幸运飞艇

  • 订阅

    订阅环保资讯

  • 官方微信

    微信扫描二维码,随时随地了解环保最新资讯和精彩活动,实时信息触手可得!

  • 广告服务

环保站群
北极星节能网
新闻
您当前的位置: > > 正文

渗透反应格栅修复地下水石油类污染研究

  来源:《油气田环境保护》  作者:宋权威  2019/9/24 11:14:18  我要投稿  
所属频道:   关键词:渗透反应格栅 地下水治理 原位修复

:摘要: 近年来,渗透反应格栅(permeablereactivebarrier,PRB)作为一种原位、经济、被动修复技术在地 下水污染防治中被广泛研究与实践。文章结合 PRB国内外研究情况,通过对 PRB原理、修复方法、研究难点 等方面综合分析,阐述了 PRB修复技术在石油类污染地下水治理方面的研究方向和发展趋势。由于 PRB技 术处理 效 果 好、安 置 简 单、运 行 成 本 低、不 占 用 地 面 空 间 的 特 点,因此该技术具有广阔应用价值和市场发展 前景。

关键词 PRB;地下水;石油类污染;原位修复

0 引 言

在石油开采、储运、炼制和销售过程 中,废 水、废 渣、废气(三废)排放及储存装置和输运管道的事故性 泄漏都会致使大量石油污染物进入土壤与地下水,引 起生态安全风险[1]。研究表明,残留在土壤包气带的 石油类有机污染物,由于淋滤作用,会逐渐向下迁移, 并进入含水层,污染羽 扩 散 加 速,从 而 对 地 下 水 体 造 成污染。进入地下水的 石 油 类 污 染 物 主 要 以 苯 系 物 (BTEX,即 苯、甲 苯、乙 苯 和 二 甲 苯)、多 环 芳 烃 类 (PAHs)、卤代烃为主。这些污染物大多具有较强的 致癌、致畸、致突变作用,会严重威胁人体健康[2-4]。 地 下 水 石 油 烃 污 染 修 复 技 术 体 系,按 照 修 复 方 式,可分 成 异 位 修 复 技 术(ex-situ)与 原 位 修 复 技 术 (in-situ)。

地下水异位修复技术通常是通过把地下水抽出 至地表后对其进行净化处理,从而减小地下水污染物 对环境、人体或其他生物体的危害。地下水抽出处理 技术(pumpandtreat)作为普 及 度 最 广、应 用 最 早 的 异位修复技术,虽然可以显著地将污染区域限制在抽 水井上游,但其不可避 免 会 带 来 高 昂 的 处 理 费 用、水 资源的浪费、原生环境的破坏等缺点[5]。鉴于该方法 未能从根本上解决地下水污染修复问题,因此其并不 是未来地下水污染修复与治理所需 技术中的尚佳 选择。

地下水原位修复技术是指以尽量不破坏土体和 地下水原有自然环境条件为前提,在原地对受污染地下水进行修复的技术。原位修复技术主要有:水力隔 离系统、曝气技术、生物降解技术、渗透反应格栅技术 (permeablereactivebarrier,PRB)、电化学修复技术、 原位化 学 氧 化 技 术、原位热修复技术和植物修复 技术。

PRB是一种将特定反应介质安装在地面以下的 污染处理 系 统。相比传统的污染地下水修复技术, PRB作为一项 无 需 外 加 动 力 的 被 动 系 统,具 有 处 理 效果好、安 装 施 工 方 便、经 济 费 用 低、对 修 复 区 干 扰 小、可避免二次污染等 突 出 优 点,因 此 具 有 显 著 经 济 效益与生态效益[6-8]。

1 原理及结构

1.1PRB原理

PRB能够有 效 阻 断 地 表 以 下 污 染 带,并 将 污 染 物直接或间接转化为环境可接受的物质,但又不破坏 地下水流动性[9]。污染地下水在天然水力梯度作用 下流经反应墙时,水中溶解的有机物、重金属离子、放 射性物质等污染物与其中的活性反应介质发生物理、 化学和生物等作用,从而被吸附或沉淀、氧化还原、生 物降解。因此,为最大程度达到净化修复受污染地下 水体的目的,PRB一般会布设于地下水污染羽下游, 并与地下水流方向呈垂向。

