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侯德义:化工污染场地地下水污染防治技术研究及应用

北极星环境修复网  来源:北京建工修复  作者:侯德义  2020/6/16 9:46:44  我要投稿  

北极星环境修复网讯:01  我国地下水污染现状

地下水是我国主要的供水水源。《2018中国生态环境状况公报》数据显示,我国85%以上的地下水质为Ⅳ类或Ⅴ类。因地化学背景值较高,工业活动及农业污水灌溉等原因,导致地下水重金属污染严重。区域尺度上,我国地下水有机污染物检出率高,超标率低;场地尺度上,地下水有机复合污染严重,问题突出。

1、化工场地是地下水主要污染源之一

化工场地地下水污染的原因包括:

①化工企业搬迁、构筑物拆解;

②生产设施老化、导致“跑冒滴漏”;

③工业废物管理不善、违规排放污水;

④化工废物露天、随意堆放、无防雨防渗措施;

⑤化工废水偷排至渗井、渗坑;

⑥地下储罐、输油及排污管道的泄露;

⑦突发事故。

2、地下水污染的危害

危害人居安全——具有三致效应的地下水污染物通过蒸汽入侵等方式造成人居环境安全问题;

危害食品安全——被污染的地下水灌溉农田后被植物吸收,造成食品安全危害;

危害生态环境——污染后的地下水通过地表水补给、蒸发等作用进入土壤、地表及大气中,影响植物、动物健康;

危害饮水安全——受污染水源作为饮用水供应时会严重威胁人体健康。

3、地下水污染的特点

地下水污染是一种“看不见”的危机。

地下水污染是一种“看不见”的危机。

①隐蔽性:埋藏在地下,污染不易发觉;

②缓慢性:地下水流速慢;

③持久性:污染物易吸附、残留在包气带和含水层介质中,缓慢持续向水体释放;

④复杂性:与污染源、地质、水文地质条件密切相关;

⑤难治理:地下水污染治理难度大且时间漫长。

土壤和地下水污染具有协同性,相互影响,互为因果

土壤污染通过降雨下渗、地表水下渗补给、灌溉等造成地下水污染;地下水污染通过蒸发作用、地下水井取水等影响土壤环境。

地下水污染具有由点到面的特点

①地下水迁移速度慢,典型水文地质条件下每年迁移1米-100米(数量级);

②单个污染羽较小,尺寸一般为数十米到数百米,极少数到数千米,但区域内多个点源污染会逐渐形成面源污染,即“由点及面”;

地下水污染防治,需要区域协同,但是最终必须落到“点”上(污染场地)。

化工场地典型污染物及特征

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近年来,我国地下水相关政策日益成熟。2015年的《水污染防治行动计划》和2016年的《土壤污染防治行动计划》中,地下水污染提及较少。2019年《土壤污染防治法》明确规定土壤污染调查及修复的过程中必须包含地下水相关防治内容,并于同年出台《地下水污染防治实施方案》。随后发布了《HJ25.6污染地块地下水修复与风险管控技术》,地下水修复工作细节不断完善。

当前,国内地下水相关科技支撑不足,而场地修复的过程中,国内普遍“重土轻水”。粗略估计国内近年来场地修复中含地下水修复的比例不足30%,而美国80%的场地土壤地下水采取协同修复。

02  化工场地地下水污染防控需求分析

需求一:地下水污染高精度刻画技术

场地高精度刻画是污染靶向防治的基础。调查诊断是地下水污染防治的前端任务,目前普遍存在如下问题:含水层地层刻画精度低、层序紊乱;工艺不成熟导致上下含水层交叉污染;地下水样品采集不规范,VOC逸散,样品不具代表性;空间分辨率低,导致修复成本高。因此亟需建立高精度三维刻画场地含水层和污染物分布技术体系。

需求二:有效的径流阻断技术

有效的径流阻断技术是实现全面防控的关键。径流阻断可有效控制污染物扩散,现有技术存在如下问题:物理阻断材料抗侵蚀性和稳定性差;化学阻截反应材料寿命短;水力截获技术效率低。阻断阻截材料以及水力截获技术是重要技术需求。

需求三:绿色可持续修复技术方法

绿色可持续修复技术方法是修复行为环境效益的保障。采取不当的修复方式容易造成严重的二次影响(如:英国Corby修复二次污染事件、常外事件);亟需开展修复可持续性评估与绿色可持续修复方法体系构建。

需求四:新材料和模块化集成装备

新材料和模块化集成装备是实现绿色高效修复的根本。现有材料存在效果不稳定、成本高、易产生二次污染问题;修复装备制造成本高、重复利用率低、功能单一;亟需研制高效缓释材料,绿色功能材料及可移动、模块化的协同修复装备。

需求五:可推广可应用技术方案、导致和标准

单一技术往往难以适用于复杂赋存状态的污染及复杂大型场地,国内外的发展趋势均是从单项修复技术向多技术联合、集成、耦合的协同修复转变;亟需本土化的技术标准、指南和可复制可推广的防治技术方案。

