基于原位修復(fù)石油烴污染地下水的PRB技術(shù)及長效性研究

陳永軍

（江蘇測潤環(huán)境工程有限公司 江蘇南京 210000）

基于原位修復(fù)石油烴污染地下水的PRB技術(shù)及長效性研究

陳永軍

（江蘇測潤環(huán)境工程有限公司 江蘇南京 210000）

石油資源在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用，在石油開采和加工的過程中，常常由于泄露問題導(dǎo)致一般互粉石油烴進(jìn)入外界環(huán)境，形成大氣降水和地表水深入的問題，對地下水造成了較大的污染，為了保證人類健康，必須對該類地下水污染進(jìn)行控制，石油烴地下水的修復(fù)方法成為近年來的研究熱點。本文結(jié)合對地下水石油烴污染問題的分析，提出了修復(fù)石油烴污染地下水PRB技術(shù)的應(yīng)用，并對該項技術(shù)的長效性進(jìn)行了研究。

石油烴；PRB技術(shù)；長效性

石油是一種復(fù)雜的混合型能源，其中包含較多的烴類物質(zhì)，例如芳香烴、正烷烴和脂環(huán)烴等，碳?xì)湓貥?gòu)成的烴類物質(zhì)約占95%，石油中的化學(xué)元素有碳、氫、氧、氮、硫，百分比分別為85%、14%、0.8%、0.2%左右。石油資源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在運輸、電力和、石油化工、輕工業(yè)和械制造方面發(fā)揮著重要的作用。石油開采和加工的過程中由于含油污水排放不當(dāng)，一部分石油烴進(jìn)入外界外界環(huán)境，地下水出現(xiàn)嚴(yán)重的石油烴污染問題，必須采取有效的方法解決，本研究主要提出了PRB技術(shù)的應(yīng)用和長效性探究。

1 地下水石油烴污染問題分析

1.1 污染來源

石油開發(fā)過程中出現(xiàn)一部分含油污水，主要來源于鉆井液流失、地面沖洗和起鉆作業(yè)中，這部分含有污染物滲透到地下水體中，直接對區(qū)域內(nèi)居民的飲用水安全造成威脅。

石油儲存和運輸?shù)倪^程中，由于方法不當(dāng)導(dǎo)致石油泄漏，例如排污管道腐蝕、輸油管線破損等，石油烴類泄漏到地下水中，污染地下水的同時，會間接影響到地表水安全和土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。主要原因是輸油管線在使用過程中受到不同程度的土壤腐蝕。

石油開發(fā)和加工過程中，事故性泄漏問題導(dǎo)致石油烴排入大氣和土壤中，在降水的作用下進(jìn)入地下水系統(tǒng)。土壤中的石油烴經(jīng)過滲濾作用后，無法被微生物降解的含油污染物滲透到地下水中，繼而影響周邊地下水。

1.2 污染危害

石油中含有較多的烷烴和芳香烴，大多為有害物質(zhì)，地下水石油烴污染危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

①破壞土壤結(jié)構(gòu)，土壤中的有機(jī)物流失。②破壞區(qū)域內(nèi)的水體。③危害人體健康。

2 修復(fù)石油烴污染地下水PRB技術(shù)

應(yīng)用PRB技術(shù)解決石油烴污染問題，在地下水流通過的位置設(shè)置可靠的填充性反應(yīng)介質(zhì)，可以有效攔截污染羽狀體，污染羽狀體經(jīng)過反應(yīng)介質(zhì)區(qū)時可以和反應(yīng)介質(zhì)充分就接觸，地下水中的污染物可以和反應(yīng)區(qū)內(nèi)的介質(zhì)發(fā)生物理、生物和化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過吸附、沉淀和降解作用而將污染物去除，保證污染物的濃度就降低到地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)[1]。圖1是修復(fù)地下水污染的PRB示意。

圖1 修復(fù)地下水污染的PRB簡圖

PRB技術(shù)中應(yīng)用的填充介質(zhì)，具有良好的透水性和反應(yīng)性，一般將其設(shè)置在地下水污染羽狀體的下游位置，并保證填充介質(zhì)和地下水的流向相互垂直。由于PRB反應(yīng)原理的差別，一般將其分為吸附反應(yīng)墻、氧化還原反應(yīng)墻和微生物降解反應(yīng)墻幾種，按照結(jié)構(gòu)差異可以將其分為續(xù)墻式PRB、灌注處理帶式PRB和導(dǎo)水門式PRB幾種。

