石油類污染地下水的原位修復(fù)技術(shù)方法論述

1、206探礦工程(巖土鉆掘工程 2005年增刊石油類污染地下水的原位修復(fù)技術(shù)方法論述冉德發(fā), 王建增(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究所, 河北保定071051摘要:簡(jiǎn)要論述了石油類污染地下水的幾種原位修復(fù)技術(shù)方法, 同時(shí)還介紹了每種方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及使用條件。關(guān)鍵詞:地下水污染; 石油類污染; 原位修復(fù)中圖分類號(hào):X52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1672-7428(2005 S1-0206-03近年來(lái), 石油工業(yè)地下儲(chǔ)罐的泄漏所導(dǎo)致的地下水污染已經(jīng)引發(fā)了許多環(huán)境問題。這些劇毒的碳?xì)浠衔镄孤┑降叵聲r(shí), 它們會(huì)滲到地下水中, 污染地下水, 成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大障礙, 如

2、何治理這些污染已成為人們迫切關(guān)注的問題。地下水污染的修復(fù)方式分為兩種, 修復(fù), 理周期長(zhǎng), , 終目的。另一種修復(fù)方式是原位修復(fù), 即就地修復(fù), 是指在基本不破壞土體和地下水自然環(huán)境條件下, 對(duì)受污染的對(duì)象不作搬運(yùn)或輸送, 而在原場(chǎng)所進(jìn)行修復(fù)的方法。這種方法較異位修復(fù)直接、快速、經(jīng)濟(jì)、效果好, 是地下水污染修復(fù)一種很有發(fā)展前途的修復(fù)方法。下面著重介紹原位修復(fù)技術(shù)方法。1工程-物理修復(fù)技術(shù)圖1氣體抽提系統(tǒng)組成(1 能原位操作, 比較簡(jiǎn)單; (2 非常有效地去除揮發(fā)性有機(jī)物; (3 處理成本相對(duì)較低; (4 系統(tǒng)容易安裝和轉(zhuǎn)移; (5 容易與其它技術(shù)組合使用。抽提技術(shù)可行與否, 取決于污染物質(zhì)的揮

3、發(fā)特性和土壤結(jié)構(gòu)對(duì)氣流的滲透特性。對(duì)所抽提出來(lái)的氣體可采用生物過濾處理, 也可采用熱解氧化、催化氧化、活性碳吸附、膜分離等技術(shù)進(jìn)行處理, 達(dá)標(biāo)后排入大氣。1. 2空氣吹脫修復(fù)技術(shù)該技術(shù)是在一定的壓力條件下, 將壓縮空氣注入受污染的區(qū)域, 將溶解在地下水中的揮發(fā)性化合物、吸附在土壤顆粒表面上的化合物以及阻塞在土壤空隙中的化合物驅(qū)趕出來(lái)。在實(shí)際應(yīng)用中, 空氣吹脫技術(shù)與抽提技術(shù)相組合, 可以得到比單獨(dú)一種技術(shù)更好的效果, 如圖2所示?？諝獯得撔迯?fù)技術(shù)施工步驟:第一步, 進(jìn)行空氣吹脫現(xiàn)場(chǎng)中試, 目的是驗(yàn)證技術(shù)的有效性, 并獲得相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。石油類產(chǎn)品為碳?xì)浠衔? 主要含苯、甲苯、苯乙烯、二甲苯等組

4、分, 這些組分基本屬于揮發(fā)性有機(jī)化合物。針對(duì)這一污染特點(diǎn), 可采用工程-物理修復(fù)方法, 如氣體抽提和空氣吹脫修復(fù)技術(shù)。1. 1氣體抽提修復(fù)技術(shù)是利用真空泵和井, 在受污染區(qū)域誘導(dǎo)產(chǎn)生氣流, 將有機(jī)污染物蒸氣、或者將被吸附的、溶解狀態(tài)的或自由相的污染物轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀? 抽提到地面, 然后再進(jìn)行收集和處理。典型的氣體抽提系統(tǒng)如圖1所示, 包括抽提井、真空泵、濕度分離裝置、氣體收集管道、氣體凈化處理設(shè)備和附屬設(shè)備。氣體抽提技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn) :2005年增刊探礦工程(巖土鉆掘工程 207產(chǎn)品如苯、甲苯、二甲苯, 以及醇類、酮類和酚類等能夠比較容易地得到生物降解, 而氯代烴類屬難降解化合物。為維持生物的降解活

