万 鹏 杨鹤峰 周四喜 魏宝莹 肖 满 张石磊 钟茂生

(1.中节能大地环境修复有限公司，北京 100083；2.北京市环境保护科学研究院，北京 100037)

随着经济社会的发展，化工、炼焦等重污染企业逐步被搬迁至城郊工业园区，原遗留场地可能存在土壤和地下水污染的问题，影响再开发利用。《关于加强工业企业关停、搬迁及原址场地再开发利用过程中污染防治工作的通知》(环发〔2014〕66号)要求，污染场地必须经管控或修复合格后才能开发利用，以保障工业企业场地再开发利用环境安全。苯是化工、炼焦等企业遗留场地中常见的一种挥发性有机污染物，可经呼吸道、皮肤、消化道吸收进入人体，引起各种急、慢性中毒[1]。目前，国内存在大量苯污染场地，且有不少场地污染范围广、污染深度深。

苯污染场地的修复通常是采用物理、化学、生物等技术对整个污染区域进行修复[2-5]。实际上，对于规划为物流仓储、绿地公园等用地类型的污染场地，并不需要对整个污染区域进行修复，而只需要对苯进行风险管控[6]，保证风险管控区域的土壤气中苯含量不超过《污染场地挥发性有机物调查与风险评估技术导则》(DB11/T 1278—2015)土壤气筛选值(3.95 mg/m3)即可。

因此，本研究从规划为物流仓储、绿地公园等用地类型的污染场地风险管控要求出发，开发了一种微曝气阻隔技术，以北京某焦化厂苯精制车间废弃场地为研究对象，用清洁土壤对风险管控区域的污染土壤进行置换，同时对风险管控区域四壁进行阻隔，并向清洁土壤和污染土壤交界层进行微曝气，促进好氧微生物的生长和繁殖，从而将苯阻隔在曝气层以下。微曝气阻隔技术作为一种半原位的污染场地修复技术，只对风险管控区域污染土壤进行置换，能够极大程度降低工程量和成本，是一种局部修复与总体管控耦合的治理方式。

1 材料与方法

1.1 风险管控区域进行微曝气阻隔

根据前期调查，北京某焦化厂苯精制车间废弃场地土壤气中苯质量浓度最高达到108μg/m3数量级，污染深度最深达42 m。本研究设定风险区域大小为10 m×10 m×4 m，将风险管控区域的土壤挖空作为基坑，基坑侧壁先用土工布覆盖，然后铺设1.5 mm厚的高密度聚乙烯膜(HDPE)进行基坑边界阻隔，基坑底部铺设15 cm厚的石英砂(粒径2～4 mm)滤料层，同时在石英砂层中平行铺设4根聚氯乙烯(PVC)割缝管(内径63 mm)，一端与地表曝气系统相连接，最后用无苯污染的洁净粉土进行回填。地表曝气系统主要由高压风机(XGB-1500)、涡街流量计(PFT-LUGB-2305-N)、膜盒压力表(YE75)组成。

回填后，挖出9口土壤气监测井(SG1～SG9)。每口土壤气监测井分别在距离地表1.5、2.5、3.5、5.0 m处设置土壤气探头进行土壤气样品采集，每次取样每个深度处9口土壤气监测井的数据取平均值。监测井中除探头安装处填充石英砂外，其他空间均用膨润土填满。基坑平面俯视图如图1所示。

图1 基坑平面俯视图Fig.1 Top view of the foundation pit

由于土壤气的扩散及降解需要较长时间，第1次取样在回填2个月后进行，每月取样1次，共取样5次。前3次土壤气取样均未曝气，以了解苯的自然降解趋势。第3次取样完成后进行曝气1次，以初步了解曝气的影响，第4次取样完成后共进行曝气3次，以快速实现对深层土壤气中苯向上迁移途径的阻隔。设定每次曝气量为20 m3，曝气流量为75 m3/h，曝气时间16 min。

1.2 土壤气检测

每次土壤气取样时，首先将便携式沼气分析仪(BIOGAS 5000)与土壤气探头连接，现场快速检测O2、CO2、CH4、H2S(以体积分数计)，待数值稳定后进行记录；然后设置气泵流量200 mL/min，洗井10 min，空气采样器(SKC air check-2000)与土壤气探头连接，采集土壤气10 min，送往实验室按《环境空气 苯系物的测定 活性炭吸附/二氧化硫解吸-气相色谱法》(HJ 584—2010)检测土壤气中苯含量。

