循环井技术修复地下水氯苯污染的效果研究

屈智慧，王洪涛，杨　勇，袁思莉，桑志伟，张玉虎

（1.清华大学环境学院，北京100084；2.中科鼎实环境工程有限公司，北京100028）

环境工程

循环井技术修复地下水氯苯污染的效果研究

屈智慧1，2，王洪涛1，杨勇2，袁思莉2，桑志伟2，张玉虎2

（1.清华大学环境学院，北京100084；2.中科鼎实环境工程有限公司，北京100028）

本次研究应用地下水循环井技术处理受氯苯污染的地下水场地，在污染场地内共建设4口循环井进行井内循环治理和9口监测井进行监测。研究结果表明：随着井内循环的持续运行，地下水中污染物氯苯的浓度快速降低；连续运行28d后，地下水中氯苯去除率达95.6%～97.6%；氯苯浓度最高的点位从227.28mg·L-1下降到5.46mg·L-1。井内循环修复工艺可快速去除地下水中氯苯污染，若要达到人体健康风险可接受的修复目标或稳定的修复效果，建议与其它地下水修复技术联合应用。

循环井；地下水修复；氯苯

地下水是十分重要宝贵的资源，是我国重要的战略资源和饮用水源，在我国水资源总量中占三分之一左右，全国约70%的人口在饮用地下水[1]。近几十年来，随着我国社会经济飞速发展，地下水资源开发利用加速，导致地下水污染状况也日益凸显加重。2009年，对北京、辽宁、吉林等8个省份水质进行分析，结果是劣质的Ⅳ类和Ⅴ类水质占总数的73.8%[2]。据《全国城市饮用水安全保障规划（2006-2020年）》数据，全国近20%的城市集中式地下水水源水质劣于Ⅲ类[3]。地下水污染修复日益受重视，但因地下水污染具有隐蔽性、复杂性、难以控制，以及治理费用巨大等特性，地下水修复在我国尚未大规模展开。目前，用于治理修复地下水的技术有抽出-处理等异位修复技术和地下水曝气等原位处理技术，各修复技术有其优缺点和适用范围[4]。其中地下水循环井修复技术是一种原位修复技术，该技术将曝气、气提、吹脱集成于一体，克服了地下水抽出处理周期长、水处理费昂贵、曝气处理影响半径有限、去除速率低的缺点，在国外被广泛使用，但在国内应用案例屈指可数。

地下水循环井工作原理是通过内井曝气，导致形成密度较小的气水混合物，该混合物上升至循环井内井顶端后从外井上部穿孔花管流出进入含水层，气体被气水分离器排出；循环井下部因曝气导致井内外流体密度差异，井周围的地下水不断流入循环井；通过持续曝气，最终在循环井周围形成地下水的三维循环流场[5,6]，在垂直水力冲刷作用下，介质空隙中吸附或残留的有机物逐渐解吸或溶解进入水相[7]；通过气、水两相间传质作用，地下水中挥发性和半挥发性有机污染物挥发进入气相，通过曝气吹脱作用从水体中去除；此外空气中的氧气溶入水相，在浓度梯度作用下扩散，会在循环井周围形成一个强化的原位好氧生物降解区域加速污染物的去除[8,9]。地下水循环井技术在国内目前主要处于实验研究阶段，如白静等[10]实验模拟了地下水循环井对含水层中非水相液体（NAPL）物质的修复，赵素丽等[11,12]利用地下水循环井进行生物修复研究。

本文以某有机污染地下水场地修复示范工程为主要研究内容，运用井内循环技术修复受氯苯污染的地下水。通过对循环井连续进行压力恒定的曝气，循环井周边形成了稳定的地下水循环，地下水中氯苯被快速吹脱而去除，曝气产生的含氯苯污染气体通过地上气体收集和处理装置治理后达到满足北京市《大气污染物综合排放标准》（DB11/501-2007）后排放。经过28d的持续运行，该场地地下水中氯苯含量明显降低，井内循环达到了快速去除目标污染物的修复效果，发挥了做为原位修复技术高效治理有机污染物的优势。

