化工園區(qū)土壤修復(fù)技術(shù)及改良案例

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:一、城市工業(yè)污染場地土壤修復(fù)及案例

對城市工業(yè)遺留的污染場地，因其特殊位置和土地再開發(fā)利用的需求，需要快速、高效的物化修復(fù)技術(shù)和設(shè)備。土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上依賴于修復(fù)設(shè)備和檢測設(shè)備的支撐，設(shè)備化的修復(fù)技術(shù)是土壤修復(fù)走向市場化和產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。開發(fā)與應(yīng)用基于設(shè)備化的場地污染土壤的快速修復(fù)技術(shù)是發(fā)展趨勢。

1.1美國超級基金法

土壤中有機污染物的來源包括工業(yè)泄露和溢出，石油庫和化學(xué)品庫泄露，農(nóng)藥濫用，清潔劑、油、防凍液隨意處置，生活垃圾不當(dāng)處置，垃圾填埋場和垃圾堆場等。美國有機污染土壤修復(fù)工作開展較早，目前已有大量成功的修復(fù)案例。

美國自 20 世紀(jì) 80 年代起建立了土壤修復(fù)超級基金制度，截止 2010 年，已累計清理有害土壤、廢棄物和沉淀物 1億多 m 3 ，涉及有機污染物的場地超過總場地的 60%。今介紹美國超級基金污染場地修復(fù)的四個典型案例，以期為有機污染土壤修復(fù)工作提供借鑒。

1. 2 土壤氣相抽提項目——落基山兵工廠 18 單元污染修復(fù)工程

落基山兵工廠是美國的一個化學(xué)武器制造中心，位于科羅拉多州的科默斯市。這一兵工廠由美國陸軍于 20 世紀(jì)末設(shè)立，生產(chǎn)常規(guī)兵器和化學(xué)兵器。1984 年，美國陸軍對落基山兵工廠的污染情況進行了詳細調(diào)查，發(fā)現(xiàn)場地內(nèi)存在多種污染物，包括有機氯農(nóng)藥、有機磷農(nóng)藥、氨基甲酸酯類殺蟲劑、有機溶劑、氯化苯、重金屬等。

1991 年，在落基山兵工廠超級基金污染場地的18 號單元進行了土壤氣相抽提處理。這一區(qū)域在過去主要用以清洗維修設(shè)備和車輛，并儲存柴油、汽油和各種石油產(chǎn)品。在這一區(qū)域的土壤和地下水中發(fā)現(xiàn)了大量的 VOCs，其中大多為三氯乙烯，其在土壤蒸汽中的體積濃度高達 65 × 10－6 。這些 VOCs 主要來自于清洗過程中使用的含氯溶劑。SVE 系統(tǒng)安裝在了土壤蒸汽中三氯乙烯濃度最高的區(qū)域。

圖1SVE 系統(tǒng)的工藝流程

該 SVE 系統(tǒng)包括一個較淺的氣相抽提井和一個較深的氣相抽提井。淺井位于黏土層以上，地下13 ～28 尺;深井位于黏土層以下，地下 43 ～ 58 尺。設(shè)立兩個抽提井是為了研究黏土層對 VOCs 移除的影響。在氣相抽提井周邊圍繞著 4 個蒸汽監(jiān)測井，用于評估SVE 系統(tǒng)的性能。蒸汽從氣相抽提井中抽提出之后，進入氣液分離罐中分離掉其中的凝結(jié)水，隨后進入沉淀過濾器和再生鼓風(fēng)機。鼓風(fēng)機排出的煙氣通過兩組串聯(lián)的顆?；钚蕴肯到y(tǒng)進行處理，每組活性炭處理單元中有三個裝有顆粒活性炭的容器。一級活性炭處理單元可以去除掉氣體中 90% 的三氯乙烯，二級活性炭處理單位則用于處理殘余的三氯乙烯。圖 1為該 SVE 系統(tǒng)的工藝流程。

該系統(tǒng)的運營過程從 1991 年 7 月持續(xù)到 12 月，總共處理了約 70 磅的三氯乙烯，總處理土方量約為26 000 m 3 。SVE 系統(tǒng)處理后的三氯乙烯的體積濃度小于 1 ×10－6 。整個 SVE 系統(tǒng)的籌備、建立和運行費用為 182 800 美元。

