南京某石油烃污染场地土壤修复工程案例

胥鸿开，朱成杰，刘振升，罗付香，徐婉珍，李俊辉，王雪任

(广州珠江实业环境保护有限公司，广东 广州 510031)

石油烃一旦进入环境，则很难清理整治。为了有效治理环境中的石油烃污染，许多国家付出了巨大的代价。如2005年，美国EPA用于石油烃污染场地评价和修复的资金仅棕色土地基金一项就达到2200万美元(AFCEE，1994)[1]。总之，由于石油烃污染场地量大面广，危害严重，其环境风险评价与管理受到越来越多的重视。在我国，石油烃污染场地也是一类非常严重的环境问题。所以，对该类场地的环境管理应给予足够的重视。本文结合在南京某石油烃污染场地土壤修复项目中应用的多项抽提/原位化学氧化技术，重点对工程实施过程进行介绍[2]。

1 工程概况

南京某火花塞厂，厂区面积约6万平方米，专业从事火花塞生产与销售的合资企业，具备年产5000万只优质火花塞的生产能力。主要产品有汽车火花塞、小汽油机火花塞、微车火花塞、摩托车火花塞、铂金火花塞、轿车专用火花塞等。场地地下水位整体上有东南高，东北低，西部较为平缓的特点，流向上为自西南向东北，自东南向中部和东北部。场地地层结构的上层为杂填土，下层以粉质粘土为主。

通过开展的现场调查，发现场地地下水监测井中存在非水相液体NAPL，这与该场地原企业大量使用三氯乙烯、润滑油、冷却油等油类化学品的生产活动有关。场地土壤检测结果表明，土壤中检出率较高的主要为 3 种总石油烃类污染物。针对土壤中的重金属污染，抽检的 27 份土壤样品中重金属含量均处于较低含量水平，表明该场地土壤主要以有机污染为主。

1.1 土壤、地下水污染概况

场地地下水中总计检出18种有机污染物，检出率较高的污染物为C15-C28和C29-C36，四种TPH最高浓度均超过20000 μg/L；顺-1，2-二氯乙烯和氯乙烯检出率也相对较高，土壤修复区域面积约3818 m2，最大污染深度为3 m，修复污染土方量约10275 m3；地下水污染面积5038 m2，最大污染深度为10.5 m，修复量约为12847 m3。

1.2 场地修复目标

通过风险评估筛选，提出该场地土壤中需进行修复的目标污染物及风险控制值见表1所示。

表1 土壤及地下水关注污染物修复目标值Table 1 Target values for remediation of pollutants of concern to soil and groundwater

2 总体技术路线(技术路线、示意图、污水处理工艺流程图)

本场地污染场地修复总体修复技术路线为：

(1)污染土壤：先进行多相抽提大幅度降低土壤中NAPL及石油烃含量，后进行土壤原位氧化处理。

(2)污染地下水：氯乙烯污染地下水区域进行原位化学还原进行修复，对地下水修复区域进行原位化学氧化进行修复。

2.1 多相抽提技术

Multi-PhaseExtraction(MPE)通过真空提取手段，抽取地下污染区域的土壤气体、地下水和浮油层到地面进行相分离及处理，以控制和修复土壤与地下水中的有机污染物。MPE系统通常由多相抽提处理、多相分离、污染物处理三个主要工艺部分构成。多相抽提处理与传统抽提处理方式相比，最突出的特征就是采用真空的方式，实现污染物从地下环境向地表以上的迁移，其工艺原理如图1所示[3]。

图1 多相抽提处理系统工艺流程图Fig.1 Process flow diagram of multiphase extraction system

图2 原位化学氧化工艺流程Fig.2 In-situ chemical oxidation process

图3 气相抽提处理设备布置图Fig.3 Arrangement of gas extraction processing equipment

2.2 原位化学氧化技术

原位化学氧化技术(In Situ Chemical Oxidation，ISCO)是通过向土壤或地下水污染区域注入氧化剂，通过氧化作用，使土壤中的污染物转化为无毒或相对毒性较小的物质[4]。原位化学氧化技术是一项适用性良好的污染土壤修复技术，除多环芳烃等少数高稳定性SVOCs和持久性有机物外，化学氧化技术可以有效处置大部分石油烃、VOCs及SVOCs类有机污染物，在某些案例中甚至可成功处置中低污染浓度的持久性有机污染物。氧化/还原药剂的选择和使用方式是原位化学氧化修复能否成功的重要因素。常见的氧化剂包括高锰酸盐、过氧化氢、芬顿试剂、过硫酸盐和臭氧[5]。

