異位氣相抽提聯(lián)合原位生物還原工藝處理污染場地的研究

林雅潔（上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200232；上海污染場地修復(fù)工程技術(shù)研究中心，上海 200232）

浙江某化工廠，廠區(qū)占地面積 2 萬 m2，主要從事氟化工產(chǎn)品的研究和開發(fā)，包括哈龍?zhí)娲返男≡?、模式、中試等。場地的污染主要來源于礦石粉碎、酸化等生成過程中，有大量的揮發(fā)性污染氣體、廢水和廢渣產(chǎn)生。這些氯化物、氟化物會對空氣和水體造成一定污染，并在土壤中富集，造成土壤污染。

目前，國內(nèi)針對有機(jī)污染土壤的修復(fù)技術(shù)種類很多，包括化學(xué)淋洗技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、熱脫附修復(fù)技術(shù)、異位焚燒（制磚）、原位生物還原、氣相抽提、多相抽提、化學(xué)氧化修復(fù)等。修復(fù)技術(shù)的選擇應(yīng)綜合考慮場地條件、污染物特征、修復(fù)目標(biāo)值等因素，篩選出最適應(yīng)特征污染場的修復(fù)工藝。

本文以浙江某化工廠遺留場地為研究對象，針對場地中土壤和地下水的揮發(fā)性有機(jī)污染物，選用異位氣相抽提結(jié)合原位生物還原的修復(fù)工藝進(jìn)行處理。修復(fù)后的土壤和地下水滿足修復(fù)目標(biāo)值要求[1]。

1 場地地質(zhì)情況

前期調(diào)查和鉆探勘查結(jié)果表明，場地地質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土和黏質(zhì)粉土互層，場地上層土壤相對較為疏松，具有一定的滲透性。相對標(biāo)高為-1.1 9 ～-7.3 2 m 至-7.19～-12.12 m 處填充有一層粉質(zhì)黏土，其滲透性相對較差，為弱透水層，層厚度為 4.81～8.40 m。該層以下為一層黏質(zhì)粉土，具有一定的滲透性。該場地的隔水層頂板相對標(biāo)高為 -12.79～-13.87 m。該層黏土發(fā)育完整、連續(xù)性較好，不利于污染物向深部進(jìn)一步遷移。本次施工范圍內(nèi)一共涉及 4 個地質(zhì)分層，分別為上層透水層（采樣深度 0～5.00 m）、中層弱透水層（采樣深度 5.00～10.00 m）、下層透水層（采樣深度 10.00～15.00 m）和底層隔水層（采樣深度 15.00 m 以下）。

場地地面以下 18.00 m 范圍內(nèi)（最大勘探深度）主要涉及兩層地下水，為孔隙水。上層地下水主要賦存于表層至中部壤質(zhì)黏土隔水層之間，下層地下水主要賦存于中部壤質(zhì)黏土隔水層至底部黏土隔水層之間：兩層地下水類型均屬于潛水。場地地下水總體自東北向西南流，場地上層地下水和下層地下水的平均水力梯度（G 1—G 4）分別約為 0.79% 和 0.98 %。進(jìn)行微水試驗(yàn)，測定含水層滲透系數(shù)，通過計(jì)算得到了本場地上層地下水和下層地下水的平均滲流速度，分別為 1.99×10-3m/d 和 1.19×10-3m/d。

2 場地污染情況及修復(fù)目標(biāo)值

2.1 場地土壤及地下水污染情況

根據(jù)前期兩次調(diào)查及風(fēng)險評估結(jié)果可知，本場地中部分區(qū)域土壤和地下水已受到一定程度的污染，且污染種類主要為揮發(fā)性有機(jī)物。

超過風(fēng)險可接受范圍的土壤污染因子主要為三氯甲烷、四氯化碳、四氯乙烯、三氯乙烯（表 1）。污染土方量約 3 萬 m3。修復(fù)工期：3 個月。

本場地地下水污染因子主要為三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、1，1，2—三氯乙烷（表 2）。污染量約 2 500 m2。

