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      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

      2024-07-13 11:44:19張勁松朱遠(yuǎn)超趙子旼
      城市管理與科技 2024年2期
      關(guān)鍵詞:氧化劑苯酚原位

      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)。

      參考文獻(xiàn)

      [1]姜建軍.中國(guó)地下水污染現(xiàn)狀與防治對(duì)策[J].環(huán)境保護(hù),2007,(19):16-17.

      [2]薛禹群,張幼寬.地下水污染防治在我國(guó)水體污染控制與治理中的雙重意義[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,29(3):474-481.

      [3]Phillips D. H,Van Nooten T,Bastiaens L,et al.Ten year performance evaluation of a field -scale zero -valent iron permeable reactive barrier installed to remediate trichloroethene contaminated groundwater[J].Environmental Science&Technology,2010,44(10):3861-3869.

      [4]趙丹,廖曉勇,閻秀蘭,等.不同化學(xué)氧化劑對(duì)焦化污染場(chǎng)地多環(huán)芳烴的修復(fù)效果[J].環(huán)境科學(xué),2011,32(3):857-863.

      [5]李夢(mèng)姣,劉菲,陳鴻漢,等.菱鐵礦催化過(guò)氧化氫-過(guò)硫酸鈉修復(fù)地下水中 1,2-二氯乙烷污染[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2014,8(4):1434-1438.

      [6]Krembs F.J. Critical Analysis of the FieldScale Application of In Situ Chemical Oxidation For the Remediation of Contaminated Groundwater [D].USA: Colorado School of Mines Department of Environmental Science and Engineering,Golden,CO.2008.

      [7]Simpkin T J,Palaia T,Petri B G,et al.Oxidant delivery approaches and contingency planning [M].Siegrist R L,Crimi M,Simpkin T J.In Situ Chemical Oxidation for Groundwater Remediation.Springer Science Business Media,2011:449-480.

      (責(zé)任編輯:張秋辰)

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