环境修复物理修复

土壤和地下水挥发性有机物VOCs污染的物理修复1 3级环工吴娜、郭明月摘要本文阐述了欧美国家对土壤VOCs污染所采用的物理修复技术，并详细介绍了土壤蒸气抽提技术及其增效技术的原理和特点。关键词土壤地下水VOCs污染物理修复土壤蒸气抽提一、概述为了去除土壤和地下水中的有机污染物，国外已开展了广泛的研究，开发了多种土壤和地下水污染修复技术，其中主要有生物修复【1】包括土壤微生物修复和植物修复、化学修复、物理修复。土壤的化学修复是利用表面活性剂或溶剂等清洗土壤中的有机污染物；生物修复技术利用微生物或植物将土壤中有毒有害有机污染物吸附、降解为无害的无机物质。物理修复主要采用机械力将有机污染物从土壤和地下水中分离出来，然后在地面进行处理。最常用的物理修复技术有土壤蒸汽抽提SVE【1、2、3、4、5】技术，在许多受污染的场地，土壤蒸汽抽提已被用于从渗流区土壤中去除挥发性有机物VOCs。然而，由于地下及饱和土壤的复杂地质条件、污染物分布状况，SVE有其自身的局限性。为了增强SVE的处理效果，近年来，已做了研究和场地示范，发展了各种SVE增效技术，如空气注射、双相提取、直接挖掘、气力和水力分裂和热增效等【2】，采用了革新技术和过程来加强去除渗流区土壤中VOCs、溶解在地下水中的VOCs和吸附在饱和区土壤中的VOCs的处理效果和去除率。二、土壤蒸气抽提技术SVE土壤蒸汽抽提SVE有时也被称为现场挥发、增强挥发、现场土壤通风、强制土壤通风、现场空气吹扫或土壤真空抽提【3】。在美国，土壤蒸汽抽提SVE是最频繁用于超级基金场地的革新处理技术。它是一种从土壤中物理分离污染物的相当简单的过程，SVE技术从土壤中以蒸汽的形式抽提污染物，因此，SVE系统被设计用于去除具有挥发性或容易蒸发的污染物。SVE可以去除土壤下表面不饱和区域的挥发性有机物VOCs和一些半挥发性有机物SVOCs。通过使用一台真空泵和地下井系统，污染物可以以蒸汽或气体的形式被抽出地面。通常，除了真空抽提井外，还安装一口空气注射井，用来增强土壤中的空气流动和提高污染物的去除率。将空气引入土壤有一个额外的好处，就是它可以提供氧气，刺激一些污染物尤其是难挥发性污染物的生物降解。1、SVE系统SVE作为一种现场修复技术，用于从渗流区土壤中去除VOCs。空气流被导入污染土壤中，在蒸汽抽提出口使用真空泵抽取，从而在土壤中形成压力梯度。随着土壤蒸汽通过土壤孔隙迁移到抽取出口，VOCs便挥发，从地下土壤中被转移出来。在处理有机污染土壤上，SVE系统优于其它修复技术的地方是安装和操作系统相对简单、所要的设备最少。SVE适用于2 0度下蒸汽压大于lmmHg和亨利定律常数大于1 0 0大气压／mol的化合物。SVE在高渗透能力的污染土壤中具有最大的效能。SVE系统安装于地下水平面上方，这样不会影响饱和区域里的污染土壤。安装于地下水平面下方的空气注射系统从地下水中去除污染物是有效的，但本质上不能去除饱和土壤中的污染物尽管和水相有解吸和平衡。建造SVE系统的第一步是在污染区域安装蒸汽抽提井和注射井或空气通风口。空气注射井使用空气压缩机强制空气进入地下；空气通风口的功能和空气注射井一样，但它是被动的，仅仅为空气进入地下提供一个通道。在注入的空气通过土壤到达抽提井的过程中，污染物从土壤颗粒的空隙间蒸发出来，随空气被抽出而去除。蒸汽抽提井可以垂直设置或水平设置。典型的是垂直设置在土壤不饱和区域。由SVE过程抽提出的蒸气的处理技术有活性炭吸附、焚烧、催化氧化或者浓缩。其它的方法，如生物处理和紫外氧化，也已和SVE系统结合使用。处理类型的选择取决于污染物的性质和浓度。活性炭吸附广泛用于处理污染蒸汽，适合于处理大多数挥发性有机物。当设计和操作适当的话，SVE是一个安全的、维修费用低的处理过程。防爆装置适用于处理具有潜在爆炸性的抽取气混合物，这种情况在一些土壤填埋厂或汽油泄漏场地可以遇到。2、SVE系统增强技术当污染物或土壤性质限制了SVE的处理效果，或当污染物存在于饱和土壤中时，需要考虑增效技术。下面简要介绍五种增效技术1 空气注射AirSparging。它可以和SVE结合使用，用于处理VOCs污染物，例如存在于饱和区的汽油、溶剂和其它挥发性污染物。