專利名稱：氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝的制作方法
氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝
技術領域：
本發明涉及氯代烴污染地下水修復技術領域，具體地說，是氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝。
背景技術：
由于氯代有機溶劑的大規模生產和廣泛應用，氯代烴污染地下水現象愈加突出。 由于氯代烴具有“三致效應”，對人類健康和生態安全構成嚴重的威脅。目前，我國氯代烴污染地下水治理和修復研究大都處于起步階段，亟需有效治理地下水污染的工程實用技術和方法，迫切需要加大科技研發投入，系統地研究和開發適合我國國情的地下水處理工藝或體系。目前，氯代烴污染地下水的修復方法有原位修復和異位修復。原位修復有化學法和生物法，但耗時長、成本高，處理不徹底，二次污染較嚴重，裝置靈活性、可操作性差。異位修復是地下水修復的代表性技術，應用最為廣泛。異位修復包括抽出處理、空氣吹脫、臭氧脫色、低溫催化和尾氣中和吸收等技術。空氣吹脫法利用干凈空將水中溶解性的易揮發化合物由液相轉移至氣相，以達到去除水中氯代烴污染的目的。吹脫方法早期應用于去除水中溶解的C02、H2S, NH3等氣體， 從七十年代中期開始，環境科學不斷地進行吹脫水中揮發性有機物的實驗，并將這項技術用于受揮發性有機物污染的污水處理。由于吹脫技術具有簡單、高效、投資省、易操作等諸多優點，已被美國環境保護協會指定為去除揮發性有機污染物最可行的技術。因此，結構簡單、經濟、高效吹脫塔的設計成為此技術在我國能否得到大規模應用和積極推廣的關鍵。由于單獨應用吹脫塔處理地下水只能去除易揮發污染物，處理對象范圍較小，對于難揮發有機物則需要采用進一步的處理手段，為此對于易揮發有機物和難揮發有機物混合污染地下水的處理，需要進行易揮發物的吹脫和難揮發物的臭氧氧化兩步。空氣吹脫和臭氧氧化各自分開進行，但鑒于節省設備投資和操作費用，開發一種多功能逆流吹脫氧化組合塔，使易揮發有機物的高效吹脫和難揮發有機物的氧化在同一裝置中完成，塔底的出水為可以直接回灌地下的達標水，塔頂排出含較高濃度的易揮發氯代烴的空氣混合氣。由于板式吹脫塔的傳質效率遠比一般的鼓泡塔高，吹脫后續尾氣可以達到直接低溫催化的所需濃度，所以本發明可省去尾氣吸附濃縮步驟，對現有技術路線進行改進和有效組合，同時引入換熱器冷凝對吹脫尾氣進行除濕以利于達到催化燃燒的條件。為了徹底凈化燃燒尾氣，用堿液中和吸收燃燒產物氯化氫，本發明采用填料吸收塔。整個技術路線不僅實現了高效快速去除地下水中污染物，節約設備投資和操作費用，而且實現了有毒有害污染物徹底氧化，在處理復雜的氯代烴污染地下水方面具有廣泛的應用價值。
發明內容本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝；其能作為工程應用規模的高效、經濟的異位修復工藝路線，其中包含多功能逆流吹脫氧化組合塔、列管式換熱器、易揮發氯代烴催化燃燒裝置和含氯化氫尾氣中和吸收塔等四個主要設備；主要修復目標為地下水中的易揮發和難揮發氯代烴污染物，也包含其它高濃度或低濃度的易揮發與難揮發有機污染物。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝，具體步驟為，地下水抽出，在濾去雜質后，利用空氣吹脫法將水中易揮發氯代脂肪烴吹出而顯色有機物臭氧脫色；吹脫尾氣含高濃度的氯代烴，進行催化燃燒，在燃燒之前應尾氣中的水汽部分冷凝；燃燒后尾氣中產生的氯化氫化學中和吸收。氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝所用的設備，包含多功能逆流吹脫氧化組合塔、列管式換熱器、易揮發氯代烴催化燃燒裝置和含氯化氫尾氣中和吸收塔；該修復系統按照多功能逆流吹脫氧化組合塔、列管式換熱器、易揮發氯代烴催化燃燒裝置和含氯化氫尾氣中和吸收塔的順序安裝，其由管道連接；所述的多功能逆流吹脫氧化組合塔，其包含吹脫裝置和氧化裝置，吹脫裝置和氧化裝置通過法蘭結構連接而成；所述的吹脫裝置為篩板式吹脫塔，制成有機玻璃圓柱體，內徑330mm，高1150mm， 形頂部設有進液口接口和出氣口接口，塔內裝有多塊篩孔塔板，塔板數由處理要求決定。抽出的地下水通過過濾器后，由提升水泵通過管道輸送到吹脫裝置頂部的進液口 ；進氣口由管道與鼓風機相連，通過氣路上渦流流量計進行空氣流量調節，控制氣液比在1200 1 ； 干凈空氣進入塔體，通過篩孔由底部上升，與污染水體錯流，保證了氣液充分接觸。上升的空氣與被吹脫出的污染氣體一同通過頂部的尾氣排放口進入列管式換熱器；氧化裝置為帶曝氣頭的鼓泡型氧化裝置，有機玻璃制成，內徑330mm，高1000mm，包括曝氣頭，各進出料口和擋板；筒體頂部設有進氣口 ；吹脫裝置的液體進入氧化裝置處設有帶孔進液隔板，孔徑 IOmm ；筒體中間裝有一薄層粒徑為5mm玻璃珠；氧化裝置下部裝曝氣頭組合；筒體底部設有出水口 ；出水口用法蘭連接出水管道；吹脫裝置和氧化裝置從上至下通過法蘭連接成一塔體；所述的易揮發氯代烴催化燃燒裝置由不銹鋼制成，內設有小型換熱裝置和反應室，反應室內裝有La和Ce復合貴金屬催化劑；外部設有回流旁路、旁路閥和流量控制器；所述的尾氣中和吸收塔采用防酸堿腐蝕材料制成，為圓柱形填料塔，內徑200mm， 填料高度1000mm，塔高1400mm，塔頂設干凈尾氣排放口和堿液進口，塔頂內部堿液進口處設液體分布器；液體分布器下部裝有陶瓷亂堆填料，為吸收過程提供氣液接觸場所；填料下部為進氣布氣裝置，吸收塔底部設進氣口和出液口 ；所述的篩孔塔板，用有機玻璃制成，板厚8mm;板上的圓形篩孔呈正三角形排列， 孔徑3mm;篩板上設置受液盤，入口安全區寬度，溢流堰，降液管；篩板受液盤寬度為70mm， 受液盤下凹20mm，入口安定區寬度為15mm;未設出口安定區；溢流堰高30mm ；所述的堿液是濃度為5_15g/L的氫氧化鈉溶液；所述的連接管道為鋼管或者PVC管。與現有技術相比，本發明的積極效果是(1)本發明根據地下水污染具體情況構建了異位修復有機物污染地下水的篩板式吹脫塔，并且結合較為成熟的臭氧化技術，去除難揮發有機物和發色物，且將吹脫和臭氧化在同一裝置中完成，節省投資，亦保證處理效果和出水水質；板式吹脫塔傳質效率高，使吹脫尾氣濃度能夠達到催化燃燒的必需濃度要求，可以省去吹脫尾氣濃縮步驟，節省投資和操作費用；(2)本發明逆流吹脫氧化裝置操作靈活，可根據處理對象類型、濃度來變更塔板數，在處理不同污染場地時可拆卸搬運，實用方便；(3)本發明使用催化燃燒裝置處理含易揮發氯代烴的吹脫尾氣，具有迅速徹底、無二次污染的特點；(4)本發明的體系設計相對簡單實用，實施起來較為方便，修復地下水范圍寬，可去除的污染物種類多；(5)本發明的堿液吸收步驟充分利用快速高效的化學吸收技術來中和尾氣中的氯化氫氣體，以確保排出尾氣達標；(6)本發明體系中塔器用法蘭連接，拆卸、運輸方便，整套體系可應用于不同的污染場地，利用價值高。
圖1本發明的工藝流程示意圖。
具體實施方式以下提供本發明氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝的具體實施方式
