原位化学氧化技术在有机污染场地中试工程设计研究

尚晓伟 姚佳斌 田文钢 刘勇 蒋尚

摘要：近些年，随着我国城市化进程的加快，工业企业产能调整变化，大批工业企业退市入园，大部分城市遗留大片的污染场地，其污染类型复杂，污染程度深，散发异味大。为退役场地的后续开发再利用遗留下安全隐患。受制于污染地块深度、地理位置、开挖异味大，原位化学氧化处理技术在污染场地修复技术的应用上呈现增多趋势。其优势在于修复过程中减少开挖，对原土扰动小，无强烈异味散发;同时化学氧化处理效果快，可处理深层污染源，兼顾水土共治原则。基于此，本文就针对原位化学氧化技术在有机污染场地中试工程设计展开研究探讨。

关键词：原位化学氧化技术;中试工程设计;效果

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）12-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.035

Research on pilot project design of in-situ chemical oxidation technology in organic contaminated site

Shang Xiaowei，Yao Jiabin，Tian Wengang，Liu Yong，Jiang Shang

（Shanghai Aojiang Ecological Environment Technology Co.，Ltd.，Shanghai 200120，China）

Abstract： In recent years， as Chinas urbanization process has accelerated， industrial enterprises have adjusted their production capacity， a large number of industrial enterprises have delisted and entered the park， and most cities have left large contaminated sites with complex pollution types，deep pollution levels， and strong odors.For the follow-up development and reuse of the decommissioned site， it leaves a safety hazard.Restricted by the depth of the contaminated land， the geographical location， and the odor of excavation，in-situ chemical oxidation treatment technology is showing an increasing trend in the application of contaminated site remediation technology. Its advantage lies in the reduction of excavation during the restoration process， little disturbance to the original soil，and no strong odor emission; at the same time， the chemical oxidation treatment has a fast effect and can deal with deep pollution sources， taking into account the principle of water and soil co-governance.Based on this， this article discusses the design of pilot projects for in-situ chemical oxidation technology in organic contaminated sites as follows.

Key words：In-situ chemical oxidation technology;Pilot engineering design;Effect

1 項目概况

西南某焦化制气厂于20世纪80年代投产，为城市发展过程煤气进行稳定供应，随着天然气入城，更加清洁的天然气替代人工煤气已是大势所趋。焦化制气厂随之关停，场地经过前期调查评估，主要污染物为石油烃、苯、多环芳烃（萘、苯并（a）蒽、苯并（b）荧蒽、苯并（a）芘、茚并（1，2，3-cd）芘、二苯并（a，h）蒽、苯并（g，h，i）苝）。该地块后期规划为工业用地，污染物集中分布在5～9m。场地0～3m为回填土，3～5.7为红黏土分布，5.7～9m粉质黏土。场地地下水类型有孔隙水，岩溶水共两个大类，孔隙水含水层分布于地表，覆盖于岩溶含水层之上，为二元结构特征。地下水主要接受大气降雨补给，孔隙水富水性弱，岩溶水富水性强，但埋藏较深，属于干燥场地，地下水对项目场地建设及运营影响不大。

本项目污染物可以分成两类，其中苯属于挥发性有机污染物，难溶于水，在地下迁移性较强，易被氧化药剂降解。多环芳烃类属于半挥发性有机污染物，难溶于水，容易被土壤有机质及粘粒吸附，迁移能力差。

2 中试工程设计

根据此场地调查评估报告显示，场地受污染地块共分为1#、2#、3#及4# 4个区域，分布面积6 343㎡，考虑到1#地块的特殊性及污染物因子分布的特征代表性，本工程的原位化学氧化中试研究在1#区域。

1#区域污染面积943㎡，受苯及多环芳烃污染，苯污染深度7～9m，污染方量为1 886m?，超标倍数为2.53倍;苯并（a）芘污染深度为5～7m，污染方量为1 886m?，超标倍数为0.35倍。

2.1 氧化药剂选择

常用的化学氧化药剂包括高锰酸钾、过硫酸钠、芬顿试剂、臭氧等，考虑到氧化剂的氧化能力外，氧化剂的种类和外形也是需要考虑的因素，因为这决定着氧化剂在地下的持续性，它会影响着氧化剂对流和扩散迁移的时间以及和污染物接触的时间。

通过上述几种氧化剂的比较结合以往研究经验，本工程使用过硫酸钠作为氧化药剂，采用碱激活方式进行激活，氧化药剂投加比初步设置为2%。

2.2 药剂注入方法

氧化药剂的注入方式包括直推注射、高压旋喷、搅拌及建井注射，不同注入方式如表1所示。考虑到地层因素，本次原位化学氧化中试工程以深层搅拌、高压旋喷、建井注射3种方式进行工程可操作性验证设计。

2.3 研究内容

（1）开展原位化学氧化中试研究，针对深层搅拌、高压旋喷以及注入井注射等3种药剂投加工艺，开展施工参数研究，采用示踪试验手段，确定不同工艺的扩散半径、药剂注射压力、搅拌/旋喷次数以及注入井结构等参数，筛选适合本项目的氧化药剂投加工艺。

（2）针对筛选出的氧化药剂投加工艺，开展修复效果验证研究，选择一个区域进行注入氧化药剂的实验，并进行过程监测，评估原位化学氧化修复效果，验证原位化学氧化技术在本区域应用的可行性。

