[发明专利]一种用于浅层地下水氯代烃污染原位修复的套筒式生物电化学反应器

说明书

本发明涉及一种用于浅层地下水氯代烃污染原位修复的套筒式生物电化学反应器，具体涉及一种用于受卤代烃污染的浅层地下水原位修复的生物电化学反应器。本发明利用生物电化学脱卤技术，通过生物阴极为脱卤呼吸菌提供电子，促进生物脱卤呼吸的完成，解决地下水中外源电子供体不足的难题。本发明反应器的阴极包括表面均匀布孔的不锈钢圆筒和碳毡；底筒上段为直筒结构，下段为锥筒结构，底筒的上段边缘与不锈钢圆筒连接，止回球位于底筒的下段内；阳极位于不锈钢圆筒内，且PVC管位于阳极和阴极之间，阳极和阴极通过外接直流电源实现电连接。该装置可以置于口径较小的原位监测井中，操作简便，适合地下水环境复杂和操作条件不便的特点。

技术领域

本发明涉及一种用于浅层地下水氯代烃污染原位修复的套筒式生物电化学反应器，具体涉及一种用于受卤代烃污染的浅层地下水原位修复的生物电化学反应器。

背景技术

地下水是一种重要的淡水资源，其分布广泛便于利用，已经成为大多数国家及地区的主要饮用水源，有超过20亿人口将其作为饮用水。我国的人口数量占全球总人口的20％，然而淡水资源仅占全球淡水资源的5-7％，地下水资源对于我国的经济、社会发展和民生保障具有重要的战略意义。在我国，有400多个城市把地下水作为饮用水源，约占城市总数的60％以上。特别是我国北方地区，大约有30％的农业用水、50％的工业用水和60％的生活用水来自地下水。对于我国农村地区，生活饮用水主要依靠地下水供给。近年来，地下水卤代烃的污染在世界上受到极大的关注，其中氯代脂肪烃为地下水中最常见的有机污染物，四氯乙烯、三氯乙烯和1,2-二氯乙烯为地下水卤代烃中的代表性污染物。中国地质环境监测院曾对我国69个城市地下水卤代烃污染状况进行调查，调查结果显示，71％的城市地下水中，至少检测出一种挥发性污染物。在我国北方很多城市，都存在严重的卤代烃污染，其中PCE(四氯乙烯)和TCE(三氯乙烯)为主要污染物。卤代烃在地下水长期存在，难以自然降解，面对地下水中卤代烃污染现状，进行人工处理，变得十分必要和紧迫。

目前，针对地下水卤代烃的去除技术主要有吸附、曝气吹脱、零价铁还原、高级氧化以及常规微生物还原脱卤和新兴的生物电化学系统去除卤代烃有机物。吸附作为水中卤代烃传统去除方法，成本低、设计、操作简单，但是吸附剂吸附能力有限，此外，吸附作为物理去除方法，并不能将卤代烃进行无害化去除，需要后续处理。曝气吹脱，对于被挥发性有机物污染的水体有修复作用，但曝气消耗能量高、尾气中含有污染物需要进行尾气处理。目前已知以纳米零价铁为代表的纳米金属材料，对于卤代烃有较好的脱卤效果，但在其实际应用中存在材料团聚、稳定性差、流动性差和寿命短等问题。高级氧化技术主要是Fenton氧化和臭氧氧化技术，但是在地下水原位修复中，需要投加大量化学药剂，并且处理成本较高，难以大范围应用于地下水的处理。微生物还原技术，利用厌氧条件下某些微生物代谢过程中将卤代烃作为电子受体，完成卤代烃的脱卤过程。但是在地下水中，存在电子供体不足的问题，此外，产甲烷菌和反硝化细菌和脱卤还原菌存在竞争关系，这都极大限制了常规微生物还原脱卤的效果。因此，本专利提供一种生物电化学反应器，使用生物电化学阴极作为一种外源的电子供体为脱卤呼吸菌提供电子，来促进生物脱卤呼吸和卤代烃的分解转化。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种直接应用于地下水原位监测井中的套筒式生物电化学反应器的制备方法。

本发明的技术方案：

一种用于浅层地下水氯代烃污染的原位修复的套筒式生物电化学反应器，该反应器包括阳极6、阴极、PVC管5、底筒7和止回球8，所述的阴极包括表面均匀布孔的不锈钢圆筒2和碳毡3，碳毡3通过导电胶粘附在不锈钢圆筒2的内壁；所述的底筒7分为上段和下段，上段为直筒结构，下段为锥筒结构，底筒7的上段边缘与不锈钢圆筒2的下边缘连接，止回球8位于底筒7的下段内；阳极6由碳纤维和钛丝缠绕形成的刷状结构，阳极6位于不锈钢圆筒2内，且PVC管5位于阳极6和不锈钢圆筒2之间，阳极6和阴极通过外接直流电源9实现电连接。

进一步地，不锈钢圆筒2的开孔率为30％。