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技术交流石化污染场地地下水修复治理挑 [复制链接]

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「本文来源:全国能源信息平台」

石化污染场地地下水修复治理挑战与对策

任黎明,秦冰,桑*强,杨宇宁,杨春鹏,王若瑜

中国石化石油化工科学研究院

摘要∶

实现污染场地安全高效修复是石化行业发展急需探讨和解决的关键问题。从特征污染物特点、水文地质条件、修复环境效应3个方面分析石化污染场地修复面临的挑战,预测未来石化污染场地地下水修复技术,并提出按照污染程度进行分区修复治理的对策。分析表明,石化污染场地中非水相污染物(NAPL)的疏水性、复合污染物的迁移特征差异、地层的非均质性、地表水-地下水的频繁交互加大了污染精准定位和原位治理修复的难度。研制具有较好迁移性能的高传质,缓释长效修复材料,研发低渗透污染驱替,快速释放的非均质念水层的高效修复技术是未来石化污染场地地下水修复突破的关键。依据污染程度分区修复治理,筛选并集成多技术耦合的原位修复技术,可有效提高石化污染场地修复效果,确保石化场地的安全利用。

当前,生态文明建设成为国家战略,土壤和地下水污染防治日益受到重视。年以来,《全国地下水污染防治规划(—年)》、《水污染防治行动计划》(水十条)、《土壤污染防治行动计划》(土十条)、《土壤污染防治法》和《地下水污染防治实施方案》等*策文件、法规、技术指南相继出台,为地下水环境保护提出明确要求。石化产业是国民经济的重要支柱,同时也是环保重点监管行业。针对石化场地可能存在的土壤和地下水污染,如何高效修复治理,实现产业绿色发展,是我国石化行业发展急需探讨和解决的关键问题。

本课题基于对石化场地地下水修复面临的问题和挑战的分析,进行石化场地修复技术的发展趋势预测,进而采用高风险修复-低风险管控的分区修复治理思路,提出多技术耦合的石化场地地下水污染修复治理对策,以期为石化企业地下水污染防治提供理论和技术支持。

1石化场地地下水修复面临的挑战

石化企业数量多、布局散且多依山傍水,区域地貌地质复杂多样,含水层渗透性差异大,地表水-地下水频繁交互,有机污染复合多源,场地污染特征及机制不清。同时,地下水污染是一个长期的和蓄积的过程,具有复杂性、隐蔽性、不可逆转性的特点,地下水一旦受到污染,恢复治理难度大,即使彻底消除污染源,也需十几年甚至几十年才能恢复。目前,有关我国石化场地修复治理技术的试验研究多,应用实践较少,且多以单一异位治理技术为主,尤其是针对在役企业的原位修复治理技术十分罕见。

1.1特征污染物

石化场地涉及的特征污染物有石油烃(TPH)、苯系物(BTEX)、多环芳烃(PAHs)、甲基叔丁基醚(MTBE)、氯代烃等非水相液体污染物(NAPL),重金属以及它们的复合污染物等。下面根据非水相液体污染物、重金属及复合污染物的特点阐述石化场地地下水修复难点。

1.1.1NAPL

NAPL与地下水不相混溶,大部分以非溶解相存在。由于受极性影响;亲水性修复试剂很难溶入到憎水性NAPL的内部反应;另外NAPL溶解度通常较低,反应传质效率受到严重限制,导致修复效率较低。根据其密度相对于水密度的大小关系,将NAPL分为轻质非水相液体(LNAPL)和重质非水相液体(DNAPL)两类。其中,LNAPL的密度比水小,如TPH、BTEX等;DNAPL的密度比水大,如氯代烃溶剂、多氯联苯(PCBs)、硝基苯等。DNAPL和LNAPL污染含水层的示意见图1。

LNAPL污染物具有密度小、不混溶于水的特点,且往往具有挥发性【在泄漏初始阶段,LNAPL在重力作用下向下移动,同时在毛细压力影响下,部分LNAPL将在非饱和带中侧向运移。少量的LNAPL泄露会相对固定地残留在土壤孔隙之中,而大量的LNAPL泄露更可能在土壤中留下固定残留之后,继续一直垂向运移直到水面。LNAPL一旦到达地下水,会先聚集并随地下水流动径向迁移扩散,形成污染羽,在地下形成气-LNAPL水三相体系,增加了对污染场地评估的难度,进而增大有效修复难度。此外,LNAPL的污染物质本身可以形成一个长期污染源,对邻近的土壤、土壤气体和地下水造成二次污染。

