專利名稱：從被污染的地下水中除去污染物的方法
用于從地下水中除去污染物的方法是公知的。實(shí)例是所謂的“抽水—處理”工藝，其中，將被污染的地下水從土壤中抽出，然后，在地面上凈化污水。
這個(gè)方法的缺點(diǎn)在于，對(duì)所吸取的地下水進(jìn)行異地處理(ex-situtreatment)。這導(dǎo)致成本相對(duì)高并且難以控制系統(tǒng)。另外，產(chǎn)生廢物并可能造成空氣污染。另外可能的缺點(diǎn)在于例如由于土壤干涸或下陷，或者在吸取地下水中，地下水的水位降低，這使得所謂的涂抹帶(smearzone)擴(kuò)大，所以并不總是能夠吸取地下水。涂抹帶是土壤中已經(jīng)與被污染的地下水或地下水中的上層清液接觸的區(qū)域，但是該區(qū)域不再有地下水或上層清液層。涂抹帶的形成是由于地下水水位波動(dòng)造成。如果涂抹帶中的土壤已經(jīng)與地下水或上層清液接觸了，則如果地下水被污染了，那么該涂抹帶也將含有污染物。然而，因?yàn)榈叵滤辉俅嬖诹?，所以該涂抹帶不能通過(guò)將被污染的地下水抽出到地表上的技術(shù)來(lái)凈化。當(dāng)該涂抹帶與純凈的水接觸時(shí)(例如由于地下水水位的波動(dòng)或滲透(例如通過(guò)雨水))，將建立一個(gè)新的溶解平衡，使得一定比例存在于涂抹帶中的污染物進(jìn)入地下水。這延長(zhǎng)了凈化操作過(guò)程。
抽水—處理技術(shù)的另一缺點(diǎn)在于，使用該方法，由于例如溶解的鐵發(fā)生氧化作用和沉淀，因此常常發(fā)生阻塞。生物阻塞也常常發(fā)生或細(xì)微顆粒堆積在吸取管中。
本發(fā)明的目的在于提供一種從地下水中除去污染物的方法，其中，地下水不必從土壤中吸出。
這個(gè)目的通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的方法是一種用于從被污染的地下水中除去污染物的方法，該方法包括以下步驟a)將生物活性層應(yīng)用到土壤上或土壤中；
b)將被污染的地下水與生物活性層接觸。
污染物在生物活性層內(nèi)被轉(zhuǎn)化。
在本發(fā)明的上下文中，生物活性層意指一個(gè)包含生物活性材料的層。生物活性材料意指一種包含微生物的材料，通過(guò)該材料污染物可以被分解或轉(zhuǎn)化。該生物活性層可以連續(xù)應(yīng)用或不連續(xù)應(yīng)用。不連續(xù)應(yīng)用意味著將生物活性層分散應(yīng)用，即，以分散的幾部分形式應(yīng)用，這些部分一起形成了生物活性層。在一個(gè)實(shí)施方案中，生物活性層不連續(xù)應(yīng)用。不連續(xù)層的實(shí)例是一層包括多個(gè)溝槽的層，這些溝槽在形狀和尺寸上可以相同或不同。
通常選擇溝槽的個(gè)數(shù)、長(zhǎng)度、寬度和深度的組合以便構(gòu)成最優(yōu)工藝。
被污染的地下水和生物活性層之間的良好接觸是重要的，但是容納被污染的地下水的區(qū)域和地表的條件也影響生物活性層的形狀和尺寸。當(dāng)至少生物活性層的一部分被引入被污染的地下水中時(shí)，然后使被污染的地下水與生物活性層接觸，并且被污染的地下水僅需要在有限程度上移動(dòng)。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，放置生物活性層以便實(shí)現(xiàn)生物活性層與地下水之間的直接接觸。在實(shí)施方案中，這通過(guò)制造一種深度足以使該層的底部位于地下水中的生物活性層來(lái)實(shí)現(xiàn)。
然而，還可以將生物活性層與地下水不直接接觸。在這種情況下，需要使被污染的地下水積極地與生物活性層接觸一次或更多次。在根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施方案中，被污染的地下水與生物活性層之間的接觸通過(guò)使被污染的地下水進(jìn)入生物活性層中或頂部來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，被污染的地下水在氣體的協(xié)助下與生物活性層接觸一次或更多次。在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，被污染的地下水在氣體的協(xié)助下與生物活性層重復(fù)接觸。氣體通常通過(guò)一根或更多根進(jìn)入被污染的地下水或在地下水下方的管道注射入土壤。一根或更多根管道的挖掘深度和擺放距離由底層土的性質(zhì)和污染的水平程度和垂直程度來(lái)確定?？梢栽诠艿赖牟糠珠L(zhǎng)度上穿孔，例如，在0.5-1.5的長(zhǎng)度上。由于設(shè)置管道，所以沿著土壤中管道的外表面可能形成空隙。為了防止管道中的注射氣體通過(guò)這個(gè)空隙立即上升到地表，將例如硼潤(rùn)土的不透氣材料注入管道周圍。然而，管道的整個(gè)下部和管道的穿孔部分(如果存在的話)不必用不透氣材料包圍。在澆注這種管道底部和穿孔部分的情況下，應(yīng)該使用例如沙子的通氣材料。