PRB技術(shù)是針對地下水含油污染問題提出的重要原位修復(fù)技術(shù)，與其它方法相比，具有較大的優(yōu)勢。在應(yīng)用過程中不需要增加外界動力，不需要應(yīng)用泵抽和地面設(shè)備的幫助，反應(yīng)介質(zhì)較為節(jié)約，消耗較慢，一般可以應(yīng)用10年左右，另外，PRB的建設(shè)的運行都在地下，不會對區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境造成影響，可以長期有效運行，持續(xù)處理能力強(qiáng)，處理的組分較多，例如重金屬、烴類物質(zhì)等，安裝和維護(hù)十分方便，成本低廉。應(yīng)用PRB修復(fù)的地下水污染主要有汽油類、MTBE等。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，生物PRB在修復(fù)過程中發(fā)揮出高校、清潔和廉價的優(yōu)勢。

3 PRB技術(shù)的長效性研究

將PRB技術(shù)應(yīng)用于地下水污染的原位修復(fù)，雖然具有較大的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，修復(fù)效果良好，但是仍然存在長效性不足的問題。例如反應(yīng)材料失活、反應(yīng)介質(zhì)阻塞等問題都會嚴(yán)重影響到PRB的長期和高效運行。

如果工程項目中應(yīng)用化學(xué)PRB進(jìn)行地下水修復(fù)，一般將零價鐵作為重要的填充物質(zhì)，使用過程中如果鐵被腐蝕，或者出現(xiàn)嚴(yán)重的礦物沉淀問題，都會影響到PRB的長效性，主要原因為PRB孔隙度減小的同時容易阻塞。有研究指出，PRB中孔隙率較大的位置一般在進(jìn)口段和中平面位置，嚴(yán)重受到碳質(zhì)礦物沉淀的影響，孔隙率較小的位置一般在PRB的中平面和出口段，主要阻塞原因為Fe（OH）2沉淀。另外，材料中的Ca－CO3、FeCO3等也會導(dǎo)致阻塞問題，研究發(fā)現(xiàn)，PRB孔隙率降低與水中的、Ca2+、的濃度有著較大的關(guān)系，同時在厭氧條件下，鐵的腐蝕率升高，CaCO3、FeCO3的含量增多。在材料腐蝕問題較為嚴(yán)重的部分，污染物的濃度較高，孔隙率降低，碳酸鹽礦物大量沉積，在PRB性能監(jiān)測的過程中發(fā)現(xiàn)，污染物均被PRB進(jìn)行了一定程度的處理，PRB運行一段時間后，孔隙度降低，水力傳導(dǎo)性降低。如果應(yīng)用PRB對重金屬進(jìn)行處理，經(jīng)過一段時間后，反應(yīng)介質(zhì)的不同區(qū)域都會出現(xiàn)一定程度的阻塞，反應(yīng)介質(zhì)的孔隙度降低[2]。

針對PRB應(yīng)用過程中出現(xiàn)的長效性問題，必須采取有效的方法解決，國內(nèi)相關(guān)專家在構(gòu)建地下水模型的過程中，提出了地球化學(xué)反應(yīng)的模型，通過對PRB應(yīng)用功能的分析和評估，最終提出了有效的方法保證PRB的長期運行，可以有效避免反應(yīng)介質(zhì)被污染阻塞，主要方法為：①盡可能提高反應(yīng)介質(zhì)的均質(zhì)性，安裝細(xì)礫物質(zhì)保證水流均衡，并且污染水源在反應(yīng)介質(zhì)區(qū)域停留的時間分布均勻；②對介質(zhì)的前處理區(qū)進(jìn)行可靠的處理，避免礦物質(zhì)沉淀影響水流的停滯時間，進(jìn)而影響到PRB的使用性能；③精確調(diào)整pH值，盡可能增大污染物的停留時間，同時避免反應(yīng)區(qū)被堵塞，降低水中氫氧根離子的濃度；④應(yīng)用化學(xué)方法的過程中，選用粒徑較大的零價鐵，避免小粒徑受到腐蝕后形成化合物導(dǎo)致空隙堵塞，停留時間延長；⑤科學(xué)應(yīng)用機(jī)械方法，保證PRB孔隙度基本一致，保證停留時間不變。

4 結(jié)束語

針對地下水石油烴污染問題，必須在分析污染源的過程中應(yīng)用科學(xué)的方法降低污染率，提高區(qū)域內(nèi)地下水土的使用質(zhì)量。本研究中對PRB技術(shù)進(jìn)行了分析，同時對影響長效性的因素進(jìn)行了探討，綜合了提高長效性的主要方法。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，石油中的大部分烴類污染物都可以被微生物降解，因此在應(yīng)用PRB技術(shù)對污染的地下水進(jìn)行修復(fù)時，可以選用生物PRB方法，以實現(xiàn)清潔高效的修復(fù)目標(biāo)。

[1]張瑩.修復(fù)石油類污染地下水的PRB反應(yīng)介質(zhì)研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報（地球科學(xué)版），2010，40（2）：39.

[2]魏相君.組合材料PRB技術(shù)處理硝酸鹽廢水實驗研究[J].中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）學(xué)報（材料科學(xué)），2013，25（1）：48.

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