异位气相抽提联合原位生物还原工艺处理污染场地的研究

2020-03-08林雅洁上海环境卫生工程设计院有限公司上海200232上海污染场地修复工程技术研究中心上海200232

建筑科技 2020年4期

林雅洁（上海环境卫生工程设计院有限公司，上海 200232；上海污染场地修复工程技术研究中心，上海 200232）

浙江某化工厂，厂区占地面积 2 万 m2，主要从事氟化工产品的研究和开发，包括哈龙替代品的小试、模式、中试等。场地的污染主要来源于矿石粉碎、酸化等生成过程中，有大量的挥发性污染气体、废水和废渣产生。这些氯化物、氟化物会对空气和水体造成一定污染，并在土壤中富集，造成土壤污染。

目前，国内针对有机污染土壤的修复技术种类很多，包括化学淋洗技术、微生物修复技术、热脱附修复技术、异位焚烧（制砖）、原位生物还原、气相抽提、多相抽提、化学氧化修复等。修复技术的选择应综合考虑场地条件、污染物特征、修复目标值等因素，筛选出最适应特征污染场的修复工艺。

本文以浙江某化工厂遗留场地为研究对象，针对场地中土壤和地下水的挥发性有机污染物，选用异位气相抽提结合原位生物还原的修复工艺进行处理。修复后的土壤和地下水满足修复目标值要求[1]。

1 场地地质情况

前期调查和钻探勘查结果表明，场地地质主要为粉质黏土和黏质粉土互层，场地上层土壤相对较为疏松，具有一定的渗透性。相对标高为-1.1 9 ～-7.3 2 m 至-7.19～-12.12 m 处填充有一层粉质黏土，其渗透性相对较差，为弱透水层，层厚度为 4.81～8.40 m。该层以下为一层黏质粉土，具有一定的渗透性。该场地的隔水层顶板相对标高为 -12.79～-13.87 m。该层黏土发育完整、连续性较好，不利于污染物向深部进一步迁移。本次施工范围内一共涉及 4 个地质分层，分别为上层透水层（采样深度 0～5.00 m）、中层弱透水层（采样深度 5.00～10.00 m）、下层透水层（采样深度 10.00～15.00 m）和底层隔水层（采样深度 15.00 m 以下）。

场地地面以下 18.00 m 范围内（最大勘探深度）主要涉及两层地下水，为孔隙水。上层地下水主要赋存于表层至中部壤质黏土隔水层之间，下层地下水主要赋存于中部壤质黏土隔水层至底部黏土隔水层之间：两层地下水类型均属于潜水。场地地下水总体自东北向西南流，场地上层地下水和下层地下水的平均水力梯度（G 1—G 4）分别约为 0.79% 和 0.98 %。进行微水试验，测定含水层渗透系数，通过计算得到了本场地上层地下水和下层地下水的平均渗流速度，分别为 1.99×10-3m/d 和 1.19×10-3m/d。

2 场地污染情况及修复目标值

2.1 场地土壤及地下水污染情况

根据前期两次调查及风险评估结果可知，本场地中部分区域土壤和地下水已受到一定程度的污染，且污染种类主要为挥发性有机物。

超过风险可接受范围的土壤污染因子主要为三氯甲烷、四氯化碳、四氯乙烯、三氯乙烯（表 1）。污染土方量约 3 万 m3。修复工期：3 个月。

本场地地下水污染因子主要为三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、1，1，2—三氯乙烷（表 2）。污染量约 2 500 m2。

表1 土壤主要污染物

表2 地下水主要污染物

2.2 场地污染物修复目标值

根据风险评估计算结果，本场地土壤和地下水中各污染因子的修复限值如表 3、表 4 所示。

表3 土壤中各污染物修复目标值 mg/L

表4 地下水中各污染物修复目标值 mg/L

3 场地修复工程

3.1 处理工艺比选

目前，国内针对有机污染土壤的修复技术包括化学淋洗技术、微生物修复技术、热脱附修复技术、异位焚烧（制砖）、原位生物还原、气相抽提、多相抽提等。针对本场地污染情况，对不同修复技术进行适应性分析如下。

