土壤與地下水有機(jī)污染物修復(fù)技術(shù)分析

楊敬杰

（斯坦德技術(shù)工程（青島）有限公司，山東 青島 266000）

土壤和地下水可以共同作為生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)中的因子，且二者又是相融合的關(guān)系。當(dāng)土壤遭遇人類排放污染物的侵襲，就會污染地下水。這時，人類依賴土壤而展開的活動，如務(wù)農(nóng)、居住等，都將受到負(fù)面影響；而依賴地下水而展開的活動，如灌溉、飲水等，也會受到影響。因此，人類對土壤與地下水中的有機(jī)污染物進(jìn)行分析研究，并經(jīng)案例驗證，總結(jié)出合理的修復(fù)方案具有非常現(xiàn)實的意義。

1 土壤污染的危害性概述

土壤污染類型很多，包括放射性元素污染、重金屬污染、有機(jī)物污染等，其中，工業(yè)生產(chǎn)會排放化學(xué)廢物、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥農(nóng)藥的使用會影響土質(zhì)、生活垃圾中的塑料制品及污水會帶來污染等。由于污染源頭多且不易嚴(yán)格把控，污染類型又多種多樣，使土壤質(zhì)量受到很大影響，并通過生態(tài)循環(huán)，使有機(jī)污染物不斷遷移，最終會影響人類的生產(chǎn)生活，如有害成分進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)品或飲水中，就會危害人體健康。農(nóng)田中的土壤肥沃程度下降，糧食產(chǎn)出率降低也是土壤污染導(dǎo)致的[1]。土壤污染的危害還會遷移至多個領(lǐng)域，不是只有農(nóng)業(yè)。污染物日積月累排放到自然環(huán)境中，經(jīng)過正常的運動以及滲透進(jìn)入地下水[2]，使土壤污染的危害急速放大，導(dǎo)致土壤的自凈能力下降，從而造成土壤環(huán)境質(zhì)量逐漸下降。

2 土壤與地下水有機(jī)污染物修復(fù)技術(shù)介紹

化學(xué)污染物進(jìn)入地下水與土壤中，形成了新的有機(jī)污染物[3]，成為污染地下水與土壤環(huán)境的首要因素[4]。因而針對該類污染物進(jìn)行有深度、有預(yù)期的修復(fù)技術(shù)研究具有重要意義。

2.1 化學(xué)修復(fù)技術(shù)分析

該類修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)以確定土壤中有機(jī)污染物的實際含量、揮發(fā)特性為基礎(chǔ)。常用的化學(xué)修復(fù)方式是氧化處理，以硫酸鹽為主要化學(xué)試劑。在氧化處理過程中，最優(yōu)試劑為芬頓試劑。該試劑的氧化性質(zhì)要明顯優(yōu)于其他類型的試劑，且反應(yīng)速度快，能產(chǎn)生較好的氧化分解土壤有機(jī)污染物的效果。而且這類試劑的適用性強，不會受周圍溫度、氣壓等環(huán)境因素的約束。硫酸鹽在實際應(yīng)用中，經(jīng)活化反應(yīng)會生成硫酸根離子，即一種在氧化性方面更優(yōu)于硫酸鹽的物質(zhì)。人們通過實踐需求進(jìn)行評估和判斷，得知可從硫酸鹽氧化或硫酸根離子氧化中選擇一種更適合的方式完成污染修復(fù)工作。當(dāng)然，為了使兩種氧化方式能夠互相取長補短，在實際修復(fù)過程中也可以綜合使用兩種方式。盡管芬頓修復(fù)技術(shù)的修復(fù)效果較好，且成本不高，然而其對環(huán)境的整體酸堿度較為敏感，可能會因為環(huán)境的酸度不達(dá)標(biāo)而不能充分發(fā)生反應(yīng)。此外，該試劑也存在二次污染環(huán)境的問題，因為其氧化分解過程會伴隨一定程度的化學(xué)殘留。而如果直接選用硫酸鹽對土壤進(jìn)行修復(fù)，雖然可以擴(kuò)大修復(fù)范圍，但是其反應(yīng)速度較緩慢，整個修復(fù)過程所耗費的時間較長，而且很難保證硫酸鹽不與其他污染物發(fā)生反應(yīng)。

