污染土壤的修復(fù)成了人們關(guān)注的問題。美國(guó)有機(jī)污染土壤修復(fù)工作開展較早，目前已有大量成功的修復(fù)案例。列舉了目前國(guó)內(nèi)外有機(jī)污染土壤修復(fù)的常用技術(shù)，并比較了各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)，介紹了美國(guó)超級(jí)基金污染場(chǎng)地修復(fù)的四個(gè)典型案例，以期為我國(guó)有機(jī)污染土壤修復(fù)工作提供借鑒。

土壤的有機(jī)污染問題是全世界范圍內(nèi)廣泛關(guān)注的環(huán)境問題之一。土壤中有機(jī)污染物的來源包括工業(yè)泄露和溢出，石油庫和化學(xué)品庫泄露，農(nóng)藥濫用，清潔劑、油、防凍液隨意處置，生活垃圾不當(dāng)處置，垃圾填埋場(chǎng)和垃圾堆場(chǎng)等。

每年有大量的有機(jī)物釋放到土壤環(huán)境中，包括芳香化合物、多氯代有機(jī)物、農(nóng)藥、石油等，其中大部分的污染物是難溶的、有毒的、致突變的，甚至是致癌的，對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)有著巨大的危害。近年來，我國(guó)開始逐漸關(guān)注有機(jī)污染物造成的土壤污染問題，并進(jìn)行有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究。

美國(guó)自20世紀(jì)80年代起建立了土壤修復(fù)超級(jí)基金制度，截止2010年，已累計(jì)清理有害土壤、廢棄物和沉淀物1億多m3，涉及有機(jī)污染物的場(chǎng)地超過總場(chǎng)地的60%。近年來，我國(guó)開始逐漸意識(shí)到有機(jī)污染土壤的危害，大力發(fā)展有機(jī)土壤修復(fù)技術(shù)，開展有機(jī)污染土壤修復(fù)示范工程是十分必要的。本文介紹了目前有機(jī)物污染土壤修復(fù)的常用技術(shù)，和美國(guó)有機(jī)污染土壤修復(fù)的典型案例，為我國(guó)有機(jī)污染土壤修復(fù)工作提供借鑒。

1 有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)

有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)種類較多，表1中總結(jié)了國(guó)內(nèi)外常用的幾種修復(fù)技術(shù)。目前，土壤氣相抽提(SVE)和熱解吸技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的有機(jī)土壤修復(fù)技術(shù)，其處理效果、成本和周期都符合城市對(duì)土壤修復(fù)的要求。其中，SVE技術(shù)多應(yīng)用于鹵代和非鹵代揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物的降解中，其對(duì)低揮發(fā)性有機(jī)物和有機(jī)農(nóng)藥等物質(zhì)的處理效果較差。

而熱解吸技術(shù)對(duì)于處理鹵代有機(jī)物、非鹵代的半揮發(fā)性有機(jī)物、多氯聯(lián)苯(PCBs)、以及高濃度的疏水性液體等污染物有優(yōu)勢(shì)，但這項(xiàng)技術(shù)會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)和生物系統(tǒng)。土壤淋洗有濃縮污染物的能力，因此可以作為其他技術(shù)的預(yù)處理，減少待處理的土壤體積，降低總費(fèi)用。

微生物修復(fù)技術(shù)最常用于降解土壤中的石油烴，這項(xiàng)技術(shù)是環(huán)境友好的，但是修復(fù)周期過長(zhǎng)。此外，在選擇具體的土壤修復(fù)技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)污染物和土壤性質(zhì)、處理時(shí)間、成本等因素進(jìn)行全面比較。

表1 常用有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)


2 有機(jī)污染土壤修復(fù)案例

2.1 土壤氣相抽提項(xiàng)目——落基山兵工廠18單元污染修復(fù)工程

落基山兵工廠是美國(guó)的一個(gè)化學(xué)武器制造中心，位于科羅拉多州的科默斯市。這一兵工廠由美國(guó)陸軍于20世紀(jì)末設(shè)立，生產(chǎn)常規(guī)兵器和化學(xué)兵器，其中包括白磷、凝固汽油彈、芥子氣、路易氏劑和氯氣。1984年，美國(guó)陸軍對(duì)落基山兵工廠的污染情況進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地內(nèi)存在多種污染物，包括有機(jī)氯農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)藥、氨基甲酸酯類殺蟲劑、有機(jī)溶劑、氯化苯、重金屬等。