表1 土壤主要污染物

表2 地下水主要污染物

2.2 場地污染物修復(fù)目標(biāo)值

根據(jù)風(fēng)險評估計(jì)算結(jié)果，本場地土壤和地下水中各污染因子的修復(fù)限值如表 3、表 4 所示。

表3 土壤中各污染物修復(fù)目標(biāo)值 mg/L

表4 地下水中各污染物修復(fù)目標(biāo)值 mg/L

3 場地修復(fù)工程

3.1 處理工藝比選

目前，國內(nèi)針對有機(jī)污染土壤的修復(fù)技術(shù)包括化學(xué)淋洗技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、熱脫附修復(fù)技術(shù)、異位焚燒（制磚）、原位生物還原、氣相抽提、多相抽提等。針對本場地污染情況，對不同修復(fù)技術(shù)進(jìn)行適應(yīng)性分析如下。

(1) 化學(xué)淋洗技術(shù)?；瘜W(xué)淋洗技術(shù)在淋洗過程中需要使用醇類、液態(tài)烷烴或表面活性劑之類的淋洗劑。淋洗劑本身具有一定的毒性，淋洗劑殘留在土壤中，或淋洗液處置不合理可能導(dǎo)致二次污染，環(huán)境安全性較低。本場地土壤以黏質(zhì)粉土和粉質(zhì)黏土等細(xì)粒土為主，其細(xì)粒含量超過 25%，不適合采用化學(xué)淋洗技術(shù)。

(2) 微生物修復(fù)技術(shù)。由于本場地修復(fù)周期僅有 3 個月，污染物污染濃度較高，修復(fù)限值低、污染物種類多樣，因此采用微生物修復(fù)不能達(dá)到處置要求。

(3) 熱脫附技術(shù)。熱脫附技術(shù)可用于土壤和地下水的治理，在技術(shù)層面上完全沒有問題，但主要缺點(diǎn)是成本較高。

(3) 異位焚燒（制磚）。異位焚燒技術(shù)可處置本場地污染土壤，但不能處置污染地下水。此技術(shù)的缺點(diǎn)是將土壤運(yùn)輸?shù)教幹玫攸c(diǎn)的費(fèi)用較高，但處置效果好，可以徹底處置，且把污染土壤作為制磚原料，實(shí)現(xiàn)了土壤的再利用價值。高濃度污染土壤可考慮該技術(shù)。

(4) 原位生物還原技術(shù)。原位生物還原技術(shù)是地下水修復(fù)的先進(jìn)技術(shù)，能夠處理的有機(jī)污染物包括氯代溶劑、氯苯、有機(jī)炸藥、鹵代烷和硝酸鹽等。修復(fù)藥劑主要由緩釋碳源、強(qiáng)還原劑性礦物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)組成，利用其化學(xué)還原和厭氧生物修復(fù)機(jī)理降解地下水中的有機(jī)污染物。對于有機(jī)溶劑和其他難降解污染物，采用本方法能迅速徹底地脫氯，最小化不完全脫氯的有害中間產(chǎn)物。本場地的地下水可以采用此技術(shù)修復(fù)。

(5) 氣相抽提。本場地?fù)]發(fā)性有機(jī)污染物，場地含水層土壤以黏質(zhì)粉土和粉質(zhì)黏土為主，適用氣相抽提/多相抽提技術(shù)進(jìn)行處置。原位氣相抽提處置要求土壤含水率較低，并需較長的處置周期。該技術(shù)更多應(yīng)用于滲透層土壤的治理。本場地水量較豐富，污染土壤深至地下 10 m，地下土層可能存在優(yōu)先通道，因此若采用原位氣相抽提技術(shù)，處置效果會受影響，難以保證處置均勻性。本項(xiàng)目施工周期短，建議選用異位氣相抽提。

