环保新质生产力|复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术

　　生态环境保护实用技术2024-J-32
 

　　复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术
 

　　申报单位
 

　　北京建工环境修复股份有限公司
 

　　推荐单位
 

　　中国环境保护产业协会土壤与地下水修复专业委员会
 

　　适用范围
 

　　适用于卤代烃、石油烃和多环芳烃等复合有机污染场地；适用地层范围为：低~中渗透地层，如杂填土、粉质黏土等；适用浓度范围为：低~中度污染。
 

　　工艺路线
 

　　复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术的工艺流程图如下所示。
 

图1原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术工艺流程图
 

　　具体工艺过程如下：
 

　　1.加热系统设计及运行。在污染区域范围内设置加热井，通过热传导方式对目标污染区域的土壤及地下水进行加热，创造有利于热耦合化学修复的反应环境。在地下加热达到目标温度后，降低加热功率进行保温。
 

　　2.化学注入系统运行。加热区地层温度上升并稳定在目标温度后，开始运行化学注入系统，进行原位化学氧化/还原药剂的注入，直至土壤和地下水中目标污染物浓度达到修复目标值要求。
 

　　3.监测系统运行。监测系统包括物探地电阻监测、温度监测、地下水监测、土壤污染监测以及各项设备参数监测。监测系统在修复施工前开始运行，并在加热前得到土壤本底温度和污染状况、地下水水质和污染状况。在修复阶段对土壤温度、地下水水质(pH值、可溶性盐EC、氧化还原电位ORP、溶解氧DO、温度)、地层电阻率变化、地下水药剂浓度等进行监测。修复完成验收后，监测系统可停止运行。
 

　　技术特点
 

　　1.复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术通过布设加热井将目标区域升温，促进污染物从土壤固相到地下水液相的迁移；同时使原位注入的化学药剂在热场条件下被激活而产生高活性自由基，强化氧化还原反应。该过程促进了污染物与化学药剂的传质效应，有效降低了加热温度和药剂用量。
 

　　2.本技术研究了氯代烃在热碱还原条件下的脱氯、热场条件下氧化药剂氧化多环芳烃的反应机理，揭示了氯代烃、多环芳烃的二次污染特征，明确了热耦合化学还原/氧化反应条件及关键参数；研究了污染物与药剂传质和反应的时空变化规律，研究了原位加热热场与化学药剂注入精准控制技术，构建了原位热处理耦合化学修复技术标准化体系。
 

　　3.本技术探明了原位热强化耦合化学修复技术能耗与成本降低机制。采用传统的热脱附技术对卤代烃、石油烃和多环芳烃的复合污染场地进行修复时，需加热升温至90℃~560℃才能实现污染物的去除，而复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术仅需将土壤加热50℃~80℃，与原位化学氧化/还原技术耦合后即可满足场地修复需求。开展了2项示范工程，验证了该技术相比传统原位热修复技术，成本降低47%~64%，节能75%~85%。
 

　　应用效果
 

　　在天津试剂一厂项目和合肥马钢项目应用了复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术。
 

　　天津试剂一厂项目主要以氯代烷烃、氯代烯烃污染为主，其修复目标值以《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)第一类用地筛选值和《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)Ⅳ类限值为依据，于2022年8月7日通过复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术进行修复，去除率超99%，达到修复目标值，并于2021年11月30日通过专家评审。
 

　　合肥马钢项目主要以多环芳烃、石油烃污染为主，修复目标值以《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)第二类用地筛选值和《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)Ⅳ类限值为依据，该项目于2023年2月开展，修复施工、验收采样、土壤和地下水检测持续进行至2023年10月，场地土壤中多环芳烃去除率最高达99%，石油烃去除率81%~98%，地下水中石油烃去除率达73.6%~99%，地下水中多环芳烃去除率近100%。
 

