探讨原位化学氧化法氧化剂分散技术
陈素云+王慧玲+张靖婷+王澎
摘要：原位化学氧化法是有机污染土壤与地下水修复的最佳技术之一，不仅效果显著，且经济性较好。对于原位化学氧化技术而言，药剂的投加以及分散，是其技术的核心所在，而被污染土壤的特征、污染严重程度、渗透性以及氧化剂的性质等，则直接关系着药剂投加与分散方式的选择。基于此，本文对有机污染土壤与地下水原位化学氧化药剂分散方式进行了研究。
关键词：有机污染土壤；地下水；原位化学氧化药剂；分散方式
中图分类号：X131 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0113-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.065
In situ chemical oxidation oxidizer dispersion technology
Chen Suyun， Wang Huiling， Zhang Jingting， Wang Peng
（Beijing Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Beijing 100038，China）
Abstract： In-situ chemical oxidation is one of the best techniques for remediation of organic contaminated soils and groundwater. It not only has obvious effect but also has good economy. For the in-situ chemical oxidation technology， the dosing and dispersion of the chemical are the core of its technology. However， the characteristics of contaminated soil， the degree of pollution， the permeability and the nature of the oxidant are directly related to the dosing and Decentralized choice. Based on this， this paper studies the in situ chemical oxidation of organic pollutants in soil and groundwater.
Keywords： Organic contaminated soil； Groundwater； In situ chemical oxidation agent； Dispersion method
經济的发展，在提高了人们生活水平的同时，也为环境带来了沉重负担，土壤与地下水污染的不断加重，为人们的生命健康产生了极大威胁，同时也在一定程度上限制了社会文明的进步。因此，必须重视对有机污染土壤与地下水的修复，原位化学氧化法逐渐成为修复技术的热点之一，而药剂投加方式的选择，是原位化学氧化技术能否成功的关键。因此，对有机污染土壤与地下水原位化学氧化药剂投加方式的进行研究，具有重要的现实意义。
1 直压注射法
崔英杰，杨世迎，王萍，等（2016）在研究中提出，直压注射法即通过施加一定压力，利用注射管道，将氧化剂加入到被污染的土壤中，详见图1。在钻探机械设备下钻的过程中，注射管道会随之进入被污染的土壤，之后按照土壤的污染程度，在其长度的方向之上，建立起分层的氧化剂扩散孔。通过注射泵施加的压力，氧化剂会经过扩散孔，分层扩散至被污染的土壤，进而在注射的水平方向上，形成一层的氧化剂薄层，在通过纵向的渗透性扩散迁移，形成互相交汇的覆盖整个被污染区域土壤的养护剂层。与此同时，其还指出，直压注射法是现阶段国内外研究以及工程实践当中，应用最为广泛的一种氧化剂投加方式，主要是因为这种氧化剂投加方式灵活性与效率均比较高。但是，直压注射法也存在一定的局限性，即其不适用于管道复杂或者地下岩石较多的区域，氧化剂注射完成后，需拨出注射管道，形成的注射孔用混凝土或膨润土填充，以免引起氧化剂回流富集而影响修复效果 [1]。
