強(qiáng)化生物堆修復(fù)石油污染土壤的工程案例

崔 朋，劉驍勇，劉 敏，李 靜，李惠生，南香嶺

(山東碧泉環(huán)境工程技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

2014年，環(huán)境保護(hù)部(現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部)與國(guó)土資源部(現(xiàn)自然資源部)聯(lián)合發(fā)布了《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，公報(bào)調(diào)查結(jié)果顯示，油田是重點(diǎn)污染場(chǎng)地類(lèi)型，土壤超標(biāo)點(diǎn)位達(dá)23.6%，超過(guò)全國(guó)土壤污染物的平均超標(biāo)率16.1%，主要污染物為石油烴及多環(huán)芳烴。石油對(duì)土壤的污染大多集中在表層，石油物質(zhì)進(jìn)入土壤會(huì)改變土壤的理化性質(zhì)，引起土壤微生物群落的變化，因此需要進(jìn)行修復(fù)，對(duì)于石油污染土壤的修復(fù)，多采用物理、化學(xué)和生物方法[1]。物理修復(fù)主要有客土法、焚燒法、熱脫附法、氣相抽提法、電動(dòng)力法等，化學(xué)修復(fù)主要有淋洗法、萃取法、化學(xué)氧化法等，但是物理法一般需要特定的場(chǎng)地和專(zhuān)業(yè)機(jī)械，化學(xué)法需要使用大量的化學(xué)藥劑，這兩類(lèi)修復(fù)方法修復(fù)成本高，容易產(chǎn)生二次污染[2]。生物修復(fù)以其成本低，對(duì)環(huán)境的影響小，處理效果好，不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)勢(shì)，在石油污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用越來(lái)越多。

本案例對(duì)某石油污染場(chǎng)地的修復(fù)工程進(jìn)行介紹，涉及強(qiáng)化生物堆技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)、工程實(shí)施等過(guò)程，旨在為類(lèi)似污染場(chǎng)地的修復(fù)工作提供依據(jù)。

1 場(chǎng)地基本狀況

該污染場(chǎng)地位于遼寧省盤(pán)錦市遼河油田主產(chǎn)區(qū)，污染場(chǎng)地所在縣是國(guó)內(nèi)著名的優(yōu)質(zhì)稻-蟹生產(chǎn)區(qū)，該區(qū)域擁有數(shù)量眾多的采油井，油井的建設(shè)、開(kāi)采、集輸?shù)壬a(chǎn)活動(dòng)造成了井場(chǎng)周邊土壤的石油污染，經(jīng)場(chǎng)地調(diào)查需要進(jìn)行修復(fù)。

1.1 場(chǎng)地污染狀況

本污染場(chǎng)地位于生產(chǎn)及作業(yè)井場(chǎng)周邊，土壤中總石油烴濃度為2000～20000mg/kg，均值4213 mg/kg，修復(fù)目標(biāo)值500 mg/kg。該污染場(chǎng)地的特點(diǎn)是局部濃度較高，但大部分污染程度中等，污染深度0.5m，污染面積9300m2，修復(fù)土方量約4650m3。

1.2 場(chǎng)地地質(zhì)條件

污染區(qū)域表層土壤以粉質(zhì)黏土和粉土為主，土壤含水率較高，該層厚度為3.5m左右，底板最大埋深3.5m。此類(lèi)土質(zhì)對(duì)污染物的截留效果較好，污染物向土壤下層遷移程度不高。地下水埋深約0.8m，地下水類(lèi)型屬第四系孔隙潛水，主要受大氣降水補(bǔ)給。調(diào)查結(jié)果顯示，該區(qū)域地下水目標(biāo)污染物未超標(biāo)。

2 修復(fù)工程設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)本污染場(chǎng)地土壤的理化性質(zhì)、土壤微生物進(jìn)行檢測(cè)分析，綜合考慮修復(fù)技術(shù)的可行性、治理周期、土地的規(guī)劃用途及處理的經(jīng)濟(jì)性等因素，最終確定采用強(qiáng)化生物堆修復(fù)工藝。

