油污染地下水原位生物修复试验研究

金黄梅,高 博,王 博

(1.重庆市人防建筑设计研究院有限责任公司,重庆 401147;2.后勤工程学院营房管理与环境工程系,重庆 400016;3.北京军区环境科研监测中心,北京 100071)

油污染地下水原位生物修复试验研究

金黄梅1,高 博2,王 博3

(1.重庆市人防建筑设计研究院有限责任公司,重庆 401147;2.后勤工程学院营房管理与环境工程系,重庆 400016;3.北京军区环境科研监测中心,北京 100071)

石油产品污染土壤和地下水已成为当前全球共同面临的一个严峻问题。根据油污染地下水的特点,采用地下水原位生物修复技术进行处理。实验结果表明原位生物修复技术处理地下水效果显著,水中 COD去除率可达 95%,油类去除率也达 90%以上,是一种十分有效的地下水处理技术。

原位生物修复技术;油污染地下水;试验

石油是由上千种物质不同的化合物组成的复杂混合物,其开采、冶炼、使用和运输过程的泄漏事故,以及含油废水的排放、污水灌溉、石油制品的挥发、不完全燃烧飘落等带来了一系列石油污染问题。这些泄漏的成品油大多属于轻质非水相液(LNAPL),具有易挥发、粘度小、运移速度快等特点。从 20世纪 80年代开始已被应用的原位曝气生物修复技术是用于修复受石油污染的地下水和饮用水井的一种新型地下水修复技术。利用现场条件,在基本不破坏地下水自然环境的条件下,将受污染的地下水进行原位修复,处理效果好、处理费用低、不易造成二次污染,而且工艺简单、操作维修方便、安全性好[1]。许多实例[2～5]已证明,该技术能够使地下水中的污染物得到实质性且永久性去除。

根据油污染地下水的特点,本实验采用地下水原位生物修复技术,模拟地下水自然环境条件,将受污染的地下水进行原位修复。

1 实验部分

1.1 实验装置及流程

装置设计类似 DDC井,如图 1所示。借用航空试验中常用的半模试验思想,装置设计为半圆柱体,利用圆柱的轴对称特性和密度差,可真实地模拟地下水在井筒周围的循环。装置平面部分采用钢化玻璃,便于观察过程中水和气的流动,外层采用不锈钢,增加耐腐蚀性能,钢化玻璃与不锈钢连接地方使用AB胶粘合。

装置为高度 1.2m、半径 0.75m的半圆桶,桶平面上布置曝气管和取样点,曝气管竖向安置于平面中央,两侧同高程上等间距交叉布置取样点(图 2)。选择水处理中常用的石英砂作为试验用砂,平均粒径 1.193mm。曝气过程对曝气压力和空气流量要求都比较严格,本系统采用电磁空压机,P ID控制转速,能够使实验装置均匀曝气。

空压机把空气注入到井底释放,空气从底部形成气泡并向上运动。气泡在上升时形成汽水混合物,曝气井下部筛网附近含水层中的地下水在压力差的作用下进入曝气井内,沿井筒上升到井顶,使富氧的、经过气提作用的地下水从井上部的筛网返回到含水层中,井内和井周围附近的地下水便形成了循环。循环的过程即有机污染物的去除过程。地下水在循环时完成了充氧,同时也完成了有机污染物的生物降解和气提。从井底进入井筒的水,溶解氧的含量很低,但当它从井顶排出时,其溶解氧值已大幅度提高。富氧的地下水不断循环,促进了好氧微生物对有机物的分解;另外,富氧的水在井筒内外不断循环,地下水和空气不断接触,传质作用不断发生,这种气提作用使挥发性有机污染物不断被去除,且循环水从井顶排出时,水中空气也包含部分气提出的挥发性有机污染物,向上逸散到地面和水面之间的不饱和区。在这一区域,逸散到这里的氧气被土著微生物利用,从而使气提出的污染物和存在于不饱和区的污染物一起得到降解[6]。

1.2 试验水质

采用在自来水中混合部分机油配成模拟废水并注入实验装置中的石英砂里,模拟石油烃类污染的地下水主要参数见表 1。

表 1 原水水质

1.3 试验过程

通过计算实验装置装水体积 0.53m3,试验采用曝气压力为 0.05MPa,曝气量为 0.15m/h,试验时间为 25d。从试验开始到结束,测 COD 1次 /d,测水体油含量 1次 /5d,测量 COD时每次在 6个点取样,每个点取 50ml,测油含量时每次取水样1000ml,加上曝气蒸发,试验用水有损耗,每次取样后都要向试验装置补加 2L水。试验测量径向上e1到 e66个点,垂向上 a4f4列的 a4、b4、c4、d4、e4、f46个点,共 12个点,每天测量 6个点,径向和垂向上测点交叉取样。每 5d测量 1次油浓度,测量点为 e4。