国外注射管道上扩散孔的纵向间距一般为1.5～3.0m；国内土壤调查取样的纵向间距一般为2m。适当增加氧化剂溶液的注射压力或注射速率可以在地下发生破裂反应，形成氧化剂扩散的快速通道，增强氧化剂的作用范围。但注射压力过高则会造成冒浆或形成过大的裂隙，导致氧化剂向非目标区域扩散[2]。
注射方式可以使用“自下而上”的方法（开始在底部注入并向上），“自上而下”（从下面开始）的方式也可以使用。自上而下的方法是将筛选的部分推到目标处理区的顶部，注入试剂的设计量，然后将这一段推进到下一个修复深度。自下而上的方法是反过来的。直接推进注射比较灵活，可以将更多的氧化剂注入到一个集中的区间，以修复严重污染状况。注射通常采用典型的网格布点完成（一排排的注入点、与点间距相同的距离行），直压式注射点间距是基于预期的影响半径（ROI），为了避免注入点之间的盲区，应该相互重叠。注射的顺序取决于场地的修复目标，但一般来说应该从下游向上游推进，由外向内的方法也可以用来推动污染物向中心移动。
2 注射井法
纪录，张晖（2013）通过多年对地下水监测技术的研究提出了注射井法这一种投加方式。注射井法即借助聚氯乙烯或者其他金属材料，于被污染区内，建立注射井，通过自由扩散的方式，将投入井中的氧化剂进行横向与纵向的扩散，使其与污染物充分接触，发生反应，达到修复效果。注射井法的位置是固定的，但可以重复投放氧化剂。而将其与抽水井或者循环井联合应用，便能够用来对低渗透性土壤中进行原位化学氧化修复。在实际工程应用中，经常利用抽水泵对梯度方向下的地下水进行抽取，以提高地下水的流动速度，进而增强氧化剂的扩散速率。除了臭氧之外的所有液态或者固态氧化剂，都可以利用注射井法这一投加方式。由于这一投加方式需要大量的辅助设施，故成本较高，且操作工艺相对复杂，但其设计参数较为详细，监测数据比较精准，故应用范围也比较广泛[3]。
图2 注射井法示意图
一般来说，注射井应该被设计成注水井，而不是监控井。最有效地注射井使用连续槽（或包网），滤管的长度和直径也是重要的考虑因素，注射井滤管长度不应超过3.0～4.5m，尤其是在非均质地层或处理高污染区。井的直径对流量有一定影响，设置在2-6英寸较为合理。注射过程中压力不应过高，除非为压裂需要。井的材料需要与氧化剂相兼容，多使用聚氯乙烯，但在某些情况下，可能需要使用不锈钢或其他材料 。
注射井可以使用网格方式布设，类似于直压式注射点。在一些场地上，也可能是在与地下水流垂直的一系列行中安装。如果地下水的速度足够快，且氧化剂有一定的持久性，则可能会发生氧化剂的一些漂移，使注射井行间距增大，使所需要的井数量减少。
3 土壤置换法
龙安华，雷洋，张晖（2014）在研究中发现，与直压注射法、注射井法相比，土壤置换法这一种氧化剂投加方式，相对比较简单，其与农业施肥过程中的穴施法比较相似，即将被污染的土壤挖出来，换成固态氧化剂，在土壤中形成氧化剂扩散墙，在氧化剂被地下水溶解后，会随之流到被污染区域，与污染物发生化学反应，进而实现对土壤的修复。基于土壤置换法的特殊性，这种方式仅适用于固态氧化剂以及受污染程度较浅的区域[4]。在实际的工程应用当中，经常利用搅拌机将氧化剂与被污染土壤进行混合，形成氧化劑柱，氧化剂柱深度可达14m。
5 结论
基于对有机污染土壤与地下水原位化学氧化药剂投加方式的综述可知，药剂投加方式的选择，直接关系着原位化学氧化修复技术的应用效果。因此，在实际的工程应用中，必须综合分析土壤可渗透性、污染物分布、污染物性质等多方面因素，采取最佳的药剂投加方式，进而充分发挥出原位化学氧化修复技术的作用，达到修复被污染土壤的目的。
参考文献
[1]崔英杰，杨世迎，王萍等.Fenton原位化学氧化法修复有机污染土壤和地下水研究[J].化学进展，2016，20（z2）：1196-1201.
[2] Huling S G，Pivetz B E. Engineering Issue In-Situ Chemical Oxidation[M]. Washington DC：Bibli-ogov，2013：35-38.
[3] Seol Y，Zhang H，Schwartx F W.AReview of In Situ Chemical Oxidation and Heterogeneity[J]. Environ Eng Geosci，2003，9（1）：37-49.
[4]纪录，张晖.原位化学氧化法在土壤和地下水修复中的研究进展[J].环境工程学报，2013，4（6）：37-42.
