原位化學(xué)氧化技術(shù)在有機(jī)污染場地中試工程設(shè)計研究

尚曉偉 姚佳斌 田文鋼 劉勇 蔣尚

摘要：近些年，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，工業(yè)企業(yè)產(chǎn)能調(diào)整變化，大批工業(yè)企業(yè)退市入園，大部分城市遺留大片的污染場地，其污染類型復(fù)雜，污染程度深，散發(fā)異味大。為退役場地的后續(xù)開發(fā)再利用遺留下安全隱患。受制于污染地塊深度、地理位置、開挖異味大，原位化學(xué)氧化處理技術(shù)在污染場地修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用上呈現(xiàn)增多趨勢。其優(yōu)勢在于修復(fù)過程中減少開挖，對原土擾動小，無強(qiáng)烈異味散發(fā);同時化學(xué)氧化處理效果快，可處理深層污染源，兼顧水土共治原則?；诖?，本文就針對原位化學(xué)氧化技術(shù)在有機(jī)污染場地中試工程設(shè)計展開研究探討。

關(guān)鍵詞：原位化學(xué)氧化技術(shù);中試工程設(shè)計;效果

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）12-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.035

Research on pilot project design of in-situ chemical oxidation technology in organic contaminated site

Shang Xiaowei，Yao Jiabin，Tian Wengang，Liu Yong，Jiang Shang

（Shanghai Aojiang Ecological Environment Technology Co.，Ltd.，Shanghai 200120，China）

Abstract： In recent years， as Chinas urbanization process has accelerated， industrial enterprises have adjusted their production capacity， a large number of industrial enterprises have delisted and entered the park， and most cities have left large contaminated sites with complex pollution types，deep pollution levels， and strong odors.For the follow-up development and reuse of the decommissioned site， it leaves a safety hazard.Restricted by the depth of the contaminated land， the geographical location， and the odor of excavation，in-situ chemical oxidation treatment technology is showing an increasing trend in the application of contaminated site remediation technology. Its advantage lies in the reduction of excavation during the restoration process， little disturbance to the original soil，and no strong odor emission; at the same time， the chemical oxidation treatment has a fast effect and can deal with deep pollution sources， taking into account the principle of water and soil co-governance.Based on this， this article discusses the design of pilot projects for in-situ chemical oxidation technology in organic contaminated sites as follows.

Key words：In-situ chemical oxidation technology;Pilot engineering design;Effect

1 項(xiàng)目概況

西南某焦化制氣廠于20世紀(jì)80年代投產(chǎn)，為城市發(fā)展過程煤氣進(jìn)行穩(wěn)定供應(yīng)，隨著天然氣入城，更加清潔的天然氣替代人工煤氣已是大勢所趨。焦化制氣廠隨之關(guān)停，場地經(jīng)過前期調(diào)查評估，主要污染物為石油烴、苯、多環(huán)芳烴（萘、苯并（a）蒽、苯并（b）熒蒽、苯并（a）芘、茚并（1，2，3-cd）芘、二苯并（a，h）蒽、苯并（g，h，i）苝）。該地塊后期規(guī)劃為工業(yè)用地，污染物集中分布在5～9m。場地0～3m為回填土，3～5.7為紅黏土分布，5.7～9m粉質(zhì)黏土。場地地下水類型有孔隙水，巖溶水共兩個大類，孔隙水含水層分布于地表，覆蓋于巖溶含水層之上，為二元結(jié)構(gòu)特征。地下水主要接受大氣降雨補(bǔ)給，孔隙水富水性弱，巖溶水富水性強(qiáng)，但埋藏較深，屬于干燥場地，地下水對項(xiàng)目場地建設(shè)及運(yùn)營影響不大。

本項(xiàng)目污染物可以分成兩類，其中苯屬于揮發(fā)性有機(jī)污染物，難溶于水，在地下遷移性較強(qiáng)，易被氧化藥劑降解。多環(huán)芳烴類屬于半揮發(fā)性有機(jī)污染物，難溶于水，容易被土壤有機(jī)質(zhì)及粘粒吸附，遷移能力差。

2 中試工程設(shè)計

根據(jù)此場地調(diào)查評估報告顯示，場地受污染地塊共分為1#、2#、3#及4# 4個區(qū)域，分布面積6 343㎡，考慮到1#地塊的特殊性及污染物因子分布的特征代表性，本工程的原位化學(xué)氧化中試研究在1#區(qū)域。

1#區(qū)域污染面積943㎡，受苯及多環(huán)芳烴污染，苯污染深度7～9m，污染方量為1 886m?，超標(biāo)倍數(shù)為2.53倍;苯并（a）芘污染深度為5～7m，污染方量為1 886m?，超標(biāo)倍數(shù)為0.35倍。

