[实用新型]一种太阳能驱动的氯代有机物污染地下水的修复装置

说明书

技术领域

本实用新型属于环保技术领域，特别涉及一种太阳能驱动的氯代有机物污染地下水的修复装置。

背景技术

地下水是一种重要的水资源，根据现有资料，在我国当前的用水结构中，地下水占据了全国总供水量的1/5，但大量排放的工业废物、农业污染物、城市生活垃圾等已经造成了地下水不同程度的污染。在我国的一些大中城市中心地带和郊区的地下水排泄区，呈带状和面状污染，且有逐步加重的趋势，部分城市浅层地下水已不能直接饮用。污染物在大气降水或灌溉水的淋滤作用下，通过包气带进入含水层中，使地下水污染物浓度超标上千倍，甚至上万倍，造成极大的环境健康风险。有数据显示，氯代有机物(如四氯乙烯，三氯乙烯与氯酚等)是一类重要的地下水污染物，主要是由于有机物的处置不当、进入地下水后造成的。氯代有机物在地下水中难以自然降解，一旦进入地下水，即使在ppb级的浓度水平，也会对饮用地下水的人群产生极大的健康危害。

世界各国都在寻求氯代有机物污染地下水的处理方法，其中包括空气吹脱、微生物投菌法、零价铁还原、化学氧化等等，但是这些方法都存在一定的局限性。空气吹脱法是利用某些氯代有机溶剂的挥发特性，通过鼓入高压空气的方法使污染物分子从水中挥发出来，方法简单易行，不产生二次污染，适合于地下水源的处理，但是该方法无法吹脱水中低浓度的氯代有机溶剂分子和半挥发性的氯酚等。微生物投菌法和零价铁还原法因为投加了细菌和铁，都不适合作为饮用地下水的处理。化学氧化法中只有臭氧法适合于饮用地下水的处理，但是在处理氯代有机物的时候，由于氯代有机物的C-Cl键并不能通过氧化方式完全断开，可能造成新的氯代有机分子的产生，并不能达到完全转化氯代有机物、彻底净化引用地下水的目的。

臭氧可以由电化学方法产生，该方法采用质子交换膜分隔惰性金属氧化物电极，通过电解水的方式在阳极产生臭氧，在阴极产生氢气。该电化学过程通过电能驱动，是一个电能转化为化学能的过程。目前商业的电化学臭氧发生器采用220V的电压接入，并不适合农村地区或者野外作业时的污染地下水的现场处理。而且，直接应用臭氧氯代有机物污染地下水，也存在前述的净化不彻底、产生新的有毒污染物的可能。因此，需要根据氯代有机物污染地下水的特点，寻求适合农村和野外作业的饮用地下水净化方法。

实用新型内容

本实用新型提供一种新的氯代有机物污染地下水的处理装置，该处理装置采用一种阴阳联合作用的电化学处理过程，含有阴极氢气催化还原脱氯与阳极臭氧氧化两个过程，解决单一臭氧氧化无法彻底脱氯的缺陷，同时提高了单位电能的水处理效率。该装置采用光伏太阳能驱动，便于移动，适合于农村地区或者野外作业时的污染地下水的现场处置。

本实用新型是通过以下的技术方案实现的：

一种太阳能驱动的氯代有机物污染地下水的修复装置，包括水电解臭氧发生模块、传质反应模块和光伏电源模块，所述传质反应模块包括反应器，污染地下水连续经过反应器，水电解臭氧发生模块产生的氢气和臭氧通过空气泵输入反应器，并且氢气输入位置填充钯催化剂，臭氧输入位置在氢气输入位置的下游；所述光伏电源模块给水电解臭氧发生模块和空气泵供电。

所述传质反应模块的反应器可以为反应管。

本实用新型的氯代有机物污染地下水的修复装置，水电解臭氧发生模块产生的阴极氢气被收集和利用，用于氯代有机物的还原脱氯；地下水中的氯代有机物的处理包含氢催化脱氯和臭氧氧化两个前后衔接的过程，避免了氯代有机物的C-Cl键无法彻底断键的问题。

PEM电解堆阴极产生的氢气产生后，在小型空气泵鼓风的引导下，进入污染地下水流经的反应管，与反应管中填充的钯负载的多孔陶瓷颗粒和污染水进行充分的混合，水体中的氯代有机物得到还原脱氯。水电解产生的臭氧，在小型空气泵的引导下，与污染水混合，对脱氯后的有机物进一步的氧化，并同时氧化处理水中的非卤代有机污染物和致病菌。以2,4-二氯酚为例，电解纯水产生氢气并还原氯代有机物、还原产物的进一步臭氧氧化，可以用以下的化学反应式表示：

    （氯代有机物还原）

C₆H₆O+O₃→...→CO₂+H₂O    （还原产物的进一步臭氧氧化）

所述传质反应模块的反应器也可以为两段溢流式反应器，包括一个脱氯反应箱和一个臭氧反应箱。如图2所示，氢气输送到填充有负载钯的多孔陶瓷颗粒的聚丙烯（PPR）容器中，与污染地下水混合并反应脱氯；容器出水再通过溢流进入下方的316不锈钢容器，与臭氧混合，进行臭氧氧化过程。