张明　赵怡阳　徐辰

摘要：本研究以退役农药污染场地修复实际工程为例，将原位气相抽提和高级氧化修复技术结合应用，并辅以水力压裂技术改善土壤渗透能力。设计制造了成套可移动、模块化修復系统和装备，通过小试、中试获得切实可行的系统化运行参数，为国内原位修复挥发性有机污染场地提供了可执行的技术指导和装备经验借鉴。

关键词：原位修复;气相抽提;高级氧化;水力压裂;挥发性有机污染物

中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）06-00-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.052

Application of gas phase extraction and oxidative fracturing technology in organic contaminated soil remediation engineering

Zhang Ming，Zhao Yiyang，Xu Chen

（Zhejiang Bestwa Environmental Technology Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310015，China）

Abstract：In this study，the actual project of remediation of decommissioned pesticide-contaminated sites is taken as an example.In situ gas phase extraction and advanced oxidative remediation technology are used in combination with hydraulic fracturing technology to improve soil permeability.Designed and manufactured a complete set of movable and modular repair systems and equipment，and obtained practical and systematic operating parameters through small and pilot tests，providing executable technical guidance and equipment experience for domestic in-situ repair of volatile organic pollution sites .

Key words：In situ repair;Gas phase extraction;Advanced oxidation;Hydraulic fracturing;Volatile organic pollutants

土壤气相抽提技术（Soil Vapor Extraction， SVE）是始于1980年代的土壤原位修复技术，其原理是利用真空泵抽提降低污染区域土壤孔隙内有机污染物的蒸汽压，使之挥发、解吸转化为气态形式，并随同通入的新鲜空气一同抽出，以去除污染物。文献报道中提及的SVE修复效果的影响因素主要包括土壤渗透性、含水率和地下水深度、土壤结构及分层、气相抽提流量与Darcy流速、有机物蒸汽压与土壤温度等[1]。一般认为SVE主要适用于挥发性较强的有机污染修复，且要求土壤质地均一、渗透性好、孔隙率大、含水率小、地下水位较低[2]。但在工程实际应用中经常会遇到土壤种类和结构、污染物挥发性方面的制约因素，如在修复一些低渗透性的黏土污染区域时，土壤的致密结构往往会造成SVE抽提效果不佳，时间和运行成本大幅提高。水力和高压气体压裂（Pneumatic and Hydraulic Fracturing， PHF）技术可以通过高压水或气的注射，在原本固结的土壤中开辟新的气体通路，增加土壤的透气性，从而提高污染物与载体气体的接触几率，提高抽提效率，同时为氧化药剂的渗透接触打开通道。

我国开展SVE原位修复工程实践较少，本研究应用水力压裂与氧化技术强化SVE修复农药污染场地，形成较为成熟的成套设备并积累了有效的设备运行参数，对国内类似场地的修复具有积极地指导意义。

1 工程场地概况

修复工程场地为20世纪90年代停产的退役化工厂，主要生产顺丁烯二酸酐（顺酐）和邻苯二甲酸酐（苯酐），污染物主要为生产过程中的原辅料包括苯系物，污染土壤量30 000 m3。场地内残留大量农药气味，如异位开挖会严重影响周边居民生活，因此确定采用气相抽提结合水力砂裂和化学氧化进行原位修复。

2 修复工艺流程与各系统设计

本项目所设计装备根据场地实际情况为原位氧化和气提修复技术的联合应用，工艺流程见图1。经小试试验确定的适量氧化药剂经气提系统注射井注入污染土壤，在抽提井负压作用下向抽气方向扩散，并沿途与土壤中的污染有机物发生高级氧化反应。反应产物、剩余氧化剂和挥发性有机气体等气液混合物经抽提进入气液分离装置，分离出的气体和液体分别送往相应的处理设备处理后或达标排放或回用。为提高土壤渗透性，从而增加药剂扩散面积和抽提影响半径，本装备还加装了一套水力压裂系统，利用高压在粘性土壤中生成网状裂隙带，显著提高氧化和气提修复效果。

2.1 注入井、抽提井布设

注入井、抽提井及附属设备管道均为外部露天设备，管口分别配置了阀门、压力计和真空表，并与氧化药剂注药系统及抽提系统抽气管相连。其中：

井套管：使用直径60 mm PVC管道，井管下部为长1.5m狭缝井屏，狭缝宽度为1～2 mm，间距1.5 cm，井底和井口分别设置10cm管帽。井端超出地面0.2～0.5 m;

