一种有机污染土壤的修复方法与流程

本发明涉及一种有机污染土壤的修复方法，属于环境修复技术领域，特别适合应用于有机污染土壤的修复。

背景技术：

有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物。有机污染物作为一种典型的环境污染物，具有高毒性（可致畸、致癌、致突变）、长期残留性和高脂溶性的特征。可以在食物链中富集传递，并且能够通过多种传输途径在全球迁移分配，对人体健康和生态环境具有严重的危害。有机污染物一旦进入土壤，则对土壤造成严重的污染。土壤中的有机污染物分为挥发性有机污染物和半挥发性有机污染物。目前，土壤中有机污染物的修复方法较多，例如原位/异位气相抽提、原位/异位化学氧化、异位机械通风、异位高温热解析等修复技术。目前，我国土壤污染日益严重，需要修复的数量比较多，急需研究开发符合我国国情的工程修复技术。

多相抽提技术是通过真空提取手段，抽取地下污染区域的土壤气体、地下水和浮油层到地面进行相分离及处理，以控制和修复土壤和地下水中的有机污染物。如果渗透性差或地下水水位变动较大的场地采用该技术污染物的去除效果较差，时间与经济成本的增加很难与修复效果成正比。机械通风修复技术是一种操作简单、成本低廉、效果明显的土壤修复技术，尤其对于有机污染土壤的修复非常适用。然而采用机械通风技术对低浓度挥发性有机污染或半挥发性有机污染土壤的修复会存在拖尾现象，拖尾现象会导致修复工期延长，修复成本增加，修复效率降低。异位化学氧化技术是在向清挖出的污染土壤中添加高效氧化剂，使污染土壤中的有机污染物分解，以达到修复目标值的技术。然而该技术对于低浓度的有机污染土壤修复的过程中，土壤修复方量限制明显，且氧化剂的添加量较大，修复成本增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种有机污染土壤的修复方法，其具有高效、成本低、不会对环境造成二次污染的优点，能够实现低浓度挥发性有机污染或半挥发性有机污染的土壤处置。

本发明提供一种有机污染土壤的修复方法，该修复方法为将有机污染土壤顺次进行原位多相抽提处理、异位机械通风处理以及异位化学氧化处理。

所述多相抽提处理过程中采用二级抽提系统进行抽提。

所述多相抽提处理过程中在修复区域内根据抽提半径间隔布设多个气相抽提井，每个气相抽提井的中层填料以上为粘土，管道采用UPVC管；中层填料为砾石，管道采用UPVC管；中层填料以下为砾石，管道采用花管。

每个气相抽提井分别连接一台一级引风装置，多个一级引风装置共连一台二级引风装置，二级引风装置连接接入气液分离器，经气液分离器分离后的废气进入活性炭吸附装置中进行吸附处理，经气液分离器分离后废水接入到调节池调节后，进入污水处理设备中进行处置。

所述异位机械通风处理具体为：将经过原位多相抽提处理后的有机污染土壤清挖并运输至处置大棚中，首先进行均质化筛分，破碎至土壤粒径小于等于40mm，均质化后将有机污染土壤拢成条垛状土堆，然后对条垛状土堆进行往复式翻抛作业。

所述异位化学氧化处理所使用的药剂包括氢氧化钠、氧化剂与活化剂，氧化剂和氢氧化钠的质量比为5:1，混合后相对有机污染土壤的添加质量比例为2%-5%，将上述氧化剂和氢氧化钠混合后与有机污染土壤搅拌后加入活化剂，添加比例为有机污染土壤质量的20%。

所述氧化剂为过硫化物；所述活化剂为浓度为3%-10%的双氧水溶液。

本发明具有的优点在于：

本发明解决了采用单一某一种修复技术所存在的修复效率低、修复效果不理想的问题，采用三种修复技术连用的方式还能够解决二次污染及修复后土壤再利用的问题。

本发明采用分步、分阶段的方式去除土壤中有机污染物，原理清晰、操作简单、操作灵活。现场试验证明，本发明设计合理、设备方便可行，具有现场试验及中试过程容易控制的土壤异位修复体系，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1：本发明提供的有机污染土壤的修复方法的流程图；

