强化生物堆修复石油污染土壤的工程案例

2019-03-28刘骁勇李惠生南香岭

山东化工 2019年4期

崔朋，刘骁勇，刘敏，李静，李惠生，南香岭

(山东碧泉环境工程技术有限公司，山东济南 250000)

2014年，环境保护部(现生态环境部)与国土资源部(现自然资源部)联合发布了《全国土壤污染状况调查公报》，公报调查结果显示，油田是重点污染场地类型，土壤超标点位达23.6%，超过全国土壤污染物的平均超标率16.1%，主要污染物为石油烃及多环芳烃。石油对土壤的污染大多集中在表层，石油物质进入土壤会改变土壤的理化性质，引起土壤微生物群落的变化，因此需要进行修复，对于石油污染土壤的修复，多采用物理、化学和生物方法[1]。物理修复主要有客土法、焚烧法、热脱附法、气相抽提法、电动力法等，化学修复主要有淋洗法、萃取法、化学氧化法等，但是物理法一般需要特定的场地和专业机械，化学法需要使用大量的化学药剂，这两类修复方法修复成本高，容易产生二次污染[2]。生物修复以其成本低，对环境的影响小，处理效果好，不产生二次污染等优势，在石油污染土壤修复中的应用越来越多。

本案例对某石油污染场地的修复工程进行介绍，涉及强化生物堆技术参数设计、工程实施等过程，旨在为类似污染场地的修复工作提供依据。

1 场地基本状况

该污染场地位于辽宁省盘锦市辽河油田主产区，污染场地所在县是国内著名的优质稻-蟹生产区，该区域拥有数量众多的采油井，油井的建设、开采、集输等生产活动造成了井场周边土壤的石油污染，经场地调查需要进行修复。

1.1 场地污染状况

本污染场地位于生产及作业井场周边，土壤中总石油烃浓度为2000～20000mg/kg，均值4213 mg/kg，修复目标值500 mg/kg。该污染场地的特点是局部浓度较高，但大部分污染程度中等，污染深度0.5m，污染面积9300m2，修复土方量约4650m3。

1.2 场地地质条件

污染区域表层土壤以粉质黏土和粉土为主，土壤含水率较高，该层厚度为3.5m左右，底板最大埋深3.5m。此类土质对污染物的截留效果较好，污染物向土壤下层迁移程度不高。地下水埋深约0.8m，地下水类型属第四系孔隙潜水，主要受大气降水补给。调查结果显示，该区域地下水目标污染物未超标。

2 修复工程设计

通过对本污染场地土壤的理化性质、土壤微生物进行检测分析，综合考虑修复技术的可行性、治理周期、土地的规划用途及处理的经济性等因素，最终确定采用强化生物堆修复工艺。

2.1 技术路线

强化生物堆修复施工工艺流程包括：

(1)施工准备，包括施工进场前准备、相应基础设施建设、设备进场、场地平整、配套修复设施准备等。

(2)测量放线，现场定位污染区位置，根据业主提供的测量坐标控制点进行复核，布设坐标控制网，依据施工计划的有关要求核定污染土壤修复范围和边界。

(3)污染范围内土壤开挖。基坑开挖采用挖掘机挖掘，按设计深度进行开挖。本工程因开挖深度较浅，开挖时应控制开挖深度，防止过度挖掘。开挖完成后对基坑边界和坑底布点采样，若侧壁样品检测不合格需继续向外扩展挖掘，若坑底样品检测不合格则继续深挖。

(4)生物堆堆制。按照设计要求(见2.2)的技术参数，对生物堆进行堆制。

(5)生物堆修复运行。

(6)取样检测及场地复原。对生物堆体进行取样检测，每个堆体作为一个检测单元布设采样点，每个点位取3～5处土壤进行混合检测，当堆体土方量大于500m3时，按每500m3一个样品取样，若检测合格将生物堆原位回填并整平，若不合格则继续运行生物堆系统直至检测合格。

技术路线如图1所示。

图1 强化生物堆修复技术路线图

2.2 生物堆设计

生物堆系统由以下几部分组成：土壤堆体、通风系统、营养液/水分分配系统、渗滤液收集处理系统、监测系统。

(1)根据工程经验，堆体高度不宜过高，本场地堆体土壤高度设计为1m，底部宽度设计为8～10m，堆体坡度设计为1∶0.5，考虑到施工的便捷性及避免交叉污染，本场地生物堆原地堆建，堆体的长度根据污染地块地形进行调整。

