燃?xì)鉄崦摳郊夹g(shù)在某有機(jī)污染場(chǎng)地的中試應(yīng)用

梅志華 劉志陽(yáng) 王從利 臧常娟

（江蘇大地益源環(huán)境修復(fù)有限公司 江蘇南京 210002）

燃?xì)鉄崦摳郊夹g(shù)在某有機(jī)污染場(chǎng)地的中試應(yīng)用

梅志華 劉志陽(yáng) 王從利 臧常娟

（江蘇大地益源環(huán)境修復(fù)有限公司 江蘇南京 210002）

針對(duì)某化工廠原址的有機(jī)污染場(chǎng)地，我公司采用新型的燃?xì)鉄崦摳郊夹g(shù)對(duì)有機(jī)污染土壤進(jìn)行修復(fù)。中試結(jié)果表明：系統(tǒng)運(yùn)行1個(gè)月后，主要污染物的去除率達(dá)到99%。該中試的實(shí)施證明了燃?xì)鉄崦摳郊夹g(shù)是一項(xiàng)效果較好的修復(fù)技術(shù)，為今后類似有機(jī)污染場(chǎng)地的修復(fù)提供了工程和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

燃?xì)鉄崦摳?；粘性土；有機(jī)污染物；原位修復(fù)

近年來(lái)，因產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整造成污染企業(yè)搬遷，大量的污染場(chǎng)地被遺留在城區(qū)，帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也制約了城市建設(shè)和發(fā)展。與其他類型的土壤污染相比，城市工業(yè)場(chǎng)地具有污染物濃度高、污染深、空間變異大、土壤和地下水可能同時(shí)存在污染等特點(diǎn)[1]。在中國(guó)江南地區(qū)，經(jīng)濟(jì)條件發(fā)達(dá)，使得城市建設(shè)和污染場(chǎng)地之間的矛盾尤為突出，但江南以粘性土為主，土壤的低滲透性和復(fù)雜性制約了一些修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用。

針對(duì)上述情況，我公司從美國(guó)GEO公司引進(jìn)了其公司專有的燃?xì)鉄崦摳郊夹g(shù)，并成功應(yīng)用于蘇州某有機(jī)污染場(chǎng)地。

1 燃?xì)鉄崦摳郊夹g(shù)簡(jiǎn)介

熱脫附是通過(guò)直接或者間接的熱交換，加熱土壤中有機(jī)污染物組分到足夠高的溫度，使其蒸發(fā)并與土壤介質(zhì)相分離的過(guò)程。熱脫附技術(shù)適用于處理土壤中揮發(fā)性有機(jī)物、半揮發(fā)性有機(jī)物、農(nóng)藥和高沸點(diǎn)氯代化合物，具有能應(yīng)用于各種類型的土壤且修復(fù)后土壤性質(zhì)不改變等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于存在NAPL（Non-Aqueous Phase Liquid）或重度有機(jī)物污染場(chǎng)地[2-4]。熱脫附技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用主要有三種方式：異位爐式熱脫附技術(shù)，熱傳導(dǎo)加熱（TCH）和原位電阻加熱(ERH)。而燃?xì)鉄崦摳剑℅TR）技術(shù)屬于熱傳導(dǎo)加熱的一種，包括原位（In-situ）和異位（Ex-situ）兩種方式。

原位燃?xì)鉄崦摳郊夹g(shù)可分為兩個(gè)過(guò)程：熱解吸過(guò)程和抽提過(guò)程。其整個(gè)工藝過(guò)程描述如下：在燃燒器中通入天然氣或液化石油氣，同時(shí)通過(guò)抽風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓吸入清潔空氣，二者在燃燒器內(nèi)混合后點(diǎn)火燃燒，產(chǎn)生高溫氣體；將高溫氣體注入加熱井中，并使其在井內(nèi)往返流動(dòng)；高溫氣體間接加熱土壤，通過(guò)熱傳導(dǎo)方式加熱目標(biāo)修復(fù)區(qū)域，使得土壤溫度升高到目標(biāo)溫度；在加熱過(guò)程中，土壤中的污染物從土壤中解吸出來(lái)，形成含污染物的蒸汽，此時(shí)用雙相抽提將含有污染物的地下水和蒸汽提取至地表，然后進(jìn)入后續(xù)的尾氣治理設(shè)備，并對(duì)分離出來(lái)的水和氣做進(jìn)一步處理，達(dá)標(biāo)排放。