DNAPL,因具有以下特点而导致污染修复治理难度加大∶

①密度大于水,因此重力作用是其进入土壤和地下水的主要动力,其污染范围不受地下水流向限制;

②黏滞性低(20C动力黏度小于1mPa·s),易于向地表以下移动∶

③界面张力低,因而容易渗入极小孔隙或贯穿黏土质;

④溶解度低,使其缓慢且持续地释放而扩大污染面积;

⑤生物降解性低,使之在土壤及地下水中污染时间持久。

此外,如果弱渗透性地层出现一定的坡度,也可以发生DNAPL的侧向移动(与地下水主流向相反),从而可以在距离原始释放源一定距离的地方形成第二个DNAPL源。

NAPL.污染与其物化性质、泄漏量、泄露时间长短、污染面积、含水层水文地质变化与地下水流场变化等因素相关口.,进一步加大了污染精准定位和修复技术高效应用的难度。

1.1.2重金属

重金属污染与有机污染不同,它不能通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化,使有害性降低或解除。重金属具有溶解性大、迁移性强及*性大等特点,易造成大范围场地污染扩散。重金属具有富集性,很难在环境中降解,仅仅只能固化、稳定化,因而易堵塞土壤含水层,使土壤中的流场改变。

1.1.3复合污染物

场地污染调查结果表明,环境中的污染物很少单独存在,各种污染物同时或先后进入同一环境中并相互影响。复合污染是指生态系统中多种化学污染物同时存在,且各污染物之间发生相互作用或反应,从而影响它们在环境中的各种行为及*性的污染现象。

场地复合污染一般包括∶有机物-有机物复合污染、重金属-重金属复合污染、重金属-有机物复合污染。其中,有机物-有机物复合污染(如DNAPL和LNAPL)是石化污染场地地下水最为常见的复合污染类型。在前期场地调查中发现,多个场地同时存在苯系物和氯代烃污染,其中苯系物是典型LNAPLs组分,而氯代烃是典型的DNAPLs组分。二者不同的迁移特性导致石化场地地下水污染分布复杂,增加污染修复的难度;同时,氯代烃污染的地下水通常经还原药剂还原脱氯来去除.而苯系物往往通过氧化来去除,二者反应条件的不同,增加了污染修复的难度。除此之外,重金属和多环芳烃二者复合时存在着阳离子-π作用、竞争吸附和氧化还原等复杂的相互作用,使得彼此的行为特性发生变化,进一步增加了其复合污染特征研究和修复的难度。

1.2水文地质条件

1.2.1含水层非均匀性和各向异性

从污染分布情况来看,非均质含水层的结构决定着流体的流动方向和污染物的分布状况。复杂地质条件下同一地层的渗透系数范围相差可达6个数量级。污染物在渗透系数较高的区域扩散快,而在渗透系数相对较低的区域迁移扩散慢。污染物在地层分布状况不明时,现有钻探取样调查容易造成检测盲区,难以准确识别场地污染情况,严重阻碍场地的精准修复治理。从原位修复过程来看,

有机污染物会通过扩散、吸附等作用被低渗透地层中的细颗粒所捕获12,被捕获的污染物会成为新的污染源,长期向渗透性高的区域释放污染。当修复试剂注入到非均质含水层,容易绕开低渗透区流动(绕流),而优先流经高渗透区(优先流)。这两种现象导致修复试剂无法与低渗透区污染物充分、有效地接触,严重影响污染物的去除效率。修复过程中浓度随修复时间的变化如图2所示。由图2可以看出,从监测修复效果来看,污染物的浓度出现拖尾反弹现象,即修复初期污染物浓度显著下降,而修复治理后期污染物浓度变化缓慢(拖尾),修复终止一段时间后污染物浓度升高(反弹)。拖尾现象主要是由于介质的非均质性使得低渗透区域的污染物出不来,修复药剂进不去造成的;此外污染物与修复药剂的传质效率不同也是原因之一。反弹现象主要是因为当高渗透区的污染物浓度降低后,在浓度梯度的作用下,低渗透区的污染物持续不断向高渗透区扩散释放,发生如图3所示的反向扩散,导致污染物浓度再次反弹,从而延长污染修复时间和增加修复成本。

1.2.2水文地球化学环境复杂性

地下水化学特征的复杂性使得石化污染场地修复面临巨大挑战。pH、氧化还原电位(ORP)、温度、离子类型(Na,K+,Ca+,Mg+,Cl-,SO42_,

)和强度、有机质含量等是地下水修复过程的

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