在地表、注射管道之間和旁邊，制備或已經(jīng)制備了連續(xù)或不連續(xù)的生物活性層，該生物活性層的長(zhǎng)度和寬度由污染的程度和濃度、地下水的深度和存在或不存在上層清液層來(lái)確定。通過(guò)在足夠高的壓力下向管道提供空氣，使地下水通過(guò)氣升原理(airlift principle)移動(dòng)以流過(guò)含有生物活性層的溝槽。生物活性層中的微生物確保所希望的轉(zhuǎn)化進(jìn)行。
這個(gè)過(guò)程的原理在

圖1中示意性地表示。在圖1中，虛線(1)表示存在的地下水的水位。存在生物活性層的位置用(2)標(biāo)出。管道用(3)標(biāo)出，通過(guò)該管道將氣體注射入土壤中。這些管道也被稱為噴槍。彎箭頭(4)示意性地指出，由于注射入土壤的氣體，地下水如何循環(huán)。
生物活性層中的有氧轉(zhuǎn)化過(guò)程通過(guò)將生物活性層和被污染的地下水在含氧氣體，或優(yōu)選富氧氣體，的協(xié)助下進(jìn)行接觸來(lái)促進(jìn)。
無(wú)氧轉(zhuǎn)化過(guò)程可以通過(guò)使用低氧或無(wú)氧氣體來(lái)促進(jìn)。
無(wú)氧和有氧轉(zhuǎn)化過(guò)程可以在生物活性層中通過(guò)交替使用低氧或無(wú)氧氣體和含氧氣體或優(yōu)選富氧氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)例如污染物首先無(wú)氧轉(zhuǎn)化成化合物(盡管該化合物與污染物不同，但仍被認(rèn)為是污染物)，并且所得的無(wú)氧轉(zhuǎn)化產(chǎn)物接著有氧轉(zhuǎn)化成被認(rèn)為不是污染物的化合物時(shí)，這樣做是有益的?？諝馐歉谎鯕怏w的實(shí)例。
在另一實(shí)施方案中，無(wú)需氣體的協(xié)助，被污染的地下水與生物活性層通過(guò)將被污染的地下水泵送到生物活性層中來(lái)接觸。還可以將注射氣體與泵送被污染的地下水組合以使被污染的地下水與生物活性層接觸。
每次被污染的地下水與生物活性層接觸，至少一部分污染物被轉(zhuǎn)化或分解。根據(jù)地下水中污染物的濃度、生物活性層的活性和生物活性層的尺寸，被污染的地下水需要與生物活性層接觸一次或更多次以獲得所希望純度的地下水。
優(yōu)選地，被污染的地下水與生物活性層接觸一次以上。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，將被污染的地下水在泵的協(xié)助下從污染區(qū)域的下部抽出，隨后，將被污染的地下水注入生物活性層中或生物活性層上。然后，被污染的地下水通過(guò)生物活性層下降。通過(guò)連續(xù)地將水從生物活性層下部的污染區(qū)域中抽出并注入生物活性層中或生物活性層上，創(chuàng)造出了循環(huán)水系統(tǒng)，對(duì)于地下水，只要它還含有污染物，它每次通過(guò)生物活性層都被再次純化。這個(gè)循環(huán)不包括從土壤中大規(guī)模吸取地下水。任何出現(xiàn)在地表上的水將被立即注入地表上或地表下的生物活性層中。優(yōu)選地，一種或更多種物質(zhì)加到抽出的污水中，這些物質(zhì)可以被生物活性層中的微生物利用以轉(zhuǎn)化污染物。對(duì)于有氧轉(zhuǎn)化，這種物質(zhì)的實(shí)例是氧氣。通過(guò)充分供應(yīng)這些物質(zhì)，最優(yōu)地污染物的轉(zhuǎn)化連續(xù)進(jìn)行并且根據(jù)本發(fā)明的方法通常從地下水中除去希望量污染物的時(shí)間比沒(méi)有將這些物質(zhì)加到抽出的水中的方法所需的時(shí)間要短。待加物質(zhì)的選擇由所希望的轉(zhuǎn)化率來(lái)確定。在需要將例如硝酸鹽采用生物活性層中的導(dǎo)致無(wú)氧轉(zhuǎn)化的微生物從地下水中除去的情況下，在地下水通過(guò)生物活性層以前，可將有機(jī)碳源加到抽出的地下水中。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，被污染的地下水在氣體的協(xié)助下與生物活性層接觸一次以上。由于氣升原理，注射氣體將使被污染的地下水循環(huán)。圖1中闡明了這個(gè)過(guò)程。后一實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)在于，待注射的氣體含有生物活性層中的微生物轉(zhuǎn)化污染物所需的物質(zhì)，或者可以將這種物質(zhì)加到待注射氣體中。對(duì)于有氧轉(zhuǎn)化，這種物質(zhì)的實(shí)例是氧氣。通過(guò)充分供應(yīng)這些物質(zhì)，最優(yōu)地污染物的轉(zhuǎn)化連續(xù)進(jìn)行并且根據(jù)本發(fā)明的方法通常從地下水中除去希望量污染物的時(shí)間比沒(méi)有將這些物質(zhì)加到抽出的水中的方法所需的時(shí)間要短。對(duì)于將被污染的地下水與生物活性層接觸使用氣體的另一優(yōu)點(diǎn)在于，任何存在的揮發(fā)物可以沿著氣體流到生物活性層中。因此，在優(yōu)選的實(shí)施方案中(其中，被污染的地下水在氣體的協(xié)助下與生物活性層接觸)，可以同時(shí)除去揮發(fā)污染物和水溶污染物。
