脂肪烃吹出而显色有机物臭氧脱色；吹脱尾气含高浓度的氯代烃，进行催化燃烧，在燃烧之前应尾气中的水汽部分冷凝；燃烧后尾气中产生的氯化氢化学中和吸收。氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺所用的设备，包含多功能逆流吹脱氧化组合塔、列管式换热器、易挥发氯代烃催化燃烧装置和含氯化氢尾气中和吸收塔；该修复系统按照多功能逆流吹脱氧化组合塔、列管式换热器、易挥发氯代烃催化燃烧装置和含氯化氢尾气中和吸收塔的顺序安装，其由管道连接；所述的多功能逆流吹脱氧化组合塔，其包含吹脱装置和氧化装置，吹脱装置和氧化装置通过法兰结构连接而成；所述的吹脱装置为筛板式吹脱塔，制成有机玻璃圆柱体，内径330mm，高1150mm， 形顶部设有进液口接口和出气口接口，塔内装有多块筛孔塔板，塔板数由处理要求决定。抽出的地下水通过过滤器后，由提升水泵通过管道输送到吹脱装置顶部的进液口 ；进气口由管道与鼓风机相连，通过气路上涡流流量计进行空气流量调节，控制气液比在1200 1 ； 干净空气进入塔体，通过筛孔由底部上升，与污染水体错流，保证了气液充分接触。上升的空气与被吹脱出的污染气体一同通过顶部的尾气排放口进入列管式换热器；氧化装置为带曝气头的鼓泡型氧化装置，有机玻璃制成，内径330mm，高1000mm，包括曝气头，各进出料口和挡板；筒体顶部设有进气口 ；吹脱装置的液体进入氧化装置处设有带孔进液隔板，孔径 IOmm ；筒体中间装有一薄层粒径为5mm玻璃珠；氧化装置下部装曝气头组合；筒体底部设有出水口 ；出水口用法兰连接出水管道；吹脱装置和氧化装置从上至下通过法兰连接成一塔体；所述的易挥发氯代烃催化燃烧装置由不锈钢制成，内设有小型换热装置和反应室，反应室内装有La和Ce复合贵金属催化剂；外部设有回流旁路、旁路阀和流量控制器；所述的尾气中和吸收塔采用防酸碱腐蚀材料制成，为圆柱形填料塔，内径200mm， 填料高度1000mm，塔高1400mm，塔顶设干净尾气排放口和碱液进口，塔顶内部碱液进口处设液体分布器；液体分布器下部装有陶瓷乱堆填料，为吸收过程提供气液接触场所；填料下部为进气布气装置，吸收塔底部设进气口和出液口 ；所述的筛孔塔板，用有机玻璃制成，板厚8mm;板上的圆形筛孔呈正三角形排列， 孔径3mm;筛板上设置受液盘，入口安全区宽度，溢流堰，降液管；筛板受液盘宽度为70mm， 受液盘下凹20mm，入口安定区宽度为15mm;未设出口安定区；溢流堰高30mm ；所述的碱液是浓度为5_15g/L的氢氧化钠溶液；所述的连接管道为钢管或者PVC管。与现有技术相比，本发明的积极效果是(1)本发明根据地下水污染具体情况构建了异位修复有机物污染地下水的筛板式吹脱塔，并且结合较为成熟的臭氧化技术，去除难挥发有机物和发色物，且将吹脱和臭氧化在同一装置中完成，节省投资，亦保证处理效果和出水水质；板式吹脱塔传质效率高，使吹脱尾气浓度能够达到催化燃烧的必需浓度要求，可以省去吹脱尾气浓缩步骤，节省投资和操作费用；(2)本发明逆流吹脱氧化装置操作灵活，可根据处理对象类型、浓度来变更塔板数，在处理不同污染场地时可拆卸搬运，实用方便；(3)本发明使用催化燃烧装置处理含易挥发氯代烃的吹脱尾气，具有迅速彻底、无二次污染的特点；(4)本发明的体系设计相对简单实用，实施起来较为方便，修复地下水范围宽，可去除的污染物种类多；(5)本发明的碱液吸收步骤充分利用快速高效的化学吸收技术来中和尾气中的氯化氢气体，以确保排出尾气达标；(6)本发明体系中塔器用法兰连接，拆卸、运输方便，整套体系可应用于不同的污染场地，利用价值高。
