石油类污染地下水的原位修复技术方法论述

1、206探矿工程(岩土钻掘工程 2005年增刊石油类污染地下水的原位修复技术方法论述冉德发, 王建增(中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所, 河北保定071051摘要:简要论述了石油类污染地下水的几种原位修复技术方法, 同时还介绍了每种方法的原理、优缺点以及使用条件。关键词:地下水污染; 石油类污染; 原位修复中图分类号:X52文献标识码:B 文章编号:1672-7428(2005 S1-0206-03近年来, 石油工业地下储罐的泄漏所导致的地下水污染已经引发了许多环境问题。这些剧毒的碳氢化合物泄漏到地下时, 它们会渗到地下水中, 污染地下水, 成为我国经济可持续发展的一个重大障碍, 如

2、何治理这些污染已成为人们迫切关注的问题。地下水污染的修复方式分为两种, 修复, 理周期长, , 终目的。另一种修复方式是原位修复, 即就地修复, 是指在基本不破坏土体和地下水自然环境条件下, 对受污染的对象不作搬运或输送, 而在原场所进行修复的方法。这种方法较异位修复直接、快速、经济、效果好, 是地下水污染修复一种很有发展前途的修复方法。下面着重介绍原位修复技术方法。1工程-物理修复技术图1气体抽提系统组成(1 能原位操作, 比较简单; (2 非常有效地去除挥发性有机物; (3 处理成本相对较低; (4 系统容易安装和转移; (5 容易与其它技术组合使用。抽提技术可行与否, 取决于污染物质的挥

3、发特性和土壤结构对气流的渗透特性。对所抽提出来的气体可采用生物过滤处理, 也可采用热解氧化、催化氧化、活性碳吸附、膜分离等技术进行处理, 达标后排入大气。1. 2空气吹脱修复技术该技术是在一定的压力条件下, 将压缩空气注入受污染的区域, 将溶解在地下水中的挥发性化合物、吸附在土壤颗粒表面上的化合物以及阻塞在土壤空隙中的化合物驱赶出来。在实际应用中, 空气吹脱技术与抽提技术相组合, 可以得到比单独一种技术更好的效果, 如图2所示。空气吹脱修复技术施工步骤:第一步, 进行空气吹脱现场中试, 目的是验证技术的有效性, 并获得相应的设计参数。石油类产品为碳氢化合物, 主要含苯、甲苯、苯乙烯、二甲苯等组

4、分, 这些组分基本属于挥发性有机化合物。针对这一污染特点, 可采用工程-物理修复方法, 如气体抽提和空气吹脱修复技术。1. 1气体抽提修复技术是利用真空泵和井, 在受污染区域诱导产生气流, 将有机污染物蒸气、或者将被吸附的、溶解状态的或自由相的污染物转变为气相, 抽提到地面, 然后再进行收集和处理。典型的气体抽提系统如图1所示, 包括抽提井、真空泵、湿度分离装置、气体收集管道、气体净化处理设备和附属设备。气体抽提技术的主要优点 :2005年增刊探矿工程(岩土钻掘工程 207产品如苯、甲苯、二甲苯, 以及醇类、酮类和酚类等能够比较容易地得到生物降解, 而氯代烃类属难降解化合物。为维持生物的降解活

5、性, 在操作中需要提供充足的氧气, 维持一定湿度, 供给合适的营养等。2原位生物工程修复图2吹脱与抽提技术的组合利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险物现场去除或降解的工业技术系统称为生物修复, 生物修复主要利用生物(天然的或接种的 并通过工程措施为生物生长与繁殖提供必要的条件, 从而加速污染物的降解与去除。大多数环境中都存在着天然微生物降解净化有毒有害有机化合物的过程, 只是由于环境条件的限制, 使微生物自然净化的速度很慢, 因此需要采用各、添加营养盐, 以便能够迅速2(1 费用低:其费用约为焚烧处理费用的1/41/3。(2 环境影响小:生物修复只是一个自然过程的强化, 其最终产物为CO

6、 2、H 2O 和脂肪酸等, 不会形成二次污染或导致污染物转移, 可以达到将污染物永久去除的目标。(3 处理效果好:经过生化治理, 污染物残留量可以达到很低水平。因此, 生物修复技术被认为是恢复污染地下水功能的最有前途的方法。对于受污染的地下水, 可以向地下水层钻井注入空气, 提供氧气, 同时利用回收井, 抽取地下水, 进行循环; 通过渗透, 提供微生物需要的各种营养。从水井抽取地下水, 还可以控制污染带的迁移。对于受污染的地下水, 另外一种工艺, 是利用曝气井和抽提井组合, 在注入空气的同时, 在另一侧, 抽提蒸气和空气, 加快循环, 如图3所示。2. 2提高生物修复效率的常用措施(1 可以

