一 關(guān)于原位化學(xué)氧化法修復(fù)技術(shù)(ISCO)需要掌握的技術(shù)重點(diǎn)如下:
1. ISCO基本原理:
ISCO是通過(guò)氧化劑釋放電子或激發(fā)出的自由基(Radical)來(lái)進(jìn)行修復(fù)。化學(xué)反應(yīng)一般反應(yīng)速率較快,當(dāng)劑量及反應(yīng)時(shí)間充足,最終產(chǎn)物為水、二氧化碳或氯離子(修復(fù)含氯有機(jī)溶劑的污染時(shí))。ISCO反應(yīng)過(guò)程中,若氧化劑劑量足夠,且接觸污染物時(shí)間充分,則反應(yīng)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:?jiǎn)紊疃茸⑷刖?、多深度注入井?br />
注意:需根據(jù)項(xiàng)目情況,進(jìn)行不同的組合方式使用
3. 影響 ISCO 修復(fù)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(shí)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(xué)氧化修復(fù)最大的挑戰(zhàn),這也是在執(zhí)行化學(xué)修復(fù)過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)操作化學(xué)氧化的人員,需有很豐富的經(jīng)驗(yàn),否則會(huì)對(duì)修復(fù)時(shí)間、經(jīng)費(fèi),造成很大的影響,甚至造成修復(fù)的失敗。
4. 主要氧化劑及去除污染物類(lèi)型
目前主要(常用)的氧化劑種類(lèi)共有4種:過(guò)氧化氫(液態(tài))、過(guò)硫酸鹽(固或液態(tài))、過(guò)錳酸鹽(固或液態(tài))、臭氧(氣態(tài))。近年來(lái),過(guò)氧化氫結(jié)合過(guò)硫酸鹽、臭氧結(jié)合過(guò)氧化氫及緩釋性氧化劑有進(jìn)一步的發(fā)展,尤其緩釋性氧化劑可能有助于ISCO會(huì)發(fā)生的污染物濃度反彈(拖尾)現(xiàn)象的緩解。
(1)過(guò)氧化氫(H2O2)
過(guò)氧化氫使用于ISCO有幾種形式:過(guò)氧化氫溶液、Fenton、Fenton–like、固體過(guò)氧化鈣、過(guò)氧化鎂、過(guò)碳酸鈉??商幚砣纫彝椤CE、TCE、DCE、VC、BTEX、MTBE、氯苯、總酚等污染物,在采用ISCO時(shí),一般過(guò)氧化氫注入濃度大約是0.5%-12%。近年來(lái)Fenton–like(類(lèi)Fenton)氧化法也逐漸被應(yīng)用于部份修復(fù)場(chǎng)地。過(guò)氧化氫的放熱反應(yīng),也協(xié)助了揮發(fā)性污染物之修復(fù),所以過(guò)硫酸鈉結(jié)合過(guò)氧化氫的修復(fù)方式,目前也正逐漸被利用。因過(guò)氧化氫會(huì)產(chǎn)生氣體,就實(shí)務(wù)面而言,有時(shí)會(huì)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(yīng)做SOD試驗(yàn),SOD會(huì)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(yīng)用于多氯乙烯類(lèi)的修復(fù),很少用于氯烷類(lèi)修復(fù)。常見(jiàn)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(fù)通道。
(3)過(guò)硫酸鹽
過(guò)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(guò)硫酸鹽包括:過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸鉀。若能提升PH大于10.5的情形下,過(guò)硫酸鹽針對(duì)一般不容易氧化處理的氯化烷類(lèi)(TCA、DCA)亦可相對(duì)有效處理。采用亞鐵激活過(guò)氧化氫時(shí),其添加比例會(huì)視污染物的濃度及污染場(chǎng)地之水文地質(zhì)特征不同而不同,可先進(jìn)行小試,考慮從1:1開(kāi)始測(cè)試,采用過(guò)氧化氫進(jìn)行污染物氧化時(shí),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(yīng)性強(qiáng)、不穏定,半衰期只有15–30mins,當(dāng)污染場(chǎng)地采用臭氧做為氧化劑使用時(shí),臭氧必需在污染場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)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(guò)氧化氫或水中,再注入地層中。因?yàn)槟壳俺粞醍a(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(jì):
注意:建議最好不要采一字頭設(shè)計(jì)。
(2)攪拌技巧(例如過(guò)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(huì)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(shí)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(shì)通道問(wèn)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(chǎng)應(yīng)注意,盡量避免過(guò)多產(chǎn)生優(yōu)勢(shì)流。
6. 在產(chǎn)產(chǎn)業(yè)采用ISCO修復(fù)的注意事項(xiàng)
(1)對(duì)地下管線、設(shè)施的腐蝕;
(2)優(yōu)勢(shì)通道產(chǎn)生對(duì)地表設(shè)備或人為活動(dòng)的影響;
(3)注入系統(tǒng)對(duì)工廠營(yíng)運(yùn)的影響(如氧化劑輸送管線);
(4)注入系統(tǒng)的安全維護(hù)。
二講課過(guò)程中,學(xué)員就以下問(wèn)題與老師展開(kāi)討論:
?不同深度的注入是如何實(shí)現(xiàn)完成的?
答:可以單井,同一個(gè)井里有多個(gè)花管,兩個(gè)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(méi)有packer,多處開(kāi)篩注入效果會(huì)怎樣?packer多深度注入是一個(gè)井多根管注入?
答:如果沒(méi)有packer,多處開(kāi)篩注入會(huì)有問(wèn)題,如果沒(méi)有packer阻隔,采用加壓的方式注入,氧化劑會(huì)向最容易流動(dòng)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(dòng),可能會(huì)造成氧化劑的浪費(fèi)。一個(gè)井多根管注入,可以不需要packer。
?前面說(shuō)的過(guò)氧化氫和過(guò)硫酸鈉混加,兩種藥劑的反應(yīng)pH不同,會(huì)不會(huì)反應(yīng)效果不好,想調(diào)場(chǎng)地的pH,有什么好的方法嗎?
答:PH是其中一個(gè)需要的條件,兩個(gè)混加不單單考慮PH,過(guò)氧化氫反應(yīng)比較快,反應(yīng)過(guò)程中會(huì)放熱,對(duì)過(guò)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(chǎng)的使用時(shí)間,注入后初期過(guò)氧化氫起作用,后期轉(zhuǎn)化為過(guò)硫酸鈉起作用,pH并不是唯一的考量依據(jù)。
?用過(guò)硫酸鹽殘留的硫酸根怎么處理?
答:在臺(tái)灣或在美國(guó)主要是以去除污染物為主。對(duì)于硫酸根國(guó)外更多的是注重對(duì)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(huì)利用硫酸根,硫酸根會(huì)慢慢減少,要控制硫酸鹽不能外擴(kuò),跟控制污染物外擴(kuò)一樣。
?對(duì)于TPH超過(guò)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(fù)?
答:TPH超過(guò)10000ppm,污染物濃度太高,直接采用氧化劑不劃算,需根據(jù)場(chǎng)地大小和污染分布情況分布選擇其他方式進(jìn)行處理,比如考慮先用物理修復(fù)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(jì),當(dāng)然要結(jié)合時(shí)間和經(jīng)濟(jì)綜合考慮。
?如果某口井注入不進(jìn)去,是否能關(guān)掉問(wèn)題井的閥門(mén)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(jìn)去是存在堵塞的問(wèn)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(wèn)題。
原標(biāo)題:【學(xué)習(xí)心得】原位化學(xué)氧化(ISCO)修復(fù)技術(shù)重點(diǎn)與關(guān)鍵問(wèn)題