图1本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式以下提供本发明氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺的具体实施方式
。实施例1请参见附图1，氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺，具体步骤为，地下水抽出，在滤去杂质后，利用空气吹脱法将水中易挥发氯代脂肪烃吹出而显色有机物臭氧脱色；吹脱尾气含高浓度的氯代烃，进行催化燃烧，在燃烧之前应尾气中的水汽部分冷凝；燃烧后尾气中产生的氯化氢化学中和吸收。氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺所用的设备，包含多功能逆流吹脱氧化组合塔、列管式换热器、易挥发氯代烃催化燃烧装置和含氯化氢尾气中和吸收塔等四个主要设备；所述的氯代烃污染地下水高效修复系统按照过滤器1、提升水泵2、多功能逆流吹脱氧化组合塔3、风机4、列管式换热器5、易挥发氯代烃催化燃烧装置6和含氯化氢尾气中和吸收塔7的顺序安装并由管道连接。所述的多功能逆流吹脱氧化组合塔3包含吹脱装置和氧化装置，吹脱装置和氧化装置通过法兰结构连接而成；所述的吹脱装置为筛板式吹脱塔，制成有机玻璃圆柱体，内径330mm，高1150mm， 形顶部设有进液口接口和出气口接口，塔内装有多块筛孔板8，塔板数由处理要求决定。抽出的地下水通过过滤器1后，由提升水泵2通过管道输送到吹脱装置顶部的进液口 ；进气口由管道与鼓风机相连，通过气路上涡流流量计进行空气流量调节，控制气液比在1200 1 ； 干净空气进入塔体，通过筛孔由底部上升，与污染水体错流，保证了气液充分接触。上升的空气与被吹脱出的污染气体一同通过顶部的尾气排放口进入列管式换热器5 ；氧化装置为带曝气头的鼓泡型氧化段，用有机玻璃制成，内径330mm，高1000mm，包括曝气头，各进出料口和挡板；筒体顶部设有进气口 ；吹脱装置的液体进入氧化装置处设有带孔进液隔板，孔径IOmm ；筒体中间装有一薄层粒径为5mm玻璃珠；氧化装置下部装曝气头组合；筒体底部设有出水口 ；出水口用法兰连接出水管道；吹脱装置和氧化装置从上至下通过法兰连接成一塔体；所述的易挥发氯代烃催化燃烧装置6由不锈钢制成，内设有小型换热装置和反应室，反应室内装有复合贵金属催化剂；外部设有回流旁路、旁路阀和流量控制器；所述的尾气中和吸收塔7采用防酸碱腐蚀材料制成，为圆柱形填料塔，内径 200mm，填料高度1000mm，塔高1400mm，塔顶设干净尾气排放口和碱液10进口，塔顶内部碱液进口处设液体分布器；液体分布器下部装有陶瓷乱堆填料，为吸收过程提供气液接触场所；填料下部为进气布气装置，吸收塔底部设进气口和出液口 ；所述的筛孔塔板，用有机玻璃制成，板厚8mm;板上的圆形筛孔呈正三角形排列， 孔径3mm;筛板上设置受液盘，入口安全区宽度，溢流堰，降液管；筛板受液盘宽度为70mm， 受液盘下凹20mm，入口安定区宽度为15mm;未设出口安定区；溢流堰高30mm ；所述的碱液是浓度为5_15g/L的氢氧化钠溶液；所述的连接管道为钢管或者PVC管。多个水井内的水通过管道汇集于一根总管，待处理的地下水经过滤器1把水中的杂质滤除，过滤后的水由提升水泵2送入多功能逆流吹脱氧化组合塔3塔顶的进液口，到达吹脱塔中的第一块塔板8上，水流在横过筛板的过程中经过空气充分吹脱，再经由降液管流入下一级塔板，经过多级吹脱后，水中易挥发氯代烃基本去除。通过吹脱段，已经去除挥发性有机物的水进入氧化段进行臭氧化，使难挥发有机物和显色有机物被臭氧9氧化，水处理后达标并通过出水管直接回注到地下。吹脱尾气由尾气管道进入列管式换热器5进行冷凝除湿。