12.7.3.1 土壤蒸汽抽提治理方案初步設(shè)計(jì)

(1)治理方案簡(jiǎn)介

1)技術(shù)原理。土壤氣體抽取技術(shù)是一種通過(guò)媒介，例如，空氣或蒸汽等需要土壤里的污染物轉(zhuǎn)移出并處理的原位修復(fù)技術(shù)。土壤氣體抽取技術(shù)適用于去除具有高蒸汽壓力或比水沸點(diǎn)的各種污染物，例如，氯化物溶劑和揮發(fā)性氣體。土壤氣體抽取技術(shù)可以處理高濃度的污染物包括在非水相液體等污染物。土壤氣體抽取技術(shù)是一種較為快速有效的修復(fù)技術(shù)。據(jù)美國(guó)環(huán)保署的統(tǒng)計(jì)，土壤氣體抽取技術(shù)是原位修復(fù)技術(shù)中使用最為廣泛的技術(shù)。

土壤氣體抽取技術(shù)是通過(guò)布置在不飽和土壤層中的抽取井向土壤中導(dǎo)入氣流，氣流經(jīng)過(guò)土壤時(shí)，揮發(fā)/半揮發(fā)性的有機(jī)污染物隨空氣進(jìn)入到真空井內(nèi)，從而使土壤得到修復(fù)，氣體最終在地面上處理，技術(shù)流程如圖12.71所示。為增加壓力梯度和空氣流速，很多情況下在污染土壤中也安裝若干空氣注射井。通常，抽提井的最小深度為1.5m，已有成功范例最深達(dá)到了91m。

圖12.71 土壤氣體抽取系統(tǒng)示意圖

土壤氣體抽取技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):可操作性強(qiáng)，可有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備操作;污染物處理范圍較寬、處理規(guī)模大;不破壞土壤結(jié)構(gòu)以及對(duì)回收利用廢物有潛在的價(jià)值;不引起二次污染。

土壤氣體抽取技術(shù)的限制因素:下層土壤的導(dǎo)異性會(huì)引起氣流分配不均;對(duì)于低滲透性的土壤治理效果不佳;地下水位太高會(huì)影響治理效果;排出氣體需要進(jìn)一步處理。

土壤氣相抽提技術(shù)還可以與其他技術(shù)組合，如地下水空氣注射技術(shù)和地下水抽提技術(shù)聯(lián)用，可以同時(shí)處理土壤和地下水污染，常稱(chēng)之為多相抽提技術(shù)。我國(guó)目前在該項(xiàng)技術(shù)上已實(shí)現(xiàn)設(shè)備成套化、系列化、自動(dòng)化應(yīng)用。通常設(shè)備分為三大系統(tǒng)，抽提系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、尾氣凈化系統(tǒng)。首先通過(guò)抽提系統(tǒng)對(duì)土壤中的污染物進(jìn)行分離抽氣，再將含氣化污染物的含水氣體送入分離系統(tǒng)去除顆粒物和水分，然后再通過(guò)尾氣凈化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廢氣的達(dá)標(biāo)排放，最終能夠有效降低土壤中污染物濃度，不產(chǎn)生二次污染。

2)案例介紹。土壤氣體抽取技術(shù)最早由美國(guó)TerraVac公司于1984年開(kāi)發(fā)成功，逐漸發(fā)展成為20世紀(jì)80年代最為常用的土壤及地下水污染物的修復(fù)技術(shù)。

a.在加拿大安大略省南部某工業(yè)用地，有VEI公司研制并應(yīng)用土壤氣體提抽技術(shù)治理場(chǎng)地污染。主要處理土壤中的揮發(fā)性有機(jī)污染物，包括汽油、柴油、氯化乙烯和乙烷等。該項(xiàng)目的實(shí)施有效阻止了揮發(fā)性有機(jī)物向地下水的遷移。

b.DoDHF是位于美國(guó)加利福尼亞州諾瓦托的前漢密爾頓空軍基地，距舊金山北約20英里。由于汽油污染了當(dāng)?shù)氐耐寥兰皽\層地下水含水層，使得土壤和地下水中含有油類(lèi)及甲基叔丁基醚。通過(guò)利用土壤蒸汽抽提技術(shù)有效地減少了土壤中的有機(jī)污染物及降低了地下水中的甲基叔丁基醚含量，從而達(dá)到了修復(fù)治理的目的。

