油污染地下水原位生物修復試驗研究

金黃梅,高 博,王 博

(1.重慶市人防建筑設計研究院有限責任公司,重慶 401147;2.后勤工程學院營房管理與環(huán)境工程系,重慶 400016;3.北京軍區(qū)環(huán)境科研監(jiān)測中心,北京 100071)

油污染地下水原位生物修復試驗研究

金黃梅1,高 博2,王 博3

(1.重慶市人防建筑設計研究院有限責任公司,重慶 401147;2.后勤工程學院營房管理與環(huán)境工程系,重慶 400016;3.北京軍區(qū)環(huán)境科研監(jiān)測中心,北京 100071)

石油產品污染土壤和地下水已成為當前全球共同面臨的一個嚴峻問題。根據油污染地下水的特點,采用地下水原位生物修復技術進行處理。實驗結果表明原位生物修復技術處理地下水效果顯著,水中 COD去除率可達 95%,油類去除率也達 90%以上,是一種十分有效的地下水處理技術。

原位生物修復技術;油污染地下水;試驗

石油是由上千種物質不同的化合物組成的復雜混合物,其開采、冶煉、使用和運輸過程的泄漏事故,以及含油廢水的排放、污水灌溉、石油制品的揮發(fā)、不完全燃燒飄落等帶來了一系列石油污染問題。這些泄漏的成品油大多屬于輕質非水相液(LNAPL),具有易揮發(fā)、粘度小、運移速度快等特點。從 20世紀 80年代開始已被應用的原位曝氣生物修復技術是用于修復受石油污染的地下水和飲用水井的一種新型地下水修復技術。利用現場條件,在基本不破壞地下水自然環(huán)境的條件下,將受污染的地下水進行原位修復,處理效果好、處理費用低、不易造成二次污染,而且工藝簡單、操作維修方便、安全性好[1]。許多實例[2～5]已證明,該技術能夠使地下水中的污染物得到實質性且永久性去除。

根據油污染地下水的特點,本實驗采用地下水原位生物修復技術,模擬地下水自然環(huán)境條件,將受污染的地下水進行原位修復。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置及流程

裝置設計類似 DDC井,如圖 1所示。借用航空試驗中常用的半模試驗思想,裝置設計為半圓柱體,利用圓柱的軸對稱特性和密度差,可真實地模擬地下水在井筒周圍的循環(huán)。裝置平面部分采用鋼化玻璃,便于觀察過程中水和氣的流動,外層采用不銹鋼,增加耐腐蝕性能,鋼化玻璃與不銹鋼連接地方使用AB膠粘合。

裝置為高度 1.2m、半徑 0.75m的半圓桶,桶平面上布置曝氣管和取樣點,曝氣管豎向安置于平面中央,兩側同高程上等間距交叉布置取樣點(圖 2)。選擇水處理中常用的石英砂作為試驗用砂,平均粒徑 1.193mm。曝氣過程對曝氣壓力和空氣流量要求都比較嚴格,本系統(tǒng)采用電磁空壓機,P ID控制轉速,能夠使實驗裝置均勻曝氣。

空壓機把空氣注入到井底釋放,空氣從底部形成氣泡并向上運動。氣泡在上升時形成汽水混合物,曝氣井下部篩網附近含水層中的地下水在壓力差的作用下進入曝氣井內,沿井筒上升到井頂,使富氧的、經過氣提作用的地下水從井上部的篩網返回到含水層中,井內和井周圍附近的地下水便形成了循環(huán)。循環(huán)的過程即有機污染物的去除過程。地下水在循環(huán)時完成了充氧,同時也完成了有機污染物的生物降解和氣提。從井底進入井筒的水,溶解氧的含量很低,但當它從井頂排出時,其溶解氧值已大幅度提高。富氧的地下水不斷循環(huán),促進了好氧微生物對有機物的分解;另外,富氧的水在井筒內外不斷循環(huán),地下水和空氣不斷接觸,傳質作用不斷發(fā)生,這種氣提作用使揮發(fā)性有機污染物不斷被去除,且循環(huán)水從井頂排出時,水中空氣也包含部分氣提出的揮發(fā)性有機污染物,向上逸散到地面和水面之間的不飽和區(qū)。在這一區(qū)域,逸散到這里的氧氣被土著微生物利用,從而使氣提出的污染物和存在于不飽和區(qū)的污染物一起得到降解[6]。

1.2 試驗水質

采用在自來水中混合部分機油配成模擬廢水并注入實驗裝置中的石英砂里,模擬石油烴類污染的地下水主要參數見表 1。

表 1 原水水質

1.3 試驗過程

通過計算實驗裝置裝水體積 0.53m3,試驗采用曝氣壓力為 0.05MPa,曝氣量為 0.15m/h,試驗時間為 25d。從試驗開始到結束,測 COD 1次 /d,測水體油含量 1次 /5d,測量 COD時每次在 6個點取樣,每個點取 50ml,測油含量時每次取水樣1000ml,加上曝氣蒸發(fā),試驗用水有損耗,每次取樣后都要向試驗裝置補加 2L水。試驗測量徑向上e1到 e66個點,垂向上 a4f4列的 a4、b4、c4、d4、e4、f46個點,共 12個點,每天測量 6個點,徑向和垂向上測點交叉取樣。每 5d測量 1次油濃度,測量點為 e4。