收稿日期：2017-11-16
作者简介：陈素云（1976-），女，硕士研究生，高级工程师，研究方向为污染场地。
摘要：原位化学氧化法是有机污染土壤与地下水修复的最佳技术之一，不仅效果显著，且经济性较好。对于原位化学氧化技术而言，药剂的投加以及分散，是其技术的核心所在，而被污染土壤的特征、污染严重程度、渗透性以及氧化剂的性质等，则直接关系着药剂投加与分散方式的选择。基于此，本文对有机污染土壤与地下水原位化学氧化药剂分散方式进行了研究。
关键词：有机污染土壤；地下水；原位化学氧化药剂；分散方式
中图分类号：X131 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0113-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.065
In situ chemical oxidation oxidizer dispersion technology
Chen Suyun， Wang Huiling， Zhang Jingting， Wang Peng
（Beijing Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Beijing 100038，China）
Abstract： In-situ chemical oxidation is one of the best techniques for remediation of organic contaminated soils and groundwater. It not only has obvious effect but also has good economy. For the in-situ chemical oxidation technology， the dosing and dispersion of the chemical are the core of its technology. However， the characteristics of contaminated soil， the degree of pollution， the permeability and the nature of the oxidant are directly related to the dosing and Decentralized choice. Based on this， this paper studies the in situ chemical oxidation of organic pollutants in soil and groundwater.
Keywords： Organic contaminated soil； Groundwater； In situ chemical oxidation agent； Dispersion method
經济的发展，在提高了人们生活水平的同时，也为环境带来了沉重负担，土壤与地下水污染的不断加重，为人们的生命健康产生了极大威胁，同时也在一定程度上限制了社会文明的进步。因此，必须重视对有机污染土壤与地下水的修复，原位化学氧化法逐渐成为修复技术的热点之一，而药剂投加方式的选择，是原位化学氧化技术能否成功的关键。因此，对有机污染土壤与地下水原位化学氧化药剂投加方式的进行研究，具有重要的现实意义。
1 直压注射法
崔英杰，杨世迎，王萍，等（2016）在研究中提出，直压注射法即通过施加一定压力，利用注射管道，将氧化剂加入到被污染的土壤中，详见图1。在钻探机械设备下钻的过程中，注射管道会随之进入被污染的土壤，之后按照土壤的污染程度，在其长度的方向之上，建立起分层的氧化剂扩散孔。通过注射泵施加的压力，氧化剂会经过扩散孔，分层扩散至被污染的土壤，进而在注射的水平方向上，形成一层的氧化剂薄层，在通过纵向的渗透性扩散迁移，形成互相交汇的覆盖整个被污染区域土壤的养护剂层。与此同时，其还指出，直压注射法是现阶段国内外研究以及工程实践当中，应用最为广泛的一种氧化剂投加方式，主要是因为这种氧化剂投加方式灵活性与效率均比较高。但是，直压注射法也存在一定的局限性，即其不适用于管道复杂或者地下岩石较多的区域，氧化剂注射完成后，需拨出注射管道，形成的注射孔用混凝土或膨润土填充，以免引起氧化剂回流富集而影响修复效果 [1]。