(2)實(shí)施方案

典型的土壤蒸汽提抽系統(tǒng)示意如圖12.72所示。

圖12.72 土壤氣體抽取系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

土壤污染治理施工方案應(yīng)有本項(xiàng)目實(shí)施前的相關(guān)實(shí)驗(yàn)(中試)確定參數(shù)后具體確定。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包含以下幾個(gè)方面:

1)井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2)管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3)蒸汽處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

(3)實(shí)施過(guò)程

1)中試。在進(jìn)行最終修復(fù)方案確定之前，一般來(lái)說(shuō)該技術(shù)需要進(jìn)行中試，以獲得最終方案的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性會(huì)比較合適。

建議在場(chǎng)地周?chē)?～5m安裝一口主要監(jiān)測(cè)井和兩口觀測(cè)井。該系統(tǒng)安裝的目的包括:在場(chǎng)地上試驗(yàn)抽氣的可能性;確定包括真空壓力、風(fēng)量等設(shè)計(jì)參數(shù);確定必要的設(shè)備和配套設(shè)施的規(guī)格。

在此期間，技術(shù)人員需要通過(guò)風(fēng)機(jī)給主要監(jiān)測(cè)井進(jìn)行抽風(fēng)。通過(guò)調(diào)整風(fēng)量和真空壓力觀察揮發(fā)性有機(jī)化合物、液體和溫度變化。由此，設(shè)計(jì)優(yōu)化的操作參數(shù)。下列程序圖12.73介紹了工作步驟:

圖12.73 土壤氣體抽取系統(tǒng)中試工作流程圖

2)土壤抽氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施。土壤抽氣系統(tǒng)是一種原位修復(fù)技術(shù)，在土壤中通過(guò)鉆孔/坑道，使用真空以引導(dǎo)空氣通過(guò)在不飽和(滲流)區(qū)域土壤中的流動(dòng)，從而消除土壤中的揮發(fā)性和一些半揮發(fā)性污染物。抽出的含有污染物的空氣可以經(jīng)過(guò)處理回收后排放。

土壤蒸氣抽出修復(fù)系統(tǒng)通常結(jié)合其他修復(fù)技術(shù)，例如，空氣曝氣法和雙(多)層抽取。在中試后需要會(huì)準(zhǔn)備一份土壤抽氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)劃書(shū)，以解決以下問(wèn)題:

a.操作風(fēng)量、真空壓力、溫度控制、揮發(fā)性有機(jī)物控制。

b.現(xiàn)場(chǎng)井的規(guī)格、深度、位置，相關(guān)聯(lián)的管道布置。

c.最終設(shè)備，費(fèi)用和附屬設(shè)施清單。

d.測(cè)試計(jì)劃。

e.運(yùn)行手冊(cè)。

3)土壤抽氣系統(tǒng)的修復(fù)運(yùn)行。預(yù)計(jì)土壤抽氣系統(tǒng)需要1個(gè)月安裝和1～2周時(shí)間測(cè)試。該系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)行12～18個(gè)月。系統(tǒng)運(yùn)行需要主要為自動(dòng)運(yùn)行，在運(yùn)行期間，修復(fù)工程方技術(shù)人員需要每月針對(duì)以下(但不僅局限于)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)試:

a.檢查每個(gè)井的狀況。

b.監(jiān)測(cè)每個(gè)井中的揮發(fā)性有機(jī)物和溫度。

c.檢查土壤抽氣系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

d.調(diào)節(jié)每個(gè)井中的風(fēng)量和壓力。

e.觀察是否形成任何捷徑。

f.記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)，為評(píng)估和以后調(diào)試所用。

g.進(jìn)行必要的維護(hù)。

每次運(yùn)行調(diào)試需要1～3d時(shí)間。

4)土壤核實(shí)采樣和場(chǎng)地關(guān)閉。場(chǎng)地需要進(jìn)行三輪核實(shí)土壤采樣，分析指標(biāo)包括苯系物、總石油烴和多環(huán)芳烴類(lèi)，以評(píng)估修復(fù)運(yùn)行績(jī)效。第一輪需要在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行6個(gè)月后，第二輪需要在運(yùn)行后一年，第三輪需要在停止前的12～18個(gè)月期間。修復(fù)工程方需要準(zhǔn)備一份場(chǎng)地關(guān)閉報(bào)告，以展示修復(fù)成果、土壤狀況、風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題等等。

