【专家观点】 陈素云：某有机污染地块土壤与地下水一体化绿色修复工程应用实践
陈素云 教授级高工
北京市勘察设计研究院有限公司
专家介绍
自2007年开始从事场地调查与风险评估、污染场地修复方面的研究与实践工作，参与完成了“北京市典型场地污染的关键原位修复技术研究与示范”，“挥发性有机物污染场地土壤气提修复技术设备研发与示范”和“挥发性有机污染物封存于阻隔技术研究”，“污染场地勘察规范”，“土壤与地下水污染修复技术发展趋势与产业布局研究”等研究工作。完成了近百件勘察评估与治理技术方案设计项目。
一 场地概况
01场地生产设施平面布置
该场地占地面积9.4万m2，分为生活办公区与生产区。产品：各种沥青混合料原辅材料：沥青、再生沥青、添 加剂、改性剂、乳化剂、砂石料 、矿粉等。
02场地水文地质特征
通过场地调查，整个场地的污染深度在30米左右，根据场地的地层岩性，我们分为六大层。上图可以看出整个场地的地层岩性比较特殊，第一层是黏土层，第二层是以砂质粉土和粘质分土为主。第三层是以卵石、圆砾为主。第四大层也是防渗层，以粘质粉图和砂质粉土为主。第五大层、第六大层是含水层和分水层。第四大层红圈部分油罐区渗漏污染到了地下水。
03土壤与地下水中污染物分布特征
整个厂区地下水流向是西北向东南，根据场地调查结果发现，土壤第一到第五层均受到污染，特征污染物为苯，浓度比较高的污染物分布在第三层和第四层。地下水中的污染物是石油烃和苯，且土壤重污染区域和地下水的重污染区都分布在重油沥青罐区和石油管线附近。
04场地修复范围
通过风险评估，我们确定了场地土壤的修复面积是2.27万m2，修复体量36.17m3，修复深度18.8m，污染物是苯。地下水的修复面积9.4m2，这个场地有一个特殊性质，场地外围地下水也存在污染，并且场地外围地下水修复面积占了4万多平方米，修复深度在22米到23米左右。地下水中苯的修复目标值是672(μg/L)，>C10-C12脂肪烃(μg/L)修复目标值在1247(μg/L)。
二 修复策略与修复技术筛选
01修复技术筛选
修复技术筛选的原则：成本最低化；影响最小化；修复技术绿色化；符合政策要求。
02土壤修复技术：生物通风；土壤气相抽提；常温解析；化学氧化技术；热脱附；焚烧；封存阻隔。
采用异位修复可能存在的问题：污染空气；消耗能源，增加碳排量；开挖过程中的污染控制，措施实施难度较大；破坏地层承载力，后期开发施工难度大
03地下水修复技术：地下水抽出处理；多相抽提；化学氧化；空气喷射；可渗透反应墙；长期监测自然衰减；阻隔与水力控制。
采用帷幕阻隔可能存在的问题：场地边界外的地下水存在污染，采用帷幕与抽出处理技术，无法消减场地边界外围地下水中的污染物；场地地层岩性以砂卵石为主，含水层 底板埋深在30m左右，帷幕的施工难度大，帷幕止水效果难以保证；
帷幕阻隔后整个场地处于孤岛状态，场地的生态环境将逐步恶化。
根据场地目标污染物理化特性、土层条件、地下水分布条件、修复目标、场地未来用途等因素，结合调研国内外修复技术，初步推荐的修复技术如下：
】
三 现场试验与修复技术方案
01现场试验
现场技术测试包括：基于水力控制地下水抽出-处理-回灌技术；土壤气相抽提技术SVE
测试目的：验证技术的可行性；确定设计所需的工艺参数
02现场试验区
现场试验选在了土壤和地下水均受到重污染的区域，地下水的抽出处理回罐工艺比较简单，通过抽水系统把污染地下水抽出到地面进行处理，再通过回灌系统把处理好的地下水回灌到地下去。同时在抽水和回灌中间设置监测井，对地下水的水位和水质进行监测。