圖1 原位燃?xì)鉄崦摳郊夹g(shù)原理

GTR技術(shù)采用間接加熱方式加熱土壤，利用熱傳導(dǎo)使修復(fù)區(qū)域土壤升溫到目標(biāo)值。對(duì)于任何土壤類型，土壤熱導(dǎo)率僅僅在一個(gè)很窄的范圍內(nèi)變化，所以GTR技術(shù)能適用于任何土壤。在國(guó)際上，GTR技術(shù)已被廣泛地成功應(yīng)用于各種場(chǎng)地去除各種有機(jī)污染物。

2 場(chǎng)地情況

本中試場(chǎng)地修復(fù)面積為100m2，修復(fù)深度達(dá)到18m，污染因子為苯和氯苯，苯的最大污染濃度達(dá)到42.69mg/kg、氯苯的最大污染濃度為897mg/kg。

根據(jù)地質(zhì)資料和污染數(shù)據(jù)，并結(jié)合目標(biāo)污染物的理化性質(zhì)，分析本次中試具有以下特點(diǎn)：（1）本場(chǎng)地地下水埋藏很淺（地表以下1.0m～1.5m），地下水豐富；污染深度18m內(nèi)自上而下分布有填土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉質(zhì)粘土五個(gè)工程地質(zhì)層，土層分布較為復(fù)雜。（2）表層土壤中局部分布有殘留建筑基礎(chǔ)，對(duì)原位修復(fù)工程實(shí)施造成了一定難度。（3）本場(chǎng)地土壤污染程度較為復(fù)雜，目標(biāo)污染物包含了VOCs（苯和氯苯）以及NAPL，而且分布不均勻。

3 工藝設(shè)計(jì)

綜合考慮污染物的特性、分布及場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬來(lái)輔助設(shè)計(jì)。最終確定的工藝參數(shù)如下：（1）目標(biāo)溫度為100℃；（2）加熱井的間距為2m，井的深度為18m。（3）每個(gè)燃燒器控制一個(gè)加熱井。

另外，GTR還有抽提系統(tǒng)，包括SVE井，水平SVE管道和雙相抽提井。通過(guò)在土壤中形成的真空來(lái)抽提產(chǎn)生的土壤蒸汽和地下水。其中SVE井鄰近加熱井，并共用一個(gè)鉆井井位，用于系統(tǒng)運(yùn)行早期抽提加熱井周圍的污染蒸汽，待雙相抽提井發(fā)揮作用后就關(guān)閉；水平SVE管位于地下0.5m，在系統(tǒng)運(yùn)行的中后期開啟，用于抽提逃逸上來(lái)的土壤蒸汽，避免其進(jìn)入大氣。

溫度測(cè)點(diǎn)位于冷點(diǎn)位置，定時(shí)監(jiān)測(cè)，以確保整個(gè)修復(fù)區(qū)域的整體加熱。壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)將測(cè)量和監(jiān)控地面下的壓力狀況，以保證地面以下處于負(fù)壓狀態(tài)，避免土壤蒸汽逃逸到大氣中。

圖2 原位燃?xì)鉄崦摳较到y(tǒng)運(yùn)行

4 修復(fù)工程實(shí)施

修復(fù)工期為60天，自2013年10月8日正式開工，11月4日所有設(shè)備安裝結(jié)束并進(jìn)行調(diào)試，11月5日系統(tǒng)正式運(yùn)行，12月8日系統(tǒng)停止，并提出驗(yàn)收申請(qǐng)。業(yè)主和環(huán)境監(jiān)理于12月12日進(jìn)行土壤驗(yàn)收取樣。

5 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與結(jié)果分析

5.1 溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

中試的關(guān)鍵參數(shù)為溫度，故本系統(tǒng)建立一套監(jiān)測(cè)體系來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

在修復(fù)過(guò)程中，對(duì)土壤的冷點(diǎn)位置進(jìn)行溫度測(cè)量。冷點(diǎn)位于三口加熱井所形成的三角形的中心位置。土壤中溫度利用監(jiān)測(cè)井中的K型溫度線測(cè)量。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，熱量通過(guò)傳導(dǎo)方式從加熱井傳出，這樣，溫度在不同的地點(diǎn)以不同的速度升高?？拷訜峋臏囟壬咦羁?，而三口井之間的冷點(diǎn)位置則升溫最慢。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間是由冷點(diǎn)位置達(dá)到目標(biāo)溫度及保持該溫度所需的時(shí)間決定的。當(dāng)冷點(diǎn)溫度達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)，修復(fù)區(qū)域內(nèi)大部分土壤已在目標(biāo)溫度下加熱了更長(zhǎng)的時(shí)間，可以確保修復(fù)效果。