(4)時(shí)間安排

初步設(shè)計(jì)整個(gè)修復(fù)期計(jì)劃為2年半，各個(gè)處理階段的時(shí)間安排如下:

中試:2～4周;

土壤抽氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝:1～2個(gè)月;

土壤抽氣系統(tǒng)運(yùn)行以及維護(hù):12～18個(gè)月。

12.7.3.2 地下水污染治理方案初步設(shè)計(jì)

(1)治理方案簡(jiǎn)介

抽提處理技術(shù)是指將受污染的地下水抽出進(jìn)行處理的技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):長(zhǎng)效性，易操作性，費(fèi)用低廉、對(duì)生態(tài)的破壞小，能永久性的去除污染物質(zhì)，適用于石油類(lèi)的污染治理。但是該技術(shù)實(shí)施的周期較長(zhǎng)，需要對(duì)抽出的地下水進(jìn)行處理增加了相應(yīng)的成本，對(duì)低滲透性的地層治理效果差，對(duì)本場(chǎng)地而言治理時(shí)間較長(zhǎng)(滲透系數(shù)相對(duì)較低)。抽提處理聯(lián)合人工干預(yù)自然衰減技術(shù)是在考慮到抽提處理技術(shù)的缺陷，采用人工注氣提高含水層自身自?xún)裟芰?，加速污染物質(zhì)自然衰減速率的方法。

針對(duì)加油站地下水污染治理項(xiàng)目，本研究初步設(shè)計(jì)采用項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)QS-3監(jiān)測(cè)井進(jìn)行抽水，另外布置若干眼注汽井并安裝地下水污染治理器——WaterlooEmitter發(fā)射器對(duì)地下水進(jìn)行注氧處理(圖12.74)，以增加含水層自身的氧化性促進(jìn)污染物在含水層的自身氧化降解，同時(shí)將抽水的水采用活性炭吸附的方式處理，達(dá)標(biāo)后排放。

圖12.74 Waterloo Emitter發(fā)射器原型照片

Waterloo Emitter發(fā)射器是專(zhuān)門(mén)進(jìn)行地下水修復(fù)的設(shè)備，其主要功能為，通過(guò)外界壓力向其注入空氣后，該設(shè)備能將空氣中的氧氣以分子而非氣泡的形式輸送到地下水中，以增加地下水自身的氧化性，將一些特定的有機(jī)污染物氧化為二氧化碳和水，提高地下水自身的自?xún)裟芰Α?/p>

(2)案例介紹

2007年加拿大安大略省圭爾夫某加油站發(fā)生漏油事故，造成了地下水污染，該項(xiàng)目場(chǎng)地地下水污染物質(zhì)主要為揮發(fā)性石油烴、苯系物和多環(huán)芳烴。其最初污染范圍為30m長(zhǎng)，15m寬，深度為30m，含水層巖性主要為粉土。該實(shí)例工程選用地下水污染治理器——Waterloo Emitter發(fā)射器對(duì)治理含水層進(jìn)行氧氣輸送處理，從而增強(qiáng)了污染物質(zhì)在含水層中的自然生物降解作用。

該項(xiàng)目共布置14組 Waterloo Emitter發(fā)射器，使其安裝在地下水位以下4m范圍內(nèi)。Waterloo Emitter發(fā)射器被放置到一個(gè)垂直地下水流方向設(shè)置的“柵欄”上(圖12.75)，以切斷污染羽流。通過(guò)在場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置的14眼注汽井，將干空氣(含有21%的氧氣)通過(guò)管道連接的Waterloo Emitter發(fā)射器釋放到地下水污染區(qū)域，直接為污染物質(zhì)的降解提供必要的氧分子。