在化學(xué)修復(fù)中，如果有機(jī)污染物具有揮發(fā)特性，就可以選擇常溫?zé)峤馕龅姆绞竭M(jìn)行修復(fù)。該方式的應(yīng)用條件是常溫，并借助光催化技術(shù)進(jìn)行，主要是把污染物轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水。該方式偏溫和，應(yīng)用效果也較好，但也存在一定的缺陷，比如在修復(fù)進(jìn)行過程中，其相應(yīng)的催化劑會失活，發(fā)生如芬頓試劑反應(yīng)不充分一樣的情況，即僅部分產(chǎn)物實現(xiàn)了降解，因而出現(xiàn)了對環(huán)境的再次污染。為了減少修復(fù)過程中發(fā)生的降解不充分的問題，在修復(fù)實踐中應(yīng)該把降解反應(yīng)的環(huán)境向液相轉(zhuǎn)移，但這樣做的結(jié)果也會因氯化鈣的大量消耗而提高修復(fù)成本。

2.2 生物修復(fù)技術(shù)分析

生物修復(fù)技術(shù)作為經(jīng)濟(jì)有效、綠色可持續(xù)的修復(fù)技術(shù)，在有機(jī)污染土壤和地下水修復(fù)上具有廣闊的應(yīng)用前景[5]。

2.2.1 對土壤進(jìn)行修復(fù)

生物技術(shù)并不會使土壤中現(xiàn)有污染物的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，而主要是要實現(xiàn)無害的目標(biāo)。生物修復(fù)的無害化轉(zhuǎn)變，具有化學(xué)修復(fù)不具備的優(yōu)勢。一方面是投入少，因而對修復(fù)工作責(zé)任單位的壓力小。生物修復(fù)的修復(fù)成本較低，且不會破壞土壤的原有環(huán)境[6]。另一方面，使污染物充分氧化的概率高，降低了形成二次污染的概率，且越是分子量不高的污染，修復(fù)完成度就越高。此外，生物修復(fù)法的操作更加簡單，可以僅在原本定位下施策。

2.2.1.1 原位修復(fù)

該修復(fù)方法適用于不飽和土壤，即其土層滲透性強。這種土壤不需經(jīng)過攪動即可直接采取降解操作，使其氧氣濃度更高、營養(yǎng)性能更好。在修復(fù)過程中，修復(fù)人員可借助細(xì)菌接種來促進(jìn)降解，亦可利用經(jīng)過生物處理的地下水來注灌土壤，經(jīng)過多次反復(fù)操作，可以促進(jìn)水土的循環(huán)，進(jìn)而改善土壤的狀態(tài)。

2.2.1.2 就地修復(fù)

該修復(fù)方法是先對土壤進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后仍含有污染物的情況下，修復(fù)人員將其置于特定的場地上；場地經(jīng)石灰、肥料處理后，能具備土壤修復(fù)功能。經(jīng)過一定的時長，在土壤間的相互影響下，原污染土壤的酸堿值、水分、營養(yǎng)等情況會漸趨良好和穩(wěn)定，從而實現(xiàn)了降解的目的。土壤間相互影響的原理即依托于土壤中原有的微生物群系實現(xiàn)了改良，如果實際中有需要，亦可額外加入其他微生物，從而加快修復(fù)和改良的速度。

2.2.1.3 生物反應(yīng)器修復(fù)

生物反應(yīng)器是用于土壤污染修復(fù)的專業(yè)設(shè)施，對其的應(yīng)用，是在修復(fù)場地對污染土壤進(jìn)行反應(yīng)“過濾”，即污染土壤先被泥漿化改造，而后進(jìn)入該反應(yīng)器，其內(nèi)的污染物被置于降解環(huán)境，繼而發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到高修復(fù)程度。

2.2.2 對地下水進(jìn)行修復(fù)

地下水污染主要是土壤污染的延伸，其會因土壤污染類型的復(fù)雜性而變得復(fù)雜。因此，地下水修復(fù)需要具體問題具體施策。

2.2.2.1 生物注射法

該方式是充分利用空氣加壓的方法，把地上空氣下注到準(zhǔn)備修復(fù)的地下水中，這樣，地下水受更強的氣流驅(qū)動，就會更有力地促使污染物降解。該方式適合反復(fù)使用，讓氣流更長時間地存在于地下水中，以顯著提高其功效。另外，也可以使用表面活性劑微泡來置換空氣要素，通過利用注射的方法，在增加地下水中空氣含量的同時，為其提供更多的有機(jī)營養(yǎng)，促進(jìn)其代謝。