每口溫度監(jiān)測(cè)井中放置4根K型溫度線，深度分別為1m，6m，12m和18m，用來(lái)檢測(cè)不同深度的土壤溫度。

5.2 土壤溫度變化及分析

GTR技術(shù)主要通過(guò)升高土壤溫度以提高污染物的揮發(fā)率來(lái)達(dá)到土壤修復(fù)效果，因此，土壤溫度是處理效果的一個(gè)重要指標(biāo)。在中試過(guò)程中，土壤的溫度變化通過(guò)4口分布在場(chǎng)地四角的溫度監(jiān)測(cè)井來(lái)測(cè)量，4個(gè)溫度點(diǎn)升溫曲線見圖3。

4個(gè)溫度監(jiān)控點(diǎn)在不同深度的溫度監(jiān)測(cè)值隨時(shí)間變化曲線和模型曲線對(duì)照分析可見：在4個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，所有深度都顯示了和模型大致相同的溫度趨勢(shì)。在多數(shù)的溫度讀數(shù)中，土壤升溫速率隨深度增加而降低。這是由于1m的含水率比6m低，較低的含水率有助于提高溫度，減少能耗。12m和18m都處于地下水位以下，因而升溫速率相對(duì)較慢。而且地下水的流動(dòng)也可能增加能量被帶走的損耗。在18m的深度里，熱量還會(huì)因?yàn)橄蚋畹耐寥罃U(kuò)散而損耗。

圖3 溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)升溫曲線

5.3 修復(fù)效果

經(jīng)過(guò)第三方檢測(cè)，修復(fù)后土壤中苯和氯苯的檢出值均遠(yuǎn)低于修復(fù)目標(biāo)值，達(dá)標(biāo)率100%，去除效果顯著。對(duì)比業(yè)主提供的修復(fù)前土壤污染物數(shù)值和驗(yàn)收采樣的土壤污染物數(shù)值可知：在-3m深度，苯的去除率為100%，氯苯的去除率為99.5%；在-9m深度，苯的去除率為100%，氯苯的去除率為99.9%見表1。

表1 修復(fù)前后土壤中污染物濃度對(duì)比

修復(fù)前，土壤中含有大量NAPL，屬于重度污染。而在修復(fù)后的土壤中看不到該類污染物，且無(wú)異味。修復(fù)后的土壤和地下水污染程度都明顯減輕。

6 結(jié)語(yǔ)

6.1 本次中試證明GTR技術(shù)能有效的原位修復(fù)中試區(qū)域內(nèi)苯和氯苯污染的深部粘性土壤。根據(jù)業(yè)主提供的驗(yàn)收結(jié)果可知：經(jīng)GTR技術(shù)修復(fù)后，-3m處的采樣點(diǎn)苯濃度＜0.05mg/kg（未檢出），氯苯濃度0.14mg/kg；-9m處的采樣點(diǎn)苯濃度＜0.05mg/kg（未檢出），氯苯濃度0.15mg/kg，均遠(yuǎn)低于修復(fù)目標(biāo)值，苯和氯苯的去除率在99%以上。

6.2 本次中試證明GTR修復(fù)技術(shù)可以在短期內(nèi)達(dá)到修復(fù)目標(biāo)，能滿足客戶對(duì)項(xiàng)目的時(shí)間要求。

6.3 本次中試證明GTR技術(shù)具有良好的性價(jià)比。大部分設(shè)備和管道都可以重復(fù)利用，而且通過(guò)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的檢測(cè)和不斷的優(yōu)化，可以在確保達(dá)到修復(fù)目標(biāo)的前提下，盡可能降低成本。

6.4 修復(fù)工程不影響后期開發(fā)建設(shè)。通過(guò)中試項(xiàng)目的撤場(chǎng)后情況可以看出，我方的中試區(qū)域基本保持原有狀態(tài)。原位燃?xì)鉄崦摳郊夹g(shù)沒(méi)有向土壤中加入藥劑，對(duì)土壤性質(zhì)沒(méi)有太大改變，不影響土壤的承載力，對(duì)后續(xù)的開發(fā)建設(shè)不會(huì)造成影響。

[1]李玉雙，胡曉鈞,等，城市工業(yè)污染場(chǎng)地土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展，安 徽 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) ，Journal of Anhui Agri．Sci．2012，40(10)：6119-6122.

[2]EPA ，A Citizen's Guide to in Situ Thermal Treatment，542-F-12-013，2012.

[3]EPA，Engineering Paper:In Situ Thermal Treatment Technologies: Lessons Learned，2014.

[4]George L.Stegemeier and Harold J.Vinegar，THERMAL CONDUCTION HEATING FOR IN-SITU THERMAL DESORPTION OF SOILS，Reprinted with permission from Hazardous&Radioactive Waste Treatment Technologies Handbook,Ch.4.6-1,Oh,Chang H. (Ed.)Copyright2001.

梅志華（1978—），男，江蘇南京人，從事污染場(chǎng)地調(diào)查與修復(fù)工程工作。