7、采用纯氧代替空气或者过氧化氢, 提高DO 的浓度。纯氧以微小气泡的形式随水注入地下, 因为在20时, 空气氧的饱和浓度是9mg/L,纯氧饱和浓度可以达到45mg/L,可以大幅度提高地下水DO 浓度。(2 也可以采用硝酸盐代替氧和过氧化氢作为电子受体, 使脱氮微生物活性得到提高。第二步, 进行设计, 主要包括以下内容:(1 空气注入井布置:空气注入井的位置要包围整个污染区域, 分别打试验井和观测井。(2 空气注入深度:要求比污染物所处最深处再深3060c m , 一般不超过地下水水位916m 。(3 空气注入所需要的压力和流量:细管的压力, 3致气流短路28m /min 。(4 (5 井的构造:

8、注入井的构造与深度有关。采用聚氯乙烯管材, 进行加工而成。井的直径以300600mm 为宜。(6 设备选择:一般当压力小于1215MPa 时, 选用鼓风机, 压力较高时选用空压机。(7 吹脱技术的效率:空气吹脱比传统的抽取地下水进行地上处理的技术效率更高, 如结合生物处理, 可进一步提高技术效率。利用吹脱技术可以很快地去除土壤中挥发性比较强的有机污染物, 对于常见污染物包括汽油组分如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、氯代烃溶剂等可把初始-9污染物浓度从1300mg/L降到5×10mg/L的程度。但是, 空气吹脱也受许多因素的限制。如当-3渗透率<10c m /s 时, 空气扩散就非常困

9、难, 也不适于非挥发性的污染物。但可采用以下方法进行改进。(1 利用地下水平方向的施工技术提高空气吹脱和蒸气回收的效率。(2 单井同时进行吹脱和抽吸。(3 生物吹脱即生物曝气。它是通过鼓气方法, 提高地下水中的溶解氧水平, 从而提高微生物的活性。该技术在去除挥发性污染物的同时, 还能借助生物降解去除非挥发性的有机物。多数石油化工 208探矿工程(岩土钻掘工程 2005年增刊毒剂二氧化氯进行杀菌修复, 用强氧化剂臭氧、H 2O 2等进行氧化修复。试验表明, 二氧化氯氧化能力强, 具有较强的杀菌消毒功效, 它对石油污染物具有明显的去除作用, 可使芳香烃等这些有毒、有致癌性的有机物氧化降解为毒性较小

10、、无致癌作用的小分子物质。臭氧是一种强氧化剂, 对于水体中的细菌、病毒以及病原体的杀灭十分有效, 可氧化降解部分溶解性有机物, 将水中不同的复杂物质转化成简单物质, 使污染物的极性、生物降解性、亲水性、毒性等发生改变, 对受石油污染的地下水具有较好的处理效果。试验表明, 在臭氧氧化投加量7mg/L、臭氧化接触时间2天时, 效果最佳, 石油污染物的去除率达67%以上。、活性碳吸附、生物, 。图3地下水修复曝气-抽提组合生物修复技术(3 采用厌氧和好氧和共代谢组合的方法, 可以取得比单独一种方法效果更好的生物修复。2. 3生物修复技术存在的局限性(1 耗时长。生物修复的机理在于生命体的新陈代谢,

11、生物特别是高等动植物的生长繁殖需要经过一定的生命周期才能完成其代谢活动, 因此需要花费较长的时间。(2 条件苛刻。化的影响。(3 并非所有进入环境的污染物都能被生物利用。污染物的低生物有效性、难利用性及难降解性等常常使生物修复不能进行。(4 特定的生物只能吸收、利用、降解、转化特定类型的化学物质, 状态稍有变化的化合物就可能不会被同一种生物酶破坏。3化学修复方法、深度、范围以及污染的类别、水文地质条件等因素综合考虑后加以选择或进行技术组合, 直至使污染物的浓度或毒性逐渐降低, 达到环境标准, 完成修复工作。参考文献:1陈玉成. 污染环境生物修复工程M1北京:化学工业出版社,2003.2裴桂红, 等. 地下水石油类污染的数学模型及计算方法J .辽石油污染的地下水, 其水中的有机物主要是各种芳香烃物质, 一般来说, 水中芳香烃物质是危害性较大的污染物, 大多数具有较大的毒性和致癌性。因此, 可以进行有针对性的化学修复