根據(jù)本發(fā)明的方法適于除去任何溶于水中的污染物。對(duì)于通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法待除去的污染物，優(yōu)選的是易溶的。
如果污染物是易溶的，則該方法使所希望的去污比在污染物較不易溶解的情況下的去污更快。與已知抽水—處理工藝不同，根據(jù)本發(fā)明的方法也適于除去溶解不好的污染物，雖然它通常將溶解不好的污染物降到所希望水平通常需要花費(fèi)更多的時(shí)間，花費(fèi)時(shí)間更多的原因在于，溶解不好的污染物在地下水中的溶解量較低，因此，僅有少量污染物與生物活性層接觸。然而，通過(guò)將含有溶解不好污染物的被污染的地下水與生物活性層頻繁接觸，由本發(fā)明的方法可以充分地除去這種污染物。在本發(fā)明的上下文中，溶解不好的化合物被定義為一種溶解度在1分子/m3地下水-10克/m3地下水之間的化合物。所有溶解度高于10克/m3地下水的化合物被定義為易溶。
如果抽水—處理方法(其中，將污染的水抽出并排出)用于除去溶解不好的污染物，則需要將大量的水從土壤中吸取并排出或再過(guò)濾，該方法具有所有伴隨而來(lái)的缺點(diǎn)。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案中，將凈化劑加到地下水中。在本發(fā)明的上下文中，凈化劑意指任何促進(jìn)待除去污染物分解的物質(zhì)。優(yōu)選地，使用可生物降解的凈化劑。優(yōu)選地，使用的凈化劑對(duì)待凈化土壤的黏附力比對(duì)待除去污染物的黏附力要小。更優(yōu)選地，凈化劑沒(méi)有黏附到或幾乎沒(méi)有黏附到待凈化的土壤上。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，使用環(huán)糊精作為凈化劑。在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，在工藝期間使用電子受體。
根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選用于除去含氮污染物(例如NH3)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，將氨硝化成硝酸鹽，接著，通過(guò)添加含碳組分將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N2。
其中污染物是NH3的一種方法，可以包括以下步驟a)將生物活性層應(yīng)用到土壤上或土壤中；b)被污染的地下水在有氧條件下與生物活性層接觸，其中，在生物活性層中，NH3轉(zhuǎn)化為NO3-；c)在將NH3濃度降到所希望水平所需時(shí)間的期間，重復(fù)步驟b)；d)接著，將NH3濃度已經(jīng)降到所希望水平的地下水在無(wú)氧條件下與生物活性層接觸；e)在將NO3-濃度降到所希望水平所需時(shí)間的期間，重復(fù)步驟d)。
對(duì)于除去含氮污染物，該方法包括硝化步驟，該步驟后接著進(jìn)行脫氮步驟。在實(shí)施方案中，首先挖掘其中應(yīng)用生物活性層的溝槽，隨后將管道安放在一定位置上(采用該管道將空氣注射入被污染的地下水的下方土壤中)，由此，使被污染的地下水由于氣升原理而移動(dòng)并因此與生物活性層接觸。在生物活性層中，在微生物的影響下，在空氣的存在下，含氮污染物有氧轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，例如，由NH3轉(zhuǎn)化成NO3-。
在注射空氣的協(xié)助下，污水通過(guò)生物活性層再循環(huán)穿過(guò)生物活性層直到含氮污染物的濃度降到所希望的水平。這個(gè)硝化步驟后接著脫氮步驟。在脫氮步驟中，將電子受體(例如，以有機(jī)碳源的形式)加到含氮地下水中，在該電子受體的存在下，硝酸鹽在生物活性層中轉(zhuǎn)化成N2。用在根據(jù)本發(fā)明的方法中的優(yōu)選的有機(jī)碳源是甲醇、乙酸、乳酸鹽或糖蜜。