。實施例1請參見附圖1，氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝，具體步驟為，地下水抽出，在濾去雜質后，利用空氣吹脫法將水中易揮發氯代脂肪烴吹出而顯色有機物臭氧脫色；吹脫尾氣含高濃度的氯代烴，進行催化燃燒，在燃燒之前應尾氣中的水汽部分冷凝；燃燒后尾氣中產生的氯化氫化學中和吸收。氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝所用的設備，包含多功能逆流吹脫氧化組合塔、列管式換熱器、易揮發氯代烴催化燃燒裝置和含氯化氫尾氣中和吸收塔等四個主要設備；所述的氯代烴污染地下水高效修復系統按照過濾器1、提升水泵2、多功能逆流吹脫氧化組合塔3、風機4、列管式換熱器5、易揮發氯代烴催化燃燒裝置6和含氯化氫尾氣中和吸收塔7的順序安裝并由管道連接。所述的多功能逆流吹脫氧化組合塔3包含吹脫裝置和氧化裝置，吹脫裝置和氧化裝置通過法蘭結構連接而成；所述的吹脫裝置為篩板式吹脫塔，制成有機玻璃圓柱體，內徑330mm，高1150mm， 形頂部設有進液口接口和出氣口接口，塔內裝有多塊篩孔板8，塔板數由處理要求決定。抽出的地下水通過過濾器1后，由提升水泵2通過管道輸送到吹脫裝置頂部的進液口 ；進氣口由管道與鼓風機相連，通過氣路上渦流流量計進行空氣流量調節，控制氣液比在1200 1 ； 干凈空氣進入塔體，通過篩孔由底部上升，與污染水體錯流，保證了氣液充分接觸。上升的空氣與被吹脫出的污染氣體一同通過頂部的尾氣排放口進入列管式換熱器5 ；氧化裝置為帶曝氣頭的鼓泡型氧化段，用有機玻璃制成，內徑330mm，高1000mm，包括曝氣頭，各進出料口和擋板；筒體頂部設有進氣口 ；吹脫裝置的液體進入氧化裝置處設有帶孔進液隔板，孔徑IOmm ；筒體中間裝有一薄層粒徑為5mm玻璃珠；氧化裝置下部裝曝氣頭組合；筒體底部設有出水口 ；出水口用法蘭連接出水管道；吹脫裝置和氧化裝置從上至下通過法蘭連接成一塔體；所述的易揮發氯代烴催化燃燒裝置6由不銹鋼制成，內設有小型換熱裝置和反應室，反應室內裝有復合貴金屬催化劑；外部設有回流旁路、旁路閥和流量控制器；所述的尾氣中和吸收塔7采用防酸堿腐蝕材料制成，為圓柱形填料塔，內徑 200mm，填料高度1000mm，塔高1400mm，塔頂設干凈尾氣排放口和堿液10進口，塔頂內部堿液進口處設液體分布器；液體分布器下部裝有陶瓷亂堆填料，為吸收過程提供氣液接觸場所；填料下部為進氣布氣裝置，吸收塔底部設進氣口和出液口 ；所述的篩孔塔板，用有機玻璃制成，板厚8mm;板上的圓形篩孔呈正三角形排列， 孔徑3mm;篩板上設置受液盤，入口安全區寬度，溢流堰，降液管；篩板受液盤寬度為70mm， 受液盤下凹20mm，入口安定區寬度為15mm;未設出口安定區；溢流堰高30mm ；所述的堿液是濃度為5_15g/L的氫氧化鈉溶液；所述的連接管道為鋼管或者PVC管。多個水井內的水通過管道匯集于一根總管，待處理的地下水經過濾器1把水中的雜質濾除，過濾后的水由提升水泵2送入多功能逆流吹脫氧化組合塔3塔頂的進液口，到達吹脫塔中的第一塊塔板8上，水流在橫過篩板的過程中經過空氣充分吹脫，再經由降液管流入下一級塔板，經過多級吹脫后，水中易揮發氯代烴基本去除。通過吹脫段，已經去除揮發性有機物的水進入氧化段進行臭氧化，使難揮發有機物和顯色有機物被臭氧9氧化，水處理后達標并通過出水管直接回注到地下。吹脫尾氣由尾氣管道進入列管式換熱器5進行冷凝除濕。