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生態(tài)環(huán)境保護實用技術(shù)2024-J-32
復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)
申報單位
北京建工環(huán)境修復(fù)股份有限公司
推薦單位
中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會土壤與地下水修復(fù)專業(yè)委員會
適用范圍
適用于鹵代烴、石油烴和多環(huán)芳烴等復(fù)合有機污染場地；適用地層范圍為：低~中滲透地層，如雜填土、粉質(zhì)黏土等；適用濃度范圍為：低~中度污染。
工藝路線
復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)的工藝流程圖如下所示。
圖1原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)工藝流程圖
具體工藝過程如下：
1.加熱系統(tǒng)設(shè)計及運行。在污染區(qū)域范圍內(nèi)設(shè)置加熱井，通過熱傳導(dǎo)方式對目標(biāo)污染區(qū)域的土壤及地下水進行加熱，創(chuàng)造有利于熱耦合化學(xué)修復(fù)的反應(yīng)環(huán)境。在地下加熱達到目標(biāo)溫度后，降低加熱功率進行保溫。
2.化學(xué)注入系統(tǒng)運行。加熱區(qū)地層溫度上升并穩(wěn)定在目標(biāo)溫度后，開始運行化學(xué)注入系統(tǒng)，進行原位化學(xué)氧化/還原藥劑的注入，直至土壤和地下水中目標(biāo)污染物濃度達到修復(fù)目標(biāo)值要求。
3.監(jiān)測系統(tǒng)運行。監(jiān)測系統(tǒng)包括物探地電阻監(jiān)測、溫度監(jiān)測、地下水監(jiān)測、土壤污染監(jiān)測以及各項設(shè)備參數(shù)監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)在修復(fù)施工前開始運行，并在加熱前得到土壤本底溫度和污染狀況、地下水水質(zhì)和污染狀況。在修復(fù)階段對土壤溫度、地下水水質(zhì)(pH值、可溶性鹽EC、氧化還原電位ORP、溶解氧DO、溫度)、地層電阻率變化、地下水藥劑濃度等進行監(jiān)測。修復(fù)完成驗收后，監(jiān)測系統(tǒng)可停止運行。
技術(shù)特點
1.復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)通過布設(shè)加熱井將目標(biāo)區(qū)域升溫，促進污染物從土壤固相到地下水液相的遷移；同時使原位注入的化學(xué)藥劑在熱場條件下被激活而產(chǎn)生高活性自由基，強化氧化還原反應(yīng)。該過程促進了污染物與化學(xué)藥劑的傳質(zhì)效應(yīng)，有效降低了加熱溫度和藥劑用量。
2.本技術(shù)研究了氯代烴在熱堿還原條件下的脫氯、熱場條件下氧化藥劑氧化多環(huán)芳烴的反應(yīng)機理，揭示了氯代烴、多環(huán)芳烴的二次污染特征，明確了熱耦合化學(xué)還原/氧化反應(yīng)條件及關(guān)鍵參數(shù)；研究了污染物與藥劑傳質(zhì)和反應(yīng)的時空變化規(guī)律，研究了原位加熱熱場與化學(xué)藥劑注入精準(zhǔn)控制技術(shù)，構(gòu)建了原位熱處理耦合化學(xué)修復(fù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系。
3.本技術(shù)探明了原位熱強化耦合化學(xué)修復(fù)技術(shù)能耗與成本降低機制。采用傳統(tǒng)的熱脫附技術(shù)對鹵代烴、石油烴和多環(huán)芳烴的復(fù)合污染場地進行修復(fù)時，需加熱升溫至90℃~560℃才能實現(xiàn)污染物的去除，而復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)僅需將土壤加熱50℃~80℃，與原位化學(xué)氧化/還原技術(shù)耦合后即可滿足場地修復(fù)需求。開展了2項示范工程，驗證了該技術(shù)相比傳統(tǒng)原位熱修復(fù)技術(shù)，成本降低47%~64%，節(jié)能75%~85%。
應(yīng)用效果
在天津試劑一廠項目和合肥馬鋼項目應(yīng)用了復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)。
天津試劑一廠項目主要以氯代烷烴、氯代烯烴污染為主，其修復(fù)目標(biāo)值以《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB36600-2018)第一類用地篩選值和《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)Ⅳ類限值為依據(jù)，于2022年8月7日通過復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)進行修復(fù)，去除率超99%，達到修復(fù)目標(biāo)值，并于2021年11月30日通過專家評審。
合肥馬鋼項目主要以多環(huán)芳烴、石油烴污染為主，修復(fù)目標(biāo)值以《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB36600-2018)第二類用地篩選值和《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)Ⅳ類限值為依據(jù)，該項目于2023年2月開展，修復(fù)施工、驗收采樣、土壤和地下水檢測持續(xù)進行至2023年10月，場地土壤中多環(huán)芳烴去除率最高達99%，石油烴去除率81%~98%，地下水中石油烴去除率達73.6%~99%，地下水中多環(huán)芳烴去除率近100%。
應(yīng)用案例
案例名稱：馬(合)鋼中部A區(qū)、C區(qū)片區(qū)污染土壤修復(fù)項目2標(biāo)段。