图2：本发明中原位多相抽提处理原理图；

图3：本发明中异位机械通风处理原理图；

图4：本发明中异位化学氧化处理原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供一种有机污染土壤的方法，如图1所示，其将有机污染土壤首先进行原位多相抽提处理，待抽出部分有机污染物后同时能够满足现场气味控制开挖要求后开始异位处置。异位处置包括异位机械处理和化学氧化处理，异位机械通风处理对低浓度挥发性有机污染或半挥发性有机污染物处置初期效果较好，但后期修复效率会降低。可以在异位机械通风处理之后开展异位化学氧化技术，向清挖出的污染土壤中添加高效氧化剂，使污染土壤中的有机污染物分解，以达到修复目标值的技术。

原位多相抽提处理过程中需要使用原位多相抽提系统，其主要包括抽提管路及仪表阀门、真空泵以及气水分离器，构成一个多相抽提单元。待管路安装好后，进行试抽提，整个抽提管路保持良好的密闭性，包括井口、管路、接口等。抽提开始后，根据观测流量，调节真空度及抽提管位置，使系统稳定运行。

异位机械通风处理首先需要将原位多相抽提处理后的有机污染土壤进行请挖，然后对清挖的机污染土壤进行均质化筛分，利用筛分破碎斗将土壤及清挖出的其他大颗粒物破碎后均匀拌和。由于异位机械通风处理原理是通过稍高于室温的条件下通过翻抛土壤增加挥发性有机污染物的逸散，因此本发明利用筛分破碎斗作为有机污染破碎的处理设备，在搅拌过程中于有机污染土壤中加入分散剂（主要成分包括石灰、蛭石），利用特种翻抛设备作为污染土壤的机械通风修复设备。异位机械通风处理的关键参数包括处置温度、土壤颗粒大小、土壤翻抛松散程度和作业时间等，由于挥发出的气体为污染物，对处置过程中的空气质量也尤为关注。

化学氧化主要施工过程包括药剂添加、搅拌、养护，氧化剂主要成分为粉状氧化试剂和氢氧化钠，质量比为5:1，相对待氧化的土壤，氧化剂的添加质量比例为2%-5%。将上述氧化剂与土壤充分搅拌后，继续加入20%质量分数的活化剂，添加比例约占土壤质量的10%，目的在于活化氧化剂的同时保持土壤水分，提供良好的反应环境。

本发明提供一种修复有机污染土壤的方法，如图1所示，其采用原位多相抽提、异位机械通风以及化学氧化联用的方式修复低浓度挥发性有机污染或半挥发性有机污染的土壤，包括以下步骤：

步骤一：如图2所示，采用原位多相抽提处理，在修复区域首先建设气相抽提井1，气相抽提井1中所使用的管材采用UPVC材质或其他类似材质管材，井管的外径为63mm，气相抽提井1的直径约为120mm。气相抽提井1的中层填料以上为粘土，管道采用密闭白管即UPVC管；中层填料为绿豆砂即砾石，管道采用密闭白管UPVC管；下层填料为绿豆砂即砾石，管道采用花管。根据工程经验，气相抽提井1的抽提半径最小约1.5～2.5m，间隔布设多个气相抽提井，例如修复区域的面积为1643.2m²，该修复区域面积内共设置气相抽提井32口。各不同气相抽提井间均采用二级抽提系统将抽提出的废气废液汇到气液分离装置中进行气液分离。所述二级抽提系统包括多个一级引风装置1（与气相抽提井的个数相等）和1个以上的二级引风装置2，本实施例中一级引风装置1（引风机）为32个，设置一级引风装置的区域划分为4个，各区域设置气相抽提井8个，每个气相抽提井连接一个一级引风装置1，一级引风装置直接连接气相抽提井进行抽提，每个区域的8个一级引风装置汇合后连接一个二级引风装置2，即4个二级引风装置再进行抽提，然后将二级引风装置连接接入气液分离器3（该气液分离器也可以放在一级阴风装置之前，但考虑到一级引风装置较多，优选设置在二级引风装置之后）将分离出的废气采用活性炭吸附装置4进行处理，将分离出的废水接入到调节池5调节后，进入污水处理设备6中进行处置。

在一级引风装置开始抽提后，根据观测流量调节真空度及抽提管位置，使抽提系统稳定运行。真空泵抽出的土壤气体、地下水、NAPL和泥砂会在汽水分离器内进行分离：土壤气体上升经过汽水分离挡板，其中夹带的水分由于速度的降低而被分离出来，之后气体从废气排放口排出并排入废气处理系统；地下水在汽水分离器中有一定的停留时间，在重力作用下，LNAPL上浮被隔板挡住，DNAPL和泥砂下沉富集在底部，经过重力分离的地下水从废水排放口排出，进入污水处理设备；汽水分离器的LNAPL定期收集至危废收集系统；底部泥砂定期收集至土壤修复系统进行处理；如有DNAPL则定期与泥砂共同收集至危废收集系统。在开挖污染土壤前开始多相抽提，直到污染土壤无异味时，再进行开挖。