　　应用案例
 

　　案例名称：马(合)钢中部A区、C区片区污染土壤修复项目2标段。
 

　　案例简介：本项目修复污染土壤总量约1.24万m3，处理对象为石油烃、苯并(a)芘，二苯并(a,h)蒽等多环芳烃以及苯、甲苯、乙苯、间&对-二甲苯、邻-二甲苯等苯系物。本项目采用复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术进行修复，通过布设加热井将目标区域升温至50℃~80℃，使有机污染物从土壤固相到地下水液相的迁移；同时使原位注入的化学药剂在热场条件下被激活而产生高活性自由基，强化氧化还原反应。该技术促进了污染物与化学药剂的传质效应，有效降低了加热温度和药剂用量，实现热-化学耦合协同对污染物的高效处理。
 

　　达到的标准或性能要求：
 

　　根据项目基本情况，污染土壤修复目标值依据以《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)第二类用地筛选值为准，污染地下水修复目标值以《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)Ⅳ类限值为依据，污染土壤及地下水修复需满足上述标准限值的要求，具体见下表。
 

　　表1 示范区域污染修复目标值
 

业主单位：合肥东部新中心建设投资有限公司
 

　　投运时间：2023年2月
 

　　验收情况：2023年11月通过江苏省环境科学研究院组织的原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术示范工程运行效果评估，效果评估结论为：根据土壤的监测结果，示范工程运行结束后实验区内土壤中目标污染物苯并(a)芘和二苯并(a,h)蒽以及其他关注因子均达到修复目标值；根据地下水的三次监测结果，示范工程修复实施结束时地下水硫酸盐存在超标情况，但随后的两个月持续监测反映地下水中硫酸盐有降低趋势，并最终达到地下水Ⅳ水质标准。示范工程结束后其他关注污染物未出现超标现象。通过示范工程能耗和成本核算，示范工程基本实现了能耗降低 60%和成本降低 40%的目标。
 

　　主要工艺参数：
 

　　复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术的工艺参数如下：
 

　　1.垂直加热井间距：2m~4 m；
 

　　2.水平加热井间距：2m~6 m；
 

　　3.化学注入井排布间距：<2倍影响半径(ROI)；
 

　　4.加热温度：50℃~80℃；
 

　　5.药剂单井注入流量：2m3/h~5 m3/h；
 

　　6.药剂注入压力：0.2MPa；
 

　　7.过硫酸盐投加比：0.1%~0.5%。
 

　　运行情况：
 

　　复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术在合肥马钢项目SJ101和BCS95两个区块进行应用，在区块内设计加热井，采用燃气加热的方式对污染土壤及地下水进行加热，使污染物从土壤固相到地下水液相迁移。加热到目标温度后，开始运行化学注入系统，将药剂注入地下，与土壤及地下水中污染物发生氧化还原反应，实现场地污染物的去除。经8个月的技术应用，实验区内土壤和地下水污染物均处理达标，满足工程要求。
 

　　经第三方检测和评估得出：
 

　　根据监测结果，示范工程结束后实验区内土壤中目标污染物苯并(a)芘和二苯并(a,h)蒽以及其他关注因子均达到修复目标值，地下水硫酸盐存在超标情况，但随后的两个月持续监测反映地下水中硫酸盐有降低趋势，并最终达到地下水Ⅳ水质标准。示范工程结束后其他关注污染物未出现超标现象。通过示范工程能耗和成本核算，示范工程基本实现了能耗降低 60%和成本降低40%的目标。综上，该技术针对石油烃、多环芳烃等复合污染场地有非常好的修复效果，其成本低、能耗低的优势使该技术更具适用性和推广性。
 

　　技术应用产生的碳减排效果：
 

　　合肥马钢项目SJ101和BCS95两个区块开展复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术示范工程，根据燃气消耗量、SVE耗电量、助燃风机电量、电加热井耗电量、溶配药注入电量等统计计算，方均修复能耗约169MJ/m3~187MJ/m3，与传统原位加热工艺相比可节省75%~85%的能耗。与传统的热脱附项目相比，复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术较好体现了节能降耗的优势，减少了碳排放，具有显著的生态效益。
 

　　申报单位联系信息
 

　　单位名称：北京建工环境修复股份有限公司
 

　　原标题：环保新质生产力|复杂有机污染场地原位热强化化学氧化/还原耦合修复技术