2.4 深层搅拌施工参数设计

在深层搅拌施工参数确认区中间位置布设3个深层搅拌桩，采用正三角形布点，假设搅拌桩施工半径为250mm，布设方式设置为3个桩相切的形式，实验桩初步设计参数为：桩径500mm，桩长9m。深层搅拌施工参数确定试验采用NaCl溶液，浓度设定为1%，氯化钠溶液搅拌深度为地表5～9m，0～4m注入清水搅拌，注浆压力设定为0.6MPa，流量控制在35L/min，搅拌下沉和提升速度为1.2m/min。

深层搅拌施工完成后。注入的氯化钠溶液扩散完成后取样送检。对非饱和层去土样监测氯离子浓度，每个采样点纵向采样深度为5m、7m以及9m，取样时间为搅拌完成后2d。

2.5 高压旋喷桩参数设计

2.5.1 布点方式

高压旋喷桩施工半径假设300mm，实施阶段设置三组扩散半径，分别为400mm、500mm以及600mm，中试过程中先施工扩散半径为500mm，根据示踪结果调整另外两组的扩散半径。每个扩散半径设置3个钻孔，呈正三角形布设。

2.5.2 施工参数设计

高压旋喷施工参数确定试验初步确定采用NaCl溶液，浓度为1%，氯化钠溶液旋喷深度初步确定为地表以下5-9m。

2.5.3 监测计划

高压旋喷施工完成后，将注入的氯化钠溶液待扩散完成后取样送检。选取扩散半径为400mm实验组取样检测，对非饱和层取土样检测氯离子浓度。每个采样点纵向采样深度为5m、7m以及9m，采样点位及数量根据实际情况调整。取样时间为旋喷施工完成后2d。

2.6 原位注入井注射施工參数

根据补充调查结果，每个污染土层设置一个注入井，研究对应的土层药剂注入扩散性。区域内设计2个药剂注入井，开筛位置分别设置在杂填土层及红黏土层。注入井注药施工采用NaCl溶液，浓度暂定为1%，氯化钠溶液注射位置为受污染的同一土质层。根据注射过程情况，参数可做如下设计：注射压力范围0.1～5.5Mpa，注射深度范围5～9m，注射流量5～30m?/h。

注入井注射施工完成后，待注入的氯化钠溶液扩散完成后取样送检。注入井周边0.3m、0.5m、0.8m、1.5m、3m处取样，对非饱和层取土样检测氯离子浓度。每个采样点纵向上采样深度为5m、7m以及9m，取样时间为注入实施后2d。

3 扩散及氧化效果评估

对3种原位氧化药剂注入方式示踪剂氯离子进行取样检测。（1）深层搅拌JDS00处于深层搅拌的中心区域，氯离子浓度达到了1 023mg/kg。JDS01-06浓度分布比搅拌中心点偏低，但是浓度分布呈现跳跃性和不规律性。此种情况说明药剂在地块中分布呈现不均匀性。受到土质条件，搅拌效果等因素影响较大，药剂不能均匀的在污染场地中分布。（2）高压旋喷AGP01/04/07氯离子浓度分布分别为874mg/kg、745mg/kg、962mg/kg。AGP02/05/08氯离子浓度分别为256mg/kg、345mg/kg、378mg/kg。数据表明高压旋喷扩散半径内层浓度较低，说明氯离子扩散逐步呈现递减趋势，AGP03/06/09氯离子浓度均小于100mg/kg。且AGP06存在氯离子未检出的情况。针对上述数据进行分析可知，在高压旋喷的氧化注药方式下，在此种土层结构和地质条件下，药剂最大扩散半径为0.5m。为保证氧化效果，实际施工保守考虑，设定扩散半径为0.4m进行高压旋喷桩位的布设。（3）原位注入井注药方式采用建井注射。对ZRR01-ZRR10氯离子浓度进行检测，ZRR01/06点位靠近注药井管，药剂浓度最高，分布均一性较好，随着监测点位距离的增大，氯离子浓度呈现明显的下降趋势，且ZRR04/10点位存在未检出的情况。分析原因可能受到注药压力的影响，部分区域出现药剂溶洞，存在漏药情况，导致药剂未能充分完全扩散。

综上，根据氯离子扩散试验效果，结合成本、时效性、药剂混拌均匀性综合考虑，本场地采取高压旋喷注射氧化药剂的方式进行原位修复工程实施。

4 结论

（1）对于原位化学氧化修复的有机污染场地，需要在工程实施前详细了解场地的工程及水文地质条件，如地层结构分布、渗透系数、水文情况等，必要时需要补充加密调查，分析二次调查结果，以精准数据的模型为依据，有针对性地选取原位修复工艺类型、药剂投加比例以及施工参数的模型设计。（2）此项目中试工程利用氯化钠溶液作为示踪剂，通过实施3种原位药剂注入方式，充分模拟实际工况下的注射形式，共布设26个监测点位对场地的药剂扩散半径进行试验研究。经过充分的论证及扩散数据显示，高压旋喷注射法对土壤结构扰动剧烈，适用于渗透性较差的黏性结构土壤，氧化实施效果较为理想。（3）中试设计参数及药剂扩散半径确定后在具体施工中需要根据场地污染浓度大小，调整药剂投加比例，同时需要根据地层、区域的污染浓度分布比例，适时调整高压注射钻杆的提升速度，优化轻中重的药剂注入量，实现对成本的精确化控制。

参考文献

[1]吴昊.大连某TPH污染场地原位强化过硫酸钠修复技术研究[D].沈阳：沈阳大学，2017.

[2]张晶，张峰，马烈.多相抽提和原位化学氧化联合修复技术应用——某有机复合污染场地地下水修复工程案例[J].环境保护科学，2016，42（03）：154-158.

收稿日期：2020-10-11

作者简介：尚晓伟（1992-），男，汉族，大学本科，助理工程师，研究方向为土壤污染治理与修复。