張勁松?朱遠(yuǎn)超?趙子旼

根據(jù)《2016年中國環(huán)境狀況公報(bào)》，全國225個(gè)地級及以上城市的地下水水質(zhì)監(jiān)測報(bào)告顯示，超過60%的城市地下水污染較嚴(yán)重，其中較差比例為45.4%，極差比例為14.7%，大多數(shù)的城市地下水水質(zhì)不斷惡化。地下水污染問題帶來的環(huán)境影響日益顯著，加強(qiáng)對地下水修復(fù)技術(shù)的工程研究及應(yīng)用顯得尤為重要。

目前，針對存量垃圾填埋場的地下水修復(fù)，主要有原位化學(xué)氧化技術(shù)、抽出處理、生物修復(fù)技術(shù)和可滲透性反應(yīng)墻技術(shù)等。原位化學(xué)氧化技術(shù)是美國超級基金制度推薦的一種常用修復(fù)技術(shù)，在國外治理工程中應(yīng)用較多，常用來修復(fù)被油類、有機(jī)溶劑、多氯聯(lián)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。通常這些污染物在地下環(huán)境中長期存在，很難被生物降解。原位化學(xué)氧化技術(shù)所需周期短、見效快且效果好；而且該修復(fù)技術(shù)對場地的破壞小，可同時(shí)修復(fù)深層污染的土壤和地下水，對污染物種類和濃度不敏感，可以有效地處理土壤及地下水中多種類型的有機(jī)污染物；對環(huán)境的二次風(fēng)險(xiǎn)較低。

本文通過現(xiàn)場試驗(yàn)獲取工程應(yīng)用參數(shù)，并在工程中成功應(yīng)用，為我國存量垃圾填埋場采用原位化學(xué)氧化技術(shù)修復(fù)地下水提供工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

一、場地概況

修復(fù)場地原為某市存量垃圾填埋場，擬開發(fā)為居住用地，經(jīng)場地調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評估，場地內(nèi)土壤與地下水均需要修復(fù)，其中土壤修復(fù)面積18 572.8 m2、修復(fù)體量45 979.3 m3，地下水修復(fù)面積24 450 m2、修復(fù)體量為33 423.7 m3；土壤的目標(biāo)污染物為：TPH（（一）場地水文地質(zhì)條件

1．地層分布條件

場地現(xiàn)狀地面（地面標(biāo)高27.92～30.18 m）以下12 m左右深度（修復(fù)深度）范圍內(nèi)的第四系松散沉積物以砂質(zhì)粉土、粉砂為主，局部分布有粉質(zhì)黏土、黏土；砂類土層中可賦存地下水。場地地層分布條件見圖1。

2．地下水分布條件

場地地面以下12 m深度（修復(fù)深度）范圍內(nèi)分布1層水，地下水類型為潛水，潛水現(xiàn)狀水位標(biāo)高在25.99～27.31 m；圖2為利用2018年10月場地內(nèi)的地下水水位監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制的場地第1層地下水——潛水水位標(biāo)高等值線圖；場地內(nèi)第1層地下水——潛水的總體流向?yàn)樽晕飨驏|，其水力坡度為7.6‰。

（二）地下水污染特征與修復(fù)目標(biāo)值

修復(fù)場地土壤與地下水中的污染物主要分布在場地內(nèi)的油罐區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、石料堆附近，土壤與地下水中特征污染物的最高濃度及其修復(fù)目標(biāo)值見表1。

二、現(xiàn)場試驗(yàn)

根據(jù)室內(nèi)氧化劑篩選及配比試驗(yàn)結(jié)果，選擇雙氧水為氧化劑進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，結(jié)合修復(fù)深度范圍內(nèi)的地層分布條件，試驗(yàn)按照非飽和層（4 m深度）、飽和層（10 m深度）兩大層設(shè)計(jì)。

（一）試驗(yàn)方案

1．4 m深度氧化劑注入試驗(yàn)方案

根據(jù)現(xiàn)場已布井位條件，選擇M15-2作為注入井，根據(jù)場地調(diào)查報(bào)告的粉土滲透系數(shù)K=0.3 m/d，計(jì)算注水量約為0.3 m3/h（根據(jù)實(shí)際出水量調(diào)整注水量）；注入壓力根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)調(diào)整，以6 KPa為下限，逐步加大。雙氧水飽和溶液持續(xù)注入1小時(shí)，并在其注入開始時(shí)對周邊井位進(jìn)行ORP等數(shù)據(jù)參數(shù)監(jiān)測。注入井與監(jiān)測井的平面布置見圖3，監(jiān)測項(xiàng)目詳見表2。

2．10 m深度氧化劑注入試驗(yàn)方案

根據(jù)現(xiàn)場已布井位條件，選擇TZ4作為注入井，根據(jù)場地調(diào)查報(bào)告的粉土滲透系數(shù)K=0.3 m/d，計(jì)算注水量約為0.3 m3/h（根據(jù)實(shí)際出水量調(diào)整注水量）；注入壓力根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)調(diào)整，以6 KPa為下限，逐步加大。雙氧水飽和溶液持續(xù)注入4小時(shí)，并在其注入開始時(shí)對周邊井位進(jìn)行ORP等數(shù)據(jù)參數(shù)監(jiān)測。注入井與監(jiān)測井的平面布置見圖4，監(jiān)測項(xiàng)目與4 m深度氧化劑注入試驗(yàn)方案相同，詳見表2。