1.2PRB结构

幸运飞艇常见 PRB 结构为连续墙式结构 (Continuous ReactiveWall)和 隔 水 漏 斗-导 水 门 式 结 构 (Funnel-and-Gate)[10-11]。当地下水体污染程度较小时,一 般 采用连续墙式结构,即在地下水流动的区域内安装连 续的活性渗滤墙;当地 下 水 体 污 染 程 度、污 染 区 域 较 大时,一般 采 用 隔 水 漏 斗-导 水 门 式 结 构。值 得 一 提 的是,以上两种结构通常适用于潜水埋藏较浅的场 地,而对于潜水埋藏较 深 的 场 地,还 可 采 用 灌 注 处 理 带式的 PRB技术[12]。PRB结构类型、优缺点与使用 条件见表1。

QQ截图20190924110557.jpg

2  修复方法

地下水中石 油 类 污 染 物 去 除 方 法,按 照 PRB 反 应介质对石油类污染物降解机理不同,可分类为3种 修复机理,即物理(吸附)、化学(氧化还原)和生物(生 物降解)。不同填料去除石油类污染物方法见表2。

2.jpg

2.1 物理吸附

选取吸附剂 不 同,物理吸附机理亦不同。沸 石、 火山渣、活性炭、粉煤灰等介质主要是通过吸附和离子交换作 用 进 行 石 油 污 染 物 的 去 除。如 Erto 等[19] 和 Bortone等[18]使用活性炭作为吸附介质去除意大 利某处污染地 下 水 中 的 四 氯 乙 烯(PCE)和 三 氯 乙 烯 (TCE),结果显示活性炭 PRB 可以作为有效的原位 处理 PCE和 TCE污染地下水的手段。此外,在一些 地下水 PRB 修复实践中,通常在这些吸附介 质 中 会 引入铁元素。铁的还原 作 用 可 以 将 复 杂 的 石 油 有 机 污染物逐步转化为简单有机小分子,从而达到提升吸 附效果。如张晟瑀等[13]以粒径0.25~2.00mm 的火 山渣为 PRB 活性反应介质,处理受石油烃污 染 的 地 下水。结果 表 明,该方法对总石油烃及特征污染物 苯、萘、菲、十八烷的去除效果均达80% 以上。

2.2 化学氧化

氧化还原反应格栅内填料主要为零价铁、二价铁 离子 及 双 金 属 还 原 剂。 其 中,零 价 铁 (zero-valent iron,ZVI)是近些年来研究最广泛的 PRB活性介质。 ZVI作为地下水中的电子供体,可以氧化分解水中检出 率较高的大多数石油类有机污染物,包括氯代烃等难 降解的有机污染物。据报道,以ZVI为主要填料的大、 中型地下水修复系统在美国和加拿大不少于20例[20]。 苏燕等[16]通过静态试验研究了工业铁屑还原硝基苯的 影响因素。在硝基苯浓度初始值为311.5mg/L、ZVI 浓度为50g/L 条件下,pH 值为2.94时,硝基苯降解 速率最大;pH 值 为11.89时,硝基苯降解速率最小。 结果表明,随着铁含量 升 高,硝基苯降解速率逐渐增 高。廖娣劼等[21]通过准一级动力学方程对零价铁去 除4-氯硝基苯的反应结果进行拟合,得到各产物反应 速率并用穆斯堡尔技术检测零价铁的产物。结 果 表 明,当ZVI浓度为1.04g/L 时,4-氯硝基苯反应速率 最快,反应速率常数为0.189min-1。

2.3 生物降解

石油类污染物 生 物 降 解 方 法 主 要 是 通 过 消 除 环 境中电子受体及氮磷等营养物质限制,为微生物新陈 代谢提供 更 多 能 量,使微生物始终处于较为活跃状 态。利用好氧生物可有效分解地下水中的 BTEX、 PAHs等污染物;利用厌氧生物可有效分解受氮素污 染的水 体[22]。Saponaro 等[14]通过室内柱试验和批 量试验评估有氧条件下微生物种群对于甲基叔丁基 醚(MTBE)和 BTEX分解效果和修复效率影响要素。 刘虹等[23]采用协同微生物作用对石油烃污染地下水 进行室内PRB修复过程模拟,并对稳定运行200d后 的微生物菌落多样性进行了科学分析与讨论。马 会 强等[24]设计了基于功能微生物的新型PRB生物反应墙,并以泥炭和粗砂为填充介质。结 果 表 明,填 料 对 BTEX、萘和菲的降解率可达到83%以上。这些研究 为基于微生物降解法的 PRB长期、稳定、有效运行提 供了方法学依据和理论指导。

