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原位化學氧化(ISCO)修復技術(shù)重點與關(guān)鍵問題

  
評論: 更新日期:2020年04月19日

一關(guān)于原位化學氧化法修復技術(shù)(ISCO)需要掌握的技術(shù)重點如下:

1.ISCO基本原理:

ISCO是通過氧化劑釋放電子或激發(fā)出的自由基(Radical)來進行修復?;瘜W反應一般反應速率較快,當劑量及反應時間充足,最終產(chǎn)物為水、二氧化碳或氯離子(修復含氯有機溶劑的污染時)。ISCO反應過程中,若氧化劑劑量足夠,且接觸污染物時間充分,則反應較完全。部份氧化劑需配合催化劑使用。

2.氧化劑主要基本注入方式:

依注入管道分:注入井、Direct Push、抽注井群、地下水循環(huán)井(Groundwater Circulation Well)。

依注入型式分:重力注入、加壓注入。

依注入深度分:單深度注入井、多深度注入井。

注意:需根據(jù)項目情況,進行不同的組合方式使用

3.影響ISCO 修復成效的主要因子

(1)氧化劑的氧化能力、

(2)氧化劑與污染物的接觸時間、

(3)氧化劑的施加方式、

(4)氧化劑與污染物的濃度。

如何把氧化劑均勻的布散于含水層中,仍是執(zhí)行化學氧化修復最大的挑戰(zhàn),這也是在執(zhí)行化學修復過程中,現(xiàn)場操作化學氧化的人員,需有很豐富的經(jīng)驗,否則會對修復時間、經(jīng)費,造成很大的影響,甚至造成修復的失敗。

4.主要氧化劑及去除污染物類型

目前主要(常用)的氧化劑種類共有4種:過氧化氫(液態(tài))、過硫酸鹽(固或液態(tài))、過錳酸鹽(固或液態(tài))、臭氧(氣態(tài))。近年來,過氧化氫結(jié)合過硫酸鹽、臭氧結(jié)合過氧化氫及緩釋性氧化劑有進一步的發(fā)展,尤其緩釋性氧化劑可能有助于ISCO會發(fā)生的污染物濃度反彈(拖尾)現(xiàn)象的緩解。

(1)過氧化氫(H2O2)

過氧化氫使用于ISCO有幾種形式:過氧化氫溶液、Fenton、Fenton–like、固體過氧化鈣、過氧化鎂、過碳酸鈉??商幚砣纫彝?、PCE、TCE、DCE、VC、BTEX、MTBE、氯苯、總酚等污染物,在采用ISCO時,一般過氧化氫注入濃度大約是0.5%-12%。近年來Fenton–like(類Fenton)氧化法也逐漸被應用于部份修復場地。過氧化氫的放熱反應,也協(xié)助了揮發(fā)性污染物之修復,所以過硫酸鈉結(jié)合過氧化氫的修復方式,目前也正逐漸被利用。因過氧化氫會產(chǎn)生氣體,就實務面而言,有時會在含水層中造成氣栓的情形。有研究指出,SOD(土壤氧化劑需求量,NOD)的范圍約1~20~30g/氧化劑/kg土壤,但仍應做SOD試驗,SOD會因水文地質(zhì)特性的不同而不同。

(2)高錳酸鹽

高錳酸鹽可處理三氯乙烷、PCE、TCE、DCE、VC、BTEX、多環(huán)芳香族碳氧化合物、總酚等污染物,多應用于多氯乙烯類的修復,很少用于氯烷類修復。常見的高錳酸鹽氧化劑,包括高錳酸鉀(KMnO4)及高錳酸鈉(NaMnO4),一般高錳酸鉀的注入濃度為0.1%-3%,高濃度的高錳酸鉀容易形成MnO2沉淀,堵塞修復通道。

(3)過硫酸鹽

過硫酸鹽可處理三氯乙烷、PCE、TCE、DCE、VC、BTEX、MTBE、總酚等污染物,一般常用的過硫酸鹽包括:過硫酸鈉、過硫酸鉀。若能提升PH大于10.5的情形下,過硫酸鹽針對一般不容易氧化處理的氯化烷類(TCA、DCA)亦可相對有效處理。采用亞鐵激活過氧化氫時,其添加比例會視污染物的濃度及污染場地之水文地質(zhì)特征不同而不同,可先進行小試,考慮從1:1開始測試,采用過氧化氫進行污染物氧化時,需注意氣栓造成的堵塞。

