有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)和案例研究

Word版本，下載可自由編輯有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)和案例研究陪同著大量工業(yè)場(chǎng)地的遷移與重建，土壤的有機(jī)污染問(wèn)題開(kāi)頭逐漸浮出水面，有機(jī)污染土壤的修復(fù)成了人們關(guān)注的問(wèn)題。美國(guó)有機(jī)污染土壤修復(fù)工作開(kāi)展較早，目前已有大量勝利的修復(fù)案例。列舉了目前國(guó)內(nèi)外有機(jī)污染土壤修復(fù)的常用技術(shù)，并比較了各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)，介紹了美國(guó)超級(jí)基金污染場(chǎng)地修復(fù)的四個(gè)典型案例，以期為我國(guó)有機(jī)污染土壤修復(fù)工作提供借鑒。

土壤的有機(jī)污染問(wèn)題是全世界范圍內(nèi)廣泛關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一。土壤中有機(jī)污染物的來(lái)源包括工業(yè)泄露和溢出，石油庫(kù)和化學(xué)品庫(kù)泄露，農(nóng)藥濫用，清潔劑、油、防凍液任意處置，生活垃圾不當(dāng)處置，垃圾填埋場(chǎng)和垃圾堆場(chǎng)等。

每年有大量的有機(jī)物釋放到土壤環(huán)境中，包括芬芳化合物、多氯代有機(jī)物、農(nóng)藥、石油等，其中大部分的污染物是難溶的、有毒的、致突變的，甚至是致癌的，對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)有著巨大的危害。近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)頭逐漸關(guān)注有機(jī)污染物造成的土壤污染問(wèn)題，并舉行有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)的討論。

1有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)

有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)種類較多，表1中總結(jié)了國(guó)內(nèi)外常用的幾種修復(fù)技術(shù)。目前，土壤氣相抽提(SVE)和熱解吸技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的有機(jī)土壤修復(fù)技術(shù)，其處理效果、成本和周期都符合城市對(duì)土壤修復(fù)的要求。其中，SVE技術(shù)多應(yīng)用于鹵代和非鹵代揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物的降解中，其對(duì)低揮發(fā)性有機(jī)物和有機(jī)農(nóng)藥等物質(zhì)的處理效果較差。

而熱解吸技術(shù)對(duì)于處理鹵代有機(jī)物、非鹵代的半揮發(fā)性有機(jī)物、多氯聯(lián)苯(PCBs)、以及高濃度的疏水性液體等污染物有優(yōu)勢(shì)，但這項(xiàng)技術(shù)會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)和生物系統(tǒng)。土壤淋洗有濃縮污染物的能力，因此可以作為其他技術(shù)的預(yù)處理，削減待處理的土壤體積，降低總費(fèi)用。

微生物修復(fù)技術(shù)最常用于降解土壤中的石油烴，這項(xiàng)技術(shù)是環(huán)境友好的，但是修復(fù)周期過(guò)長(zhǎng)。此外，在挑選詳細(xì)的土壤修復(fù)技術(shù)時(shí)，應(yīng)按照污染物和土壤性質(zhì)、處理時(shí)光、成本等因素舉行全面比較。

表1常用有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)

2有機(jī)污染土壤修復(fù)案例

2.1土壤氣相抽提項(xiàng)目——落基山兵工廠18單元污染修復(fù)工程

落基山兵工廠是美國(guó)的一個(gè)化學(xué)武器創(chuàng)造中心，位于科羅拉多州的科默斯市。這一兵工廠由美國(guó)陸軍于20世紀(jì)末設(shè)立，生產(chǎn)常規(guī)兵器和化學(xué)兵器，其中包括白磷、凝固汽油彈、芥子氣、路易氏劑和氯氣。1984年，美國(guó)陸軍對(duì)落基山兵工廠的污染狀況舉行了具體調(diào)查，發(fā)覺(jué)場(chǎng)地內(nèi)存在多種污染物，包括有機(jī)氯農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)藥、氨基甲酸酯類殺蟲(chóng)劑、有機(jī)溶劑、氯化苯、重金屬等。

1991年，在落基山兵工廠超級(jí)基金污染場(chǎng)地的18號(hào)單元舉行了土壤氣相抽提處理。這一區(qū)域在過(guò)去主要用以清洗修理設(shè)備和車輛，并儲(chǔ)存柴油、汽油和各種石油產(chǎn)品。在這一區(qū)域的土壤和地下水中發(fā)覺(jué)了大量的VOCs，其中大多為三氯乙烯，其在土壤蒸汽中的體積濃度高達(dá)65×10－6。這些VOCs主要來(lái)自于清洗過(guò)程中使用的含氯溶劑。SVE系統(tǒng)安裝在了土壤蒸汽中三氯乙烯濃度最高的區(qū)域。