本实施例中经过30天的多相抽提处理，污染土壤中的vocs已经从最初的1.5ppm降低到0.8ppm，去除率达到46.7%。

步骤二：如图3所示，将经过原位多相抽提处理后的有机污染土壤清挖运输至机械通风处置大棚进行机械通风处理。有机污染土壤在处置大棚内首先经过筛分破碎斗将清挖的污染土壤进行均质化筛分（可以先进行降低含水率再行筛分破碎），破碎至土壤粒径小于等于40mm。筛分破碎主要使用ALLU筛分破碎铲斗对污染土样顺次进行筛分、破碎、混合疏松剂等作业。均质化筛分后的有机污染土壤利用挖掘机拢成截面为梯形的长条垛，即下底宽3.2m、上底宽1.5m，长70m、高1.5m的条垛状土堆，便于特种筛分设备（ALLU筛分破碎铲斗）作业。利用特种翻抛设备对条垛状土堆中的有机污染土壤进行往复式翻抛（即机械搅拌）作业，每条垛的体积约为250m³，大棚内最大可同时处理7条垛，约1750m³，每批次的翻抛作业时间约为2天。机械通风对温度和翻抛程度要求较高，处理过程中加入相对土壤质量的3%的土壤松散剂，利用其放热、同时增加土壤孔隙度增加挥发性有机污染物的逸散，可以对排出的尾气进行集中处理，避免污染环境。

经过机械通风的处理后进行检测，土壤中挥发性有机污染物浓度已降低到修复目标值以下，达到修复验收要求，可以进行基坑回填作业，当然，在本发明中优选的使要进行下一步骤，即步骤三的化学氧化处置，如果不合格则返回上一步骤，继续机械通风处置大棚内的机械搅拌处置。对应本步骤处理后，半挥发性有机污染物浓度尚未降低到修复目标值一下，还需采用化学氧化处置。本步骤中具体污染物的浓度变化为三氯乙烯从9.46mg/L降为6.79mg/L，苯并(a)芘从1.22mg/L降为0.58mg/L。

步骤三：如图4所示，经过机械通风处置后的污染土壤于化学氧化大棚内进行化学氧化处置。后弦需要进行药剂配置，化学氧化用到的药剂主要为氢氧化钠、氧化剂与活化剂，土壤化学氧化主要施工过程为药剂添加、搅拌、养护过程，氧化剂主要成分为粉状氧化剂（过硫化物）和氢氧化钠，质量比为5:1，混合后相对土壤添加质量比例为2%-5%；然后，将上述药剂作为主氧化剂与土壤充分搅拌后，须继续加入10%浓度的活化剂（双氧水）作为协同氧化剂，添加比例约为土壤质量的20%，目的在于活化氧化剂的同时保持土壤水分，提供良好的反应环境。采用搅拌设备，搅拌次数3-5次/批次，搅拌方量75m³/h。搅拌系统由搅拌机、配料机、土壤输送机、粉料提升及输送系统、电控系统组成，具有运行稳定，搅拌效果好，自动化程度高等特点。在药剂搅拌过程中，为防止搅拌过程中挥发性性有机气体的泄露，所有操作均在化学氧化大棚中进行，在搅拌土壤的同时可以有效的收集挥发性气体。经过搅拌后，污染土壤与药剂均匀混合发生反应，进行氧护，养护时间为3天，养护过程中保持土壤一定的含水率，并采集土壤样品，掌握修复效果和进度。

经过化学氧化处理过程后，进行检测，如果合格，土壤中半挥发性有机污染物浓度已降低到修复目标值以下，达到修复验收要求进行基坑回填，污染物的浓度变化为苯并(a)芘从0.58mg/L降为0.24mg/L（本发明中苯并(a)芘的修复目标值为0.24mg/L）。如果不合格，则返回氧护之前的步骤，即继续进行协同氧化剂的添加，进行药剂搅拌、氧护的过程，直至合格。

本发明提出的原位多相抽提处理、异位机械通风处理以及化学氧化处理联用的方式修复低浓度挥发性有机污染或半挥发性有机污染土壤的方法,已通过现场较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和系统进行改动或适当变更与组合，来实现本发明。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。