2.1 技術(shù)路線

強(qiáng)化生物堆修復(fù)施工工藝流程包括：

(1)施工準(zhǔn)備，包括施工進(jìn)場(chǎng)前準(zhǔn)備、相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)、場(chǎng)地平整、配套修復(fù)設(shè)施準(zhǔn)備等。

(2)測(cè)量放線，現(xiàn)場(chǎng)定位污染區(qū)位置，根據(jù)業(yè)主提供的測(cè)量坐標(biāo)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，布設(shè)坐標(biāo)控制網(wǎng)，依據(jù)施工計(jì)劃的有關(guān)要求核定污染土壤修復(fù)范圍和邊界。

(3)污染范圍內(nèi)土壤開(kāi)挖?；娱_(kāi)挖采用挖掘機(jī)挖掘，按設(shè)計(jì)深度進(jìn)行開(kāi)挖。本工程因開(kāi)挖深度較淺，開(kāi)挖時(shí)應(yīng)控制開(kāi)挖深度，防止過(guò)度挖掘。開(kāi)挖完成后對(duì)基坑邊界和坑底布點(diǎn)采樣，若側(cè)壁樣品檢測(cè)不合格需繼續(xù)向外擴(kuò)展挖掘，若坑底樣品檢測(cè)不合格則繼續(xù)深挖。

(4)生物堆堆制。按照設(shè)計(jì)要求(見(jiàn)2.2)的技術(shù)參數(shù)，對(duì)生物堆進(jìn)行堆制。

(5)生物堆修復(fù)運(yùn)行。

(6)取樣檢測(cè)及場(chǎng)地復(fù)原。對(duì)生物堆體進(jìn)行取樣檢測(cè)，每個(gè)堆體作為一個(gè)檢測(cè)單元布設(shè)采樣點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)位取3～5處土壤進(jìn)行混合檢測(cè)，當(dāng)堆體土方量大于500m3時(shí)，按每500m3一個(gè)樣品取樣，若檢測(cè)合格將生物堆原位回填并整平，若不合格則繼續(xù)運(yùn)行生物堆系統(tǒng)直至檢測(cè)合格。

技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 強(qiáng)化生物堆修復(fù)技術(shù)路線圖

2.2 生物堆設(shè)計(jì)

生物堆系統(tǒng)由以下幾部分組成：土壤堆體、通風(fēng)系統(tǒng)、營(yíng)養(yǎng)液/水分分配系統(tǒng)、滲濾液收集處理系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

(1)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，堆體高度不宜過(guò)高，本場(chǎng)地堆體土壤高度設(shè)計(jì)為1m，底部寬度設(shè)計(jì)為8～10m，堆體坡度設(shè)計(jì)為1∶0.5，考慮到施工的便捷性及避免交叉污染，本場(chǎng)地生物堆原地堆建，堆體的長(zhǎng)度根據(jù)污染地塊地形進(jìn)行調(diào)整。

(2)通風(fēng)系統(tǒng)主要由通風(fēng)干管、支管、調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、鼓風(fēng)機(jī)等組成，為便于控制通風(fēng)效果，每條支管均配備調(diào)節(jié)閥。通風(fēng)管路布設(shè)于堆體的中下部，距堆底約0.3～0.4m。通風(fēng)支管采用DN100規(guī)格的盲管，通風(fēng)干管采用UPVC管。盲管抗壓、耐壓性能高，且回復(fù)性好，通氣性?xún)?yōu)越，表面平均開(kāi)孔率達(dá)90%～95%，在土中、水中不易降解，抗老化、耐腐蝕。鋪設(shè)時(shí)首先在盲管上包裹一層土工布，起到防護(hù)、過(guò)濾的作用。為避免鼓氣過(guò)程造成短路，盲管距離土堆邊緣不小于0.2m，通風(fēng)盲管距生物堆堆體寬度方向兩側(cè)邊緣各0.5m，通過(guò)PVC管與通風(fēng)干管相連。連接通風(fēng)盲管的UPVC支管長(zhǎng)度為1m，其中0.5m插入生物堆與通風(fēng)盲管相連，其余0.5m位于生物堆堆體外，通風(fēng)盲管間距為2m。通風(fēng)系統(tǒng)如圖2所示。