注入井注入工艺原理为由空压机提供气源动力，通过注浆泵向注入井内注入氧化药剂，氧化药剂在压力作用下通过注入井的筛管向井四周扩散并与土壤及地下水中的污染物接触反应，使污染物转变为二氧化碳、水等无害的物质，从而达到修复污染场地的目的[6]。药剂的投加与分散技术是原位化学氧化修复技术的核心。药剂投加与分散方式的选择与污染场地的土壤渗透性、特征水平、污染深度、氧化剂性质、修复费用等相关[7]。

3 实施过程

本工程施工内容主要涉及抽提井建设、注入井建设、多项抽提、原位注入、废水处理等内容。

3.1抽提井、注入井建设、配套管线施工过程

建井施工步骤：备料(直径DN110×3 mm UPVC管材)、开筛(在0.5 m～污染深度之间开筛)、包筛网(100目)、钻孔、下管、填料(2～4 mm石英砂)、密封(上部0.5 m水泥密封)、洗井、复测成井深度。

本项目部根据污染深度，土壤污染范围共建井125口(直径DN110 mm)，井间距为5 m，梅花桩形式布置，影响半径2.5～3 m；地下水污染污染范围共建井179口(直径DN110 mm)，井间距为5 m，梅花桩形式布置，影响半径2.5～3 m，抽提井及注入井均共用。每个注入井均设置流量计、水表、控制开关、取样口。

本项目气相抽提系统铺设直径DN150 mm UPVC气相总管450 m，直径DN50 mm UPVC气相支管775 m，各区域可分区运行，液相抽提系统铺设直径为DN50 mm UPVC总管810 m，直径为DN25 mm UPVC支管1100 m，共设置3个区域，各区域可分区运行。

3.2 多项抽提施工过程

多相抽提主要施工内容为：多相抽提系统建设、尾气处置运行维护。

3.2.1 液相抽出泵

多相抽提处理技术的关键设备为抽提泵的选取，本项目选用允许吸上真空高度11 m，流量为5 m3/h，最大扬程为35 m的离心自吸泵。将液相抽提区分为8个区域，共设置8台自吸泵。实施抽提2 h/区·天，抽提地下水80 m3/h，多项抽提工程量为5000 m3，工期为63天。液相由抽出泵出口经管道输送至调节池暂存，进入配套的污水处理设备进行处理后暂存清水池待检，达标后纳管排放；NAPL相收集后送至有资质单位。

3.2.2 气相真空泵

本项目气相抽提选用处理能力为2000 m3/h的真空泵作为真空来源，抽提真空度为-40 kPa，气体经管道进入吸收装置后，在两个不同相界面之间产生扩散过程，扩散结束，气体被风机吸出并排放。

3.2.3 气液分离装置

本工程采用重力沉降，处理能力为2000 m3/h的气液分离器，由于气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用，产生一个向下的速度，而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是说液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上汇集在一起通过排放管排出。

3.2.4 除沫器

本工程选用多面空心球作为填料进一步进行气液分离。设备尺寸为0.9 m×0.6 m×1.1 m，处理能力为2000 m3/h。

3.2.5 活性炭吸附器

本项目应用煤制柱状活性炭作为吸附介质，采用一级吸附的方式对废气中的有机组份进行处理。运行过程风机将污染土壤气抽提至地面，尾气通过活性炭吸附系统，经活性炭吸附，达标排放。