滤料和填料：滤料采用0.1～0.2 mm石英砂，填至井屏上部20 cm，其上方填入60 cm膨润土起密封隔离作用。

密封：膨润土上方用水泥灰浆密封至与地面齐平。

2.2 氧化药剂调制、注入系统及水力压裂系统

化学氧化和水力压裂系统集成于一个40GP标准集装箱中，其中化学氧化系统含两个3 m3溶药罐及附属搅拌装置、液位计及螺杆泵，药剂在罐中经搅拌溶解后由螺杆泵送入注药总管，总管上间隔30 cm装配有40个配备流量计的注射分管，再由注射分管分别连接至外部注入井地上管口，完成注药。本注药系统可通过电磁阀、压力传感器和电磁流量计实现输送药剂的流量控制。水力压裂由注射料液（交联支撑剂）配制和高压注入（DN50，1.6 MPa螺杆泵）装置组成。

2.3 气相抽提和废气处理系统

气提系统由抽提井、抽提支管、多功能吸收塔、气液分离装置和活性炭吸附装置构成。抽提井所抽提废气废液混合物经支管汇集至真空泵进入多功能吸收塔，塔内喷淋雾化氧化剂吸收废气中的可溶部分并氧化去除大部分非可溶有机废气。吸收处理后的混合废气在气液分离装置中将水雾和气体进行分离，以防水雾进入下一单元。经气液分离后气体由引风机吸至活性炭吸附器去除剩余非溶性有机废气，最终经排气筒达标排放。系统整体可达到水吸收率95%以上，氧化效率90%，活性炭吸附效率95%以上，阻力小于1 500 Pa，脱水率90%。

3 各系统修复运行处理主要参数

3.1 水力压裂系统

系统以Geoprobe钻机将空心钻杆和钻头压入设计深度，高压注水进行压裂，达水力突破后，注入交联支撑剂，维持裂隙网络。水力压裂每隔3 m土层进行，压力为实验测得。以6 m深度压裂为例，试验压力在0.4～2.06 MPa之间，突破压力为2.06 MPa。交联支撑剂由瓜尔胶、缓冲剂（K2CO3或NaOH）、交联剂（硼砂）、破胶剂（生物酶）和砂按实验比例配制。

3.2 氧化药剂用量与注入

原位化学氧化药剂采用2.5% KMnO4水溶液通过注入井（与通风井合用）注入，注射速率为3.5～7.6 L/min，注射压力150～200 KPa。工程场地经水力压裂处理后的氧化剂扩散半径最远可达8 m，有效作用半径为0.75～5.5 m，基本达到设计注入井扩散半径要求。氧化药剂用量为80 000 m3。

3.3 抽提系统操作运行

修复施工过程中注入井和抽提井的布设需要根据土壤渗透率和通风实验所获得的影响半径来确定，本项目中经试验测定的抽提井影响半径为6 m，以每个污染点位辐射半径为10 m计算，需抽提井5个，通风井4个。抽提系统中作为动力单元的真空泵经实测，以单井抽气量约为27.5 m3/h计算，每个污染点位抽气量为110 m3/h。场区内污染点位共28个，相应设置抽提井128口，通风井106口。考虑现场情况余风量和漏风量估算，总抽气量设计为3 850 m3/h，故设置3台真空泵抽气，每台风量约为1 280 m3/h。

4 结论与建议

随着土壤修复技术的进步和国内修复市场的成熟，修复工程将逐渐由异位快速处理转向原位长效处理。原位技术的应用将在修复范围控制、修复设备技术复杂度、修复效果监控和评估等方面提出更高的要求，因此从事土壤修复的企业应在通过大量中试和示范工程获取大量土壤基础数据，建立标准模型，结合大型土建工程经验措施，发展处理能力较大的原位修复装备，以适应即将到来的大型原位修复项目市场需求。

参考文献

[1]杨乐巍.土壤气相抽提（SVE）现场试验研究[D].天津：天津大学，2006.

[2]罗成成，张焕祯，毕璐莎，等.气相抽提技术修复石油类污染土壤的研究进展[J].环境工程，2015，33（10）：158-162.

[3]周龍涛，王群立，贾悦，等.石油污染土壤微生物联合修复技术研究进展[J].油气田环境保护，2019，29（06）：5-10+64.

[4]朱秀雨，王柱，李国军.石油污染土壤生物修复中的漆酶活性变化研究[J].环境科学与管理，2019，44（08）：104-108.

收稿日期：2020-05-02

作者简介：张明（1972-），男，汉族，硕士，中级职称，研究方向为环境科学与工程。