基于原位化學(xué)氧化技術(shù)的存量垃圾填埋場(chǎng)地下水修復(fù)工程應(yīng)用研究

張勁松?朱遠(yuǎn)超?趙子旼

根據(jù)《2016年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》，全國(guó)225個(gè)地級(jí)及以上城市的地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示，超過(guò)60%的城市地下水污染較嚴(yán)重，其中較差比例為45.4%，極差比例為14.7%，大多數(shù)的城市地下水水質(zhì)不斷惡化。地下水污染問(wèn)題帶來(lái)的環(huán)境影響日益顯著，加強(qiáng)對(duì)地下水修復(fù)技術(shù)的工程研究及應(yīng)用顯得尤為重要。

目前，針對(duì)存量垃圾填埋場(chǎng)的地下水修復(fù)，主要有原位化學(xué)氧化技術(shù)、抽出處理、生物修復(fù)技術(shù)和可滲透性反應(yīng)墻技術(shù)等。原位化學(xué)氧化技術(shù)是美國(guó)超級(jí)基金制度推薦的一種常用修復(fù)技術(shù)，在國(guó)外治理工程中應(yīng)用較多，常用來(lái)修復(fù)被油類(lèi)、有機(jī)溶劑、多氯聯(lián)苯以及非水相氯化物（如三氯乙烯TCE）等污染物污染的土壤和地下水。通常這些污染物在地下環(huán)境中長(zhǎng)期存在，很難被生物降解。原位化學(xué)氧化技術(shù)所需周期短、見(jiàn)效快且效果好；而且該修復(fù)技術(shù)對(duì)場(chǎng)地的破壞小，可同時(shí)修復(fù)深層污染的土壤和地下水，對(duì)污染物種類(lèi)和濃度不敏感，可以有效地處理土壤及地下水中多種類(lèi)型的有機(jī)污染物；對(duì)環(huán)境的二次風(fēng)險(xiǎn)較低。

本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取工程應(yīng)用參數(shù)，并在工程中成功應(yīng)用，為我國(guó)存量垃圾填埋場(chǎng)采用原位化學(xué)氧化技術(shù)修復(fù)地下水提供工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

一、場(chǎng)地概況

修復(fù)場(chǎng)地原為某市存量垃圾填埋場(chǎng)，擬開(kāi)發(fā)為居住用地，經(jīng)場(chǎng)地調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，場(chǎng)地內(nèi)土壤與地下水均需要修復(fù)，其中土壤修復(fù)面積18 572.8 m2、修復(fù)體量45 979.3 m3，地下水修復(fù)面積24 450 m2、修復(fù)體量為33 423.7 m3；土壤的目標(biāo)污染物為：TPH（（一）場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

1．地層分布條件

場(chǎng)地現(xiàn)狀地面（地面標(biāo)高27.92～30.18 m）以下12 m左右深度（修復(fù)深度）范圍內(nèi)的第四系松散沉積物以砂質(zhì)粉土、粉砂為主，局部分布有粉質(zhì)黏土、黏土；砂類(lèi)土層中可賦存地下水。場(chǎng)地地層分布條件見(jiàn)圖1。

2．地下水分布條件

場(chǎng)地地面以下12 m深度（修復(fù)深度）范圍內(nèi)分布1層水，地下水類(lèi)型為潛水，潛水現(xiàn)狀水位標(biāo)高在25.99～27.31 m；圖2為利用2018年10月場(chǎng)地內(nèi)的地下水水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的場(chǎng)地第1層地下水——潛水水位標(biāo)高等值線圖；場(chǎng)地內(nèi)第1層地下水——潛水的總體流向?yàn)樽晕飨驏|，其水力坡度為7.6‰。

（二）地下水污染特征與修復(fù)目標(biāo)值

修復(fù)場(chǎng)地土壤與地下水中的污染物主要分布在場(chǎng)地內(nèi)的油罐區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、石料堆附近，土壤與地下水中特征污染物的最高濃度及其修復(fù)目標(biāo)值見(jiàn)表1。

二、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

根據(jù)室內(nèi)氧化劑篩選及配比試驗(yàn)結(jié)果，選擇雙氧水為氧化劑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)合修復(fù)深度范圍內(nèi)的地層分布條件，試驗(yàn)按照非飽和層（4 m深度）、飽和層（10 m深度）兩大層設(shè)計(jì)。

（一）試驗(yàn)方案

1．4 m深度氧化劑注入試驗(yàn)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已布井位條件，選擇M15-2作為注入井，根據(jù)場(chǎng)地調(diào)查報(bào)告的粉土滲透系數(shù)K=0.3 m/d，計(jì)算注水量約為0.3 m3/h（根據(jù)實(shí)際出水量調(diào)整注水量）；注入壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整，以6 KPa為下限，逐步加大。雙氧水飽和溶液持續(xù)注入1小時(shí)，并在其注入開(kāi)始時(shí)對(duì)周邊井位進(jìn)行ORP等數(shù)據(jù)參數(shù)監(jiān)測(cè)。注入井與監(jiān)測(cè)井的平面布置見(jiàn)圖3，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目詳見(jiàn)表2。