3.2.6 设备安装调试

气相抽提设备采用撬装式一体设备，设备安装单机调试后进去试运行阶段，主要对系统真空度、处理量、处置效果进行考核，气相抽提运行正常后，监测频次为每月一次。

3.3 原位注入施工过程

原位注入系统含药剂搅拌设施、药剂注入泵(5台气动隔膜泵，配套空压机)、药剂流量计、压力表等组成。

原位注入化学氧化施工流程包括原位注入修复范围的确定、原位注入工艺设计、原位注入系统建设与调试、原位注入修复运行、原位注入修复效果监测、运行达标后关闭修复系统。

3.3.1 注入系统的安装

根据分区设计，将注入井与药剂输送管道、压力计、流量计等进行连接，所有输送管道、阀门连接好后，要进行漏水检测，发现有漏水现象要重新拧紧螺栓，至不漏水为止。将注入系统连接至多相抽提联合原位氧化井，并关闭多相抽提系统阀门，打开原位注入系统阀门。本项目原位注入系统铺设直径为DN40 mm UPVC注入总管530 m，直径为DN20 mm UPVC注入支管972 m，共设置5个区域，配套5套搅拌设施、注入泵分区域分区氧化处置。

3.3.2 注入系统调试

现场进行所有设备性能的整体联动试验，确保设备符合设计要求；注入清水过程中注意观察地面管道，确保管线连接处密封无漏水。按设计流量、压力注入清水，确定设计压力、流量可以满足施工需求，进一步优化工艺参数；

试运行同时，监测地下水监测井水位、pH、OPR 等相关指标，根据监测参数，优化工艺参数。根据调试结果，进一步优化整个系统连接与设计，并确定注入量、注入压力及在不同流量、压力下的影响半径，进一步优化工艺参数。

3.3.3 原位注入药剂的配置

本项目氧化药剂溶液为过硫酸钠粉末状试剂和片碱，需要配置成质量浓度20%的溶液再进行注入。场地实际实施可能存在的反弹效应和工业放大效应，为使修复达标，本项目注入工期设计为70天，间歇式注入，连续注入5天后，停止注入2天，在注入实施阶段根据监测数据重复进行注入，同时对注入影响不到的地方辅以移动式注入设备注入。在搅拌设施中配置好的氧化药剂通过气动隔膜泵泵送至指定的注入井中，通过泵送压力(出口压力0.4～0.6 MPa)到达注入井开筛位置，进行地下污染物的化学氧化修复治理。

3.4 地下水抽出施工过程

地下水采用抽出处理技术，抽出的废水采用光催化氧化+活性炭吸附+石英砂吸附处理，达标后进行纳管排放，施工具体过程如下。

3.4.1 抽出系统建设

利用多项抽提井及液相管线，自吸泵供电后抽清水调试，检查相关接头管线渗漏情况，避免造成管线周围二次污染。

3.4.2 地下水水处理配套设施建设。

配套设施包括1个调节池和1个清水池，采用原场地开挖，铺设混凝土基层后铺设土工布、防渗膜(两布一膜)。

3.4.3 一体化水处理设备安装运行

水处理主体设备含电催化氧化系统、活性炭过滤器、石英砂过滤器。设备安装调试结束后进入试运行阶段，主要对设备性能处理量处置效果进行考核，出水稳定达标后开始对地下水进行抽出和处理，地下水检测合格后分批次排入污水管网。

3.5 工艺技术分析

本项目所采用多相抽提-原位注入联用技术，其优点是无需进行开挖，在施工过程中不易产出扬尘，可满足安全文明施工要求，现场整洁，该技术已在国内多地有一定应用；

其局限性是修复效果不确定性相对较大，需要进行定期监测，根据监测结果判断是否出现污染“反弹”和对于存在地下障碍物等局部污染区域修复不彻底的问题；需论证药剂与目标污染物反应是否会产生有毒有害的中间产物；需关注药剂残留问题；需关注药剂使用不当可能产生安全问题[8]。

4 结 论

本项目采用原位注入技术、施工方法等成熟可靠。通过化学氧化作为国内目前常用的修复技术，具有周期短、见效快、操作方便等优点。但当它应用于高质量浓度污染场地时，需投入大量氧化剂参与反应，导致处理成本高昂，因此建议搭配其他修复技术联合使用[9]。