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氧气微纳米气泡在地下水原位修复中的应用研究

元妙新 占升 张欣 范占煌 徐华锺 陈欢 魏宇琦

元妙新,占升,张欣,等.氧气微纳米气泡在地下水原位修复中的应用研究[J].环境工程技术学报,2022,12(4):1342-1349 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220421
引用本文: 元妙新,占升,张欣,等.氧气微纳米气泡在地下水原位修复中的应用研究[J].环境工程技术学报,2022,12(4):1342-1349 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220421
YUAN M X,ZHAN S,ZHANG X,et al.Research on the application of oxygen micro-nanobubbles in-situ remediation of groundwater[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(4):1342-1349 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220421
Citation: YUAN M X,ZHAN S,ZHANG X,et al.Research on the application of oxygen micro-nanobubbles in-situ remediation of groundwater[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(4):1342-1349 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220421

氧气微纳米气泡在地下水原位修复中的应用研究

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220421
基金项目: 国家重点研发计划项目(2018YFC1802300);中国节能环保集团有限公司重大科技创新项目(cecep-zdkj-2019-012)
详细信息
    作者简介:

    元妙新(1986—),男,高级工程师,硕士,主要从事环境修复研究,yuanmiaoxin@dadi-ep.com

    通讯作者:

    范占煌(1980—),男,高级工程师,硕士,主要从事环境修复研究,fanzhanhuang@dadi-ep.com

  • 中图分类号: X523

Research on the application of oxygen micro-nanobubbles in-situ remediation of groundwater

  • 摘要:

    微纳米气泡具有气泡粒径小、比表面积大、溶解氧浓度高、在水中停留时间长、传质效率高等特性,因而在地下水有机物污染原位修复领域具有很好的应用前景。选择南方某简易垃圾填埋场作为试验场地,采用微纳米气泡制备-注射一体化装置,研究抽提协同、注射流量、注射持续时间等工艺条件对氧气微纳米气泡传质和地下水污染物降解修复效果的影响。结果表明:相对于普通空气曝气,氧气微纳米气泡在水体内溶解氧浓度峰值更高,持续作用时间更长,抽提作用可显著提高微纳米气泡传质效率,提升影响半径,强化污染物去除效果。多轮注射+抽提联用工艺条件下,注射影响半径可达到4 m,COD去除率达96.1%,NH3-N去除率达92.4%,但注射停止后存在一定的反弹现象。

     

  • 图  1  空气曝气发生装置

    Figure  1.  Diagram of air aeration generator

    图  2  微纳米气泡发生装置

    Figure  2.  Diagram of micro-nanobubble generator

    图  3  试验场地注射井和监测井布置

    Figure  3.  Layout of injection wells and monitoring wells in the experimental site

    图  4  不同注射源条件DO浓度变化

    Figure  4.  Variation of DO concentrations under different injection conditions

    图  5  不同注射源条件氧化还原电位变化

    Figure  5.  Variation of redox potential under different injection conditions

    图  6  注射及注射+抽提工况下MW03井地下水中CODCr、NH3-N浓度变化

    Figure  6.  Variation of CODCr and NH3-N concentrations in groundwater at MW03 under injection and injection-extraction conditions

    图  7  注射及注射+抽提工况下MW03井地下水中DO浓度和ORP变化

    Figure  7.  Variation of DO concentrations and ORP in groundwater at MW03 under injection and injection-extraction conditions

    图  8  注射及注射+抽提工况下MW04井地下水中CODCr、NH3-N浓度变化

    Figure  8.  Variation of CODCr and NH3-N concentrations in groundwater at MW04 under injection and injection-extraction conditions

    图  9  注射及注射+抽提工况下MW04井地下水中DO浓度、ORP变化

    Figure  9.  Variation of DO concentrations and ORP in groundwater at MW04 under injection and injection-extraction conditions