2．10 m深度氧化劑注入試驗(yàn)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已布井位條件，選擇TZ4作為注入井，根據(jù)場(chǎng)地調(diào)查報(bào)告的粉土滲透系數(shù)K=0.3 m/d，計(jì)算注水量約為0.3 m3/h（根據(jù)實(shí)際出水量調(diào)整注水量）；注入壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整，以6 KPa為下限，逐步加大。雙氧水飽和溶液持續(xù)注入4小時(shí)，并在其注入開(kāi)始時(shí)對(duì)周邊井位進(jìn)行ORP等數(shù)據(jù)參數(shù)監(jiān)測(cè)。注入井與監(jiān)測(cè)井的平面布置見(jiàn)圖4，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與4 m深度氧化劑注入試驗(yàn)方案相同，詳見(jiàn)表2。

（二）試驗(yàn)結(jié)果分析

1．4 m深度氧化劑注入試驗(yàn)結(jié)果分析

4 m深度氧化劑注入井氧化劑注入試驗(yàn)過(guò)程中，氧化劑的注入量為1.4 m3，注入壓力為0.005 MPa，注入時(shí)間為80 min，注入過(guò)程中監(jiān)測(cè)井中ORP變化見(jiàn)圖5。

由圖5可知，4 m氧化劑注入試驗(yàn)的影響范圍可達(dá)6 m，從氧化劑的有效性角度考慮，建議4 m氧化劑注入試驗(yàn)的有效影響半徑為2 m。

2．10 m深度氧化劑注入試驗(yàn)結(jié)果分析

10 m深度氧化劑注入井氧化劑注入試驗(yàn)過(guò)程中，氧化劑的注入量為1.62 m3，注入壓力為0.025 MPa，注入時(shí)間為90 min，監(jiān)測(cè)井中ORP變化見(jiàn)圖6、圖7。

由圖6、圖7可知，氧化劑擴(kuò)散最遠(yuǎn)距離達(dá)6 m以上，氧化劑擴(kuò)散能力整體上沿地下水流向方向優(yōu)于垂直于地下水流向方向。從距離氧化劑注入井不同間距的監(jiān)測(cè)井中ORP濃度變化情況分析，10 m深度氧化劑注入井的有效影響半徑為4 m。

三、工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與修復(fù)效果

（一）工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)考慮到工程項(xiàng)目修復(fù)時(shí)間的要求等，4 m深度范圍內(nèi)的氧化劑注入井井間距按3 m設(shè)計(jì)，10 m深度范圍內(nèi)的氧化劑注入井間距按6 m設(shè)計(jì)，輔助于多相抽提系統(tǒng)加速氧化劑擴(kuò)散。氧化劑注入井的數(shù)量按式（1）計(jì)算，并根據(jù)修復(fù)范圍的平面位置進(jìn)行調(diào)整。

式中：n為所需氧化劑注入井的數(shù)量，眼；S為修復(fù)面積，m2；r為井間距的二分之一。

設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)表3、表4。

（二）修復(fù)效果

經(jīng)過(guò)8個(gè)月對(duì)地下水連續(xù)監(jiān)測(cè)，累計(jì)采集地下水樣品9個(gè)批次，共計(jì)704件地下水樣品，地下水中修復(fù)目標(biāo)污染物均低于修復(fù)目標(biāo)值，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。以苯酚為例，其濃度隨監(jiān)測(cè)時(shí)間的變化情況見(jiàn)圖8。

針對(duì)修復(fù)區(qū)域內(nèi)不同深度的土壤總計(jì)采集分析了 485個(gè)土壤樣品（不含82個(gè)現(xiàn)場(chǎng)平行樣品），逐一與修復(fù)效果評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，所有土壤樣品中目標(biāo)污染物殘余濃度均低于相應(yīng)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)論

（1）原位化學(xué)氧化技術(shù)是一項(xiàng)修復(fù)效率高的原位修復(fù)技術(shù)，對(duì)污染物種類(lèi)和濃度不敏感，可修復(fù)苯、石油烴、2-甲基萘、屈、苯并（k）熒蒽、二苯并呋喃、苯并（a）芘、苯并（a）蒽、苯并（b）熒蒽、茚并（1，2，3-cd）芘、二苯并（a，h）蒽、苯、萘、苯酚、2-甲基苯酚、3，4-二甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚等污染物。

（2）影響氧化劑注入有效半徑大小的因素除了環(huán)境介質(zhì)本身的巖性外，還有氧化劑的特性、輸送方法及注射壓力等。有效半徑隨巖性的不同變化很大，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，選用雙氧水做氧化劑的條件下，可以從黏質(zhì)粉土層的2 m變化到砂質(zhì)粉土層的4 m。

（3）針對(duì)巖性變化較大的地層，可以分層注入。

（4）為了加速氧化劑的擴(kuò)散、提高修復(fù)效率，可聯(lián)合多相抽提技術(shù)。

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（責(zé)任編輯：張秋辰）