除去大部分水汽的尾气达到催化燃烧的条件后，由管道引入易挥发氯代烃催化燃烧装置6进行反应，反应后出来尾气分两路，一部分进入旁路管道，回流至进气口与新鲜进气混合，以提高气体温度达到催化反应所需温度，另一部分则进入中和吸收塔7底部，进行碱液吸收。在中和吸收塔7内，含氯化氢尾气与碱液在填料上充分接触吸收，在填料上氯化氢与氢氧化钠发生化学反应，氯化氢被氢氧化钠中和完全，干净尾气上升至反应器顶部， 达标后排放。具体过程为(1)进水吹脱氧化实验用自吸泵将受多种氯代烃污染的地下水从井里提上来， 经过过滤装置滤除杂质，过滤后的水呈酒红色。经检测水中三氯乙烯浓度为750mg/L，四氯乙烯浓度为200mg/L，2-氯苯酚浓度0. 8Mmg/L，邻苯二甲酸二辛酯浓度0. 02mg/L,并含 0. 02mg/L铬。用提升水泵将地下水送入塔顶进液口中，吹脱装置底部进气口用鼓风机鼓入干净空气，同时在氧化段缓慢通入臭氧。系统达到稳定后，吹脱塔出水TCE浓度约为0. Img/ L，PCE浓度约为0. Oaiig/L，塔底出水已脱色，水中氯代烃整体去除率约为99%，可见该设备对含易挥发与难挥发有色污染物的地下水修复能达到很好的效果。(2)除湿实验吹脱后尾气含有大量水汽，相对湿度98%，必须除去水分到10%左右才能进行催化反应。将上述实验的吹脱尾气通入列管式换热器的壳程，零下10°c氯化钠盐水通入换热器的管程，两流体交换热量后，气相中的水分就会冷凝成液态，尾气相对湿度能10%左右。(3)低温催化燃烧实验将上述实验干燥气体通入催化燃烧装置进行反应，进气 TCE和PCE的总摩尔分数为1. 6%，反应温度由回流热反应气混合来维持，TCE和PCE的总转化率在85%以上，反应产物主要为二氧化碳、一氧化碳、氯化氢气体，说明采用复合催化剂对TCE和PCE进行分解是行之有效的方法。(4)碱液吸收实验尾气中氯化氢气体的浓度约为4. 8%左右，经浓度为5_15g/L 的氢氧化钠溶液中和吸收后，氯化氢去除率达到99%以上。本发明的体系在结构上、形式上和操作上的设计都经过充分考虑，设计完善，可操作性强，处理对象范围广，具有高效、快速彻底、无二次污染的特点；同时体系中塔器拆卸、 运输方便，可重复应用于不同的污染场地，利用价值高；也可用于去除其他有机物污染地下水中的有毒有害污染物质，为有机污染地下水修复提供了一种工程实用且具有广阔应用前景的高效优化系统。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
权利要求
1.氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺，其特征在于，具体步骤为，地下水抽出，在滤去杂质后，利用空气吹脱法将水中易挥发氯代脂肪烃吹出而显色有机物臭氧脱色； 吹脱尾气含高浓度的氯代烃，进行催化燃烧，在燃烧之前应尾气中的水汽部分冷凝；燃烧后尾气中产生的氯化氢化学中和吸收。
2.氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺所用的设备，其特征在于，包含多功能逆流吹脱氧化组合塔、列管式换热器、易挥发氯代烃催化燃烧装置和含氯化氢尾气中和吸收塔；该修复系统按照多功能逆流吹脱氧化组合塔、列管式换热器、易挥发氯代烃催化燃烧装置和含氯化氢尾气中和吸收塔的顺序安装，其由管道连接。
3.如权利要求2所述的氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺所用的设备，其特征在于，所述的多功能逆流吹脱氧化组合塔，其包含吹脱装置和氧化装置，吹脱装置和氧化装置通过法兰结构连接而成。