2.1 氧化藥劑選擇

常用的化學(xué)氧化藥劑包括高錳酸鉀、過硫酸鈉、芬頓試劑、臭氧等，考慮到氧化劑的氧化能力外，氧化劑的種類和外形也是需要考慮的因素，因?yàn)檫@決定著氧化劑在地下的持續(xù)性，它會影響著氧化劑對流和擴(kuò)散遷移的時間以及和污染物接觸的時間。

通過上述幾種氧化劑的比較結(jié)合以往研究經(jīng)驗(yàn)，本工程使用過硫酸鈉作為氧化藥劑，采用堿激活方式進(jìn)行激活，氧化藥劑投加比初步設(shè)置為2%。

2.2 藥劑注入方法

氧化藥劑的注入方式包括直推注射、高壓旋噴、攪拌及建井注射，不同注入方式如表1所示。考慮到地層因素，本次原位化學(xué)氧化中試工程以深層攪拌、高壓旋噴、建井注射3種方式進(jìn)行工程可操作性驗(yàn)證設(shè)計。

2.3 研究內(nèi)容

（1）開展原位化學(xué)氧化中試研究，針對深層攪拌、高壓旋噴以及注入井注射等3種藥劑投加工藝，開展施工參數(shù)研究，采用示蹤試驗(yàn)手段，確定不同工藝的擴(kuò)散半徑、藥劑注射壓力、攪拌/旋噴次數(shù)以及注入井結(jié)構(gòu)等參數(shù)，篩選適合本項(xiàng)目的氧化藥劑投加工藝。

（2）針對篩選出的氧化藥劑投加工藝，開展修復(fù)效果驗(yàn)證研究，選擇一個區(qū)域進(jìn)行注入氧化藥劑的實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行過程監(jiān)測，評估原位化學(xué)氧化修復(fù)效果，驗(yàn)證原位化學(xué)氧化技術(shù)在本區(qū)域應(yīng)用的可行性。

2.4 深層攪拌施工參數(shù)設(shè)計

在深層攪拌施工參數(shù)確認(rèn)區(qū)中間位置布設(shè)3個深層攪拌樁，采用正三角形布點(diǎn)，假設(shè)攪拌樁施工半徑為250mm，布設(shè)方式設(shè)置為3個樁相切的形式，實(shí)驗(yàn)樁初步設(shè)計參數(shù)為：樁徑500mm，樁長9m。深層攪拌施工參數(shù)確定試驗(yàn)采用NaCl溶液，濃度設(shè)定為1%，氯化鈉溶液攪拌深度為地表5～9m，0～4m注入清水?dāng)嚢瑁{壓力設(shè)定為0.6MPa，流量控制在35L/min，攪拌下沉和提升速度為1.2m/min。

深層攪拌施工完成后。注入的氯化鈉溶液擴(kuò)散完成后取樣送檢。對非飽和層去土樣監(jiān)測氯離子濃度，每個采樣點(diǎn)縱向采樣深度為5m、7m以及9m，取樣時間為攪拌完成后2d。

2.5 高壓旋噴樁參數(shù)設(shè)計

2.5.1 布點(diǎn)方式

高壓旋噴樁施工半徑假設(shè)300mm，實(shí)施階段設(shè)置三組擴(kuò)散半徑，分別為400mm、500mm以及600mm，中試過程中先施工擴(kuò)散半徑為500mm，根據(jù)示蹤結(jié)果調(diào)整另外兩組的擴(kuò)散半徑。每個擴(kuò)散半徑設(shè)置3個鉆孔，呈正三角形布設(shè)。

2.5.2 施工參數(shù)設(shè)計

高壓旋噴施工參數(shù)確定試驗(yàn)初步確定采用NaCl溶液，濃度為1%，氯化鈉溶液旋噴深度初步確定為地表以下5-9m。

2.5.3 監(jiān)測計劃

高壓旋噴施工完成后，將注入的氯化鈉溶液待擴(kuò)散完成后取樣送檢。選取擴(kuò)散半徑為400mm實(shí)驗(yàn)組取樣檢測，對非飽和層取土樣檢測氯離子濃度。每個采樣點(diǎn)縱向采樣深度為5m、7m以及9m，采樣點(diǎn)位及數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。取樣時間為旋噴施工完成后2d。

2.6 原位注入井注射施工參數(shù)

根據(jù)補(bǔ)充調(diào)查結(jié)果，每個污染土層設(shè)置一個注入井，研究對應(yīng)的土層藥劑注入擴(kuò)散性。區(qū)域內(nèi)設(shè)計2個藥劑注入井，開篩位置分別設(shè)置在雜填土層及紅黏土層。注入井注藥施工采用NaCl溶液，濃度暫定為1%，氯化鈉溶液注射位置為受污染的同一土質(zhì)層。根據(jù)注射過程情況，參數(shù)可做如下設(shè)計：注射壓力范圍0.1～5.5Mpa，注射深度范圍5～9m，注射流量5～30m?/h。