国外注射管道上扩散孔的纵向间距一般为1.5～3.0m；国内土壤调查取样的纵向间距一般为2m。适当增加氧化剂溶液的注射压力或注射速率可以在地下发生破裂反应，形成氧化剂扩散的快速通道，增强氧化剂的作用范围。但注射压力过高则会造成冒浆或形成过大的裂隙，导致氧化剂向非目标区域扩散[2]。
注射方式可以使用“自下而上”的方法（开始在底部注入并向上），“自上而下”（从下面开始）的方式也可以使用。自上而下的方法是将筛选的部分推到目标处理区的顶部，注入试剂的设计量，然后将这一段推进到下一个修复深度。自下而上的方法是反过来的。直接推进注射比较灵活，可以将更多的氧化剂注入到一个集中的区间，以修复严重污染状况。注射通常采用典型的网格布点完成（一排排的注入点、与点间距相同的距离行），直压式注射点间距是基于预期的影响半径（ROI），为了避免注入点之间的盲区，应该相互重叠。注射的顺序取决于场地的修复目标，但一般来说应该从下游向上游推进，由外向内的方法也可以用来推动污染物向中心移动。
2 注射井法
纪录，张晖（2013）通过多年对地下水监测技术的研究提出了注射井法这一种投加方式。注射井法即借助聚氯乙烯或者其他金属材料，于被污染区内，建立注射井，通过自由扩散的方式，将投入井中的氧化剂进行横向与纵向的扩散，使其与污染物充分接触，发生反应，达到修复效果。注射井法的位置是固定的，但可以重复投放氧化剂。而将其与抽水井或者循环井联合应用，便能够用来对低渗透性土壤中进行原位化学氧化修复。在实际工程应用中，经常利用抽水泵对梯度方向下的地下水进行抽取，以提高地下水的流动速度，进而增强氧化剂的扩散速率。除了臭氧之外的所有液态或者固态氧化剂，都可以利用注射井法这一投加方式。由于这一投加方式需要大量的辅助设施，故成本较高，且操作工艺相对复杂，但其设计参数较为详细，监测数据比较精准，故应用范围也比较广泛[3]。
图2 注射井法示意图
一般来说，注射井应该被设计成注水井，而不是监控井。最有效地注射井使用连续槽（或包网），滤管的长度和直径也是重要的考虑因素，注射井滤管长度不应超过3.0～4.5m，尤其是在非均质地层或处理高污染区。井的直径对流量有一定影响，设置在2-6英寸较为合理。注射过程中压力不应过高，除非为压裂需要。井的材料需要与氧化剂相兼容，多使用聚氯乙烯，但在某些情况下，可能需要使用不锈钢或其他材料 。
注射井可以使用网格方式布设，类似于直压式注射点。在一些场地上，也可能是在与地下水流垂直的一系列行中安装。如果地下水的速度足够快，且氧化剂有一定的持久性，则可能会发生氧化剂的一些漂移，使注射井行间距增大，使所需要的井数量减少。
3 土壤置换法
龙安华，雷洋，张晖（2014）在研究中发现，与直压注射法、注射井法相比，土壤置换法这一种氧化剂投加方式，相对比较简单，其与农业施肥过程中的穴施法比较相似，即将被污染的土壤挖出来，换成固态氧化剂，在土壤中形成氧化剂扩散墙，在氧化剂被地下水溶解后，会随之流到被污染区域，与污染物发生化学反应，进而实现对土壤的修复。基于土壤置换法的特殊性，这种方式仅适用于固态氧化剂以及受污染程度较浅的区域[4]。在实际的工程应用当中，经常利用搅拌机将氧化剂与被污染土壤进行混合，形成氧化劑柱，氧化剂柱深度可达14m。
5 结论
基于对有机污染土壤与地下水原位化学氧化药剂投加方式的综述可知，药剂投加方式的选择，直接关系着原位化学氧化修复技术的应用效果。因此，在实际的工程应用中，必须综合分析土壤可渗透性、污染物分布、污染物性质等多方面因素，采取最佳的药剂投加方式，进而充分发挥出原位化学氧化修复技术的作用，达到修复被污染土壤的目的。
参考文献
[1]崔英杰，杨世迎，王萍等.Fenton原位化学氧化法修复有机污染土壤和地下水研究[J].化学进展，2016，20（z2）：1196-1201.
[2] Huling S G，Pivetz B E. Engineering Issue In-Situ Chemical Oxidation[M]. Washington DC：Bibli-ogov，2013：35-38.
[3] Seol Y，Zhang H，Schwartx F W.AReview of In Situ Chemical Oxidation and Heterogeneity[J]. Environ Eng Geosci，2003，9（1）：37-49.
[4]纪录，张晖.原位化学氧化法在土壤和地下水修复中的研究进展[J].环境工程学报，2013，4（6）：37-42.
收稿日期：2017-11-16
作者简介：陈素云（1976-），女，硕士研究生，高级工程师，研究方向为污染场地。