(3)營(yíng)養(yǎng)液/水分分配采用農(nóng)業(yè)上較為成熟的噴灌技術(shù)，系統(tǒng)由水源、噴頭、管網(wǎng)、首部組成，噴頭間距為噴灑直徑的60%。噴灌的霧化效果好、水滴小，能夠避免補(bǔ)水過(guò)程中對(duì)于生物堆堆體的沖刷并且可以節(jié)約用水。

(4)堆體在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生滲濾液，為避免對(duì)環(huán)境污染，需設(shè)置滲濾液收集系統(tǒng)對(duì)滲濾液進(jìn)行收集。首先在平整后的場(chǎng)地上修建坡度為1∶10的人字坡，而后鋪設(shè)基礎(chǔ)防滲層，見(jiàn)圖3。防滲層由一層土工布+一層HDPE膜+一層土工布構(gòu)成(兩布一膜)，在基礎(chǔ)防滲層鋪設(shè)完成后進(jìn)行滲水板的鋪設(shè)，滲水板的尺寸應(yīng)大于堆體底部尺寸。滲水板鋪設(shè)完成后，在其上方鋪設(shè)一層土工布，防止污染土壤進(jìn)入滲水板造成滲水板堵塞從而影響滲濾液的排出。導(dǎo)出的滲濾液通過(guò)排水溝收集到集水池，收集后再次噴灑到生物堆頂部，從而做到廢水零排放，集水系統(tǒng)見(jiàn)圖4。

圖2 通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

圖3 基礎(chǔ)防滲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 集水系統(tǒng)示意圖

(5)生物堆堆體內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)堆體內(nèi)溫度、水分含量、氧氣含量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。管理人員可根據(jù)土壤水分、溫度以及土壤氣等參數(shù)的監(jiān)測(cè)分析，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行做適當(dāng)調(diào)整及優(yōu)化，確保系統(tǒng)處于最優(yōu)運(yùn)行工況。土壤氣監(jiān)測(cè)探頭、溫度與水分含量監(jiān)測(cè)探頭布設(shè)于距堆體底部0.7m處，土壤氣監(jiān)測(cè)探頭相鄰探頭的間距為3m，溫度與水分含量監(jiān)測(cè)探頭間隔為6m。生物堆示意圖如圖5所示。

圖5 生物堆示意圖

2.3 生物堆堆建

(1)對(duì)污染土壤進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理主要包括土壤均質(zhì)處理、調(diào)整土壤中碳氮磷鉀的配比、調(diào)節(jié)土壤含水率等。本項(xiàng)目表層土質(zhì)以粉質(zhì)粘土和粉土為主，通氣效率低，首先添加10%左右的稻殼作為膨松劑，增加土壤的透氣效果，同時(shí)稻殼也是緩釋營(yíng)養(yǎng)源。然后播撒適配好的強(qiáng)效微生物菌劑，摻加一定比例的復(fù)合肥，噴灑一定量的工業(yè)糖蜜，使用旋耕機(jī)進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?/p>

(2)修復(fù)區(qū)域內(nèi)土壤攪拌均勻后，選取地面平整且相對(duì)地勢(shì)較高的區(qū)域作為生物堆強(qiáng)化處理區(qū)。根據(jù)需要處理的土方量設(shè)計(jì)的生物堆尺寸，測(cè)量放線畫(huà)定生物堆堆體區(qū)域，利用挖掘機(jī)將該區(qū)域土壤轉(zhuǎn)移到區(qū)域外暫存。對(duì)該區(qū)域進(jìn)行整平并剔除石塊、樹(shù)枝等堅(jiān)硬物，修建人字坡，然后在該區(qū)域鋪設(shè)防滲層和滲濾液導(dǎo)排層。