    图  10  不同注射流量下MW03井地下水中CODCr、NH3-N浓度变化

    Figure  10.  Variation of CODCr and NH3-N concentrations in groundwater at MW03 under different injection flows

    图  11  不同注射流量下MW03井地下水中DO浓度、ORP变化

    Figure  11.  Variation of DO concentrations and ORP in groundwater at MW03 under different injection flows

    图  12  不同注射流量下MW04井地下水中CODCr、NH3-N浓度变化

    Figure  12.  Variation of CODCr and NH3-N concentrations in groundwater at MW04 under different injection flows

    图  13  不同注射流量下MW04井地下水中DO浓度、ORP变化

    Figure  13.  Variation of DO concentrations and ORP in groundwater at MW04 under different injection flows

    图  14  间歇性注射情景下地下水中CODCr变化

    Figure  14.  Variation of CODCr in groundwater under intermittent injection

    图  15  间歇性注射情景下地下水中NH3-N浓度变化

    Figure  15.  Variation of NH3-N concentration in groundwater under intermittent injection

    图  16  间歇性注射情景下地下水中DO浓度变化

    Figure  16.  Variation of DO concentrations in groundwater under intermittent injection

    图  17  间歇性注射情景下地下水中ORP变化

    Figure  17.  Variation of ORP in groundwater under intermittent injection

    表  1  地下水检测指标及分析方法

    Table  1.   Groundwater detection indexes and detection methods

    检测指标检测方式分析方法
    水位、电导率、ORP、DO现场快速检测
    pH、色度、溶解性总固体、总硬度、化学需氧量(CODCr)、生化需氧量(BOD5)、硫化物、阴离子表面活性剂、硫酸盐、氯化物、NH3-N、总氮、高锰酸盐指数(CODMn实验室送检GB/T 14848—2017
    砷、镉、铬(六价)、铜、铅、汞、镍实验室送检GB/T 14848—2017
    挥发性有机物(VOCs)、半挥发性有机物(SVOCs)实验室送检GB/T 14848—2017
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    表  2  地下水水质检测结果

    Table  2.   Groundwater quality test results

    指标单位检测结果GB/T 14848—
    2017 Ⅲ类限值
    超标倍数
    CODCrmg/L115
    BOD5mg/L8.1
    ORPmV−82.5
    DOmg/L1.2
    CODMnmg/L30.9≤39.3
    NH3-Nmg/L109≤0.5217
    邻苯二甲酸二甲酯μg/L1.3
    μg/L50.8≤104.1
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    表  3  不同气泡源特性对比试验条件

    Table  3.   Experimental conditions for comparison of characteristics of different bubble sources

    气泡性质制备设备通气量/(L/h)通气时间/h
    毫米级空气气泡空压机300.5
    空气微纳米气泡微纳米气泡发生装置300.5
    氧气微纳米气泡微纳米气泡发生装置300.5
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    表  4  不同注射工况对比试验条件

    Table  4.   Comparative test conditions under different injection conditions

    组别注射流量/
    (m3/h)
    注射时
    间/h
    抽提流量/
    (m3/h)
    抽提时
    间/h
    注射
    轮次/次
    每轮次注射
    时间段
    11.012112108:00—20:00
    21.01200108:00—20:00
    31.012112108:00—20:00
    41.512112108:00—20:00
    51.036136308:00—20:00
    注:组别1、3为相同注射、抽提条件下,不同时间点开展的2组试验。
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    表  5  污染物浓度反弹信息

    Table  5.   Pollutant concentration rebound information

    项目CODCrNH3-N浓度
    MW03井MW04井MW03井MW04井
    初始浓度/(mg/L)543480136102.6
    3轮注射后浓度/(mg/L)2120910.373.0
    污染物去除率/%96.156.592.428.8
    3轮注射后2 d浓度/(mg/L)17025154.177.8
    污染物去除率/%68.747.760.224.2
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  • 收稿日期:  2022-05-04

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