2.2.2.2 制造有機(jī)粘土

該方式的應(yīng)用原理是合理控制地下水的移動，也就控制了污染物的移動，這樣再進(jìn)行吸附，就能促使修復(fù)作業(yè)的完成。有機(jī)粘土法這種方式主要是使用人工合成的有機(jī)粘土來清潔地下水中的污染物[7]，在修復(fù)過程中，修復(fù)人員會把季銨鹽陽離子表面活性劑作為重點工具，向?qū)?yīng)的蓄水層進(jìn)行適量地注射，這樣就促使其變成一個吸附力非常大的區(qū)域，在這期間，周圍的微生物會作為助力因子，幫助吸附區(qū)進(jìn)行更高效率的降解。

2.2.2.3 生物反應(yīng)器修復(fù)

該方式與土壤修復(fù)方法一致，也是要把修復(fù)對象先進(jìn)行處理和準(zhǔn)備妥當(dāng)（抽至地上），而后將其置于反應(yīng)器，再利用反應(yīng)器的特殊氧化設(shè)置形成對水的氧化分解效應(yīng)，繼而在修復(fù)結(jié)束后，將水回灌。在相關(guān)操作中，反應(yīng)器就相當(dāng)于地下水的“洗滌器”、“補養(yǎng)站”，使水內(nèi)含有的養(yǎng)分、氧氣更足。這些水回到地下后，也將成為自帶更強降解能力的驅(qū)動要素。

3 土壤與地下水中有機(jī)污染物修復(fù)技術(shù)的案例分析

3.1 項目概況分析

本項目所涉及的區(qū)域是某科技園區(qū)的中心場地，對項目的要求是同時修復(fù)其場地內(nèi)的受污染土層和地下水循環(huán)系統(tǒng)，修復(fù)區(qū)域的土壤約達(dá)到8萬立方米，預(yù)算約為260萬元，允許的操作周期為半年。

在前期的預(yù)備階段，修復(fù)人員根據(jù)基礎(chǔ)勘探的結(jié)果，判斷出該場地地塊的受污染情況較為復(fù)雜，認(rèn)定其為有機(jī)物污染而且濃度超出了預(yù)期。該類污染物具有不同程度的揮發(fā)性，且不易處理，因而修復(fù)人員決定摒棄常規(guī)技術(shù)手段，結(jié)合新思路、新設(shè)備來改進(jìn)技術(shù)手段，從而能夠更有針對性地改良污染地塊。

3.2 遇到問題分析

鑒于勘探結(jié)果，此次修復(fù)任務(wù)的實施需要充分分析土壤所含污染物的結(jié)構(gòu)，以確定分別為哪些揮發(fā)性或半揮發(fā)性有機(jī)污染物，以及其比例情況。如果半揮發(fā)性的污染物濃度明顯偏高，就不能使用常規(guī)的化學(xué)、生物處理方法，而是需要進(jìn)行綜合施治。若其濃度處在低位，就應(yīng)該適當(dāng)使用原位處理法，借助植物的生長來鈍化污染物。然而，這種方法也有缺陷，一方面植物的生長及其修復(fù)土壤能力的釋放需要較長的時間，而半年的工程修復(fù)期會成為植物修復(fù)的限制；另一方面，該地塊的污染情況復(fù)雜，難以找到能夠耐受其非良性環(huán)境的植物，特別是半揮發(fā)有機(jī)物會攫取植物的生存能量和空間，因而相關(guān)的操作過程面臨較大的挑戰(zhàn)。

在梳理了以上難點后，修復(fù)人員最終確定了化學(xué)氧化技術(shù)手段。其一，以半揮發(fā)性有機(jī)物的特征為根據(jù)，混合施用芬頓試劑法、過硫酸鹽活化法。其二，以揮發(fā)性有機(jī)物的特征為根據(jù)，主要施用溫?zé)峤馕龇?，其次配合其他綜合化的處理方式，達(dá)到強效修復(fù)的效果。

3.3 處理方案分析

3.3.1 關(guān)于半揮發(fā)性有機(jī)物

在相關(guān)處理中，芬頓試劑效力強、反應(yīng)快，對溫度、壓力等條件要求不算苛刻，所以在項目時限不長的情況下，適合選擇；而過硫酸鹽活化，會在保持原氧化能力的基礎(chǔ)上，因生成SO4-物質(zhì)而出現(xiàn)氧化效應(yīng)的驟升，這就強化了修復(fù)效能，也是較好的修復(fù)方案思路。

