溢油水土环境污染应急修复研究
周炜彬1 梁博1 李伯浩2
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周炜彬1 梁博1 李伯浩2,. 溢油水土环境污染应急修复研究[J]. 水土保持与应用,2022.7. DOI:10.12721/ccn.2022.157065.
摘要: 西北某输油站,地处黄土地区,层发生汽油柴油泄露的情况,并造成一定的污染。本文从造成污染的原因入手,分析石油污染地下水的过程,进而对目前石油污染水环境的修复的物理、化学,以及生物的手段进行综合分析,找出适合该地区的应急修复方案。
关键词: 石油泄漏;水环境污染;应急修复
DOI:10.12721/ccn.2022.157065
基金资助:

1、水土污染概况

西北某输油站,面积大约34000平方米,其中工艺设备区及周边面积5000平方米。输油站东侧500米为黄土塬区,西侧2.5公里为河流,场站东侧为油库,场站西侧围墙外有一南北向灌溉渠,灌溉渠西侧紧邻王家庄。因此,输油站站周边环境较为敏感,油品泄露严重时在对环境造成破坏的同时还可能引发一定的纠纷。

初步调查发现,输油站曾经发生过汽柴油泄露的情况,并经过了2次换土治理,但是目前在工艺设备区内的观测井内仍有明显油气味,在工艺设备区西南20米、西围墙内5米有一直径大约1米的观测井,井底有管道通到工艺设备区,井内水有明显的油品漂浮。

2污染成因分析

输油站主要汽柴油溢油造成的污染,因此本场站污染主要为石油烃污染。石油烃在土壤--地下水系统中经历一系列复杂的物理、化学和生物过程,这些过程受到各种因素的影响并对其归宿有着不同的影响。

在地下水污染过程中,石油烃往往是通过非饱和带进入地下含水层的,实际上,石油烃污染地下水主要可以分为2个过程:一是石油烃在非饱和带中以垂向运移为主的过程;另一个是石油烃进入含水层后以侧向运移为主的过程。

石油烃在含水层中的运移受多种因素的控制,如地下水对流运动、弥散作用以及石油烃与含水层介质之间的各种物理、化学和生物化学作用。在不同环境下( 地质条件、水文地质条件等) 以及对各种性质不尽相同的石油烃,其在含水层中运移的控制因素可能不同。

由于物理、化学性质的多样性,如水溶性、蒸汽压、比重的不同,进入地下水的石油烃的环境行为相当复杂,一旦液体石油烃进入土壤后,将形成三相:溶解相、液相和气相。溶解部分进入地下水,液相残留于土壤孔隙中,气相进入土壤空气中。残留于土壤中的石油烃将由于水文循环持续释放到地下水中,成为潜在的污染源。不易溶于水中的纯液相部分称为非水相液体( non-aqueous phase liquids,简称 NAPLs) ,比水轻的称为 LNAPLs,比水重的称为 DNAPLs。

3水土环境石油类污染修复技术

基于上述基本原理,石油烃污染物质具有流动性大、渗透性强、对土壤粘附作用显著等特点,石油烃物质污染土壤-地下水环境系统具有体系复杂、范围广、治理难、周期长、危害大等特点。目前主要的修复技术包括物理法、化学法和生物法。

3.1石油烃污染土壤的物理修复方法

物理修复方法是利用物理原理和特定工程技术,将土壤中的污染物移除或者转化为无害形态。其主要包括土壤置换、气相抽提、萃取洗脱、电动修复、热脱附和生物炭吸附等。

3.2石油烃污染土壤的化学修复法

化学修复方法是利用化学反应原理和工程技术将土壤中的污染物分解成无毒小分子,从而达到土壤修复的 目的。其一般适用于高浓度污染场地的处理,主要的修复技术包括化学氧化、等离子体降解和光催化降解等。

3.3石油烃污染的生物修复

1.微生物修复法:微生物修复方法是利用细菌和真菌等微生物的代谢过程和工程技术将土壤中的污染物分解,从达到土壤修复的目的。其一般适用于低浓度污染场地的处理,主要的修复技术包括生物刺激、生物强化和生物通风。