03  典型化工场地地下水污染防治技术

化工场地地下水污染治理管理原则

综合考虑地下水污染风险受污染程度、土地利用方式等多种因素影响,采取以“高风险修复、低风险管控”为主的思路,构建“分区分级”的地下水污染防治策略体系。

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不同污染程度和土地利用规划的区域,宜采取不同的修复策略。针对可能存在NAPLs的重污染区,以污染源阻断和总量快速削减为目标,采取高强度的修复措施;针对中度污染区,高强度的修复手段容易产生较大的二次环境影响和较高的成本,因此可采用单位能耗强度更低的修复技术;针对轻微污染区,采取主动修复的手段获得的环境效益偏低,因此可以采用以长期监测为主的风险管控措施。

常用的地下水污染防治技术

(1)多相抽提技术:通过真空抽提的方式,同时抽取地下污染区域的土壤气、地下水和上层油相到地面后进行相分离和处理,有效的削减地下水中有机污染物的总量。

多相抽提可在渗透性较低的场地条件下应用,对LNAPL的去除效果较好,但受到污染物相间非平衡态迁移的影响,对抽提效果造成影响,可通过建模对抽提方式、流量、泵的位置等参数进行优化。多相抽提技术可以与其他技术组合联用,如热强化、表面活性剂增溶强化技术、空气注入等。

(2)原位化学氧化技术:通过向地下水污染区域注入氧化剂(还原剂)使地下水中的污染物在氧化反应或者还原反应的作用下,转化为无毒或者弱毒性,易降解的物质。在氧化剂设计的过程中需要考虑污染物类型、场地土壤渗透性、SOD、地层均质性等因素,基于小试确定关键参数。氧化剂注入方式和场地条件是影响半径(ROI)的关键影响因素,由于地层非均质性导致中ROI不规则,进行现场中试十分必要。需要注意的是,由于氧化或还原的反应过程较快,部分吸附在含水层土壤颗粒上的污染物无法被有效降解,存在反向扩散、拖尾和反弹的风险,因此应用该技术时往往需要长期监测。

(3)原位生物修复技术:利用微生物清除环境中的污染物,或使污染物无害化的过程,包括人为控制或自然降解条件下污染物的降低或无害化过程。需要强调的是,虽然生物修复的方式在我国地下水修复过程中极少使用,但是这是未来须大力发展的一个方向,其优势在于成本低,对环境造成的二次影响小,长效性好。具体的技术应用工艺包括:直接注入、循环井、生物通风及可渗透反应墙(PRB)。该技术特点是微生物对有机物的降解有一定的选择性,其次有机物被微生物降解后毒性可能会增加(如三氯乙烯降解后产生一氯乙烯,毒性增强),且高浓度污染物对微生物存在抑制作用。因此,在探索生态修复的过程中,需要发展“联用技术”,将物理、化学及生物的方法有效结合,从而高效解决地下书污染问题。

04  前景展望

水土协同治理

实行土壤地下水协同治理是土壤地下水污染防治的基本保障,其成效相互影响,脱离地下水谈土壤修复或脱离土壤谈地下水修复都是不科学的。

基于原位的多技术耦合地下水修复

当前国内的修复技术单一,无法满足复杂污染场地的地下水污染防治问题,因此后续针对场地的复杂性及污染物的多样性,需大力发展多技术耦合应用。

原位修复中有毒副产物的生成及监管

四氯乙烯或三氯乙烯厌氧生物脱氯生成毒性更高的氯乙烯;原位化学氧化过程中生成六价铬等高毒性次生污染物;原位化学还原导致高砷地下水;有毒副产品在生命周期环境足迹中可能占据主导地位。

大型复杂场地的地下水修复是世界性的难题

大型场地的水文地质条件复杂度更高,污染物种类更多;反应条件差异:氯代烃需还原而苯系物需氧化;迁移条件差异:LNAPL上浮而DNAPL下沉;地下管道和历史填满造成的扰动,导致场地微尺度(10米-100米)水文地质条件差异巨大,且难以被察觉。

绿色可持续修复

绿色可续修复超越了过去只关注场地污染本身这一范畴。全生命周期相关理论及技术的发展推动了人们对于修复行为可持续性及环境效益的理解;加强对修复过程二次污染、能耗、资源消耗等对环境的次生干扰的关注。

以风险管控为主的地下水污染治理模式

探索切实可行的风险管控为主,修复+风险管控结合的地下水污染治理模式,加强地下水风险管控的落实。地下水修复难度大,易出现脱尾和反弹,如制定过于严格的修复目标,容易导致修复失败;修复治理与“过程阻断、长期监测、制度控制”的风险管控措施相结合的治理模式是优化决策。

原标题:环境修复云课程精华丨侯德义《化工污染场地地下水污染防治技术研究及应用》

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