除去大部分水汽的尾氣達到催化燃燒的條件后，由管道引入易揮發氯代烴催化燃燒裝置6進行反應，反應后出來尾氣分兩路，一部分進入旁路管道，回流至進氣口與新鮮進氣混合，以提高氣體溫度達到催化反應所需溫度，另一部分則進入中和吸收塔7底部，進行堿液吸收。在中和吸收塔7內，含氯化氫尾氣與堿液在填料上充分接觸吸收，在填料上氯化氫與氫氧化鈉發生化學反應，氯化氫被氫氧化鈉中和完全，干凈尾氣上升至反應器頂部， 達標后排放。具體過程為(1)進水吹脫氧化實驗用自吸泵將受多種氯代烴污染的地下水從井里提上來， 經過過濾裝置濾除雜質，過濾后的水呈酒紅色。經檢測水中三氯乙烯濃度為750mg/L，四氯乙烯濃度為200mg/L，2-氯苯酚濃度0. 8Mmg/L，鄰苯二甲酸二辛酯濃度0. 02mg/L,并含 0. 02mg/L鉻。用提升水泵將地下水送入塔頂進液口中，吹脫裝置底部進氣口用鼓風機鼓入干凈空氣，同時在氧化段緩慢通入臭氧。系統達到穩定后，吹脫塔出水TCE濃度約為0. Img/ L，PCE濃度約為0. Oaiig/L，塔底出水已脫色，水中氯代烴整體去除率約為99%，可見該設備對含易揮發與難揮發有色污染物的地下水修復能達到很好的效果。(2)除濕實驗吹脫后尾氣含有大量水汽，相對濕度98%，必須除去水分到10%左右才能進行催化反應。將上述實驗的吹脫尾氣通入列管式換熱器的殼程，零下10°c氯化鈉鹽水通入換熱器的管程，兩流體交換熱量后，氣相中的水分就會冷凝成液態，尾氣相對濕度能10%左右。(3)低溫催化燃燒實驗將上述實驗干燥氣體通入催化燃燒裝置進行反應，進氣 TCE和PCE的總摩爾分數為1. 6%，反應溫度由回流熱反應氣混合來維持，TCE和PCE的總轉化率在85%以上，反應產物主要為二氧化碳、一氧化碳、氯化氫氣體，說明采用復合催化劑對TCE和PCE進行分解是行之有效的方法。(4)堿液吸收實驗尾氣中氯化氫氣體的濃度約為4. 8%左右，經濃度為5_15g/L 的氫氧化鈉溶液中和吸收后，氯化氫去除率達到99%以上。本發明的體系在結構上、形式上和操作上的設計都經過充分考慮，設計完善，可操作性強，處理對象范圍廣，具有高效、快速徹底、無二次污染的特點；同時體系中塔器拆卸、 運輸方便，可重復應用于不同的污染場地，利用價值高；也可用于去除其他有機物污染地下水中的有毒有害污染物質，為有機污染地下水修復提供了一種工程實用且具有廣闊應用前景的高效優化系統。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍內。
權利要求
1.氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝，其特征在于，具體步驟為，地下水抽出，在濾去雜質后，利用空氣吹脫法將水中易揮發氯代脂肪烴吹出而顯色有機物臭氧脫色； 吹脫尾氣含高濃度的氯代烴，進行催化燃燒，在燃燒之前應尾氣中的水汽部分冷凝；燃燒后尾氣中產生的氯化氫化學中和吸收。
2.氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝所用的設備，其特征在于，包含多功能逆流吹脫氧化組合塔、列管式換熱器、易揮發氯代烴催化燃燒裝置和含氯化氫尾氣中和吸收塔；該修復系統按照多功能逆流吹脫氧化組合塔、列管式換熱器、易揮發氯代烴催化燃燒裝置和含氯化氫尾氣中和吸收塔的順序安裝，其由管道連接。
3.如權利要求2所述的氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝所用的設備，其特征在于，所述的多功能逆流吹脫氧化組合塔，其包含吹脫裝置和氧化裝置，吹脫裝置和氧化裝置通過法蘭結構連接而成。