注入井注射施工完成后，待注入的氯化鈉溶液擴(kuò)散完成后取樣送檢。注入井周邊0.3m、0.5m、0.8m、1.5m、3m處取樣，對非飽和層取土樣檢測氯離子濃度。每個采樣點(diǎn)縱向上采樣深度為5m、7m以及9m，取樣時間為注入實(shí)施后2d。

3 擴(kuò)散及氧化效果評估

對3種原位氧化藥劑注入方式示蹤劑氯離子進(jìn)行取樣檢測。（1）深層攪拌JDS00處于深層攪拌的中心區(qū)域，氯離子濃度達(dá)到了1 023mg/kg。JDS01-06濃度分布比攪拌中心點(diǎn)偏低，但是濃度分布呈現(xiàn)跳躍性和不規(guī)律性。此種情況說明藥劑在地塊中分布呈現(xiàn)不均勻性。受到土質(zhì)條件，攪拌效果等因素影響較大，藥劑不能均勻的在污染場地中分布。（2）高壓旋噴AGP01/04/07氯離子濃度分布分別為874mg/kg、745mg/kg、962mg/kg。AGP02/05/08氯離子濃度分別為256mg/kg、345mg/kg、378mg/kg。數(shù)據(jù)表明高壓旋噴擴(kuò)散半徑內(nèi)層濃度較低，說明氯離子擴(kuò)散逐步呈現(xiàn)遞減趨勢，AGP03/06/09氯離子濃度均小于100mg/kg。且AGP06存在氯離子未檢出的情況。針對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，在高壓旋噴的氧化注藥方式下，在此種土層結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件下，藥劑最大擴(kuò)散半徑為0.5m。為保證氧化效果，實(shí)際施工保守考慮，設(shè)定擴(kuò)散半徑為0.4m進(jìn)行高壓旋噴樁位的布設(shè)。（3）原位注入井注藥方式采用建井注射。對ZRR01-ZRR10氯離子濃度進(jìn)行檢測，ZRR01/06點(diǎn)位靠近注藥井管，藥劑濃度最高，分布均一性較好，隨著監(jiān)測點(diǎn)位距離的增大，氯離子濃度呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，且ZRR04/10點(diǎn)位存在未檢出的情況。分析原因可能受到注藥壓力的影響，部分區(qū)域出現(xiàn)藥劑溶洞，存在漏藥情況，導(dǎo)致藥劑未能充分完全擴(kuò)散。

綜上，根據(jù)氯離子擴(kuò)散試驗(yàn)效果，結(jié)合成本、時效性、藥劑混拌均勻性綜合考慮，本場地采取高壓旋噴注射氧化藥劑的方式進(jìn)行原位修復(fù)工程實(shí)施。

4 結(jié)論

（1）對于原位化學(xué)氧化修復(fù)的有機(jī)污染場地，需要在工程實(shí)施前詳細(xì)了解場地的工程及水文地質(zhì)條件，如地層結(jié)構(gòu)分布、滲透系數(shù)、水文情況等，必要時需要補(bǔ)充加密調(diào)查，分析二次調(diào)查結(jié)果，以精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的模型為依據(jù)，有針對性地選取原位修復(fù)工藝類型、藥劑投加比例以及施工參數(shù)的模型設(shè)計。（2）此項(xiàng)目中試工程利用氯化鈉溶液作為示蹤劑，通過實(shí)施3種原位藥劑注入方式，充分模擬實(shí)際工況下的注射形式，共布設(shè)26個監(jiān)測點(diǎn)位對場地的藥劑擴(kuò)散半徑進(jìn)行試驗(yàn)研究。經(jīng)過充分的論證及擴(kuò)散數(shù)據(jù)顯示，高壓旋噴注射法對土壤結(jié)構(gòu)擾動劇烈，適用于滲透性較差的黏性結(jié)構(gòu)土壤，氧化實(shí)施效果較為理想。（3）中試設(shè)計參數(shù)及藥劑擴(kuò)散半徑確定后在具體施工中需要根據(jù)場地污染濃度大小，調(diào)整藥劑投加比例，同時需要根據(jù)地層、區(qū)域的污染濃度分布比例，適時調(diào)整高壓注射鉆桿的提升速度，優(yōu)化輕中重的藥劑注入量，實(shí)現(xiàn)對成本的精確化控制。

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收稿日期：2020-10-11

作者簡介：尚曉偉（1992-），男，漢族，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向?yàn)橥寥牢廴局卫砼c修復(fù)。