南京某石油烴污染場(chǎng)地土壤修復(fù)工程案例

胥鴻開，朱成杰，劉振升，羅付香，徐婉珍，李俊輝，王雪任

(廣州珠江實(shí)業(yè)環(huán)境保護(hù)有限公司，廣東 廣州 510031)

石油烴一旦進(jìn)入環(huán)境，則很難清理整治。為了有效治理環(huán)境中的石油烴污染，許多國家付出了巨大的代價(jià)。如2005年，美國EPA用于石油烴污染場(chǎng)地評(píng)價(jià)和修復(fù)的資金僅棕色土地基金一項(xiàng)就達(dá)到2200萬美元(AFCEE，1994)[1]。總之，由于石油烴污染場(chǎng)地量大面廣，危害嚴(yán)重，其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理受到越來越多的重視。在我國，石油烴污染場(chǎng)地也是一類非常嚴(yán)重的環(huán)境問題。所以，對(duì)該類場(chǎng)地的環(huán)境管理應(yīng)給予足夠的重視。本文結(jié)合在南京某石油烴污染場(chǎng)地土壤修復(fù)項(xiàng)目中應(yīng)用的多項(xiàng)抽提/原位化學(xué)氧化技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)工程實(shí)施過程進(jìn)行介紹[2]。

1 工程概況

南京某火花塞廠，廠區(qū)面積約6萬平方米，專業(yè)從事火花塞生產(chǎn)與銷售的合資企業(yè)，具備年產(chǎn)5000萬只優(yōu)質(zhì)火花塞的生產(chǎn)能力。主要產(chǎn)品有汽車火花塞、小汽油機(jī)火花塞、微車火花塞、摩托車火花塞、鉑金火花塞、轎車專用火花塞等。場(chǎng)地地下水位整體上有東南高，東北低，西部較為平緩的特點(diǎn)，流向上為自西南向東北，自東南向中部和東北部。場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)的上層為雜填土，下層以粉質(zhì)粘土為主。

通過開展的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地地下水監(jiān)測(cè)井中存在非水相液體NAPL，這與該場(chǎng)地原企業(yè)大量使用三氯乙烯、潤滑油、冷卻油等油類化學(xué)品的生產(chǎn)活動(dòng)有關(guān)。場(chǎng)地土壤檢測(cè)結(jié)果表明，土壤中檢出率較高的主要為 3 種總石油烴類污染物。針對(duì)土壤中的重金屬污染，抽檢的 27 份土壤樣品中重金屬含量均處于較低含量水平，表明該場(chǎng)地土壤主要以有機(jī)污染為主。

1.1 土壤、地下水污染概況

場(chǎng)地地下水中總計(jì)檢出18種有機(jī)污染物，檢出率較高的污染物為C15-C28和C29-C36，四種TPH最高濃度均超過20000 μg/L；順-1，2-二氯乙烯和氯乙烯檢出率也相對(duì)較高，土壤修復(fù)區(qū)域面積約3818 m2，最大污染深度為3 m，修復(fù)污染土方量約10275 m3；地下水污染面積5038 m2，最大污染深度為10.5 m，修復(fù)量約為12847 m3。

1.2 場(chǎng)地修復(fù)目標(biāo)

通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估篩選，提出該場(chǎng)地土壤中需進(jìn)行修復(fù)的目標(biāo)污染物及風(fēng)險(xiǎn)控制值見表1所示。

表1 土壤及地下水關(guān)注污染物修復(fù)目標(biāo)值Table 1 Target values for remediation of pollutants of concern to soil and groundwater

2 總體技術(shù)路線(技術(shù)路線、示意圖、污水處理工藝流程圖)

本場(chǎng)地污染場(chǎng)地修復(fù)總體修復(fù)技術(shù)路線為：

(1)污染土壤：先進(jìn)行多相抽提大幅度降低土壤中NAPL及石油烴含量，后進(jìn)行土壤原位氧化處理。

(2)污染地下水：氯乙烯污染地下水區(qū)域進(jìn)行原位化學(xué)還原進(jìn)行修復(fù)，對(duì)地下水修復(fù)區(qū)域進(jìn)行原位化學(xué)氧化進(jìn)行修復(fù)。

2.1 多相抽提技術(shù)