03地下水抽出-处理-回灌试验
现场试验进行的是单井抽水和单井回灌，主要分为中心抽水-四周回灌和后排抽水-前排回灌两种类型。根据污染物特征主要采用曝气处理工艺，设定合适的参数、最佳积水比和最佳水利负荷。试验结果验证了“中心抽水-四周回灌”、“后排抽水-前排回灌”处理方式的有效性。
04地下水抽出-处理-回灌系统模拟优化
1、）单排抽/灌井不同井间距抽水模拟
模拟30m、25m、20m、15m和10m间距5类情景条件 下，抽水井水位降至含水层底板时的水位降深情况，分 析单井抽水量、降落漏斗面积和影响半径，选择最优设 计参数。
2、）抽/灌井不同排间距抽水模拟
按照20m的井间距布设一排抽水井，在其西侧以10m 、20m、30m、40m、50m和60m的距离按20m的井间距布设一排回灌井，评估不同排距下抽出与回灌的效果。
3、）不同系统运行方案模拟
在模拟确定的优化抽/灌井井间距、排间距基础上 ，据既定的布井方案，按照“由上游到下游逐排处理 ”和“重污染区域优先处理”两种抽出-回灌处理思路 ，对系统运行过程中地下水中苯污染情况进行模拟预测，确定抽出-回灌系统运行方案。
05现场试验与模拟优化综合结论
通过现场试验以及模拟优化分析，我们得出以下设计参数：井间距：抽/灌井排间距30m；排间距：单排抽/灌井井间距20m；抽水量：最大抽水量200m3；运行方式：先针对高浓度区域开展“中心抽水-四周回灌”，集中快速 降低污染物浓度，之后进行“后排抽水-前排回灌”，大区域、稳定降低地下水中污染物浓度；运行周期：运行3个周期；每个周期运行3天、恢复2天
06土壤与地下水一体化修复设计
基于土壤气相抽提技术测试，我们对整个厂区土壤与地下水进行一体化修复设计，考虑到不同地层岩性抽气井的影响半径，一共分为三个层次抽提。
第五层抽提井设计的时候主要考虑到地面污染设施拆除以后，地下水是整个场地的污染源。为了加速地下水的修复，把第五层的抽提井设置到地下水位附近，一部分作为多项抽提水使用。
07原位土壤气相抽提技术设计参数
08抽出-处理与回灌技术设计
地下水抽出处理回灌技术设置的抽灌井是30米到32米左右，井间距20米，排间距30米。单井最大抽水量15方每小时，抽出的地下水在地面上主要采用的是以曝气为主的处理工艺，抽出的水首先是进到气浮池，由于担心去除效果不好，又设置了一套果壳过滤器，通过过滤器进到蓄水池，然后回灌到地下。
△抽出地下水地面处理工艺流程图
09原位化学氧化&多相抽提设计
原位化学氧化技术设计方案：
设计参数：投加双氧水(纯度为35%)与污染物的摩尔比为50：1；投加井井间距为15m，共设置54眼投加井。
运行模式：重污染区地下水抽出-处理-回灌处理3个周期后，开始投加氧化剂，氧化剂投加与抽出-处理-回灌交替进行，在处理间歇期进行投加，采用人工投加的方式，每2小时投加一次，每眼投加井每次投加量为1kg，连续投加6次；氧化剂停留时间至少为24小时，根据污染物浓度变化确定是否投加硫酸亚铁。
多相抽提技术设计方案：多相抽提的井深为30m，井径65mm，多相抽提井井间距15m，借用化学氧化投加井作为多相抽提井。
10监测自然衰减工艺设计
11土壤与地下水联合修复运行模式
从提高修复效率考虑，需先修复重污染区的地下水与第5大层的土壤，在地下水中污染物浓度消减到一定水平后，再修复第2大层、第3大层、第4大层的土壤。
地块边界范围内陆下水修复合格后，对地块边界的地下水加强抽出-处理，回灌至地块内，起到对边界外围地下水修复的作用。
四 修复实施与环保措施
01地下水修复设施建设