1.3 熱解吸修復(fù)項目——沃林頓乳膠廠環(huán)境修復(fù)工程

沃林頓乳膠廠位于美國新澤西州卑爾根縣的居?。I(yè)混合區(qū)，面積為 9. 67 英畝。從 1951 年至 1983 年，該廠生產(chǎn)天然和合成橡膠產(chǎn)品以及化學(xué)粘合劑。生產(chǎn)過程中使用了大量的有機溶劑，包括揮發(fā)性有機物(VOCs)，如丙酮、庚烷、正己烷、甲乙酮、二氯甲烷，以及多氯聯(lián)苯(PCBs)。

1989 年3 月，沃林頓乳膠廠場址被添加到超級基金優(yōu)先修復(fù)場地名單中，1988 年9 月至1992 年 6 月這一場地進行了修復(fù)調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示:場地中的污染土方量為24 500 m 3 ，排水渠中的污染土和污泥量為1 2 9 2 060 m 3 。PCBs 最高含量為4 000 mg/kg，半揮發(fā)有機物為雙黃原酸乙基酯鄰苯二甲酸鹽(BEHP)、3，3’-二氯聯(lián)苯胺和 PAHs，重金屬污染物為銻和砷。

圖2 熱解吸系統(tǒng)的工藝流程

1999 年 3 月，該場地開始使用熱解吸法清除土壤中的有機污染物。系統(tǒng)熱解吸單元是一個三重殼回轉(zhuǎn)窯，圖 2 為這一系統(tǒng)的工藝流程。該系統(tǒng)每天大約處理 225 噸土壤，土壤出口溫度為482℃。在污染土壤進入到回轉(zhuǎn)窯之前，首先要對其進行篩濾，將直徑大于兩英寸的雜質(zhì)篩除。處理后的土壤進行壓實之后回填到挖掘區(qū)域。

煙氣使用洗滌器、文丘里管、噴霧塔依次進行處理，隨后進入到顆?；钚蕴窟^濾單元和高效空氣微粒過濾器中進行清潔。處理后的煙氣再次回收進入爐膛。洗滌用水通過澄清池和壓濾機分離掉油和固體殘渣，隨后使用活性炭吸附掉污染物，清潔水用于進行清潔土壤的調(diào)理。壓濾器中的濾餅在場外的危險廢物填埋場地進行填埋。

這一項目一直實施到 2000 年 6 月，共修復(fù)41 045 m 3 有機污染土壤，修復(fù)費用總計 15 700 000美元，平均每立方米土壤花費 382 美元，其中有機污染物的處理效果見表 2。

表2 熱解吸系統(tǒng)處理效果

1. 4 土壤淋洗項目——勒瓊營88號地塊土壤含水層修復(fù)項目

海軍陸戰(zhàn)隊勒瓊營位于美國北卡羅來納州，是美國海軍陸戰(zhàn)隊一所規(guī)模龐大的訓(xùn)練和調(diào)度基地。這一基地建于1942年，面積為640km2 。1989 年，美國環(huán)保署將這一場地添加到國家優(yōu)先修復(fù)場地名單中。勒瓊營場地中的土壤、污泥、地下水和地表水中都含有大量污染物，威脅著該區(qū)域居民的健康。場地中的污染物包括 VOCs、重金屬、農(nóng)藥、PAHs 和 PCBs。從 1994 年起，美國海軍開始對勒瓊營地塊進行修復(fù)，直到現(xiàn)在修復(fù)工程仍在繼續(xù)。

1999年4－8月，在勒瓊營的88號地塊設(shè)立了表面活性劑加強的原位土壤淋洗系統(tǒng)，進行土壤含水層修復(fù)示范項目。88 號地塊受到四氯乙烯和烴類溶劑的污染。四氯乙烯屬于重質(zhì)非水相液體，主要位于88 號地塊深度大約為16～20英尺的土壤淺層含水層中，其中大部分的重質(zhì)非水相液體污染物位于淺層含水層底部低透水性的淤泥層中。烴類溶劑屬于輕質(zhì)非水相液體，位于淺層含水層的上部。在本項目中，目標(biāo)污染物為四氯乙烯，但也有少部分的烴類溶劑在處理過程中被附帶脫除。