案例簡介：本項目修復(fù)污染土壤總量約1.24萬m3，處理對象為石油烴、苯并(a)芘，二苯并(a,h)蒽等多環(huán)芳烴以及苯、甲苯、乙苯、間&對-二甲苯、鄰-二甲苯等苯系物。本項目采用復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)進行修復(fù)，通過布設(shè)加熱井將目標(biāo)區(qū)域升溫至50℃~80℃，使有機污染物從土壤固相到地下水液相的遷移；同時使原位注入的化學(xué)藥劑在熱場條件下被激活而產(chǎn)生高活性自由基，強化氧化還原反應(yīng)。該技術(shù)促進了污染物與化學(xué)藥劑的傳質(zhì)效應(yīng)，有效降低了加熱溫度和藥劑用量，實現(xiàn)熱-化學(xué)耦合協(xié)同對污染物的高效處理。
達到的標(biāo)準(zhǔn)或性能要求：
根據(jù)項目基本情況，污染土壤修復(fù)目標(biāo)值依據(jù)以《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB36600-2018)第二類用地篩選值為準(zhǔn)，污染地下水修復(fù)目標(biāo)值以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)Ⅳ類限值為依據(jù)，污染土壤及地下水修復(fù)需滿足上述標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，具體見下表。
表1 示范區(qū)域污染修復(fù)目標(biāo)值
業(yè)主單位：合肥東部新中心建設(shè)投資有限公司
投運時間：2023年2月
驗收情況：2023年11月通過江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院組織的原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)示范工程運行效果評估，效果評估結(jié)論為：根據(jù)土壤的監(jiān)測結(jié)果，示范工程運行結(jié)束后實驗區(qū)內(nèi)土壤中目標(biāo)污染物苯并(a)芘和二苯并(a,h)蒽以及其他關(guān)注因子均達到修復(fù)目標(biāo)值；根據(jù)地下水的三次監(jiān)測結(jié)果，示范工程修復(fù)實施結(jié)束時地下水硫酸鹽存在超標(biāo)情況，但隨后的兩個月持續(xù)監(jiān)測反映地下水中硫酸鹽有降低趨勢，并最終達到地下水Ⅳ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。示范工程結(jié)束后其他關(guān)注污染物未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。通過示范工程能耗和成本核算，示范工程基本實現(xiàn)了能耗降低 60%和成本降低 40%的目標(biāo)。
主要工藝參數(shù)：
復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)的工藝參數(shù)如下：
1.垂直加熱井間距：2m~4 m；
2.水平加熱井間距：2m~6 m；
3.化學(xué)注入井排布間距：<2倍影響半徑(ROI)；
4.加熱溫度：50℃~80℃；
5.藥劑單井注入流量：2m3/h~5 m3/h；
6.藥劑注入壓力：0.2MPa；
7.過硫酸鹽投加比：0.1%~0.5%。
運行情況：
復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)在合肥馬鋼項目SJ101和BCS95兩個區(qū)塊進行應(yīng)用，在區(qū)塊內(nèi)設(shè)計加熱井，采用燃氣加熱的方式對污染土壤及地下水進行加熱，使污染物從土壤固相到地下水液相遷移。加熱到目標(biāo)溫度后，開始運行化學(xué)注入系統(tǒng)，將藥劑注入地下，與土壤及地下水中污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，實現(xiàn)場地污染物的去除。經(jīng)8個月的技術(shù)應(yīng)用，實驗區(qū)內(nèi)土壤和地下水污染物均處理達標(biāo)，滿足工程要求。
經(jīng)第三方檢測和評估得出：
根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，示范工程結(jié)束后實驗區(qū)內(nèi)土壤中目標(biāo)污染物苯并(a)芘和二苯并(a,h)蒽以及其他關(guān)注因子均達到修復(fù)目標(biāo)值，地下水硫酸鹽存在超標(biāo)情況，但隨后的兩個月持續(xù)監(jiān)測反映地下水中硫酸鹽有降低趨勢，并最終達到地下水Ⅳ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。示范工程結(jié)束后其他關(guān)注污染物未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。通過示范工程能耗和成本核算，示范工程基本實現(xiàn)了能耗降低 60%和成本降低40%的目標(biāo)。綜上，該技術(shù)針對石油烴、多環(huán)芳烴等復(fù)合污染場地有非常好的修復(fù)效果，其成本低、能耗低的優(yōu)勢使該技術(shù)更具適用性和推廣性。
技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生的碳減排效果：
合肥馬鋼項目SJ101和BCS95兩個區(qū)塊開展復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)示范工程，根據(jù)燃氣消耗量、SVE耗電量、助燃風(fēng)機電量、電加熱井耗電量、溶配藥注入電量等統(tǒng)計計算，方均修復(fù)能耗約169MJ/m3~187MJ/m3，與傳統(tǒng)原位加熱工藝相比可節(jié)省75%~85%的能耗。與傳統(tǒng)的熱脫附項目相比，復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)較好體現(xiàn)了節(jié)能降耗的優(yōu)勢，減少了碳排放，具有顯著的生態(tài)效益。
申報單位聯(lián)系信息
單位名稱：北京建工環(huán)境修復(fù)股份有限公司
原標(biāo)題：環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力|復(fù)雜有機污染場地原位熱強化化學(xué)氧化/還原耦合修復(fù)技術(shù)