2.植物修复法

根际降解:根际降解本质是植物根部辅助微生物降解。植物根部及其周围微生物的相互作用,能够显著降低石油类污染物的毒性和持久性。首先,植物的非根部分能够为根部提供必要的营养物质,促进根的生长 ,并分泌有机物质,增加石油污染物的生物可利用性;其次,植物根部能够创造富含糖类、氨基酸、有机酸、维生素 、单宁、生物碱、固醇、生物酶、生长素等营养物质的多元有机环境,从而增强周边微生物群落的新陈代谢活动; 最后,在根际微生物代谢作用下,将石油污染物降解为自身生长必须的碳源,同时减少石油污染物对植物的毒害作用。

实际污染场地地质条件复杂多变,且污染物种类繁多,单一修复方法由于其自身特性以及场地局限性,往往不能有效去除土壤中的复杂污染物。针对这种情况,土壤组合修复技术,包括物理-化学组合修复技术、物理-生物修复技术、化学-生物修复技术、植物-微生物组合修复技术等,颇具优势。

3、水土污染临时修复的目标

作为临时应急措施,土污染修复的目标,首先是移除溢油点附近污染较严重的土壤,迅速切断污染源,然后选择适合工程措施和处理工艺,快速、高效的处理场站内、外的地下水。同时,通过本项临时修复工程实施,为后续正式修复水土环境提供方案设计依据和技术参数。

4临时修复方案适用性分析

4.1修复方案比选的原则

污染场地修复技术路线的确定,需要综合考虑场地实际情况、业主要求、开发利用规划、修复成本以及修复技术成熟度等因素,并确定修复工艺和参数,以达到安全、彻底和高效地修复污染场地的目标。

4.2 临时修复方案适用性分析

本次对土壤-地下水临时修复要求是在尽可能短的时间内见到明显的处理效果,并对可能受到污染的场外地下水也有处理效果。

4.3污染源控制-污染土壤处置

在溢油点,污染严重的土壤是场站内地下水-土壤系统的污染源,控制了污染源才能对水土系统进行有效的修复。最快速、高效的处置方式是将污染最严重的土壤送危险废物处置中心处理。

4.4地下水抽出处理技术

捕捉地下的污染羽水体并将其抽出地面进行处理是目前最快速、有效的地下水处理技术。

抽出处理技术原理:根据地下水污染范围,在污染场地布设一定数量的抽水井,通过水泵和水井将污染地下水抽取上来,然后利用地面设备处理。处理后的地下水,排入地表径流回灌到地下或用于当地供水。

系统构成和主要设备:系统构成包括地下水控制系统、污染物处理系统和地下水监测系统。

主要设备包括钻井设备、建井材料、抽水泵、压力表、流量计、地下水水位仪、地下水水质在线监测设备、污水处理设施等。

技术应用基础和前期准备:在利用抽提出理技术进行修复前,应进行相应的可行性测试,目的在于评估抽提出理技术是否适合于特定场地的修复并为修复工程设计提供基础参数。

优缺点及处理效果:在抽出处理初期,修复效果较好,能够极大程度地减轻污染,去除污染物。但在地下水污染修复后期,修复效果越来越差。受水文地质条件限制,含水层介质与污染物之间相互作用,随着抽水工程的进行,抽出污染物浓度变低,出现拖尾现象;系统暂停后地下水中污染物浓度升高,存在回弹现象。

因此,该技术可以用于短时期的应急控制,不宜作为场地污染治理的长期手段。

4.4地面处理工艺的选择

本问污染物主要为石油类,属于有机污染,本次临时处置方案应采取见效快、成本低的工艺。因此,较理想的处理工艺主要有汽提法、活性炭法和化学氧化法。

氧化剂选择Fenton试剂, Fenton 试剂能够氧化大多数有机物,具有无选择性、反应迅速、处理彻底(甚至矿化为CO2 和H2O)、原料简单便宜、无需复杂设备、操作简便、反应条件温和、无二次污染、残存的H2O2可自然分解成氧气,从而为微生物繁殖提供电子受体等特点。

综合上述水处理工艺的优缺点,本项目作为临时处理工程,建议选择处理效果高、成本较低的活性炭法。

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