5、性, 在操作中需要提供充足的氧氣, 維持一定濕度, 供給合適的營(yíng)養(yǎng)等。2原位生物工程修復(fù)圖2吹脫與抽提技術(shù)的組合利用生物將土壤、地表及地下水或海洋中的危險(xiǎn)物現(xiàn)場(chǎng)去除或降解的工業(yè)技術(shù)系統(tǒng)稱為生物修復(fù), 生物修復(fù)主要利用生物(天然的或接種的 并通過工程措施為生物生長(zhǎng)與繁殖提供必要的條件, 從而加速污染物的降解與去除。大多數(shù)環(huán)境中都存在著天然微生物降解凈化有毒有害有機(jī)化合物的過程, 只是由于環(huán)境條件的限制, 使微生物自然凈化的速度很慢, 因此需要采用各、添加營(yíng)養(yǎng)鹽, 以便能夠迅速2(1 費(fèi)用低:其費(fèi)用約為焚燒處理費(fèi)用的1/41/3。(2 環(huán)境影響小:生物修復(fù)只是一個(gè)自然過程的強(qiáng)化, 其最終產(chǎn)物為CO

6、 2、H 2O 和脂肪酸等, 不會(huì)形成二次污染或?qū)е挛廴疚镛D(zhuǎn)移, 可以達(dá)到將污染物永久去除的目標(biāo)。(3 處理效果好:經(jīng)過生化治理, 污染物殘留量可以達(dá)到很低水平。因此, 生物修復(fù)技術(shù)被認(rèn)為是恢復(fù)污染地下水功能的最有前途的方法。對(duì)于受污染的地下水, 可以向地下水層鉆井注入空氣, 提供氧氣, 同時(shí)利用回收井, 抽取地下水, 進(jìn)行循環(huán); 通過滲透, 提供微生物需要的各種營(yíng)養(yǎng)。從水井抽取地下水, 還可以控制污染帶的遷移。對(duì)于受污染的地下水, 另外一種工藝, 是利用曝氣井和抽提井組合, 在注入空氣的同時(shí), 在另一側(cè), 抽提蒸氣和空氣, 加快循環(huán), 如圖3所示。2. 2提高生物修復(fù)效率的常用措施(1 可以

7、采用純氧代替空氣或者過氧化氫, 提高DO 的濃度。純氧以微小氣泡的形式隨水注入地下, 因?yàn)樵?0時(shí), 空氣氧的飽和濃度是9mg/L,純氧飽和濃度可以達(dá)到45mg/L,可以大幅度提高地下水DO 濃度。(2 也可以采用硝酸鹽代替氧和過氧化氫作為電子受體, 使脫氮微生物活性得到提高。第二步, 進(jìn)行設(shè)計(jì), 主要包括以下內(nèi)容:(1 空氣注入井布置:空氣注入井的位置要包圍整個(gè)污染區(qū)域, 分別打試驗(yàn)井和觀測(cè)井。(2 空氣注入深度:要求比污染物所處最深處再深3060c m , 一般不超過地下水水位916m 。(3 空氣注入所需要的壓力和流量:細(xì)管的壓力, 3致氣流短路28m /min 。(4 (5 井的構(gòu)造:

8、注入井的構(gòu)造與深度有關(guān)。采用聚氯乙烯管材, 進(jìn)行加工而成。井的直徑以300600mm 為宜。(6 設(shè)備選擇:一般當(dāng)壓力小于1215MPa 時(shí), 選用鼓風(fēng)機(jī), 壓力較高時(shí)選用空壓機(jī)。(7 吹脫技術(shù)的效率:空氣吹脫比傳統(tǒng)的抽取地下水進(jìn)行地上處理的技術(shù)效率更高, 如結(jié)合生物處理, 可進(jìn)一步提高技術(shù)效率。利用吹脫技術(shù)可以很快地去除土壤中揮發(fā)性比較強(qiáng)的有機(jī)污染物, 對(duì)于常見污染物包括汽油組分如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、氯代烴溶劑等可把初始-9污染物濃度從1300mg/L降到5×10mg/L的程度。但是, 空氣吹脫也受許多因素的限制。如當(dāng)-3滲透率<10c m /s 時(shí), 空氣擴(kuò)散就非常困