該SVE系統(tǒng)包括一個(gè)較淺的氣相抽提井和一個(gè)較深的氣相抽提井。淺井位于黏土層以上，地下13～28尺;深井位于黏土層以下，地下43～58尺。設(shè)立兩個(gè)抽提井是為了討論黏土層對(duì)VOCs移除的影響。在氣相抽提井周邊圍圍著4個(gè)蒸汽監(jiān)測(cè)井，用于評(píng)估SVE系統(tǒng)的性能。

蒸汽從氣相抽提井中抽提出之后，進(jìn)入氣液分別罐中分別掉其中的凝聚水，隨后進(jìn)入沉淀過(guò)濾器和再生鼓風(fēng)機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)排出的煙氣利用兩組串聯(lián)的顆粒活性炭系統(tǒng)舉行處理，每組活性炭處理單元中有三個(gè)裝有顆?；钚蕴康娜萜?。一級(jí)活性炭處理單元可以去除掉氣體中90%的三氯乙烯，二級(jí)活性炭處理單位則用于處理殘余的三氯乙烯。圖1為該SVE系統(tǒng)的工藝流程。

圖1SVE系統(tǒng)的工藝流程

該系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)過(guò)程從1991年7月持續(xù)到12月，總共處理了約70磅的三氯乙烯，總處理土方量約為26000m3。SVE系統(tǒng)處理后的三氯乙烯的體積濃度小于1×10－6。囫圇SVE系統(tǒng)的籌備、建立和運(yùn)行費(fèi)用為182800美元。

2.2熱解吸修復(fù)項(xiàng)目——沃林頓乳膠廠環(huán)境修復(fù)工程

沃林頓乳膠廠位于美國(guó)新澤西州卑爾根縣的居住－工業(yè)混合區(qū)，面積為9.67英畝。從1951年至1983年，該廠曾生產(chǎn)自然?和合成橡膠產(chǎn)品以及化學(xué)粘合劑。生產(chǎn)過(guò)程中使用了大量的有機(jī)溶劑，包括揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)，如丙酮、庚烷、正己烷、甲乙酮、二氯甲烷，以及多氯聯(lián)苯(PCBs)。

1989年3月，沃林頓乳膠廠場(chǎng)址被添加到超級(jí)基金優(yōu)先修復(fù)場(chǎng)地名單中，1988年9月至1992年6月這一場(chǎng)地舉行了修復(fù)調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示:場(chǎng)地中的污染土方量為24500m3，排水渠中的污染土和污泥量為2060m3。PCBs最高含量為4000mg/kg，半揮發(fā)有機(jī)物為雙黃原酸乙基酯鄰苯二甲酸鹽(BEHP)、3，3’-二氯聯(lián)苯胺和PAHs，重金屬污染物為銻和砷。

1999年3月，該場(chǎng)地開(kāi)頭使用熱解吸法清除土壤中的有機(jī)污染物。系統(tǒng)熱解吸單元是一個(gè)三重殼回轉(zhuǎn)窯，圖2為這一系統(tǒng)的工藝流程。該系統(tǒng)天天大約處理225噸土壤，土壤出口溫度為482℃。在污染土壤進(jìn)入到回轉(zhuǎn)窯之前，首先要對(duì)其舉行篩濾，將直徑大于兩英寸的雜質(zhì)篩除。處理后的土壤舉行壓實(shí)之后回填到挖掘區(qū)域。

圖2熱解吸系統(tǒng)的工藝流程

煙氣使用洗滌器、文丘里管、噴霧塔依次舉行處理，隨后進(jìn)入到顆?；钚蕴窟^(guò)濾單元和高效空氣微粒過(guò)濾器中舉行清潔。處理后的煙氣再次回收進(jìn)入爐膛。洗滌用水利用澄清池和壓濾機(jī)分別掉油和固體殘?jiān)?，隨后使用活性炭吸附掉污染物，清潔水用于舉行清潔土壤的調(diào)理。壓濾器中的濾餅在場(chǎng)外的危急廢物填埋場(chǎng)地舉行填埋。

表2熱解吸系統(tǒng)處理效果

2.3土壤淋洗項(xiàng)目——勒瓊營(yíng)88號(hào)地塊土壤含水層修復(fù)項(xiàng)目

海軍陸戰(zhàn)隊(duì)勒瓊營(yíng)位于美國(guó)北卡羅來(lái)納州，是美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)一所規(guī)模浩大的訓(xùn)練和調(diào)度基地。這一基地建立于1942年，面積為640km2。1989年，美國(guó)環(huán)保署將這一場(chǎng)地添加到國(guó)家優(yōu)先修復(fù)場(chǎng)地名單中。勒瓊營(yíng)場(chǎng)地中的土壤、污泥、地下水和地表水中都含有大量污染物，威逼著該區(qū)域居民的健康。場(chǎng)地中的污染物包括VOCs、重金屬、農(nóng)藥、PAHs和PCBs。從1994年起，美國(guó)海軍開(kāi)頭對(duì)勒瓊營(yíng)地塊舉行修復(fù)，直到現(xiàn)在修復(fù)工程仍在繼續(xù)。