在勒瓊營88號地塊示范工程中，設(shè)立了原位土壤淋洗系統(tǒng)(圖 3)進行重質(zhì)非水相液體污染物的去除，同時設(shè)立表面活性劑回收系統(tǒng)進行表面活性劑的回收利用。土壤淋洗系統(tǒng)包括 3 個注射井、6 個提取井和 2 個液壓控制井。系統(tǒng)中使用的表面活性劑(Alfoterra 145-4PO sulfate TM )是專門為勒瓊營 88 號地塊示范工程設(shè)計的。這一表面活性劑滿足兩個要求:首先能夠盡可能溶解重質(zhì)非水相液體，其次可以保證表面活性劑回收過程的性能。攜帶污染物的表面活性劑液流在地上部分進行處理，處理單元包括一個滲透蒸發(fā)系統(tǒng)和一個超濾單元。滲透蒸發(fā)系統(tǒng)用于移除液流中的污染物，膠束強化超濾單元用于去除過量的水分。經(jīng)過回收凈化的表面活性劑液流再次投入到注射井。

圖3 土壤淋洗系統(tǒng)的工藝流程

88 號地塊的面積大約為 11 m × 29 m，在 4 個月的處理周期中，該示范工程總共處理了 288 L 四氯乙烯，總花費 3 074 500 美元。

1. 5 微生物修復(fù)項目———法國有限公司污染場地修復(fù)工程

法國有限公司污染場地位于美國德克薩斯州的克羅斯比，面積為22. 5 英畝。這一場地在1966 －1971 年是一個工業(yè)廢物處置中心，每年大約有7×107加侖(265 000 m 3 )的石油化學(xué)廢棄物傾倒在一個7. 3 英畝，沒有防滲層的鹽水湖中。傾倒的垃圾包括 罐底、酸洗用酸、精煉廠和石油化工廠的不合格產(chǎn)品。1983年成立法國有限公司任務(wù)團隊，來領(lǐng)導(dǎo)進行這一場地的修復(fù)，主要修復(fù)目標(biāo)為湖底的焦油狀污泥和底層土。場地中的主要污染物有苯并［a］芘、氯乙烯和苯、此外還有砷和 PCBs。污染物濃度高達400～5 000 mg/kg。

該項目選用了原位懸浮床生物修復(fù)技術(shù)，系統(tǒng)中主要包括一個MixFlo曝氣系統(tǒng)，一個液態(tài)氧供應(yīng)系統(tǒng)，一個化學(xué)物料供料系統(tǒng)，挖泥和混合設(shè)備。該系統(tǒng)中包括兩個周圍安裝了板樁墻的處理單元，每個處理單元可以處理1. 7×107加侖(64 000 m 3 )的污染土壤。其中Mixflo曝氣系統(tǒng)通過使用純氧和一系列的噴射器來氧化混合料液，因此可以減少處理過程中空氣的排量，并將系統(tǒng)中溶解氧的濃度維持在 2 mg/L。圖4為這一系統(tǒng)的工藝流程。

圖4 懸浮床生物修復(fù)系統(tǒng)的工藝流程

該系統(tǒng)在清理完土壤和污泥后，使用反滲透系統(tǒng)來處理鹽水湖中的表層水。這一工程大約處理了150 000 m 3 的表層水，處理后的表層水排入辛拓河中。當(dāng)鹽水湖完成脫水后，回填入清潔的土壤。殘余固體與卵石石灰以 5∶ 1的比例混合進行穩(wěn)定化處理。隨后，在場地上種植草坪和原生植被。這項工程從1992 年1月進行到 1993 年 11 月，修復(fù)了大約30 萬噸的污染土壤和污泥，修復(fù)后污染物的濃度為7～43 mg/kg。工程總共花費為 49 000 000 美元，其中處理相關(guān)的費用為 26 900 000 美元。

二、持久性有機污染物及經(jīng)典案例分析

1962年Rachel Carson 發(fā)表了《寂靜的春天》一書，在書中她描寫了由于農(nóng)藥的使用使得鳥類種群大量下降的細節(jié)，這一發(fā)現(xiàn)為人類使用有機化學(xué)品敲響了警鐘，人們逐漸意識到持久性污染物（Persistent Organic Pollutants，簡稱POPs）對環(huán)境可能造成的嚴重污染及對生物體造成的極大危害。