（二）試驗(yàn)結(jié)果分析

1．4 m深度氧化劑注入試驗(yàn)結(jié)果分析

4 m深度氧化劑注入井氧化劑注入試驗(yàn)過程中，氧化劑的注入量為1.4 m3，注入壓力為0.005 MPa，注入時(shí)間為80 min，注入過程中監(jiān)測井中ORP變化見圖5。

由圖5可知，4 m氧化劑注入試驗(yàn)的影響范圍可達(dá)6 m，從氧化劑的有效性角度考慮，建議4 m氧化劑注入試驗(yàn)的有效影響半徑為2 m。

2．10 m深度氧化劑注入試驗(yàn)結(jié)果分析

10 m深度氧化劑注入井氧化劑注入試驗(yàn)過程中，氧化劑的注入量為1.62 m3，注入壓力為0.025 MPa，注入時(shí)間為90 min，監(jiān)測井中ORP變化見圖6、圖7。

由圖6、圖7可知，氧化劑擴(kuò)散最遠(yuǎn)距離達(dá)6 m以上，氧化劑擴(kuò)散能力整體上沿地下水流向方向優(yōu)于垂直于地下水流向方向。從距離氧化劑注入井不同間距的監(jiān)測井中ORP濃度變化情況分析，10 m深度氧化劑注入井的有效影響半徑為4 m。

三、工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與修復(fù)效果

（一）工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)考慮到工程項(xiàng)目修復(fù)時(shí)間的要求等，4 m深度范圍內(nèi)的氧化劑注入井井間距按3 m設(shè)計(jì)，10 m深度范圍內(nèi)的氧化劑注入井間距按6 m設(shè)計(jì)，輔助于多相抽提系統(tǒng)加速氧化劑擴(kuò)散。氧化劑注入井的數(shù)量按式（1）計(jì)算，并根據(jù)修復(fù)范圍的平面位置進(jìn)行調(diào)整。

式中：n為所需氧化劑注入井的數(shù)量，眼；S為修復(fù)面積，m2；r為井間距的二分之一。

設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表3、表4。

（二）修復(fù)效果

經(jīng)過8個(gè)月對地下水連續(xù)監(jiān)測，累計(jì)采集地下水樣品9個(gè)批次，共計(jì)704件地下水樣品，地下水中修復(fù)目標(biāo)污染物均低于修復(fù)目標(biāo)值，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。以苯酚為例，其濃度隨監(jiān)測時(shí)間的變化情況見圖8。

針對修復(fù)區(qū)域內(nèi)不同深度的土壤總計(jì)采集分析了 485個(gè)土壤樣品（不含82個(gè)現(xiàn)場平行樣品），逐一與修復(fù)效果評估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，所有土壤樣品中目標(biāo)污染物殘余濃度均低于相應(yīng)的評估標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)論

（1）原位化學(xué)氧化技術(shù)是一項(xiàng)修復(fù)效率高的原位修復(fù)技術(shù)，對污染物種類和濃度不敏感，可修復(fù)苯、石油烴、2-甲基萘、屈、苯并（k）熒蒽、二苯并呋喃、苯并（a）芘、苯并（a）蒽、苯并（b）熒蒽、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）影響氧化劑注入有效半徑大小的因素除了環(huán)境介質(zhì)本身的巖性外，還有氧化劑的特性、輸送方法及注射壓力等。有效半徑隨巖性的不同變化很大，現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，選用雙氧水做氧化劑的條件下，可以從黏質(zhì)粉土層的2 m變化到砂質(zhì)粉土層的4 m。

（3）針對巖性變化較大的地層，可以分層注入。

（4）為了加速氧化劑的擴(kuò)散、提高修復(fù)效率，可聯(lián)合多相抽提技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]姜建軍．中國地下水污染現(xiàn)狀與防治對策[J]．環(huán)境保護(hù)，2007，（19）：16-17.

[2]薛禹群，張幼寬．地下水污染防治在我國水體污染控制與治理中的雙重意義[J]．環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（3）：474-481.

[3]Phillips D． H，Van Nooten T，Bastiaens L，et al．Ten year performance evaluation of a field -scale zero -valent iron permeable reactive barrier installed to remediate trichloroethene contaminated groundwater[J]．Environmental Science&Technology，2010，44（10）：3861-3869．

[4]趙丹，廖曉勇，閻秀蘭，等．不同化學(xué)氧化劑對焦化污染場地多環(huán)芳烴的修復(fù)效果[J].環(huán)境科學(xué)，2011，32（3）：857-863.

[5]李夢姣，劉菲，陳鴻漢，等．菱鐵礦催化過氧化氫-過硫酸鈉修復(fù)地下水中 1，2-二氯乙烷污染[J]．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2014，8（4）：1434-1438.

[6]Krembs F.J. Critical Analysis of the FieldScale Application of In Situ Chemical Oxidation For the Remediation of Contaminated Groundwater [D]．USA： Colorado School of Mines Department of Environmental Science and Engineering，Golden，CO.2008．

[7]Simpkin T J，Palaia T，Petri B G，et al．Oxidant delivery approaches and contingency planning [M]．Siegrist R L，Crimi M，Simpkin T J．In Situ Chemical Oxidation for Groundwater Remediation．Springer Science Business Media，2011：449-480．

（責(zé)任編輯：張秋辰）