当前位置: 首页 >> 往期杂志>>  2020年目录>>  第1期 >> 正文
地下水有机物污染修复技术综述

丛丽娟

(苏州市宏宇环境科技股份有限公司,江苏苏州 215000

摘要结合国内外地下水修复研究现状,针对污染地下水修复,对抽提技术、空气扰动、生物曝气、可渗透反应屏障技术、原位氧化技术、自然衰减技术、原位化学冲洗技术、地下水循环井技术等进行了综述。并选择几种针对修复氯苯污染物的修复技术进行对比。

关键词地下水污染修复技术氯苯

Abstract: Based on the research status of groundwater remediation at home and abroad, for the pollution groundwater remediation, extraction technology, air disturbance, biological aeration, permeable reaction barrier technology, in-situ oxidation technology, natural attenuation technology, in-situ chemical washing technology, groundwater circulation Well technology was reviewed. Several remediation technologies for remediation of chlorobenzene pollutants were selected for comparison.

Keywords: groundwater; pollution; remediation technology; chlorobenzene

0前言

近几年,随着工业农业的迅速发展以及人民生活水平的不断提高,导致工业上三废不合理排放、农药化肥的过度使用、生活垃圾和生活污水的随意排放到水体中,使得我国大部分水体到不程度的污染。污染的水体会直接影响农作物的生长,人民的生活和健康便受到威胁。根据2015年中国环境状况公报显示:有机污染物超标的因子主要有四氯化碳、苯、氯仿、1,2-二氯乙烷、三氯乙烯、1,1,2-三氯乙烷、1,2-二氯丙烷、苯并芘。地下水有机污染的主要来源有:石油的开采及泄露农药化肥的使用企业对有机废弃物的随意堆弃和排放。然而现在人民对地下水资源的重视程度还远远不足,美国及欧洲的地下水中有机物污染相当严重,已经检测出超过100种有机物。我国地下水也存在不同程度的污染,1985年北京市地下水中检测出的有机物超过50种。该综述针对目前地下水有机污染治理的物理、化学、生物和联合修复技术,旨在为建立完善的土壤修复技术体系提供参考。

1修复技术介绍

1)抽提技术:是早期最常见的地下水有机污染异位修复技术,该技术在去除污染源、控制污染羽及降低水相污染物浓度,效果显著。但是该技术在处理后期易出现污染物浓度拖尾与反弹效应,修复时间长。

2)空气扰动技术:对挥发性强的有机污染物具有较好的处理效果。该技术的主要原理为:将洁净空气注入到地下含水层中,通过水相间介质,有机物挥发进入气相中并向上迁移到包气带中,通过在包气带中添加抽提技术,从而将有机污染物去除。此种方法受场地的限制,在非均质场地或存在气体横向流动的影响,从而难以达到理想的修复效果。

3)生物曝气技术:该技术的操作技术原理与空气扰动原理一致,但生物曝气技术是通过提高含水层中溶解氧含量,强化土层中微生物降解作用,此技术曝气量需求较小,才满足微生物对氧气的最佳需求生物曝气技术受环境影响较大,修复时间长。

4)可渗透反应屏障技术:该技术是在地下水污染羽流动路径上,设置填充可以与污染物反应的活性物质的反应墙体,当污染物通过该墙体时,与活性物质发生一系列的反应,从而去除有机物。该技术的弊端是填充的活性物质失活以及堵塞,使得该技术成本较高;并且需要长期在线监测。

5)原位化学氧化技术:该技术原理是将硫酸盐、芬顿试剂、臭氧以及高锰酸盐等氧化剂大量注入到地下水中,氧化有机物优点是反应迅速,操作简单;缺点是修复成本高且易破坏原生结构。

6)自然衰减:该技术受污染物自身理化性质以及场地生物条件等影响,适用于低浓度、低毒性的污染场地。优点是对环境的干扰很小,工程简单,所需成本较低。缺点是需要长期监测,修复时间长。

7)原位化学冲洗技术:该技术原理是将表面活性剂注入地下水中,将吸附在介质上的污染物再次进入到水相中,然后通过抽提井抽出,在地表经过化学等方法进行处理后,在注回含水层中。

8)地下水循环井:该技术通过在井内曝气,使得地下水循环,将地下水中挥发性或半挥发性污染物通进入内井,通过曝气吹脱去除;地下水垂向循环,加快对含水层介质的扰动,利于有机物解析;通过曝气将氧气注入在气水间相互转化,提高水质中溶解氧含量,加大原位生物降解。优点是不需要在地表设置处理技术,全部在地下进行,节省成本。

2修复技术对比

氯苯是一种重要的化工原料和农药中间体,在制造工业、材料合成、染料工业、农药、医药等行业中都有广泛的用途,可通过挥发或者作为农药的降解产物进入环境具有较强的毒性,被美国环保局列为优先控制污染物。氯苯是最简单的氯代芳烃,于十九世纪初首次合成。英国公司United Alkali公司在1909年开始工业生产,并在第一次世界大战时用来生产军用炸药。1940年后大量的氯苯用于生产DDT,后因DDT作为杀虫剂引起了一系列的生态问题,氯苯在这方面的用途受到了严格的限制。目前氯苯主要用来生产2,4-二硝基氯苯,二苯醚,对、邻硝基氯苯;另外还用作溶剂和农药及染料的合成。