9、難, 也不適于非揮發(fā)性的污染物。但可采用以下方法進(jìn)行改進(jìn)。(1 利用地下水平方向的施工技術(shù)提高空氣吹脫和蒸氣回收的效率。(2 單井同時(shí)進(jìn)行吹脫和抽吸。(3 生物吹脫即生物曝氣。它是通過鼓氣方法, 提高地下水中的溶解氧水平, 從而提高微生物的活性。該技術(shù)在去除揮發(fā)性污染物的同時(shí), 還能借助生物降解去除非揮發(fā)性的有機(jī)物。多數(shù)石油化工 208探礦工程(巖土鉆掘工程 2005年增刊毒劑二氧化氯進(jìn)行殺菌修復(fù), 用強(qiáng)氧化劑臭氧、H 2O 2等進(jìn)行氧化修復(fù)。試驗(yàn)表明, 二氧化氯氧化能力強(qiáng), 具有較強(qiáng)的殺菌消毒功效, 它對(duì)石油污染物具有明顯的去除作用, 可使芳香烴等這些有毒、有致癌性的有機(jī)物氧化降解為毒性較小

10、、無(wú)致癌作用的小分子物質(zhì)。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑, 對(duì)于水體中的細(xì)菌、病毒以及病原體的殺滅十分有效, 可氧化降解部分溶解性有機(jī)物, 將水中不同的復(fù)雜物質(zhì)轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單物質(zhì), 使污染物的極性、生物降解性、親水性、毒性等發(fā)生改變, 對(duì)受石油污染的地下水具有較好的處理效果。試驗(yàn)表明, 在臭氧氧化投加量7mg/L、臭氧化接觸時(shí)間2天時(shí), 效果最佳, 石油污染物的去除率達(dá)67%以上。、活性碳吸附、生物, 。圖3地下水修復(fù)曝氣-抽提組合生物修復(fù)技術(shù)(3 采用厭氧和好氧和共代謝組合的方法, 可以取得比單獨(dú)一種方法效果更好的生物修復(fù)。2. 3生物修復(fù)技術(shù)存在的局限性(1 耗時(shí)長(zhǎng)。生物修復(fù)的機(jī)理在于生命體的新陳代謝,

11、生物特別是高等動(dòng)植物的生長(zhǎng)繁殖需要經(jīng)過一定的生命周期才能完成其代謝活動(dòng), 因此需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。(2 條件苛刻。化的影響。(3 并非所有進(jìn)入環(huán)境的污染物都能被生物利用。污染物的低生物有效性、難利用性及難降解性等常常使生物修復(fù)不能進(jìn)行。(4 特定的生物只能吸收、利用、降解、轉(zhuǎn)化特定類型的化學(xué)物質(zhì), 狀態(tài)稍有變化的化合物就可能不會(huì)被同一種生物酶破壞。3化學(xué)修復(fù)方法、深度、范圍以及污染的類別、水文地質(zhì)條件等因素綜合考慮后加以選擇或進(jìn)行技術(shù)組合, 直至使污染物的濃度或毒性逐漸降低, 達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn), 完成修復(fù)工作。參考文獻(xiàn):1陳玉成. 污染環(huán)境生物修復(fù)工程M1北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.2裴桂紅, 等. 地下水石油類污染的數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法J .遼石油污染的地下水, 其水中的有機(jī)物主要是各種芳香烴物質(zhì), 一般來(lái)說, 水中芳香烴物質(zhì)是危害性較大的污染物, 大多數(shù)具有較大的毒性和致癌性。因此, 可以進(jìn)行有針對(duì)性的化學(xué)修復(fù)