(2)通风系统主要由通风干管、支管、调节阀、流量计、鼓风机等组成，为便于控制通风效果，每条支管均配备调节阀。通风管路布设于堆体的中下部，距堆底约0.3～0.4m。通风支管采用DN100规格的盲管，通风干管采用UPVC管。盲管抗压、耐压性能高，且回复性好，通气性优越，表面平均开孔率达90%～95%，在土中、水中不易降解，抗老化、耐腐蚀。铺设时首先在盲管上包裹一层土工布，起到防护、过滤的作用。为避免鼓气过程造成短路，盲管距离土堆边缘不小于0.2m，通风盲管距生物堆堆体宽度方向两侧边缘各0.5m，通过PVC管与通风干管相连。连接通风盲管的UPVC支管长度为1m，其中0.5m插入生物堆与通风盲管相连，其余0.5m位于生物堆堆体外，通风盲管间距为2m。通风系统如图2所示。

(3)营养液/水分分配采用农业上较为成熟的喷灌技术，系统由水源、喷头、管网、首部组成，喷头间距为喷洒直径的60%。喷灌的雾化效果好、水滴小，能够避免补水过程中对于生物堆堆体的冲刷并且可以节约用水。

(4)堆体在运行过程中会产生渗滤液，为避免对环境污染，需设置渗滤液收集系统对渗滤液进行收集。首先在平整后的场地上修建坡度为1∶10的人字坡，而后铺设基础防渗层，见图3。防渗层由一层土工布+一层HDPE膜+一层土工布构成(两布一膜)，在基础防渗层铺设完成后进行渗水板的铺设，渗水板的尺寸应大于堆体底部尺寸。渗水板铺设完成后，在其上方铺设一层土工布，防止污染土壤进入渗水板造成渗水板堵塞从而影响渗滤液的排出。导出的渗滤液通过排水沟收集到集水池，收集后再次喷洒到生物堆顶部，从而做到废水零排放，集水系统见图4。

图2 通风系统示意图

图3 基础防渗系统结构示意图

图4 集水系统示意图

(5)生物堆堆体内设置监测点，对堆体内温度、水分含量、氧气含量等进行监测。管理人员可根据土壤水分、温度以及土壤气等参数的监测分析，对系统运行做适当调整及优化，确保系统处于最优运行工况。土壤气监测探头、温度与水分含量监测探头布设于距堆体底部0.7m处，土壤气监测探头相邻探头的间距为3m，温度与水分含量监测探头间隔为6m。生物堆示意图如图5所示。

图5 生物堆示意图

2.3 生物堆堆建

(1)对污染土壤进行预处理，预处理主要包括土壤均质处理、调整土壤中碳氮磷钾的配比、调节土壤含水率等。本项目表层土质以粉质粘土和粉土为主，通气效率低，首先添加10%左右的稻壳作为膨松剂，增加土壤的透气效果，同时稻壳也是缓释营养源。然后播撒适配好的强效微生物菌剂，掺加一定比例的复合肥，喷洒一定量的工业糖蜜，使用旋耕机进行充分搅拌。

(2)修复区域内土壤搅拌均匀后，选取地面平整且相对地势较高的区域作为生物堆强化处理区。根据需要处理的土方量设计的生物堆尺寸，测量放线画定生物堆堆体区域，利用挖掘机将该区域土壤转移到区域外暂存。对该区域进行整平并剔除石块、树枝等坚硬物，修建人字坡，然后在该区域铺设防渗层和渗滤液导排层。

(3)利用小型挖掘设备，在不破坏防渗膜的情况下，将预处理后的土堆在防渗膜上铺设0.3～0.4m厚的土层。

(4)在该土壤层表面按设计参数布设通风管，固定完成后继续堆高至0.7m左右。

(5)在该土壤层布设监测探头，包括：土壤气监测探头、温度与水分含量监测探头。

(6)继续堆土至1m，并对堆体四周开展机械与人工修坡结合作业，修整完成后在堆体表面和侧面种植黑麦草。种植黑麦草可以固定堆体表面土壤，防止形成扬尘并避免喷灌时造成水分冲刷土壤，破坏堆体结构；黑麦草本身对石油烃污染土壤具有协同修复作用，其发达的根系也可改善土壤结构，对微生物的生长具有促进作用；此外，种植黑麦草具有一定的景观效果。

(7)安装营养液/水分调配系统。

(8)生物堆调试运行。