空气注射系统将空气注射入污染区域下方的饱和区。空气通过饱和区的土壤缝隙并携带挥发出来的污染物上升进入不饱和土壤，接着在那里被SVE系统去除。空气注射也增加了地下水的溶解氧浓度，这样加强了地下需氧可降解化合物的生物降解。2 双相抽提Dual．PhaseExtraction，DP,E。DPE即从地下抽取污染蒸气，也抽取地下水，从而加强了污染物的去除。DPE从同一个孔道去除污染蒸汽和地下水。连接于孔道的真空泵从不饱和土壤中抽取污染蒸汽，同时携带污染的地下水，接着将地下水从蒸汽中分离出来，采用标准的地面水处理方法进行处理。在一个DPE井作用下的区域，地下水平面下降，从而使毛细管边缘和先前是饱和的土壤暴露于抽提真空中，使这些土壤比传统的SVE系统能取得更好的修复效果。3 直接挖掘Directionaldrilling。直接挖掘技术允许SVE在垂直挖掘技术不易接近的区域得以应用。按照污染区域的几何特征，直接挖掘可以增加单一抽提井或注射井的影响区域。直接挖掘通过在垂直井系统的孔道中减少空气短路也增强了SVE。4 气力和水力分裂Pneumaticand hydraulic fracturing。气力和水力增强技术通过造成缝隙或填沙裂缝增加了SVE在低渗透性土壤的效果。气力分裂将空气注射入低渗透性土壤中造成裂缝，这样来增加土壤的渗透性。水力分裂造成填沙缝隙，也加强了地下结构的可渗透性。这些增强能使SVE在低渗透性、沙泥质粘土结构中不加强土壤渗透性就不可能进行现场处理的土壤中得以应用。5 热增效Thermalenhancement。SVE热增效涉及许多不同的技术，目的在于将热传递到地下，从而[1 ]增加挥发性有机物VOCs和半挥发性有机物SVOC的蒸汽压，以便通过SVE加强它们的去除；[2 ]使土壤干燥，增加空气的渗透性。热增效技术包括热空气或蒸汽注射、电阻加热ER、射频加热RFH和热传导加热。场地地质条件、污染物性质和表面特征决定了哪种增效技术最有效。热处理可以提高一种污染物的蒸汽压，这样通过SVE使它更易于被去除。气力和水力分裂、直接挖掘和热处理可以提高低渗透性土壤的空气渗透。气力和水力分裂通过在压力下向土壤注射一种流体来增加渗透能力，而直接挖掘使用机械处理来提高土壤的渗透性。热处理使用热来干燥土壤和增加空气渗透能力。如果污染物存在于场地的饱和土壤中，以及常规的SVE受到在饱和土壤里从地下水中VOCs的蒸发速率影响，应该考虑空气注射和双相抽提。三、结束语欧美国家在土壤和地下水污染修复技术的研究已取得了较大的进展，我国对土壤污染防治也已经制定了相应的法规，1 9 9 9年国家环境保护总局颁布了工业企业土壤环境质量风险评价基准HJ／T 2 5．1 9 9 9 【6】，规定了土壤和地下水中有机污染物和元素污染风险评价基准，这对促进土壤和地下水污染防治具有重要意义，国内这一领域的研究也已经成为热点，因此，借鉴欧美发达国家土壤和地下水污染修复的先进技术和经验，对防治我国土壤和地下水污染具有重要意义。参考文献【1】BattelleMemorial Inst Applied Biotechnology for Site Remediation，March8 ,1 9 9 4．【2】U．S．EPA,Analysisof Selected Enhancements for Soil Vapor Extraction，EPA-5 4 2 -R-9 7 -0 0 7．【3】U．S．EPA，SoilVapor Extraction Technology Reference HandboolFebruary,1 9 9 1．【4】U．S．Army Corps of Engineering.Soil Vapor Extraction and Biov-entingEngineering Manual-Engineering and Design，November,1 9 9 5．【5】Battelle Memorial Inst．Air Sparing for Site Remediation，February 2 3，1 9 9 4【6】国家环境保护总局，工业企业土壤环境质量风险评价基准HJ/T2 5 -1 9 9 9 。