Multi-PhaseExtraction(MPE)通過真空提取手段，抽取地下污染區(qū)域的土壤氣體、地下水和浮油層到地面進(jìn)行相分離及處理，以控制和修復(fù)土壤與地下水中的有機(jī)污染物。MPE系統(tǒng)通常由多相抽提處理、多相分離、污染物處理三個(gè)主要工藝部分構(gòu)成。多相抽提處理與傳統(tǒng)抽提處理方式相比，最突出的特征就是采用真空的方式，實(shí)現(xiàn)污染物從地下環(huán)境向地表以上的遷移，其工藝原理如圖1所示[3]。

圖1 多相抽提處理系統(tǒng)工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of multiphase extraction system

圖2 原位化學(xué)氧化工藝流程Fig.2 In-situ chemical oxidation process

圖3 氣相抽提處理設(shè)備布置圖Fig.3 Arrangement of gas extraction processing equipment

2.2 原位化學(xué)氧化技術(shù)

原位化學(xué)氧化技術(shù)(In Situ Chemical Oxidation，ISCO)是通過向土壤或地下水污染區(qū)域注入氧化劑，通過氧化作用，使土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為無毒或相對(duì)毒性較小的物質(zhì)[4]。原位化學(xué)氧化技術(shù)是一項(xiàng)適用性良好的污染土壤修復(fù)技術(shù)，除多環(huán)芳烴等少數(shù)高穩(wěn)定性SVOCs和持久性有機(jī)物外，化學(xué)氧化技術(shù)可以有效處置大部分石油烴、VOCs及SVOCs類有機(jī)污染物，在某些案例中甚至可成功處置中低污染濃度的持久性有機(jī)污染物。氧化/還原藥劑的選擇和使用方式是原位化學(xué)氧化修復(fù)能否成功的重要因素。常見的氧化劑包括高錳酸鹽、過氧化氫、芬頓試劑、過硫酸鹽和臭氧[5]。

注入井注入工藝原理為由空壓機(jī)提供氣源動(dòng)力，通過注漿泵向注入井內(nèi)注入氧化藥劑，氧化藥劑在壓力作用下通過注入井的篩管向井四周擴(kuò)散并與土壤及地下水中的污染物接觸反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸肌⑺葻o害的物質(zhì)，從而達(dá)到修復(fù)污染場(chǎng)地的目的[6]。藥劑的投加與分散技術(shù)是原位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)的核心。藥劑投加與分散方式的選擇與污染場(chǎng)地的土壤滲透性、特征水平、污染深度、氧化劑性質(zhì)、修復(fù)費(fèi)用等相關(guān)[7]。

3 實(shí)施過程

本工程施工內(nèi)容主要涉及抽提井建設(shè)、注入井建設(shè)、多項(xiàng)抽提、原位注入、廢水處理等內(nèi)容。

3.1抽提井、注入井建設(shè)、配套管線施工過程

建井施工步驟：備料(直徑DN110×3 mm UPVC管材)、開篩(在0.5 m～污染深度之間開篩)、包篩網(wǎng)(100目)、鉆孔、下管、填料(2～4 mm石英砂)、密封(上部0.5 m水泥密封)、洗井、復(fù)測(cè)成井深度。

本項(xiàng)目部根據(jù)污染深度，土壤污染范圍共建井125口(直徑DN110 mm)，井間距為5 m，梅花樁形式布置，影響半徑2.5～3 m；地下水污染污染范圍共建井179口(直徑DN110 mm)，井間距為5 m，梅花樁形式布置，影響半徑2.5～3 m，抽提井及注入井均共用。每個(gè)注入井均設(shè)置流量計(jì)、水表、控制開關(guān)、取樣口。

本項(xiàng)目氣相抽提系統(tǒng)鋪設(shè)直徑DN150 mm UPVC氣相總管450 m，直徑DN50 mm UPVC氣相支管775 m，各區(qū)域可分區(qū)運(yùn)行，液相抽提系統(tǒng)鋪設(shè)直徑為DN50 mm UPVC總管810 m，直徑為DN25 mm UPVC支管1100 m，共設(shè)置3個(gè)區(qū)域，各區(qū)域可分區(qū)運(yùn)行。