1.4 分析方法與儀器

COD采用重鉻酸鉀法測定 (ET99718型 COD測定儀),含油量采用紅外分光光度法測定(O IL400系列紅外分光測油儀)。

2 試驗結果與分析

2.1 COD隨取樣半徑變化情況

由圖 3可知 ,e1、e2、e3、e4、e5、e6測點的COD值反映 COD在徑向上的變化總趨勢是中間以內區(qū)域低,兩側偏高,這是因為地下水在裝置中流量大部分經過了中部以內區(qū)域,供氧充分,所以該區(qū)域 COD去除效果好,表現在曲線上即低于其他點。而裝置邊緣部分循環(huán)流量低,供氧較差,COD去除效果較差。

2.2 COD隨取樣高度變化情況

由圖 4可知,a4f4列上測點值反映 COD在垂向上的變化總趨勢是裝置中間部分 COD值較低,而頂部和底部 COD值較高,這也是因為中部曝氣循環(huán)水量大,供氧充分,生物降解效果好。而頂部和底部水量小,供氧不足,降解效果稍差。

2.3 COD隨取樣時間變化情況

由圖 5和圖 6可見,COD值在徑向和垂向均隨著曝氣時間的增加而降低。在曝氣結束時 COD值從最高處的 94mg/L下降到幾乎為 0,這表明曝氣對去除 COD具有十分重要作用,適當延長曝氣時間可以顯著提高 COD的去除率。在曝氣 11d時,大部分監(jiān)測點的 COD已經降到了一個較低的數值,COD的變化幅度減小。考慮到實際情況,再增加曝氣量不經濟,因此取最佳曝氣時間為 11d,COD去除率為 90%。

2.4 油濃度隨取樣時間變化情況

由圖 7可以看出,油在水中的濃度總趨勢是隨時間的增加而降低。曝氣 1d后測量時,由于油污沒有分散均勻,采樣時抽取到較為純凈的水。5d后,油污分散均勻,采樣時測得油濃度為0.547mg/L,達到最高點。此后隨曝氣時間增加,測量油的含量逐漸遞減。曝氣 28d后,油濃度為0.025mg/L。這表明運用原位曝氣生物修復技術去除地下水中石油污染物效果顯著。

3 結論

(1)實驗裝置設計合理,借助密度差的驅動作用,能較好地實現水 -氣的相流在多孔介質中的均勻分布,順利進行曝氣原位生物修復去除地下水石油污染的實驗研究。

(2)實驗結果表明,運用原位生物修復處理油污染地下水,污染物去除效率極高。經過 25d運行,裝置出水 COD平均去除率均達到 95%以上,油濃度去除率達到 80%。

(3)在實驗條件下,確定最佳運行條件為曝氣壓力 0.05MPa,曝氣量 0.15m/h,連續(xù)曝氣11d,COD的去除率達 90%。

(4)實驗過程中發(fā)現,COD的去除率與氧含量密切相關。循環(huán)水量多的地方,供氧充分,COD值低。而距曝氣井較遠的邊緣地方,循環(huán)水量小,供氧不充分,COD值高。在今后的研究中,可以深入探討如何提高裝置邊緣部分的循環(huán)供氧能力,進一步提高裝置的污染物去除能力。

[1]趙素麗,孟秀花,周從直.地下水曝氣修復技術 DDC井的評估 [J].山西建筑,2005,31(4).

[2]Gvirzman H,Gorelick SM.The concept of insitu vapor stripping for removing VOCs from groundwater[J].Transport in porous media,1992,8(2).

[3]W.M.Stallard,K.C.Wu,N.Shi,et al.Two dimensional hydraulics of recirculating ground-water remediation wells in unconfined aquifers[J].Journal of environmental engineering,1996,8(122).

[4]Schmitt R,Langguth HR,Puettmann W.Aromatic hydrocarbon degradation and metabolites formation in aquifers of a for mer gas works site: Influence of soil and groundwater reclamations[J].Grundwasser,1998,3(2).

[5]Hollmann D,Glombitza F.Microbial treatment of soils with mixed contaminations from radioactive residues and hydrocarbons[J].Proc Int Conf Radioact Waste Manage Environ Rem 5th,1995,(2).

[6]張玉平.地下水石油污染曝氣修復理論探討 [J].山西建筑,2007,30(2).

Experimental Study on In-situ Biologic Remediation Method for Oil Contaminated Groundwater

JIN Huang-mei1,GAO Bo2,WANGBo3
(1.Chongqing Architectural Design Institute Co.Ltd of Civil Defence,Chongqing 401147 China)

The serious problem of soil and groundwater contaminated by petroleum products has become a fact that the whole world has to face.According to the characteristics of ground water pollution of oil,the groundwater in-situ biore mediation technology was used.The results discovered that the removal rate of COD was up to 95%and removal of oil was more than 90%in oil contaminated groundwater.It indicated that in-situ biore mediation technology is a very effective groundwater treatment method.

in-situ bioremediation technology;oil contaminated groundwater;experiment

X17

A

1673-9655(2010)01-0053-04

2009-08-04

金黃梅 (1978-),女,安徽懷寧人。重慶市人防建筑設計研究院有限責任公司。