4.如权利要求3所述的氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺所用的设备，其特征在于，所述的吹脱装置为筛板式吹脱塔，制成有机玻璃圆柱体，形顶部设有进液口接口和出气口接口，塔内装有多块筛孔塔板。
5.如权利要求3所述的氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺所用的设备，其特征在于，所述的氧化装置为带曝气头的鼓泡型氧化装置，由有机玻璃制成，包括曝气头，各进出料口和挡板；筒体顶部设有进气口 ；吹脱装置的液体进入氧化装置处设有带孔进液隔板；筒体中间装有一薄层粒径为5mm玻璃珠；氧化装置下部装曝气头组合；筒体底部设有出水口 ；出水口用法兰连接出水管道；吹脱装置和氧化装置从上至下通过法兰连接成一塔体。
6.如权利要求2所述的氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺所用的设备，其特征在于，所述的易挥发氯代烃催化燃烧装置由不锈钢制成，内设有小型换热装置和反应室， 反应室内装有La和Ce复合贵金属催化剂；外部设有回流旁路、旁路阀和流量控制器。
7.如权利要求2所述的氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺所用的设备，其特征在于，所述的尾气中和吸收塔采用防酸碱腐蚀材料制成，为圆柱形填料塔，塔顶设干净尾气排放口和碱液进口，塔顶内部碱液进口处设液体分布器；液体分布器下部装有陶瓷乱堆填料，为吸收过程提供气液接触场所；填料下部为进气布气装置，吸收塔底部设进气口和出液口。
8.如权利要求2所述的氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺所用的设备，其特征在于，所述的筛孔塔板，用有机玻璃制成，板厚8mm ；板上的圆形筛孔呈正三角形排列，孔径3mm ；筛板上设置受液盘，入口安全区宽度，溢流堰，降液管；筛板受液盘宽度为70mm，受液盘下凹20mm，入口安定区宽度为15mm;未设出口安定区；溢流堰高30mm。
9.如权利要求2所述的氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺所用的设备，其特征在于，所述的碱液是浓度为5-15g/L的氢氧化钠溶液。
10.如权利要求2所述的氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺所用的设备，其特征在于，所述的连接管道为钢管或者PVC管。
全文摘要
本发明涉及氯代烃污染地下水吹脱氧化及尾气处理工艺，具体步骤为，地下水抽出，利用空气吹脱法将水中易挥发氯代脂肪烃吹出而显色有机物臭氧脱色；吹脱尾气含高浓度的氯代烃，进行气相催化燃烧，在燃烧之前应将尾气中的水汽部分冷凝；燃烧后尾气中产生的氯化氢化学中和吸收。该处理工艺中使用设备按照多功能逆流吹脱氧化组合塔、列管式换热器、易挥发氯代烃催化燃烧装置和氯化氢尾气中和吸收塔的顺序安装并由管道连接。本发明优点体系结构设计合理、形式紧凑、操作简便，处理对象范围广，具有高效、彻底的优势；吹脱效率高，燃烧完全，操作单元组合更优化；塔器用法兰联接，拆卸、运输方便；可应用于不同类型污染场地修复和治理，应用前景广泛。
文档编号F23G7/07GK102367187SQ20111010833
公开日2012年3月7日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者刘莉莉, 廖志强, 张卫, 张建勇, 张猛, 张秀苹, 彭俊彪, 李丽, 李晶, 李炳智, 李琳, 李辉, 杨洁, 林俐冲, 林匡飞, 罗启仕, 贾楠 申请人:华东理工大学