3.2 多項(xiàng)抽提施工過程

多相抽提主要施工內(nèi)容為：多相抽提系統(tǒng)建設(shè)、尾氣處置運(yùn)行維護(hù)。

3.2.1 液相抽出泵

多相抽提處理技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備為抽提泵的選取，本項(xiàng)目選用允許吸上真空高度11 m，流量為5 m3/h，最大揚(yáng)程為35 m的離心自吸泵。將液相抽提區(qū)分為8個(gè)區(qū)域，共設(shè)置8臺(tái)自吸泵。實(shí)施抽提2 h/區(qū)·天，抽提地下水80 m3/h，多項(xiàng)抽提工程量為5000 m3，工期為63天。液相由抽出泵出口經(jīng)管道輸送至調(diào)節(jié)池暫存，進(jìn)入配套的污水處理設(shè)備進(jìn)行處理后暫存清水池待檢，達(dá)標(biāo)后納管排放；NAPL相收集后送至有資質(zhì)單位。

3.2.2 氣相真空泵

本項(xiàng)目氣相抽提選用處理能力為2000 m3/h的真空泵作為真空來源，抽提真空度為-40 kPa，氣體經(jīng)管道進(jìn)入吸收裝置后，在兩個(gè)不同相界面之間產(chǎn)生擴(kuò)散過程，擴(kuò)散結(jié)束，氣體被風(fēng)機(jī)吸出并排放。

3.2.3 氣液分離裝置

本工程采用重力沉降，處理能力為2000 m3/h的氣液分離器，由于氣體與液體的密度不同，液體在與氣體一起流動(dòng)時(shí)，液體會(huì)受到重力的作用，產(chǎn)生一個(gè)向下的速度，而氣體仍然朝著原來的方向流動(dòng)，也就是說液體與氣體在重力場(chǎng)中有分離的傾向，向下的液體附著在壁面上匯集在一起通過排放管排出。

3.2.4 除沫器

本工程選用多面空心球作為填料進(jìn)一步進(jìn)行氣液分離。設(shè)備尺寸為0.9 m×0.6 m×1.1 m，處理能力為2000 m3/h。

3.2.5 活性炭吸附器

本項(xiàng)目應(yīng)用煤制柱狀活性炭作為吸附介質(zhì)，采用一級(jí)吸附的方式對(duì)廢氣中的有機(jī)組份進(jìn)行處理。運(yùn)行過程風(fēng)機(jī)將污染土壤氣抽提至地面，尾氣通過活性炭吸附系統(tǒng)，經(jīng)活性炭吸附，達(dá)標(biāo)排放。

3.2.6 設(shè)備安裝調(diào)試

氣相抽提設(shè)備采用撬裝式一體設(shè)備，設(shè)備安裝單機(jī)調(diào)試后進(jìn)去試運(yùn)行階段，主要對(duì)系統(tǒng)真空度、處理量、處置效果進(jìn)行考核，氣相抽提運(yùn)行正常后，監(jiān)測(cè)頻次為每月一次。

3.3 原位注入施工過程

原位注入系統(tǒng)含藥劑攪拌設(shè)施、藥劑注入泵(5臺(tái)氣動(dòng)隔膜泵，配套空壓機(jī))、藥劑流量計(jì)、壓力表等組成。

原位注入化學(xué)氧化施工流程包括原位注入修復(fù)范圍的確定、原位注入工藝設(shè)計(jì)、原位注入系統(tǒng)建設(shè)與調(diào)試、原位注入修復(fù)運(yùn)行、原位注入修復(fù)效果監(jiān)測(cè)、運(yùn)行達(dá)標(biāo)后關(guān)閉修復(fù)系統(tǒng)。

3.3.1 注入系統(tǒng)的安裝

根據(jù)分區(qū)設(shè)計(jì)，將注入井與藥劑輸送管道、壓力計(jì)、流量計(jì)等進(jìn)行連接，所有輸送管道、閥門連接好后，要進(jìn)行漏水檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有漏水現(xiàn)象要重新擰緊螺栓，至不漏水為止。將注入系統(tǒng)連接至多相抽提聯(lián)合原位氧化井，并關(guān)閉多相抽提系統(tǒng)閥門，打開原位注入系統(tǒng)閥門。本項(xiàng)目原位注入系統(tǒng)鋪設(shè)直徑為DN40 mm UPVC注入總管530 m，直徑為DN20 mm UPVC注入支管972 m，共設(shè)置5個(gè)區(qū)域，配套5套攪拌設(shè)施、注入泵分區(qū)域分區(qū)氧化處置。

