基于原位修复石油烃污染地下水的PRB技术及长效性研究

陈永军

（江苏测润环境工程有限公司 江苏南京 210000）

基于原位修复石油烃污染地下水的PRB技术及长效性研究

陈永军

（江苏测润环境工程有限公司 江苏南京 210000）

石油资源在国民经济发展过程中发挥着重要的作用，在石油开采和加工的过程中，常常由于泄露问题导致一般互粉石油烃进入外界环境，形成大气降水和地表水深入的问题，对地下水造成了较大的污染，为了保证人类健康，必须对该类地下水污染进行控制，石油烃地下水的修复方法成为近年来的研究热点。本文结合对地下水石油烃污染问题的分析，提出了修复石油烃污染地下水PRB技术的应用，并对该项技术的长效性进行了研究。

石油烃；PRB技术；长效性

石油是一种复杂的混合型能源，其中包含较多的烃类物质，例如芳香烃、正烷烃和脂环烃等，碳氢元素构成的烃类物质约占95%，石油中的化学元素有碳、氢、氧、氮、硫，百分比分别为85%、14%、0.8%、0.2%左右。石油资源是国民经济发展的重要基础，在运输、电力和、石油化工、轻工业和械制造方面发挥着重要的作用。石油开采和加工的过程中由于含油污水排放不当，一部分石油烃进入外界外界环境，地下水出现严重的石油烃污染问题，必须采取有效的方法解决，本研究主要提出了PRB技术的应用和长效性探究。

1 地下水石油烃污染问题分析

1.1 污染来源

石油开发过程中出现一部分含油污水，主要来源于钻井液流失、地面冲洗和起钻作业中，这部分含有污染物渗透到地下水体中，直接对区域内居民的饮用水安全造成威胁。

石油储存和运输的过程中，由于方法不当导致石油泄漏，例如排污管道腐蚀、输油管线破损等，石油烃类泄漏到地下水中，污染地下水的同时，会间接影响到地表水安全和土壤结构的稳定性。主要原因是输油管线在使用过程中受到不同程度的土壤腐蚀。

石油开发和加工过程中，事故性泄漏问题导致石油烃排入大气和土壤中，在降水的作用下进入地下水系统。土壤中的石油烃经过渗滤作用后，无法被微生物降解的含油污染物渗透到地下水中，继而影响周边地下水。

1.2 污染危害

石油中含有较多的烷烃和芳香烃，大多为有害物质，地下水石油烃污染危害主要体现在以下几个方面：

①破坏土壤结构，土壤中的有机物流失。②破坏区域内的水体。③危害人体健康。

2 修复石油烃污染地下水PRB技术

应用PRB技术解决石油烃污染问题，在地下水流通过的位置设置可靠的填充性反应介质，可以有效拦截污染羽状体，污染羽状体经过反应介质区时可以和反应介质充分就接触，地下水中的污染物可以和反应区内的介质发生物理、生物和化学反应，经过吸附、沉淀和降解作用而将污染物去除，保证污染物的浓度就降低到地下水质量标准内[1]。图1是修复地下水污染的PRB示意。

图1 修复地下水污染的PRB简图

PRB技术中应用的填充介质，具有良好的透水性和反应性，一般将其设置在地下水污染羽状体的下游位置，并保证填充介质和地下水的流向相互垂直。由于PRB反应原理的差别，一般将其分为吸附反应墙、氧化还原反应墙和微生物降解反应墙几种，按照结构差异可以将其分为续墙式PRB、灌注处理带式PRB和导水门式PRB几种。

PRB技术是针对地下水含油污染问题提出的重要原位修复技术，与其它方法相比，具有较大的优势。在应用过程中不需要增加外界动力，不需要应用泵抽和地面设备的帮助，反应介质较为节约，消耗较慢，一般可以应用10年左右，另外，PRB的建设的运行都在地下，不会对区域内的生态环境造成影响，可以长期有效运行，持续处理能力强，处理的组分较多，例如重金属、烃类物质等，安装和维护十分方便，成本低廉。应用PRB修复的地下水污染主要有汽油类、MTBE等。随着生物技术的发展，生物PRB在修复过程中发挥出高校、清洁和廉价的优势。

3 PRB技术的长效性研究

将PRB技术应用于地下水污染的原位修复，虽然具有较大的技术优势和经济优势，修复效果良好，但是仍然存在长效性不足的问题。例如反应材料失活、反应介质阻塞等问题都会严重影响到PRB的长期和高效运行。

如果工程项目中应用化学PRB进行地下水修复，一般将零价铁作为重要的填充物质，使用过程中如果铁被腐蚀，或者出现严重的矿物沉淀问题，都会影响到PRB的长效性，主要原因为PRB孔隙度减小的同时容易阻塞。有研究指出，PRB中孔隙率较大的位置一般在进口段和中平面位置，严重受到碳质矿物沉淀的影响，孔隙率较小的位置一般在PRB的中平面和出口段，主要阻塞原因为Fe（OH）2沉淀。另外，材料中的Ca－CO3、FeCO3等也会导致阻塞问题，研究发现，PRB孔隙率降低与水中的、Ca2+、的浓度有着较大的关系，同时在厌氧条件下，铁的腐蚀率升高，CaCO3、FeCO3的含量增多。在材料腐蚀问题较为严重的部分，污染物的浓度较高，孔隙率降低，碳酸盐矿物大量沉积，在PRB性能监测的过程中发现，污染物均被PRB进行了一定程度的处理，PRB运行一段时间后，孔隙度降低，水力传导性降低。如果应用PRB对重金属进行处理，经过一段时间后，反应介质的不同区域都会出现一定程度的阻塞，反应介质的孔隙度降低[2]。

针对PRB应用过程中出现的长效性问题，必须采取有效的方法解决，国内相关专家在构建地下水模型的过程中，提出了地球化学反应的模型，通过对PRB应用功能的分析和评估，最终提出了有效的方法保证PRB的长期运行，可以有效避免反应介质被污染阻塞，主要方法为：①尽可能提高反应介质的均质性，安装细砾物质保证水流均衡，并且污染水源在反应介质区域停留的时间分布均匀；②对介质的前处理区进行可靠的处理，避免矿物质沉淀影响水流的停滞时间，进而影响到PRB的使用性能；③精确调整pH值，尽可能增大污染物的停留时间，同时避免反应区被堵塞，降低水中氢氧根离子的浓度；④应用化学方法的过程中，选用粒径较大的零价铁，避免小粒径受到腐蚀后形成化合物导致空隙堵塞，停留时间延长；⑤科学应用机械方法，保证PRB孔隙度基本一致，保证停留时间不变。

4 结束语

针对地下水石油烃污染问题，必须在分析污染源的过程中应用科学的方法降低污染率，提高区域内地下水土的使用质量。本研究中对PRB技术进行了分析，同时对影响长效性的因素进行了探讨，综合了提高长效性的主要方法。在科学技术不断发展的过程中，石油中的大部分烃类污染物都可以被微生物降解，因此在应用PRB技术对污染的地下水进行修复时，可以选用生物PRB方法，以实现清洁高效的修复目标。

[1]张莹.修复石油类污染地下水的PRB反应介质研究[J].吉林大学学报（地球科学版），2010，40（2）：39.

[2]魏相君.组合材料PRB技术处理硝酸盐废水实验研究[J].中国地质大学（武汉）学报（材料科学），2013，25（1）：48.

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1004-7344（2016）17-0302-02

2016-5-12