(1) 化学淋洗技术。化学淋洗技术在淋洗过程中需要使用醇类、液态烷烃或表面活性剂之类的淋洗剂。淋洗剂本身具有一定的毒性，淋洗剂残留在土壤中，或淋洗液处置不合理可能导致二次污染，环境安全性较低。本场地土壤以黏质粉土和粉质黏土等细粒土为主，其细粒含量超过 25%，不适合采用化学淋洗技术。

(2) 微生物修复技术。由于本场地修复周期仅有 3 个月，污染物污染浓度较高，修复限值低、污染物种类多样，因此采用微生物修复不能达到处置要求。

(3) 热脱附技术。热脱附技术可用于土壤和地下水的治理，在技术层面上完全没有问题，但主要缺点是成本较高。

(3) 异位焚烧（制砖）。异位焚烧技术可处置本场地污染土壤，但不能处置污染地下水。此技术的缺点是将土壤运输到处置地点的费用较高，但处置效果好，可以彻底处置，且把污染土壤作为制砖原料，实现了土壤的再利用价值。高浓度污染土壤可考虑该技术。

(4) 原位生物还原技术。原位生物还原技术是地下水修复的先进技术，能够处理的有机污染物包括氯代溶剂、氯苯、有机炸药、卤代烷和硝酸盐等。修复药剂主要由缓释碳源、强还原剂性矿物质和营养物质组成，利用其化学还原和厌氧生物修复机理降解地下水中的有机污染物。对于有机溶剂和其他难降解污染物，采用本方法能迅速彻底地脱氯，最小化不完全脱氯的有害中间产物。本场地的地下水可以采用此技术修复。

(5) 气相抽提。本场地挥发性有机污染物，场地含水层土壤以黏质粉土和粉质黏土为主，适用气相抽提/多相抽提技术进行处置。原位气相抽提处置要求土壤含水率较低，并需较长的处置周期。该技术更多应用于渗透层土壤的治理。本场地水量较丰富，污染土壤深至地下 10 m，地下土层可能存在优先通道，因此若采用原位气相抽提技术，处置效果会受影响，难以保证处置均匀性。本项目施工周期短，建议选用异位气相抽提。

(6) 多相抽提。多相抽提可用于饱和层污染的治理，可实现污染土壤和地下水的同步治理。但是，该技术所需时间较长，对土质均匀性较差的土壤，特别是含有粉质黏土或黏土质的土壤，处置效果可能无法满足项目要求。

根据以上分析，可知热脱附、异位焚烧、异位气相抽提（SVE）及化学还原技术适用于本场地污染土壤的处置；热脱附（原位）、多相抽提和化学还原技术适用于本场地污染地下水的处置。由于本场地污染土壤修复目标高，在工期要求短的情况下，很难使用原位处理技术，因此采用异位处理技术。结合本场地特性和工程需求，就场地类型、污染物的浓度情况、技术成熟性、资源需求、处置效果、成本、二次污染的可能性、施工安全性和对人体健康的影响等指标分别对污染土壤和地下水修复技术进行打分评估，具体如表 5、表 6 所示。

表5 污染土壤修复技术可行性评估表

表6 地下水原位修复技术可行性评估表

根据对修复技术的可行性分析，通过对场地特征、技术指标、环境、安全、人体健康的影响等进行评估，建议采取如下技术对本场地进行治理。

(1) 针对污染土壤，建议采用实施操作便捷、修复时间短、效果好的异位气相抽提处置技术（SVE）。

(2) 针对地下水，采用原位生物还原技术进行处置。

3.2 工艺流程

SVE 的具体操作流程如下：将土壤挖掘后进行破碎筛分等预处理，然后将土壤堆成具有一定坡度的堆体。土壤堆体底部布设防渗膜，内部布设通风管道，覆盖防渗膜将堆体包住，防止雨水进入土壤和土壤中有机物挥发到空气中。系统运行时，一方面通过通风管道一端的真空泵进行抽气；另一方面通过添加药剂或采取其他辅助手段加快污染物挥发，抽出的水蒸气和挥发性有机物蒸气经气体收集装置处理。

地下水原位生物还原工艺操作流程如下：首先确定注射井和监测井的位置和数量，打井建立原位化学还原处理系统；通过注射井注入零价铁（强还原剂）和有机营养液，对污染水体进行化学还原；同时，通过实时监测注入过程中系统的温度和压力变化，调节药剂的加入量及速度；在修复过程中，通过监测井对污染物浓度、pH、氧化还原电位等参数进行监测。