2 结果与讨论

2.1 土壤气中O2含量

土壤气中O2体积分数随取样时间的变化如图2所示。不进行曝气，土壤中微生物主要为厌氧微生物。越靠近上层的土壤受大气的影响越大。位于污染土层的5.0 m深度处前3次取样O2含量都极低。洁净粉土回填的土层中随深度变浅O2含量增加，并且随时间的延长O2含量也增加。曝气1次后，第4次取样发现，3.5、5.0 m深度处O2含量与第3次相比无明显变化，而1.5、2.5 m深度处反而降低，说明1次曝气不足以改变深层土壤的厌氧状态，对浅层土壤而言可能仅能激活好氧微生物，使其消耗O2，而无法积累O2。再曝气3次后，第5次取样发现，各土层O2含量均大幅增加。

图2 土壤气中O2体积分数随取样时间的变化Fig.2 Change of oxygen volume fraction in soil gas with sampling time

O2含量是好氧微生物生长的重要条件，只有O2积累了，好氧微生物才能以土壤气中的苯作为碳源将其分解为CO2和H2O。因此，O2含量与苯降解过程密切相关，是评价阻隔效果的重要指标[7]。

2.2 土壤气中CO2含量

土壤气中CO2体积分数随取样时间的变化如图3所示。与O2含量不同，CO2含量随深度变深而呈增加趋势，阻隔起到了一定的作用。CO2来源比较复杂，既有大气补给来源，也有微生物好氧呼吸作用的来源，还可能来源于苯的化学降解。苯、O2和CO2含量是一种动态关系。

2.3 土壤气中CH4含量

土壤气中CH4体积分数随取样时间的变化如图4所示。与CO2含量相似，CH4含量随深度变深而呈增加趋势。曝气对1.5～3.5 m深度处的CH4基本没有影响，CH4基本被阻隔在了清洁土壤和污染土壤交界层以下。

图4 土壤气中CH4体积分数随取样时间的变化Fig.4 Change of methane volume fraction in soil gas with sampling time

CH4是苯厌氧发酵的产物，其含量主要表征了厌氧发酵作用的强弱。

2.4 土壤气中H2S含量

土壤气中H2S含量随取样时间的变化如图5所示。H2S也是厌氧微生物发酵的产物。清洁土壤和污染土壤交界层以上未检出H2S，而交界层以下检测到的H2S体积分数也在10-6以下，证明了微曝气对有机污染物厌氧发酵的抑制作用，也进一步证明了阻隔作用的有效性。

2.5 土壤气中苯含量

土壤气中苯含量随取样时间的变化如图6所示。5.0 m深度处，前3次取样土壤气中苯浓度不断衰减，说明厌氧情况苯也能有一定程度的降解。曝气1次后，第4次取样发现，苯浓度不但没有减少反而增加，这可能是曝气抑制了厌氧微生物降解苯，但曝气量还无法达到好氧微生物所需的O2，因此反而抑制了苯的降解，而曝气的扰动作用又加速了苯的逸出。再曝气3次后，第5次取样发现，在好氧微生物作用下，土壤气中苯被迅速降解。这一结果与O2含量变化的结果分析相吻合。而且，阻隔作用使得1.5～3.5 m深度处的苯含量始终保持在较低水平。

图5 土壤气中H2S体积分数随取样时间的变化Fig.5 Change of hydrogen sulfide volume fraction in soil gas with sampling time

第5次取样结果显示，5.0 m深度处苯质量浓度已经降至0.79 mg/m3，而清洁土层中苯质量浓度全部降到了0.22 mg/m3以下，能够满足DB11/T 1278—2015土壤气中苯的筛选值(3.95 mg/m3)。

由此可见，微曝气阻隔技术作为一种挥发性有机物污染场地风险管控技术具有可行性。

3 结 论

不曝气时，土壤中微生物主要为厌氧微生物。

曝气1次不足以改变深层土壤的厌氧状态，对浅层土壤而言无法达到好氧微生物所需的足够O2，使得苯既不能被厌氧降解也不能被好氧降解，反而因扰动作用加速了苯的逸出，使得苯含量不减反增。再曝气3次后，各土层O2含量均大幅增加，5.0 m深度处苯质量浓度降至0.79 mg/m3，而清洁土层中苯质量浓度全部降到了0.22 mg/m3以下，能够满足DB11/T 1278—2015土壤气中苯的筛选值(3.95 mg/m3)。