4.如權利要求3所述的氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝所用的設備，其特征在于，所述的吹脫裝置為篩板式吹脫塔，制成有機玻璃圓柱體，形頂部設有進液口接口和出氣口接口，塔內裝有多塊篩孔塔板。
5.如權利要求3所述的氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝所用的設備，其特征在于，所述的氧化裝置為帶曝氣頭的鼓泡型氧化裝置，由有機玻璃制成，包括曝氣頭，各進出料口和擋板；筒體頂部設有進氣口 ；吹脫裝置的液體進入氧化裝置處設有帶孔進液隔板；筒體中間裝有一薄層粒徑為5mm玻璃珠；氧化裝置下部裝曝氣頭組合；筒體底部設有出水口 ；出水口用法蘭連接出水管道；吹脫裝置和氧化裝置從上至下通過法蘭連接成一塔體。
6.如權利要求2所述的氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝所用的設備，其特征在于，所述的易揮發氯代烴催化燃燒裝置由不銹鋼制成，內設有小型換熱裝置和反應室， 反應室內裝有La和Ce復合貴金屬催化劑；外部設有回流旁路、旁路閥和流量控制器。
7.如權利要求2所述的氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝所用的設備，其特征在于，所述的尾氣中和吸收塔采用防酸堿腐蝕材料制成，為圓柱形填料塔，塔頂設干凈尾氣排放口和堿液進口，塔頂內部堿液進口處設液體分布器；液體分布器下部裝有陶瓷亂堆填料，為吸收過程提供氣液接觸場所；填料下部為進氣布氣裝置，吸收塔底部設進氣口和出液口。
8.如權利要求2所述的氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝所用的設備，其特征在于，所述的篩孔塔板，用有機玻璃制成，板厚8mm ；板上的圓形篩孔呈正三角形排列，孔徑3mm ；篩板上設置受液盤，入口安全區寬度，溢流堰，降液管；篩板受液盤寬度為70mm，受液盤下凹20mm，入口安定區寬度為15mm;未設出口安定區；溢流堰高30mm。
9.如權利要求2所述的氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝所用的設備，其特征在于，所述的堿液是濃度為5-15g/L的氫氧化鈉溶液。
10.如權利要求2所述的氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝所用的設備，其特征在于，所述的連接管道為鋼管或者PVC管。
全文摘要
本發明涉及氯代烴污染地下水吹脫氧化及尾氣處理工藝，具體步驟為，地下水抽出，利用空氣吹脫法將水中易揮發氯代脂肪烴吹出而顯色有機物臭氧脫色；吹脫尾氣含高濃度的氯代烴，進行氣相催化燃燒，在燃燒之前應將尾氣中的水汽部分冷凝；燃燒后尾氣中產生的氯化氫化學中和吸收。該處理工藝中使用設備按照多功能逆流吹脫氧化組合塔、列管式換熱器、易揮發氯代烴催化燃燒裝置和氯化氫尾氣中和吸收塔的順序安裝并由管道連接。本發明優點體系結構設計合理、形式緊湊、操作簡便，處理對象范圍廣，具有高效、徹底的優勢；吹脫效率高，燃燒完全，操作單元組合更優化；塔器用法蘭聯接，拆卸、運輸方便；可應用于不同類型污染場地修復和治理，應用前景廣泛。
文檔編號F23G7/07GK102367187SQ20111010833
公開日2012年3月7日 申請日期2011年4月28日 優先權日2011年4月28日
發明者劉莉莉, 廖志強, 張衛, 張建勇, 張猛, 張秀蘋, 彭俊彪, 李麗, 李晶, 李炳智, 李琳, 李輝, 楊潔, 林俐沖, 林匡飛, 羅啟仕, 賈楠 申請人:華東理工大學