污染水处理设施，5000t/d；中试水处理设备，1200t/d，为缩短工期，节约资源继续使用对重污染区进行处理；厂区内抽灌井110座，井径219mm，平均井深31m
02地下水修复运行效果
1、根据实施方案，首先对重污染区进行修复，采用“中间抽水，四周回灌”的方式集中快速降低污染物浓度，每个周期运行3天，恢复2天。运行四个周期，达到预期效果，调整运行方案为成排抽灌。
2、重污染区修复后，地下水修复采用 “后排抽水-前排回灌”，的方式，大区域、稳定降低地下水中污染物浓度。每排连续运行2天，停歇2天。一排到九排为一个周期。运行三个周期，达到预期修复效果。
2、采用“边界抽水-地块内回灌” 的方式进行地块边界外一定范围内陆下水的修复。连续运行3天，停歇2天。运行三个周期，达到预期修复效果。
03土壤修复设施建设
SVE气相抽提井248座(48座11.5m、115座16m、45座20m)，井身采用Φ63mm，化工级UPVC管；SVE气相抽提管线4908m；SVE装置，3000m³/h，3套。
04土壤修复运行效果
土壤气相抽提分层运行，可分别对第1-3大层(运行12h)、第4大层、第5-6大层(运行12h)的土壤气相抽提。
自2016年9月18日开始，SVE系统设备运行平稳。取样检测显示，修复效果明显。
05安全环保措施
五 修复效果评估
01土壤修复效果评估
地下水的修复效果评估工作于2016年12月19日正式启动，连续监测6个月，每个月监测2次；土壤的修复效果评估工作于2017年4月启动；同时也进行了土壤气采样评估。
（1）土壤中苯浓度有检出的样品数由修复前的105个减少为修复后的38个，检出率由26.5%降低为5.9%；
（2）土壤苯平均浓度由1.36mg/kg降低为0.13mg/kg，95%分位数由6.32mg/kg降低为0.10mg/kg；
（1）修复后地块土壤中苯浓度平均值的95%置信上限(UCL)由2.70mg/kg降低为0.34mg/kg。
根据土壤样品检测结果，修复后地块土壤中苯浓度平均值的95%置信上限 (UCL)为0.34mg/kg，低于风险评估阶段确定的修复目标0.64mg/kg，表明地块土壤中苯浓度整体低于修复目标值，修复整体达到要求。
02地块内陆下水修复效果评估
地块内陆下水中苯污染程度明显降低，总体均低于修复目标672ug/L。
（1）平均浓度由修复前的2.20mg/L降低为0.04mg/L；
（2）浓度中位数由修复前的0.62mg/L降低为0.002mg/L；
（3）95%分位数由修复前的3.96mg/L降低为0.19mg/L。
地块内陆下水中总石油烃污染程度大幅度降低，修复效果明显。其中：
（1）石油烃最高检出浓度由修复前的377.75mg/L降低为150.91mg/L；
（2）平均浓度由修复前的47.94mg/L降低为5.53mg/L；
（3）中位数由修复前的2.99mg/L降低为1.12mg/L；
（4）95%分位数由修复前的96.89mg/L降低为27.66mg/L；
（5）平均值的95%置信上限由88.38mg/L降低为8.15mg/L。
所有监测井地下水中重点关注的目标污染物C10-C12脂肪族TPH的检测结果均低于修复目标1247ug/L。
03地块边界外围地下水修复效果评估
地块边界外地下水中苯浓度的衰减符合一级反应动力学，拟合的苯的衰减系数为0.003d-1~0.018d-1。
地块外地下水中TPH的衰减系数为0.004d-1~0.009d-1，对应的半衰期为77d~174d。
编者：欢迎读者文后留言讨论。
总编：赵翠 设计：张宇飞 编辑：王俊兰