圖12.75 加拿大安大略省某加油站 Waterloo Emitter發(fā)射器場(chǎng)地布置照片

由修復(fù)過(guò)程中的監(jiān)測(cè)可知，治理工程開(kāi)始后場(chǎng)地內(nèi)地下水中特征污染物含量呈一度下降。設(shè)備運(yùn)行一個(gè)月后，各監(jiān)測(cè)井的平均E_h值增加880%，污染物濃度平均降低9.6mg/L，最大降低幅度為27mg/L。在6個(gè)月之內(nèi)地下水中污染物濃度水平降低到分析檢出限，滿足了安大略省環(huán)境保護(hù)法案的土壤、地下水和沉積物中的污染物濃度標(biāo)準(zhǔn)限值要求。該項(xiàng)治理工作在實(shí)施一年后退役，出色地完成了該項(xiàng)目的地下水修復(fù)治理工程。

(3)初步工程布置

應(yīng)用抽提處理聯(lián)合人工干預(yù)自然衰減技術(shù)對(duì)殼牌加油站的成品油泄露造成的淺層地下水進(jìn)行修復(fù)治理施工工程，共需要以下幾個(gè)步驟:

1)場(chǎng)地平整。主要是指將現(xiàn)有場(chǎng)地進(jìn)行平整，通水、通電已達(dá)到施工要求。

2)注汽井施工。初步設(shè)計(jì)以圍繞加油站站區(qū)布置12眼注汽井。監(jiān)測(cè)井成井深度40m左右，取水段20～40m，下入直徑108mm的鋼管。

3)設(shè)備安裝。注汽井成井后洗井抽水，并下入地下水污染治理器——Waterloo Emitter若干組，并配1套氣體供給系統(tǒng)。治理深度確定在地表以下25～35m。利用加油站現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)井作為抽水井，安裝抽水設(shè)備進(jìn)行抽水治理。抽水地下水利用自制的活性炭吸附裝置進(jìn)行活性炭吸附治理，治理達(dá)標(biāo)后外排。

4)治理運(yùn)行。治理運(yùn)行期主要為設(shè)備維護(hù)與日常監(jiān)測(cè)工作，主要包括:抽水系統(tǒng)的穩(wěn)定性維護(hù)、污水治理系統(tǒng)的穩(wěn)定性維護(hù)與吸附材料的更換、水質(zhì)的日常監(jiān)測(cè)等工作。

12.7.3.3 場(chǎng)地土壤、地下水聯(lián)合治理方案

經(jīng)以上分析可知，加油站場(chǎng)地污染治理可采用土壤蒸汽抽提技術(shù)和抽提處理聯(lián)合人工干預(yù)自然衰減技術(shù)聯(lián)合使用分別治理土壤和地下水，該方案可稱(chēng)之為多相抽提技術(shù)即由于地下水和土壤的治理抽提系統(tǒng)的抽提井、管道及治理系統(tǒng)具有一定的相似性，可將土壤和地下水的治理系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)籌考慮(圖12.76)。

在抽提井建設(shè)過(guò)程中，綜合考慮土壤和地下水的抽/注氣(水)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，秉持一孔多用的原則，減少施工的投資。同時(shí)建議采用土壤氣相抽提系列裝置，選取針對(duì)本項(xiàng)目地下水和土壤的多相抽提治理成套設(shè)備，提高治理效率。

同時(shí)在加油站后期重建的場(chǎng)地平面布置設(shè)計(jì)中，統(tǒng)籌考慮治理過(guò)程中的注汽井、抽水井、管道溝渠、氣(水)治理設(shè)備及治理后的水體排放等相關(guān)設(shè)施設(shè)備的布置和合理安排，為治理工作預(yù)留適當(dāng)?shù)目臻g。加油站的后期重建和日常經(jīng)營(yíng)不得影響本項(xiàng)目地下水土污染的治理工作。

圖12.76 加油站土壤地下水聯(lián)合治理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