高压旋喷注射修复技术的改进及应用

汤 乔

(常州市建筑科学研究院集团股份有限公司，江苏 常州 213001)

1 概述

近年来，我国场地污染问题逐步凸显，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁[1]。据报道我国面积超过1万m2的污染场地超过50万块，其中大部分集中在长江三角洲、珠江三角洲和东北老工业基地等重点区域[2]。与农业耕地表层污染有所不同，工业污染场地的污染深度最大可达数十米，下伏土层和地下水也会受到污染物影响。这些污染造成的损失非常巨大，如何对其进行处理和控制，使之既满足环境安全需要又达到再开发利用功能，是实现我国城市可持续发展所必须解决的重大课题[3]。

当前，退役工业场地遗留的污染土壤及地下水污染问题较为严重。对于渗透性较好的污染土层，利用钻探架设注液井将药剂注入污染土层进行一系列反应即可完成对土壤和地下水的原位修复。但是对于苏南地区普遍存在的中低渗透土层，修复药剂的渗透效率和传质效率大大降低，简单的施工工艺已经无法产生较好的修复效果[4]。因此，当前污染场地修复的难点在于开发符合中-低渗透土层的修复技术体系，为中-低渗透土层的污染场地修复提供理论与技术支撑。

高压旋喷技术在一定程度上解决低渗土壤治理效果差问题。高压旋喷辅以土壤助渗剂能对地下土体产生扰动形成土壤重塑区，可显著提高土壤渗透系数，进而增强原位修复药剂在土壤中的传质效率[5]。但是高压旋喷注射只能短时间喷射化学药剂，不能持续稳定注射化学试剂，很难控制化学试剂剂量，导致治理不彻底引发污染物解吸反弹或治理过度引发二次污染。同时直接使用高压旋喷技术注射药剂对高压旋喷设备腐蚀性较大，不可持续[6]。

加压注射-抽提联用技术能使修复药剂在污染土层中形成稳定的压差，可实现污染场地的长期、持续、稳压修复。苏南地区的非均质土层渗透系数较低，适于采用压力注射井与多相抽提井结合的方式进行原位修复[7]。但由于地层的界面效应，修复药剂在这种非均质地层中的渗透效率和传质效率不高，不能与污染物充分混合[8]。

因此，本文通过将上述两种技术相结合，形成优势互补，利用高压旋喷对土壤的扰动作用，形成大面积的土壤重塑区提高土壤渗透系数，再通过建立抽、注井形成土层长效修复的药剂扩散通道和压力差，加速药剂的扩散速率并增加药剂的影响范围，提升中-低渗透污染场地的修复效果[9]。

2 应用方法

在进行污染土层修复前，首先要根据污染场地调查的情况建立污染场地修复模型。根据污染场地修复模型，确定污染场地修复单元的布置位置和布置数量。每个基本单元由4口注液井和1口抽取井组成，平面布置为4口注液井组成正方形，抽取井放置在正方形中心，如图1所示。

定位并钻探形成注液井后，利用高压旋喷对污染土体注射高压水、气，破坏土层原状结构，切削成泥饼状结构，形成直径大于700 mm重塑土区域。以便草木灰+砂均匀的掺入低渗透污染物土体中，重塑区域的直径是注液井的14倍以上，单井修复面积扩大200倍以上。

破坏土层形成重塑区后，相同位置在喷射水、气同时注入草木灰+砂。在高压喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，草木灰+砂与低渗透污染物土体充分混合，改变低渗透污染土体颗粒级配，增加重塑区域土体的渗透性。解决了在低渗透污染土体难以注入化学药剂，化学药剂影响范围小的问题。

高压旋喷成孔后，在孔内放置直径为50 mm的注液管，在污染土体重塑区域内的注液管上开小孔。以便氧化、还原、萃取化学试剂、微生物持续稳定注入污染土体。注液管注液可以持续稳定向污染土体注入化学药剂，还可以根据抽取井的污染物检测情况来及时调整化学药剂用量。解决了高压旋喷难以控制化学药剂剂量——化学药剂使用过量，造成二次污染，化学药剂使用过少，污染物解吸反弹等问题；避免了化学药剂对高压旋喷设备的腐蚀性。

以同样的钻孔及高压旋喷方法形成抽提井后，在抽提井内放置直径为150 mm PVC管，在PVC管上开小孔，开孔位置在污染土体重塑区域内，在PVC管与钻孔之间放置过滤材料石英砂，石英砂刚好包裹住开孔部位，在石英砂上面设置隔水、隔气材料膨润土，以便抽水、气形成负压，抽水、气井结构如图2所示。

通过实时检测抽提井溶液，实现了实时监控修复效果，有效控制用药剂量，避免污染物解吸反弹、二次污染；注液井和抽取井之间存在压力差，增加了渗透范围，加快了渗透速率，提高了化学药剂与污染物反应速率；控制了化学药剂渗透范围，避免形成二次污染；在重塑土草木灰+砂和压力差的影响下，修复面积较抽提井相比扩大了100多倍，渗透的范围和提升能力明显提高。

本方法采用高压旋喷向土体注入水、气，破坏直径大约为700 mm污染土体原状结构，形成泥饼状结构，以便注入草木灰+砂均匀掺入污染土体，改变土体的颗粒级配，增加土体的渗透系数。采用注液管向渗透性改善重塑土体持续稳定的注入化学药剂，使化学药剂与土体污染物有充分反应时间。抽提井采用抽取形成负压，加大注液井与抽取井的压力差，加快化学药剂渗透速率，增加反应速率和渗透范围，达到增加修复范围，大大缩短修复周期，还能控制化学药剂剂量、渗透路径、渗透范围，避免形成二次污染。具体流程如图3所示。

3 实际应用

常州地区天马工地经场地调查后发现其主要污染物为氯、苯等有机质污染，通过传统高压旋喷注射的原位修复方式一直未能达到修复要求，原因是修复药剂的作用时间短，短期内经修复的局部区域污染浓度达到管控要求，但经过一个月的污染监测，该区域污染浓度再次超标，与此同时，施工过程中使用的高压旋喷器械腐蚀严重，成本高昂。后来该工地采用了本文提出的高压旋喷注液的改进方法，以高压旋喷施工工艺对污染土层进行重塑改造，增加了其渗透性，再以注射抽提技术对污染土层进行长期稳定注药修复，使污染场地的氯苯污染物浓度达到管控值以下。经过对场地长期的污染监测，场地未发生污染浓度再次增加的现象，修复效果长期有效。

4 结语

本文针对高压旋喷注射技术作用时间短、药剂量难以控制、设备腐蚀严重等问题，对其进行技术改进。通过将高压旋喷工艺与高压注射抽提技术相结合，形成优势互补，完成对污染土层的长期、高效、稳定修复。利用该技术在常州地区天马工地进行针对应用，以较低的成本解决了天马场地低渗透土层的修复难题。通过对场地的长期监测，场地内污染浓度未出现再次增加的现象，修复效果长期有效。