在修復(fù)實踐中，工作人員引入了專業(yè)機(jī)構(gòu)的一體化修復(fù)設(shè)備，依靠設(shè)備操作把用于降解的藥物摻拌到土壤中，其前提要明確污染程度，計算好氧化劑的合適用量；要嚴(yán)把環(huán)境條件，包括控制酸堿值、溫度、光照等。同時，利用過硫酸鹽氧化時，污染物、實驗方法不同，其對應(yīng)的合適的pH條件也會不同，不一定是酸性的，也可能是中性和堿性的。修復(fù)人員會具體結(jié)合要求來施策。

3.3.2 關(guān)于揮發(fā)性有機(jī)物

在相關(guān)處理中，常溫?zé)峤馕龇ǖ膽?yīng)用是主方向，該方法的環(huán)境適應(yīng)性強，常溫常壓即可，反應(yīng)效率高而且溫和，但須特別注意催化劑的處理，盡可能減少其失活的情況，避免額外生成的物質(zhì)再次污染地塊。其方案中，為了解決該問題，采取了向液相轉(zhuǎn)移的思路，既環(huán)保，又保證了修復(fù)效應(yīng)。當(dāng)然，考慮到項目提供的有限預(yù)算，必須限制液相處理所涉及的氧化鈣藥品消耗，其綜合了活性炭吸附的辦法，保證了修復(fù)工作的最終效益。

3.4 技術(shù)改進(jìn)優(yōu)化

3.4.1 引進(jìn)篩分破碎設(shè)備

在修復(fù)處理中，常溫?zé)峤馕龇m然經(jīng)證實非常適用于揮發(fā)性有機(jī)物的降解，但是其修復(fù)效率仍有較大的提升空間。對此，修復(fù)人員可以借助更為先進(jìn)的設(shè)備，例如篩分破碎設(shè)備，來提高降解效率。該設(shè)備能夠更加充分和均勻地混合土壤與氧化鈣，產(chǎn)基于翻拋作業(yè)，高效逸散揮發(fā)性有機(jī)物，使修復(fù)工作的時長更短，且成效不減。篩分破碎設(shè)備的運作可調(diào)節(jié)，可在工作中就氧化鈣藥品進(jìn)行從裝載、提純，到篩分、破碎等的有關(guān)操作，以便于使用于摻拌的氧化鈣、土壤等物料能夠充分接觸，而且該設(shè)備的操作替代了部分人工，因而節(jié)約了人工成本。

新設(shè)備引進(jìn)后，為保證修復(fù)技術(shù)持續(xù)性實施，須做好設(shè)備調(diào)試及保養(yǎng)工作。

3.4.2 改造小松BZ-200一體化設(shè)備

在對應(yīng)的修復(fù)工作中，修復(fù)人員應(yīng)用了小松BZ-200一體化設(shè)備，基于因地制宜的原則，修復(fù)人員可進(jìn)一步改造該設(shè)備。其中，本地區(qū)的土壤綜合環(huán)境特點、污染物類型、污染物分布等，均可作為設(shè)備改進(jìn)的具體化依據(jù)。上述案例中就是展開了對一體化修復(fù)設(shè)備中原有液體加藥系統(tǒng)的改造，使其盡可能趨于輕量化，從而在操作時長以及便捷度方面更顯出其優(yōu)勢。此外，經(jīng)過改良的設(shè)備，霧化能力增強，能在保持更大噴灑面積的基礎(chǔ)上，使土壤與所應(yīng)用的藥品深度混合。

4 結(jié)語

綜上所述，土壤與地下水有機(jī)污染物修復(fù)工作乃是時代的特殊產(chǎn)物，其修復(fù)工作的根本目的是使土壤、地下水還本歸元，因此應(yīng)杜絕二次污染。通過本案例可獲得啟示，即各修復(fù)工程的實際情況存在差異，對修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用要以合適為前提，同時注意對高效能設(shè)備的引進(jìn)和改造，以提高終期的修復(fù)成效。此外，鑒于對人類社會繁榮、穩(wěn)定的考慮，工業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展也應(yīng)思考如何施策，以減輕對土壤、地下水的污染。