基于原位化学氧化技术的存量垃圾填埋场地下水修复工程应用研究
2024-07-13张劲松朱远超赵子旼
张劲松?朱远超?赵子旼
根据《2016年中国环境状况公报》，全国225个地级及以上城市的地下水水质监测报告显示，超过60%的城市地下水污染较严重，其中较差比例为45.4%，极差比例为14.7%，大多数的城市地下水水质不断恶化。地下水污染问题带来的环境影响日益显著，加强对地下水修复技术的工程研究及应用显得尤为重要。
目前，针对存量垃圾填埋场的地下水修复，主要有原位化学氧化技术、抽出处理、生物修复技术和可渗透性反应墙技术等。原位化学氧化技术是美国超级基金制度推荐的一种常用修复技术，在国外治理工程中应用较多，常用来修复被油类、有机溶剂、多氯联苯以及非水相氯化物（如三氯乙烯TCE）等污染物污染的土壤和地下水。通常这些污染物在地下环境中长期存在，很难被生物降解。原位化学氧化技术所需周期短、见效快且效果好；而且该修复技术对场地的破坏小，可同时修复深层污染的土壤和地下水，对污染物种类和浓度不敏感，可以有效地处理土壤及地下水中多种类型的有机污染物；对环境的二次风险较低。
本文通过现场试验获取工程应用参数，并在工程中成功应用，为我国存量垃圾填埋场采用原位化学氧化技术修复地下水提供工程应用经验。
一、场地概况
修复场地原为某市存量垃圾填埋场，拟开发为居住用地，经场地调查与风险评估，场地内土壤与地下水均需要修复，其中土壤修复面积18 572.8 m2、修复体量45 979.3 m3，地下水修复面积24 450 m2、修复体量为33 423.7 m3；土壤的目标污染物为：TPH（
1．地层分布条件
场地现状地面（地面标高27.92～30.18 m）以下12 m左右深度（修复深度）范围内的第四系松散沉积物以砂质粉土、粉砂为主，局部分布有粉质黏土、黏土；砂类土层中可赋存地下水。场地地层分布条件见图1。
2．地下水分布条件
场地地面以下12 m深度（修复深度）范围内分布1层水，地下水类型为潜水，潜水现状水位标高在25.99～27.31 m；图2为利用2018年10月场地内的地下水水位监测数据绘制的场地第1层地下水——潜水水位标高等值线图；场地内第1层地下水——潜水的总体流向为自西向东，其水力坡度为7.6‰。
（二）地下水污染特征与修复目标值
修复场地土壤与地下水中的污染物主要分布在场地内的油罐区、生产区、石料堆附近，土壤与地下水中特征污染物的最高浓度及其修复目标值见表1。
二、现场试验
根据室内氧化剂筛选及配比试验结果，选择双氧水为氧化剂进行现场试验，结合修复深度范围内的地层分布条件，试验按照非饱和层（4 m深度）、饱和层（10 m深度）两大层设计。
（一）试验方案
1．4 m深度氧化剂注入试验方案
根据现场已布井位条件，选择M15-2作为注入井，根据场地调查报告的粉土渗透系数K=0.3 m/d，计算注水量约为0.3 m3/h（根据实际出水量调整注水量）；注入压力根据现场试验调整，以6 KPa为下限，逐步加大。双氧水饱和溶液持续注入1小时，并在其注入开始时对周边井位进行ORP等数据参数监测。注入井与监测井的平面布置见图3，监测项目详见表2。
2．10 m深度氧化剂注入试验方案
根据现场已布井位条件，选择TZ4作为注入井，根据场地调查报告的粉土渗透系数K=0.3 m/d，计算注水量约为0.3 m3/h（根据实际出水量调整注水量）；注入压力根据现场试验调整，以6 KPa为下限，逐步加大。双氧水饱和溶液持续注入4小时，并在其注入开始时对周边井位进行ORP等数据参数监测。注入井与监测井的平面布置见图4，监测项目与4 m深度氧化剂注入试验方案相同，详见表2。
（二）试验结果分析
1．4 m深度氧化剂注入试验结果分析
4 m深度氧化剂注入井氧化剂注入试验过程中，氧化剂的注入量为1.4 m3，注入压力为0.005 MPa，注入时间为80 min，注入过程中监测井中ORP变化见图5。
由图5可知，4 m氧化剂注入试验的影响范围可达6 m，从氧化剂的有效性角度考虑，建议4 m氧化剂注入试验的有效影响半径为2 m。
2．10 m深度氧化剂注入试验结果分析
10 m深度氧化剂注入井氧化剂注入试验过程中，氧化剂的注入量为1.62 m3，注入压力为0.025 MPa，注入时间为90 min，监测井中ORP变化见图6、图7。
由图6、图7可知，氧化剂扩散最远距离达6 m以上，氧化剂扩散能力整体上沿地下水流向方向优于垂直于地下水流向方向。从距离氧化剂注入井不同间距的监测井中ORP浓度变化情况分析，10 m深度氧化剂注入井的有效影响半径为4 m。
三、工程应用方案设计与修复效果
（一）工程应用方案设计
根据现场试验结果，同时考虑到工程项目修复时间的要求等，4 m深度范围内的氧化剂注入井井间距按3 m设计，10 m深度范围内的氧化剂注入井间距按6 m设计，辅助于多相抽提系统加速氧化剂扩散。氧化剂注入井的数量按式（1）计算，并根据修复范围的平面位置进行调整。
式中：n为所需氧化剂注入井的数量，眼；S为修复面积，m2；r为井间距的二分之一。
设计参数详见表3、表4。
（二）修复效果
经过8个月对地下水连续监测，累计采集地下水样品9个批次，共计704件地下水样品，地下水中修复目标污染物均低于修复目标值，稳定达标。以苯酚为例，其浓度随监测时间的变化情况见图8。
针对修复区域内不同深度的土壤总计采集分析了 485个土壤样品（不含82个现场平行样品），逐一与修复效果评估标准进行对比发现，所有土壤样品中目标污染物残余浓度均低于相应的评估标准。
四、结论
（1）原位化学氧化技术是一项修复效率高的原位修复技术，对污染物种类和浓度不敏感，可修复苯、石油烃、2-甲基萘、屈、苯并（k）荧蒽、二苯并呋喃、苯并（a）芘、苯并（a）蒽、苯并（b）荧蒽、茚并（1，2，3-cd）芘、二苯并（a，h）蒽、苯、萘、苯酚、2-甲基苯酚、3，4-二甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚等污染物。
（2）影响氧化剂注入有效半径大小的因素除了环境介质本身的岩性外，还有氧化剂的特性、输送方法及注射压力等。有效半径随岩性的不同变化很大，现场试验结果表明，选用双氧水做氧化剂的条件下，可以从黏质粉土层的2 m变化到砂质粉土层的4 m。
（3）针对岩性变化较大的地层，可以分层注入。
（4）为了加速氧化剂的扩散、提高修复效率，可联合多相抽提技术。
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（责任编辑：张秋辰）