在實(shí)施方案中，脫氮工藝通過(guò)以下兩個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行將含硝酸鹽的地下水通過(guò)管道抽出(在硝化階段通過(guò)該管道注入空氣)，并將電子受體在地面上加到含硝酸鹽的水中，于是，將含硝酸鹽的水泵送到生物活性層上，其中，在電子受體的存在下，微生物使硝酸鹽轉(zhuǎn)化成N2。這個(gè)實(shí)施方案由圖2說(shuō)明。在圖2中，虛線(1)表示存在的地下水的水位。存在生物活性層的位置用(2)標(biāo)出。將電子受體加到其中的地下水通過(guò)管道(3)注射。含硝酸鹽的地下水通過(guò)管道(4)從土壤中吸取。泵在(5)處示意性地示出并且(6)指出將電子受體加到地下水中的點(diǎn)。
將電子受體加到泵吸出的地下水中的優(yōu)點(diǎn)在于，抽出地下水可以容易地確定硝酸鹽的濃度，于是，電子受體的加料速率可以由此調(diào)節(jié)。然而，也可以將含硝酸鹽的地下水在氣體的協(xié)助下通過(guò)氣升原理與生物活性層再次接觸，并且也可以將揮發(fā)的電子受體加到氣體中使得整個(gè)過(guò)程可以在土壤中進(jìn)行。在這兩種實(shí)施方案中，載氮污染物的除去原地進(jìn)行，因?yàn)?，污染物的轉(zhuǎn)化在應(yīng)用到土壤中或土壤上的生物活性層中實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.用于從被污染的地下水中除去污染物的方法，所述方法包括以下步驟a)將生物活性層應(yīng)用到土壤上或土壤中；b)所述被污染的地下水與所述生物活性層接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述生物活性層不連續(xù)地應(yīng)用。
3.如權(quán)利要求1-2中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述生物活性層的深度使所述層的底部位于所述地下水中。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使所述被污染的地下水進(jìn)入所述生物活性層中或頂部。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述被污染的地下水在氣體的協(xié)助下與所述生物活性層重復(fù)接觸。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述被污染的地下水通過(guò)泵送與所述生物活性層接觸。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述被污染的地下水與所述生物活性層接觸一次以上。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述污染物是易溶的。
9.如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，電子受體在所述方法期間加入。
10.如權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將氨硝化成硝酸鹽，接著，通過(guò)添加含碳組分將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N2。
11.如權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述污染物是NH3，所述方法包括以下步驟a)將生物活性層應(yīng)用到土壤上或土壤中；b)所述被污染的地下水在有氧條件下與所述生物活性層接觸，其中，在所述生物活性層中，NH3轉(zhuǎn)化為NO3-；c)在將NH3濃度降到所希望水平所需時(shí)間的期間，重復(fù)步驟b)；d)接著，將NH3濃度已經(jīng)降到所希望水平的所述地下水在無(wú)氧條件下與所述生物活性層接觸；e)在將NO3-濃度降到所希望水平所需時(shí)間的期間，重復(fù)步驟d)。
12.如權(quán)利要求1-11中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，添加凈化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從地下水中除去污染物的方法，其中，不必從土壤中吸取地下水。為了這個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟a)將生物活性層(2)應(yīng)用到土壤上或土壤中，b)所述被污染的地下水與所述生物活性層(2)接觸。污染物在生物活性層中轉(zhuǎn)化。生物活性層(2)可以不連續(xù)地應(yīng)用。被污染的地下水可以在例如氣體的協(xié)助下與生物活性層接觸。
文檔編號(hào)B09C1/10GK1898035SQ200480038053
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者勞倫蒂努斯·韋爾海爾姆斯·斯特納波可爾斯, 馬丁·威廉·卓扎夫·普盧姆, 多米尼克斯·理查德斯·約翰內(nèi)斯·格洛特簡(jiǎn) 申請(qǐng)人:特雷科公司