1　污染场地初始污染状况

本研究的污染场地为长期受化工厂管道跑冒滴漏现象影响的含氯苯污染地下水区域。场地修复面积在200m×160m范围内，场地包气带厚度约为2m，潜水含水层深度约为3m，含水层介质以中砂为主，地下水流向为从西北向东南方向。污染集中在潜水含水层，最高浓度为227.28mg·L-1，场地西北区域污染浓度高，东南区域污染浓度较低，具体见图1。

图1　污染场地氯苯的分布Fig.1Distribution of chlorobenzene

2　场地修复条件

2.1循环井和监测井的布设

根据污染场地氯苯初始浓度分布情况，共设置4个循环井，井体的具体位置为其外井上部花孔的中部与地下水水位相平，外井底部与潜水含水层隔水底板相接，每个循环井配置一个活性炭箱做为尾气处理装置，循环井周边共设置9个监测井，井体为在整个含水层厚度上均匀布设花孔的完整井，具体见图2。污染场地内循环井和监测井具体布置位置见图3。

图2　循环井和监测井示意图Fig.2Schematic diagram of groundwater circulation well and monitoring well

图3　循环井和监测井布置示意图Fig.3Distribution of circulation wells and monitoring wells

2.2修复方法

循环井通过空气压缩机，连续24h曝气，曝气压力稳定控制在200kPa，约两个大气压强。

2.3监测频率和方法

循环井和监测井的采样频次均为每周一次，地下水中氯苯分析方法采用《水和废水监测分析方法（第四版）》。分析条件为：气相色谱仪为FID检测器，DB-1型毛细柱，柱长30m，内径0.32mm，膜厚0.32mm。色谱条件为：气化室温度200℃，柱温初始温40℃，程序升温至60℃，升温速率为2℃·min-1，检测器温度为220℃，空气流量为400mL·min-1，H2流量为43mL·min-1，载气（N2）流量为3mL·min-1，分流比为2∶1。

3　结果与讨论

3.1氯苯浓度变化分析

在井内循环运行之前和第7、14、21和28d，分别从编号为MW1至MW9共9个监测井中取样分析地下水污染物氯苯的浓度变化情况，各监测井中氯苯浓度随时间的变化情况见图4。

图4　井内循环运行后氯苯随时间的变化情况Fig.4Change of concentration of chlorobenzene over time

由图4可知，在循环井未运行之前，靠近场地西北部严重污染区域的监测井MW1中地下水污染物氯苯的浓度最高值达153.14mg·L-1，场地东南部远离严重污染区域的监测井MW7中地下水污染物氯苯的浓度最低值也高达38.78mg·L-1。随着井内循环的运行，9个监测井监测到的地下水污染物氯苯的浓度均逐渐降低，说明随着循环井的运行，污染物氯苯不断从地下水体中去除，在井内循环运行了28d后，监测井中监测到的氯苯浓度最大值为3.94mg·L-1，该监测井为靠近污染中心的MW1；最小值为1.51mg·L-1，该监测井为远离污染中心的MW9。

3.2氯苯去除效率分析

循环井连续运行过程中，各监测井中氯苯浓度逐去除率随时间的变化情况见图5。

从图5可知，随着循环井的持续运行，9个监测井中地下水中氯苯的去除率均逐渐上升。在井内循环运行第7d时，监测井中氯苯的最高去处理率为55.4%，监测井中最低去除率为26.8%。在井内循环运行14d时，地下水氯苯的去除率为56.4%～80. 1%，井内循环运行28d时，地下水氯苯的去除率为83.7%～92.6%，在井内循环运行28d时，地下水氯苯的去除率为95.9%～97.5%。

3.3氯苯污染修复效果分析

利用地下水井内循环技术处理28d后，地下水污染物氯苯的修复效果见表2。

图5　井内循环运行后氯苯去除情况Fig.5Changde of the removal efficiency of chlorobenzene over time

表2　地下水循环井技术对氯苯的修复效果一览表Tab.2Remediation effect of groundwater circulation well on chlorobenzene