1.4 分析方法与仪器

COD采用重铬酸钾法测定 (ET99718型 COD测定仪),含油量采用红外分光光度法测定(O IL400系列红外分光测油仪)。

2 试验结果与分析

2.1 COD随取样半径变化情况

由图 3可知 ,e1、e2、e3、e4、e5、e6测点的COD值反映 COD在径向上的变化总趋势是中间以内区域低,两侧偏高,这是因为地下水在装置中流量大部分经过了中部以内区域,供氧充分,所以该区域 COD去除效果好,表现在曲线上即低于其他点。而装置边缘部分循环流量低,供氧较差,COD去除效果较差。

2.2 COD随取样高度变化情况

由图 4可知,a4f4列上测点值反映 COD在垂向上的变化总趋势是装置中间部分 COD值较低,而顶部和底部 COD值较高,这也是因为中部曝气循环水量大,供氧充分,生物降解效果好。而顶部和底部水量小,供氧不足,降解效果稍差。

2.3 COD随取样时间变化情况

由图 5和图 6可见,COD值在径向和垂向均随着曝气时间的增加而降低。在曝气结束时 COD值从最高处的 94mg/L下降到几乎为 0,这表明曝气对去除 COD具有十分重要作用,适当延长曝气时间可以显著提高 COD的去除率。在曝气 11d时,大部分监测点的 COD已经降到了一个较低的数值,COD的变化幅度减小。考虑到实际情况,再增加曝气量不经济,因此取最佳曝气时间为 11d,COD去除率为 90%。

2.4 油浓度随取样时间变化情况

由图 7可以看出,油在水中的浓度总趋势是随时间的增加而降低。曝气 1d后测量时,由于油污没有分散均匀,采样时抽取到较为纯净的水。5d后,油污分散均匀,采样时测得油浓度为0.547mg/L,达到最高点。此后随曝气时间增加,测量油的含量逐渐递减。曝气 28d后,油浓度为0.025mg/L。这表明运用原位曝气生物修复技术去除地下水中石油污染物效果显著。

3 结论

(1)实验装置设计合理,借助密度差的驱动作用,能较好地实现水 -气的相流在多孔介质中的均匀分布,顺利进行曝气原位生物修复去除地下水石油污染的实验研究。

(2)实验结果表明,运用原位生物修复处理油污染地下水,污染物去除效率极高。经过 25d运行,装置出水 COD平均去除率均达到 95%以上,油浓度去除率达到 80%。

(3)在实验条件下,确定最佳运行条件为曝气压力 0.05MPa,曝气量 0.15m/h,连续曝气11d,COD的去除率达 90%。

(4)实验过程中发现,COD的去除率与氧含量密切相关。循环水量多的地方,供氧充分,COD值低。而距曝气井较远的边缘地方,循环水量小,供氧不充分,COD值高。在今后的研究中,可以深入探讨如何提高装置边缘部分的循环供氧能力,进一步提高装置的污染物去除能力。

[1]赵素丽,孟秀花,周从直.地下水曝气修复技术 DDC井的评估 [J].山西建筑,2005,31(4).

[2]Gvirzman H,Gorelick SM.The concept of insitu vapor stripping for removing VOCs from groundwater[J].Transport in porous media,1992,8(2).

[3]W.M.Stallard,K.C.Wu,N.Shi,et al.Two dimensional hydraulics of recirculating ground-water remediation wells in unconfined aquifers[J].Journal of environmental engineering,1996,8(122).

[4]Schmitt R,Langguth HR,Puettmann W.Aromatic hydrocarbon degradation and metabolites formation in aquifers of a for mer gas works site: Influence of soil and groundwater reclamations[J].Grundwasser,1998,3(2).

[5]Hollmann D,Glombitza F.Microbial treatment of soils with mixed contaminations from radioactive residues and hydrocarbons[J].Proc Int Conf Radioact Waste Manage Environ Rem 5th,1995,(2).

[6]张玉平.地下水石油污染曝气修复理论探讨 [J].山西建筑,2007,30(2).

Experimental Study on In-situ Biologic Remediation Method for Oil Contaminated Groundwater

JIN Huang-mei1,GAO Bo2,WANGBo3
(1.Chongqing Architectural Design Institute Co.Ltd of Civil Defence,Chongqing 401147 China)

The serious problem of soil and groundwater contaminated by petroleum products has become a fact that the whole world has to face.According to the characteristics of ground water pollution of oil,the groundwater in-situ biore mediation technology was used.The results discovered that the removal rate of COD was up to 95%and removal of oil was more than 90%in oil contaminated groundwater.It indicated that in-situ biore mediation technology is a very effective groundwater treatment method.

in-situ bioremediation technology;oil contaminated groundwater;experiment

X17

A

1673-9655(2010)01-0053-04

2009-08-04

金黄梅 (1978-),女,安徽怀宁人。重庆市人防建筑设计研究院有限责任公司。