3 存在问题及发展趋势

PRB技术在地下水石油烃污染修复方面有着显 著优势,但相比西方发达国家,我国 PRB技术起步较 晚,整 体 上 处 于 起 步 研 究 阶 段。目 前,PRB 填 料、作 用机理、设计与安装、影响因素调控等多方面存在研 究难点,亟待人们去解决。

3.1 反应填料

在 PRB工程 应 用 中,由 于 PRB 置 于 地 下,导 致 先前添加的反应填料很难进行回收更新。随 着 运 行 时间的不 断 增 长,这些反应填料必然面临失活的情 况。这不但会影 响 整 个 PRB 修复系统的有效性,会 堵塞墙体,导致装置运行寿命大幅下降。因 此,PRB 墙体设计及反应填料选取时,应充分考虑如何避免墙 体堵塞状况的发生[5,25]。鉴于地下水中石油类污染组 分十分复杂,单一反应介质很难选择性地去除地下水 中某一类污染物。因此,PRB设计时,应避免单一反应 介质,尽量多选取复合介质进行墙体填充。此外,设计 PRB时的选材以及通过化学反应降解污染物时,应注 意避免地下水体由于填料添加导致的二次污染。

3.2 反应机理

石油 污 染 地 下 水 是 存 在 不 稳 定 性,易 受 如 pH、 Eh、O2、含水层结构和类型等水文地质因素影响。这 些 因 素 限 制 了 石 油 类 污 染 物 PRB 修 复 机 理 的 研 究[26]。虽然双金属系统在处理氯代有机污染物方面 有较大的优势,大大提高了零价铁去除污染物的反应 速率,但其反应速率增加的原因及反应机理仍旧不 清。另外,地下水中的各种影响因素,如微生物种类、 数量、水流速度 等,还 会 影 响 PRB 微生物修复效果, 从而影响对生物修复机理研究[27]。因 此,污 染 物 去 除机理研究应加强 批 量 PRB 试 验 研 究,进 而 促 进 PRB技术尽早应用于场地修复。

3.3 污染组分

石油类污染地下水通常是由多种组分所共同造 成的复合型污染。地下水中的主要石油污染物有苯 系物(苯、甲苯、乙苯等)、多环芳烃、硝基苯等。目前, 对于某一种苯系物或 多 环 芳 烃、硝 基 苯 等 研 究 较 多, 但同时去除两种及以上的石油污染物的研究却很少, 而且缺少相关污染物检测方法。因此,应根据实际污染条件,加强对多组分 石 油 污 染 物 研 究,建 立 相 关 的 实验及测定方法。

3.4 设计与安装

PRB系统设计施工比较复杂,需要综合考虑多种 因素,如污染物特征、水文地质条件、经济效益、现场施 工对周围环境的影响等。PRB实际应用过程也会受到 地下流、应用深度、地质环境限制。一般传统 PRB构 建深度不超过 30m。PRB修复效果十分依赖于地下 水流速与反应介质对污染物修复的半衰期,即地下水流 速过快或者修复半衰期过长都会导致PRB构建厚度的 增加。地下水中石油烃污染的情况不同,建立的PRB结 构也不相同等。针对不同的情况,应该在增加实验室模 拟处理的同时进行适当的小试、中试,并加强对实际情况 进行探查,以便彻底找到解决方案。值得注意的是,PRB 长期运行的稳定性和有效性也是不容忽视的[28-29]。

4 结束语

幸运飞艇由于 PRB技术处理效果好、安置简单、运行成本 低、不占用地面空间的 特 点,十分符合我国的地下水 修复要求,因此该技术具有广阔应用价值和市场发展 前景。针对我国PRB研究起步晚,目前还处于实验室 阶段的发展态势,我们应该加强消化吸收国外成功应 用案例,加强 PRB反应机理方面基础研究,并结合物 理、化学、生物等多学科方面前沿技术,以解决 PRB修 复石油类污染地下水实际应用中所面临的各项问题。

幸运飞艇原标题:渗透反应格栅修复地下水石油类污染研究

分享到:
投稿联系:马女士  0335-3030550  13613388823  新闻投稿咨询QQ: 2731581970
邮箱:maxuejing#bjxmail.com(请将#换成@)
北极星环保网声明:此资讯系转载自北极星环保网合作媒体或互联网其它网站,北极星环保网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述。文章内容仅供参考。
环保二维码
微信号:bjx-huanbao(北极星环保网)

北极星环保网官方订阅号
每日精选环保热门资讯,天天涨环保知识。
幸运飞艇做环保,我们是认真的!

新闻排行榜

今日

本周

本月

    关闭

    重播

    关闭

    重播

    热词检索:ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