原位化学氧化(ISCO)修复技术重点与关键问题
发布时间:2020-05-02 17:26    来源:    作者:宜春新闻中心

北极星环境修复网讯:一关于原位化学氧化法修复技术(ISCO)需要掌握的技术重点如下:

1.ISCO基本原理:

ISCO是通过氧化剂释放电子或激发出的自由基(Radical)来进行修复。化学反应一般反应速率较快,当剂量及反应时间充足,最终产物为水、二氧化碳或氯离子(修复含氯有机溶剂的污染时)。ISCO反应过程中,若氧化剂剂量足够,且接触污染物时间充分,则反应较完全。部份氧化剂需配合催化剂使用。

2.氧化剂主要基本注入方式:

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

依注入型式分:重力注入、加压注入。

依注入深度分:单深度注入井、多深度注入井。

注意:需根据项目情况,进行不同的组合方式使用

3.影响ISCO 修复成效的主要因子

(1)氧化剂的氧化能力、

(2)氧化剂与污染物的接触时间、

(3)氧化剂的施加方式、

(4)氧化剂与污染物的浓度。

如何把氧化剂均匀的布散于含水层中,仍是执行化学氧化修复最大的挑战,这也是在执行化学修复过程中,现场操作化学氧化的人员,需有很丰富的经验,否则会对修复时间、经费,造成很大的影响,甚至造成修复的失败。

4.主要氧化剂及去除污染物类型

目前主要(常用)的氧化剂种类共有4种:过氧化氢(液态)、过硫酸盐(固或液态)、过锰酸盐(固或液态)、臭氧(气态)。近年来,过氧化氢结合过硫酸盐、臭氧结合过氧化氢及缓释性氧化剂有进一步的发展,尤其缓释性氧化剂可能有助于ISCO会发生的污染物浓度反弹(拖尾)现象的缓解。

(1)过氧化氢(H2O2)

过氧化氢使用于ISCO有几种形式:过氧化氢溶液、Fenton、Fenton–like、固体过氧化钙、过氧化镁、过碳酸钠。可处理三氯乙烷、PCE、TCE、DCE、VC、BTEX、MTBE、氯苯、总酚等污染物,在采用ISCO时,一般过氧化氢注入浓度大约是0.5%-12%。近年来Fenton–like(类Fenton)氧化法也逐渐被应用于部份修复场地。过氧化氢的放热反应,也协助了挥发性污染物之修复,所以过硫酸钠结合过氧化氢的修复方式,目前也正逐渐被利用。因过氧化氢会产生气体,就实务面而言,有时会在含水层中造成气栓的情形。有研究指出,SOD(土壤氧化剂需求量,NOD)的范围约1~20~30g/氧化剂/kg土壤,但仍应做SOD试验,SOD会因水文地质特性的不同而不同。

(2)高锰酸盐

高锰酸盐可处理三氯乙烷、PCE、TCE、DCE、VC、BTEX、多环芳香族碳氧化合物、总酚等污染物,多应用于多氯乙烯类的修复,很少用于氯烷类修复。常见的高锰酸盐氧化剂,包括高锰酸钾(KMnO4)及高锰酸钠(NaMnO4),一般高锰酸钾的注入浓度为0.1%-3%,高浓度的高锰酸钾容易形成MnO2沉淀,堵塞修复通道。

(3)过硫酸盐

过硫酸盐可处理三氯乙烷、PCE、TCE、DCE、VC、BTEX、MTBE、总酚等污染物,一般常用的过硫酸盐包括:过硫酸钠、过硫酸钾。若能提升PH大于10.5的情形下,过硫酸盐针对一般不容易氧化处理的氯化烷类(TCA、DCA)亦可相对有效处理。采用亚铁激活过氧化氢时,其添加比例会视污染物的浓度及污染场地之水文地质特征不同而不同,可先进行小试,考虑从1:1开始测试,采用过氧化氢进行污染物氧化时,需注意气栓造成的堵塞。

(4)臭氧

臭氧可处理三氯乙烷、PCE、TCE、DCE、VC、BTEX、氯苯、总酚等污染物。因臭氧的反应性强、不穏定,半衰期只有15–30mins,当污染场地采用臭氧做为氧化剂使用时,臭氧必需在污染场地现场由臭氧产生器制造。臭氧的注入方式,可直由臭氧注入井直接注入,或于地表溶解于过氧化氢或水中,再注入地层中。因为目前臭氧产生器大都使用电晕放电(高压尖端放电),耗能很大,所以臭氧系统的冷却(降温)很重要。

5.氧化剂的注入技巧

(1)注入井井头设计:

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注意:建议最好不要采一字头设计。

(2)搅拌技巧(例如过硫酸钠的搅拌):搅拌泵可考虑在约45-60转/mm间,避免转速太快,会有发泡现象,搅拌棒需耐酸碱。

(3)注入频率:最好不要一次(或在短时间内)注完拟注入的总量、采多次注入注意每口井的可接受量。

(4)优势通道问题:产生原因可能是注入井未设置好、注入井的封填未做好、阻隔不好或加压压力未配置好,因此现场应注意,尽量避免过多产生优势流。

6.在产产业采用ISCO修复的注意事项

(1)对地下管线、设施的腐蚀;

(2)优势通道产生对地表设备或人为活动的影响;

(3)注入系统对工厂营运的影响(如氧化剂输送管线);

(4)注入系统的安全维护。

二就以下问题与老师展开讨论:

✧不同深度的注入是如何实现完成的?

答:可以单井,同一个井里有多个花管,两个花管间设置packer,然后在不同深度注入;也可以采用不同深度的井注入。

✧如果没有packer,多处开筛注入效果会怎样?packer多深度注入是一个井多根管注入?

答:如果没有packer,多处开筛注入会有问题,如果没有packer阻隔,采用加压的方式注入,氧化剂会向最容易流动的地层流,所以要看花管所在的地层,如果最底层砂质较多,氧化剂最容易流动,可能会造成氧化剂的浪费。一个井多根管注入,可以不需要packer。

✧前面说的过氧化氢和过硫酸钠混加,两种药剂的反应pH不同,会不会反应效果不好,想调场地的pH,有什么好的方法吗?

答:PH是其中一个需要的条件,两个混加不单单考虑PH,过氧化氢反应比较快,反应过程中会放热,对过硫酸钠起到催化作用,双氧化剂的处理,主要目的是延伸氧化剂在现场的使用时间,注入后初期过氧化氢起作用,后期转化为过硫酸钠起作用,pH并不是唯一的考量依据。

✧用过硫酸盐残留的硫酸根怎么处理?

答:在台湾或在美国主要是以去除污染物为主。对于硫酸根国外更多的是注重对现有建筑物结构产生的影响。如果不是非常大量的注入,微生物会利用硫酸根,硫酸根会慢慢减少,要控制硫酸盐不能外扩,跟控制污染物外扩一样。

✧对于TPH超过10000能否用ISCO,用的话是不是要结合表活,或结合生物修复?

答:TPH超过10000ppm,污染物浓度太高,直接采用氧化剂不划算,需根据场地大小和污染分布情况分布选择其他方式进行处理,比如考虑先用物理修复技术将大量污染物去除,如果浓度降到30-40ppm,可以采用氧化技术,比较经济,当然要结合时间和经济综合考虑。

✧如果某口井注入不进去,是否能关掉问题井的阀门但继续注入其他井

答:其他井仍可以注入,但要注意井注入不进去是存在堵塞的问题,要考虑堵塞的情形(气塞或沉淀),要做洗井处理,通常能解决80%的堵塞问题。

原标题:原位化学氧化(ISCO)修复技术重点与关键问题

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