(3)利用小型挖掘設(shè)備，在不破壞防滲膜的情況下，將預(yù)處理后的土堆在防滲膜上鋪設(shè)0.3～0.4m厚的土層。

(4)在該土壤層表面按設(shè)計(jì)參數(shù)布設(shè)通風(fēng)管，固定完成后繼續(xù)堆高至0.7m左右。

(5)在該土壤層布設(shè)監(jiān)測(cè)探頭，包括：土壤氣監(jiān)測(cè)探頭、溫度與水分含量監(jiān)測(cè)探頭。

(6)繼續(xù)堆土至1m，并對(duì)堆體四周開(kāi)展機(jī)械與人工修坡結(jié)合作業(yè)，修整完成后在堆體表面和側(cè)面種植黑麥草。種植黑麥草可以固定堆體表面土壤，防止形成揚(yáng)塵并避免噴灌時(shí)造成水分沖刷土壤，破壞堆體結(jié)構(gòu)；黑麥草本身對(duì)石油烴污染土壤具有協(xié)同修復(fù)作用，其發(fā)達(dá)的根系也可改善土壤結(jié)構(gòu)，對(duì)微生物的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用；此外，種植黑麥草具有一定的景觀效果。

(7)安裝營(yíng)養(yǎng)液/水分調(diào)配系統(tǒng)。

(8)生物堆調(diào)試運(yùn)行。

2.4 生物堆維護(hù)

(1)使用土壤養(yǎng)分測(cè)定儀檢測(cè)土壤中的有效氮磷含量，土壤中碳∶氮∶磷的比例宜維持在100∶10∶1[3]，以滿足好氧微生物的生長(zhǎng)繁殖以及污染物的降解條件。

(2)保持土壤一定的通氣量及微生物代謝活動(dòng)所需水分，保持土壤含水率在30%～40%左右。

(3)運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)風(fēng)機(jī)和管路上閥門(mén)的控制確保堆體內(nèi)氧氣分布均勻且含量不低于7%。

(4)溫度控制在30～40℃范圍區(qū)間[4]，pH值控制在6.0～7.8，當(dāng)污染土壤pH值過(guò)低時(shí)，加入適量的石灰進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)pH值過(guò)高時(shí)，加入硫酸銨或亞硫酸鋁進(jìn)行調(diào)節(jié)[5]。

3 修復(fù)效果

經(jīng)過(guò)6個(gè)月的運(yùn)行修復(fù)后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行取樣檢測(cè)，所有點(diǎn)位檢測(cè)結(jié)果均達(dá)到低于修復(fù)目標(biāo)值，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 點(diǎn)位檢測(cè)結(jié)果 單位(mg/kg)

4 結(jié)論

(1)本修復(fù)項(xiàng)目采用強(qiáng)化生物堆修復(fù)石油污染土壤4650m3，修復(fù)工期6個(gè)月，修復(fù)后的土壤經(jīng)檢測(cè)全部達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。修復(fù)完成后對(duì)生物堆修復(fù)區(qū)域進(jìn)行復(fù)原，對(duì)修復(fù)過(guò)程中使用的材料、設(shè)備進(jìn)行回收。

(2)修復(fù)過(guò)程在原地進(jìn)行，不涉及污染土的轉(zhuǎn)運(yùn)，修復(fù)過(guò)程無(wú)二次污染產(chǎn)生，未對(duì)環(huán)境產(chǎn)生擾動(dòng)，修復(fù)徹底。

(3)強(qiáng)化生物堆修復(fù)工藝的重點(diǎn)是通過(guò)對(duì)生物堆的合理設(shè)計(jì)和運(yùn)行，保證微生物的生長(zhǎng)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)石油烴類(lèi)污染物的消解去除。本工程的成功實(shí)施可為其他類(lèi)似項(xiàng)目提供工程經(jīng)驗(yàn)。