1地下水循环井[1]设置4个循环井、9个监测井修复200*160m场地含水层介质中砂氯苯最高浓度为227.28mg/L);采用空气压缩机进行24小时连续曝气曝气压力控制在200KPa(2个大气压强)。通过运行不同天数发现:连续运行7d,修复结果为监测井中氯苯最高去除率为55.4%最低为26.8%;连续运行14d,修复结果为监测井中氯苯去除率为56.4~80.1%;连续运行28d,修复结果为监测井中氯苯去除率为95.9%~97.5%;连续运行时间越久,氯苯去除率越高。但该技术存在的缺点为虽然可以迅速将高浓度降低到低浓度,但无法将浓度降为标准值以下,后期可以联用其他修复技术将风险值降低到可接受范围。

2)空气扰动[2]实验装置为一维砂柱100*7.3),填装高度90 cm(七种不同粒径的砂土),从其侧面开取样口;氯苯的初始浓度为300 mg/L;从底部吹入空气进行曝气(连续曝气、曝气周期为120 min(曝气60 min,停止60 min)360 min周期),曝气流量0.15 m3/h;此外该实验还选用苯和氯苯去探究单一污染物和共存污染物的影响。实验结果为1)渗透系数对AS修复效果影响较大,介质渗透性越强,去除效率越高,且对渗透系数为10-5 m/s数量级及其以下的介质运行较为困难。2)曝气时间相同的情况下,对于渗透系数为5.1×10-4m/s的中砂,脉冲曝气较连续曝气效果好,最好的脉冲曝气方式是120min周期;对于渗透系数为6.2×10-3m/s的粗砂,2种曝气方式效果相仿:原因是脉冲曝气可以使气流在介质中形成新的孔道,使以前距离气流孔道较远的污染物直接与孔道接触,提高了去除率[3];而对于粗砂来说,由于连续曝气在其中形成的空气饱和度已很高,孔道网非常密集,污染物在介质中的扩散距离很短。因此,脉冲曝气没有必要。3)在单一污染物溶液中苯较氯苯去除效果好这主要是由于苯具有较高的蒸汽压。而在苯和氯苯共存时各物质的去除效果均比其在单一溶液中去除效果好,原因可能是二者在去除过程中存在协同作用。4AS对残余相污染物的去除存在着明显的拖尾效应,一旦曝气停止,残留在介质孔隙中的污染物又重新作为污染源向地下水中释放污染物。

3)热活化过硫酸盐[4]过硫酸盐包括过一硫酸盐(peroxymonosulfate or oxone )和过二硫酸盐(peroxydisulfate or persulfate),一般应用中所使用的均为后者。过硫酸盐自身在水溶液中十分稳定,但是在活化作用如过渡金属、热、紫外光、活性炭等存在时,便会生成硫酸根自由基。SOI氧化还原电位高达2.6mV,对于绝大多数有机污染物都可氧化[5]。常用的过硫酸盐主要有三种:过硫酸钠、过硫酸铵和过硫酸钾。过硫酸钠在水中的溶解度高达73g/100g(25),且价格相对较低,因此应用最为广泛。过硫酸盐显示出其无与伦比的优势:氧化性强,稳定性高,影响半径广。

该实验研究了活化温度、过硫酸钠投加量、氯苯初始浓度、初始pH对氯苯的去除影响。研究结果显示:1)温度的升高对氯苯降解率的提升十分显著。温度升高到50℃,5h后降解率达到99.85%2)过硫酸盐在50℃时的最佳投加量为氯苯的60倍摩尔量3)体系pH会降低加入碱性物质会提高过硫酸盐氧化效率4)在实际修复案例中,因为存在各方面的限制因素,采用提高加热温度的优化方式能够显著提高过硫酸盐的利用率且缩短反应时间;5)在实际修复案例中,先加入碱性物质进行pH的预条件,使得修复过后的场地接近中性条件

3结论

三种技术的对比发现空气扰动技术在砂土中应用较好但曝气停止污染物质便又被重新释放到土壤中;针对不同污染场地,可以适当选择不同修复技术,也可以选择三种技术的联用,可以更有效率的修复氯苯污染场地。

针对于地下水循环的研究,国内已经进行大量研究。地下水资源是水资源的重要组成部分,我国地下水污染已经非常严重,若能对地下水的污染展开控制和修复工作,这会对地下水资源的可持续利用有着重要意义。因地下水污染污染的复杂性,需针对不同水文条件、污染情况进行不同修复技术的选择,以便于更科学、更合理的进行控制和修复。

参考文献:

[1] 屈智慧.循环井技术修复地下水氯苯污染的效果研究[J].化学工程师.2016;25411:29-32.

   [2] 秦传玉, 赵勇胜, 李雨松, 郑苇.空气扰动技术修复氯苯污染地下水的影响因素研究[J]. 水文地质工程地质.20096):99-103.

[3] Kirtland BC, Aelion CM.Petroleum mass removal from low permeability sediment using air sparging soil vapor extraction impact of continuous or pulsed operation[J]. Journal of contaminant hydrology,2000,41(34):367-383.

[4] 刘小宁.利用热活化过硫酸盐修复氯苯污染地下水的研究[D]. 华东理工大学.2013

[5] Flanagan J, Griffith W P, Skapski A C. The active principle of caro's acid, HSO5-:k-ray crystal structure of KHSO5·H2O[J]. Journal of the Chemical Society. Chemical Communications, 1984, 23: 1574-1579.

 

 

 

| 杂志简介 | 投稿指南 | 版权信息 | 往期杂志 | 栏目设置 | 在线投稿 | 联系我们 | 最新论文 |
本网站版权归内蒙古科技杂志社所有 地 址:内蒙古呼和浩特新城西街 149 号 电0471-2521943