污染场地地下水环境经过4口循环井连续运行28d后，循环井内氯苯最高的浓度值从227.28mg·L-1下降到5.46mg·L-1，去除率为97.6%，循环井内最低浓度值从105.31mg·L-1下降到2.54mg·L-1，去除率为97.6%；监测井内氯苯最高的浓度值从153.14mg·L-1下降到3.94mg·L-1，去除率为97.4%，监测井中氯苯最低的浓度值从38.78mg· L-1下降到1.51mg·L-1，去除率为95.8%。循环井技术处理28d天后，4口循环井和9口监测井共13口井中地下水污染物氯苯的浓度值范围为5.46～1.51mg·L-1，氯苯的去除率为95.6%～97.6%。

4　结论与建议

（1）受有机污染物氯苯污染的地下水，应用地下水循环井技术处理后，地下水中氯苯的浓度随处理时间延长而逐渐下降，监测到的最高浓度值从227.28mg·L-1下降到5.46mg·L-1。

（2）应用地下水循环井技术处理后，地下水中氯苯的去除率随处理时间延长而逐渐上升，地下水循环井技术处理28d后，4口循环井和9口监测井监测到的氯苯去除率达95.6%～97.6%。

（3）本次研究应用地下水循环井技术处理28d后，地下水污染物氯苯浓度仍高于《中华人民共和国污水综合排放标准》（GB 8978-1996）氯苯的三级标准限值1.0mg·L-1，说明循环井技术能快速将高浓度污染物氯苯降低到较低的浓度水平，但若计划将地下水污染治理到人体健康风险可接受的水平仍需要进一步后续处理或应用其它修复技术联合修复。

［1］王昊.我国地下水污染成因及防治措施研究［J］.资源节约与环保,2013，（5）:88-90.

［2］中华人民共和国环境保护部.《全国地下水污染防治规划2011-2020》［R］.2011.

［3］国家发展改革委、水利部、建设部，等.《全国城市饮用水安全保障规划（2006-2020年）》,2007.

［4］赵勇胜.地下水污染场地污染的控制与修复［J］.吉林大学学报（地球科学版）,2007,37（2）:303-310.

［5］MILLER G R,ASCE A M,ELMORE A C.Modeling of groundwater circulation well removal action alternative［J］.Pract Period Hazard Toxic Radioact Waste Manage,2005,9（2）:122-129．

［6］MOHRLOKU,SAMUELKC,ELDHOTI．Transport characteristics in a 3D groundwater circulation flow field by experimental and numerical investigations［J］.Pract Period Hazard Toxic Radioact Waste Manage,2010,14（3）:185-194．

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［8］GANDHI R K,HOPKINS G D,GOLTZ M N,et al.Full-scale demonstration ofin situ cometabolic biodegradation oftrichloroethylene in groundwater:dynamics of a recirculating well system［J］. Water Resour Res,2002,38（4）:10-15．

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［11］赵素丽,孟秀花,周从直.地下水曝气修复技术DDC井的评估［J］.山西建筑,2005,31（4）:100-101.

［12］赵素丽.西沙珊瑚岛礁淡水透镜体的生物修复试验研究［J］.水处理技术,2007,33（8）:77-78.

Research on effect in remediation of chlorobenzene contaminated groundwater by circulation well

QU Zhi-hui1，WANG Hong-tao1，YANG Yong2，YUAN Si-li2，SANG Zhi-wei2，ZHANG Yu-hu2
（1.School of Environment Tsinghua University,Beijing 100084,China; 2.Zhongke Dingshi Environmental Engineering Co.,Ltd,Beijing 100028,China）

In this study,groundwater circulation wells were used to treat the contaminated groundwater sites by chlorobenzene,and a total of 4 circulation wells were built in the contaminated sites to carry out the well circulation control and 9 monitoring wells.The results showed that with the continuous operation of the well cycle,concentration of chlorobenzene pollutants in groundwater decreased rapidly;the continuous operation of 28 days,the removal rate of chlorobenzene in groundwater was 95.6%～97.6%;the highest concentration of chlorobenzene point decreased from 227.28mg·L-1to 5.46mg·L-1.In order to achieve the goal of human 1health risk,the repair process can be used to remove the contamination of groundwater,and the proposed technique is combined with other groundwater remediation technologies.

groundwater circulation well；groundwater remediation；chlorobenzene

X523

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20161129

2016-09-29

屈智慧（1983-），女，博士，高级工程师，主要从事污染场地修复工作。