(4)臭氧

臭氧可處理三氯乙烷、PCE、TCE、DCE、VC、BTEX、氯苯、總酚等污染物。因臭氧的反應性強、不穏定,半衰期只有15–30mins,當污染場地采用臭氧做為氧化劑使用時,臭氧必需在污染場地現(xiàn)場由臭氧產(chǎn)生器制造。臭氧的注入方式,可直由臭氧注入井直接注入,或于地表溶解于過氧化氫或水中,再注入地層中。因為目前臭氧產(chǎn)生器大都使用電暈放電(高壓尖端放電),耗能很大,所以臭氧系統(tǒng)的冷卻(降溫)很重要。

5.氧化劑的注入技巧

(1)注入井井頭設(shè)計:

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注意:建議最好不要采一字頭設(shè)計。

(2)攪拌技巧(例如過硫酸鈉的攪拌):攪拌泵可考慮在約45-60轉(zhuǎn)/mm間,避免轉(zhuǎn)速太快,會有發(fā)泡現(xiàn)象,攪拌棒需耐酸堿。

(3)注入頻率:最好不要一次(或在短時間內(nèi))注完擬注入的總量、采多次注入注意每口井的可接受量。

(4)優(yōu)勢通道問題:產(chǎn)生原因可能是注入井未設(shè)置好、注入井的封填未做好、阻隔不好或加壓壓力未配置好,因此現(xiàn)場應注意,盡量避免過多產(chǎn)生優(yōu)勢流。

6.在產(chǎn)產(chǎn)業(yè)采用ISCO修復的注意事項

(1)對地下管線、設(shè)施的腐蝕;

(2)優(yōu)勢通道產(chǎn)生對地表設(shè)備或人為活動的影響;

(3)注入系統(tǒng)對工廠營運的影響(如氧化劑輸送管線);

(4)注入系統(tǒng)的安全維護。

二就以下問題與老師展開討論:

?不同深度的注入是如何實現(xiàn)完成的?

答:可以單井,同一個井里有多個花管,兩個花管間設(shè)置packer,然后在不同深度注入;也可以采用不同深度的井注入。

?如果沒有packer,多處開篩注入效果會怎樣?packer多深度注入是一個井多根管注入?

答:如果沒有packer,多處開篩注入會有問題,如果沒有packer阻隔,采用加壓的方式注入,氧化劑會向最容易流動的地層流,所以要看花管所在的地層,如果最底層砂質(zhì)較多,氧化劑最容易流動,可能會造成氧化劑的浪費。一個井多根管注入,可以不需要packer。

?前面說的過氧化氫和過硫酸鈉混加,兩種藥劑的反應pH不同,會不會反應效果不好,想調(diào)場地的pH,有什么好的方法嗎?

答:PH是其中一個需要的條件,兩個混加不單單考慮PH,過氧化氫反應比較快,反應過程中會放熱,對過硫酸鈉起到催化作用,雙氧化劑的處理,主要目的是延伸氧化劑在現(xiàn)場的使用時間,注入后初期過氧化氫起作用,后期轉(zhuǎn)化為過硫酸鈉起作用,pH并不是唯一的考量依據(jù)。

?用過硫酸鹽殘留的硫酸根怎么處理?

答:在臺灣或在美國主要是以去除污染物為主。對于硫酸根國外更多的是注重對現(xiàn)有建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。如果不是非常大量的注入,微生物會利用硫酸根,硫酸根會慢慢減少,要控制硫酸鹽不能外擴,跟控制污染物外擴一樣。

?對于TPH超過10000能否用ISCO,用的話是不是要結(jié)合表活,或結(jié)合生物修復?

答:TPH超過10000ppm,污染物濃度太高,直接采用氧化劑不劃算,需根據(jù)場地大小和污染分布情況分布選擇其他方式進行處理,比如考慮先用物理修復技術(shù)將大量污染物去除,如果濃度降到30-40ppm,可以采用氧化技術(shù),比較經(jīng)濟,當然要結(jié)合時間和經(jīng)濟綜合考慮。

?如果某口井注入不進去,是否能關(guān)掉問題井的閥門但繼續(xù)注入其他井

答:其他井仍可以注入,但要注意井注入不進去是存在堵塞的問題,要考慮堵塞的情形(氣塞或沉淀),要做洗井處理,通常能解決80%的堵塞問題。

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