(6) 多相抽提。多相抽提可用于飽和層污染的治理，可實(shí)現(xiàn)污染土壤和地下水的同步治理。但是，該技術(shù)所需時間較長，對土質(zhì)均勻性較差的土壤，特別是含有粉質(zhì)黏土或黏土質(zhì)的土壤，處置效果可能無法滿足項(xiàng)目要求。

根據(jù)以上分析，可知熱脫附、異位焚燒、異位氣相抽提（SVE）及化學(xué)還原技術(shù)適用于本場地污染土壤的處置；熱脫附（原位）、多相抽提和化學(xué)還原技術(shù)適用于本場地污染地下水的處置。由于本場地污染土壤修復(fù)目標(biāo)高，在工期要求短的情況下，很難使用原位處理技術(shù)，因此采用異位處理技術(shù)。結(jié)合本場地特性和工程需求，就場地類型、污染物的濃度情況、技術(shù)成熟性、資源需求、處置效果、成本、二次污染的可能性、施工安全性和對人體健康的影響等指標(biāo)分別對污染土壤和地下水修復(fù)技術(shù)進(jìn)行打分評估，具體如表 5、表 6 所示。

表5 污染土壤修復(fù)技術(shù)可行性評估表

表6 地下水原位修復(fù)技術(shù)可行性評估表

根據(jù)對修復(fù)技術(shù)的可行性分析，通過對場地特征、技術(shù)指標(biāo)、環(huán)境、安全、人體健康的影響等進(jìn)行評估，建議采取如下技術(shù)對本場地進(jìn)行治理。

(1) 針對污染土壤，建議采用實(shí)施操作便捷、修復(fù)時間短、效果好的異位氣相抽提處置技術(shù)（SVE）。

(2) 針對地下水，采用原位生物還原技術(shù)進(jìn)行處置。

3.2 工藝流程

SVE 的具體操作流程如下：將土壤挖掘后進(jìn)行破碎篩分等預(yù)處理，然后將土壤堆成具有一定坡度的堆體。土壤堆體底部布設(shè)防滲膜，內(nèi)部布設(shè)通風(fēng)管道，覆蓋防滲膜將堆體包住，防止雨水進(jìn)入土壤和土壤中有機(jī)物揮發(fā)到空氣中。系統(tǒng)運(yùn)行時，一方面通過通風(fēng)管道一端的真空泵進(jìn)行抽氣；另一方面通過添加藥劑或采取其他輔助手段加快污染物揮發(fā)，抽出的水蒸氣和揮發(fā)性有機(jī)物蒸氣經(jīng)氣體收集裝置處理。

地下水原位生物還原工藝操作流程如下：首先確定注射井和監(jiān)測井的位置和數(shù)量，打井建立原位化學(xué)還原處理系統(tǒng)；通過注射井注入零價鐵（強(qiáng)還原劑）和有機(jī)營養(yǎng)液，對污染水體進(jìn)行化學(xué)還原；同時，通過實(shí)時監(jiān)測注入過程中系統(tǒng)的溫度和壓力變化，調(diào)節(jié)藥劑的加入量及速度；在修復(fù)過程中，通過監(jiān)測井對污染物濃度、pH、氧化還原電位等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。

4 處理效果

對該污染場地采用SVE+原位生物還原處理工藝進(jìn)行修復(fù)后，修復(fù)周期內(nèi)污染物的去除率可達(dá) 92%～100%。

對于地下水中的目標(biāo)污染物，70 d 內(nèi)，2 個監(jiān)測井監(jiān)測的各污染物濃度均低于檢出限。

5 結(jié) 語

(1) SVE 工藝處理該場地土壤污染是切實(shí)可行的，修復(fù)后的土壤中污染物濃度均低于修復(fù)目標(biāo)值。

(2) 原位生物還原工藝處理該場地地下水污染效果顯著，修復(fù)后的地下水中污染物濃度能滿足修復(fù)目標(biāo)要求。