3.3.2 注入系統(tǒng)調(diào)試

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行所有設(shè)備性能的整體聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)，確保設(shè)備符合設(shè)計(jì)要求；注入清水過程中注意觀察地面管道，確保管線連接處密封無漏水。按設(shè)計(jì)流量、壓力注入清水，確定設(shè)計(jì)壓力、流量可以滿足施工需求，進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)；

試運(yùn)行同時(shí)，監(jiān)測(cè)地下水監(jiān)測(cè)井水位、pH、OPR 等相關(guān)指標(biāo)，根據(jù)監(jiān)測(cè)參數(shù)，優(yōu)化工藝參數(shù)。根據(jù)調(diào)試結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)連接與設(shè)計(jì)，并確定注入量、注入壓力及在不同流量、壓力下的影響半徑，進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)。

3.3.3 原位注入藥劑的配置

本項(xiàng)目氧化藥劑溶液為過硫酸鈉粉末狀試劑和片堿，需要配置成質(zhì)量濃度20%的溶液再進(jìn)行注入。場(chǎng)地實(shí)際實(shí)施可能存在的反彈效應(yīng)和工業(yè)放大效應(yīng)，為使修復(fù)達(dá)標(biāo)，本項(xiàng)目注入工期設(shè)計(jì)為70天，間歇式注入，連續(xù)注入5天后，停止注入2天，在注入實(shí)施階段根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)進(jìn)行注入，同時(shí)對(duì)注入影響不到的地方輔以移動(dòng)式注入設(shè)備注入。在攪拌設(shè)施中配置好的氧化藥劑通過氣動(dòng)隔膜泵泵送至指定的注入井中，通過泵送壓力(出口壓力0.4～0.6 MPa)到達(dá)注入井開篩位置，進(jìn)行地下污染物的化學(xué)氧化修復(fù)治理。

3.4 地下水抽出施工過程

地下水采用抽出處理技術(shù)，抽出的廢水采用光催化氧化+活性炭吸附+石英砂吸附處理，達(dá)標(biāo)后進(jìn)行納管排放，施工具體過程如下。

3.4.1 抽出系統(tǒng)建設(shè)

利用多項(xiàng)抽提井及液相管線，自吸泵供電后抽清水調(diào)試，檢查相關(guān)接頭管線滲漏情況，避免造成管線周圍二次污染。

3.4.2 地下水水處理配套設(shè)施建設(shè)。

配套設(shè)施包括1個(gè)調(diào)節(jié)池和1個(gè)清水池，采用原場(chǎng)地開挖，鋪設(shè)混凝土基層后鋪設(shè)土工布、防滲膜(兩布一膜)。

3.4.3 一體化水處理設(shè)備安裝運(yùn)行

水處理主體設(shè)備含電催化氧化系統(tǒng)、活性炭過濾器、石英砂過濾器。設(shè)備安裝調(diào)試結(jié)束后進(jìn)入試運(yùn)行階段，主要對(duì)設(shè)備性能處理量處置效果進(jìn)行考核，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)后開始對(duì)地下水進(jìn)行抽出和處理，地下水檢測(cè)合格后分批次排入污水管網(wǎng)。

3.5 工藝技術(shù)分析

本項(xiàng)目所采用多相抽提-原位注入聯(lián)用技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是無需進(jìn)行開挖，在施工過程中不易產(chǎn)出揚(yáng)塵，可滿足安全文明施工要求，現(xiàn)場(chǎng)整潔，該技術(shù)已在國內(nèi)多地有一定應(yīng)用；

其局限性是修復(fù)效果不確定性相對(duì)較大，需要進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷是否出現(xiàn)污染“反彈”和對(duì)于存在地下障礙物等局部污染區(qū)域修復(fù)不徹底的問題；需論證藥劑與目標(biāo)污染物反應(yīng)是否會(huì)產(chǎn)生有毒有害的中間產(chǎn)物；需關(guān)注藥劑殘留問題；需關(guān)注藥劑使用不當(dāng)可能產(chǎn)生安全問題[8]。

4 結(jié) 論

本項(xiàng)目采用原位注入技術(shù)、施工方法等成熟可靠。通過化學(xué)氧化作為國內(nèi)目前常用的修復(fù)技術(shù)，具有周期短、見效快、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)它應(yīng)用于高質(zhì)量濃度污染場(chǎng)地時(shí)，需投入大量氧化劑參與反應(yīng)，導(dǎo)致處理成本高昂，因此建議搭配其他修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用[9]。