1999年4－8月，在勒瓊營(yíng)的88號(hào)地塊設(shè)立了表面活性劑加強(qiáng)的原位土壤淋洗系統(tǒng)，舉行土壤含水層修復(fù)示范項(xiàng)目。88號(hào)地塊受到四氯乙烯和烴類溶劑的污染。四氯乙烯屬于重質(zhì)非水相液體，主要位于88號(hào)地塊深度大約為16～20英尺的土壤淺層含水層中，其中大部分的重質(zhì)非水相液體污染物位于淺層含水層底部低透水性的淤泥層中。烴類溶劑屬于輕質(zhì)非水相液體，位于淺層含水層的上部。在本項(xiàng)目中，目標(biāo)污染物為四氯乙烯，但也有少部分的烴類溶劑在處理過(guò)程中被附帶脫除。

在勒瓊營(yíng)88號(hào)地塊示范工程中，設(shè)立了原位土壤淋洗系統(tǒng)(圖3)舉行重質(zhì)非水相液體污染物的去除，同時(shí)設(shè)立表面活性劑回收系統(tǒng)舉行表面活性劑的回收通過(guò)。土壤淋洗系統(tǒng)包括3個(gè)注射井、6個(gè)提取井和2個(gè)液壓控制井。系統(tǒng)中使用的表面活性劑(Alfoterra145-4POsulfateTM)是特地為勒瓊營(yíng)88號(hào)地塊示范工程設(shè)計(jì)的。這一表面活性劑滿足兩個(gè)要求:首先能夠盡可能溶解重質(zhì)非水相液體，第二可以保證表面活性劑回收過(guò)程的性能。

攜帶污染物的表面活性劑液流在地上部分舉行處理，處理單元包括一個(gè)滲透蒸發(fā)系統(tǒng)和一個(gè)超濾單元。滲透蒸發(fā)系統(tǒng)用于移除液流中的污染物，膠束強(qiáng)化超濾單元用于去除過(guò)量的水分。經(jīng)過(guò)回收凈化的表面活性劑液流再次投入到注射井。

圖3土壤淋洗系統(tǒng)的工藝流程

88號(hào)地塊的面積大約為11m×29m，在4個(gè)月的處理周期中，該示范工程總共處理了288L四氯乙烯，總花費(fèi)3074500美元。

2.4微生物修復(fù)項(xiàng)目——法國(guó)有限公司污染場(chǎng)地修復(fù)工程

法國(guó)有限公司污染場(chǎng)地位于美國(guó)德克薩斯州的克羅斯比，面積為22.5英畝。這一場(chǎng)地在1966－1971年是一個(gè)工業(yè)廢物處置中心，每年大約有7×107加侖(265000m3)的石油化學(xué)廢棄物傾倒在一個(gè)7.3英畝，沒(méi)有防滲層的鹽水湖中。傾倒的垃圾包括罐底、酸洗用酸、精煉廠和石油化工廠的不合格產(chǎn)品。1983年成立法國(guó)有限公司任務(wù)團(tuán)隊(duì)，來(lái)領(lǐng)導(dǎo)舉行這一場(chǎng)地的修復(fù)，主要修復(fù)目標(biāo)為湖底的焦油狀污泥和底層土。場(chǎng)地中的主要污染物有苯并［a］芘、氯乙烯和苯、此外還有砷和PCBs。污染物濃度高達(dá)400～5000mg/kg。

圖4懸浮床生物修復(fù)系統(tǒng)的工藝流程

該系統(tǒng)在清理完土壤和污泥后，使用反滲透系統(tǒng)來(lái)處理鹽水湖中的表層水。這一工程大約處理了150000m3的表層水，處理后的表層水排入到辛拓河中。當(dāng)鹽水湖完成脫水后，回填入清潔的土壤。殘余固體與卵石石灰以5∶1的比例混合舉行穩(wěn)定化處理。隨后，在場(chǎng)地上種植草坪和原生植被。

這項(xiàng)工程從1992年1月舉行到1993年11月，修復(fù)了大約30萬(wàn)噸的污染土壤和污泥，修復(fù)后污染物的濃度為7～43mg/kg。工程總共花費(fèi)為49000000美元，其中處理相關(guān)的費(fèi)用為26900000美元。

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