1991年，在落基山兵工廠超級(jí)基金污染場(chǎng)地的18號(hào)單元進(jìn)行了土壤氣相抽提處理。這一區(qū)域在過去主要用以清洗維修設(shè)備和車輛，并儲(chǔ)存柴油、汽油和各種石油產(chǎn)品。在這一區(qū)域的土壤和地下水中發(fā)現(xiàn)了大量的VOCs，其中大多為三氯乙烯，其在土壤蒸汽中的體積濃度高達(dá)65×10－6。這些VOCs主要來自于清洗過程中使用的含氯溶劑。SVE系統(tǒng)安裝在了土壤蒸汽中三氯乙烯濃度最高的區(qū)域。

該SVE系統(tǒng)包括一個(gè)較淺的氣相抽提井和一個(gè)較深的氣相抽提井。淺井位于黏土層以上，地下13～28尺;深井位于黏土層以下，地下43～58尺。設(shè)立兩個(gè)抽提井是為了研究黏土層對(duì)VOCs移除的影響。在氣相抽提井周邊圍繞著4個(gè)蒸汽監(jiān)測(cè)井，用于評(píng)估SVE系統(tǒng)的性能。

蒸汽從氣相抽提井中抽提出之后，進(jìn)入氣液分離罐中分離掉其中的凝結(jié)水，隨后進(jìn)入沉淀過濾器和再生鼓風(fēng)機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)排出的煙氣通過兩組串聯(lián)的顆?；钚蕴肯到y(tǒng)進(jìn)行處理，每組活性炭處理單元中有三個(gè)裝有顆?；钚蕴康娜萜?。一級(jí)活性炭處理單元可以去除掉氣體中90%的三氯乙烯，二級(jí)活性炭處理單位則用于處理殘余的三氯乙烯。圖1為該SVE系統(tǒng)的工藝流程。


圖1 SVE系統(tǒng)的工藝流程

該系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)過程從1991年7月持續(xù)到12月，總共處理了約70磅的三氯乙烯，總處理土方量約為26 000 m3。SVE系統(tǒng)處理后的三氯乙烯的體積濃度小于1×10－6。整個(gè)SVE系統(tǒng)的籌備、建立和運(yùn)行費(fèi)用為182 800美元。

2.2 熱解吸修復(fù)項(xiàng)目——沃林頓乳膠廠環(huán)境修復(fù)工程

沃林頓乳膠廠位于美國(guó)新澤西州卑爾根縣的居住－工業(yè)混合區(qū)，面積為9.67英畝。從1951年至1983年，該廠曾生產(chǎn)天然和合成橡膠產(chǎn)品以及化學(xué)粘合劑。生產(chǎn)過程中使用了大量的有機(jī)溶劑，包括揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)，如丙酮、庚烷、正己烷、甲乙酮、二氯甲烷，以及多氯聯(lián)苯(PCBs)。

1989年3月，沃林頓乳膠廠場(chǎng)址被添加到超級(jí)基金優(yōu)先修復(fù)場(chǎng)地名單中，1988年9月至1992年6月這一場(chǎng)地進(jìn)行了修復(fù)調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示:場(chǎng)地中的污染土方量為24 500 m3，排水渠中的污染土和污泥量為2 060 m3。PCBs最高含量為4 000 mg/kg，半揮發(fā)有機(jī)物為雙黃原酸乙基酯鄰苯二甲酸鹽(BEHP)、3，3’-二氯聯(lián)苯胺和PAHs，重金屬污染物為銻和砷。

1999年3月，該場(chǎng)地開始使用熱解吸法清除土壤中的有機(jī)污染物。系統(tǒng)熱解吸單元是一個(gè)三重殼回轉(zhuǎn)窯，圖2為這一系統(tǒng)的工藝流程。該系統(tǒng)每天大約處理225噸土壤，土壤出口溫度為482℃。在污染土壤進(jìn)入到回轉(zhuǎn)窯之前，首先要對(duì)其進(jìn)行篩濾，將直徑大于兩英寸的雜質(zhì)篩除。處理后的土壤進(jìn)行壓實(shí)之后回填到挖掘區(qū)域。


圖2 熱解吸系統(tǒng)的工藝流程

煙氣使用洗滌器、文丘里管、噴霧塔依次進(jìn)行處理，隨后進(jìn)入到顆?；钚蕴窟^濾單元和高效空氣微粒過濾器中進(jìn)行清潔。處理后的煙氣再次回收進(jìn)入爐膛。洗滌用水通過澄清池和壓濾機(jī)分離掉油和固體殘?jiān)?，隨后使用活性炭吸附掉污染物，清潔水用于進(jìn)行清潔土壤的調(diào)理。壓濾器中的濾餅在場(chǎng)外的危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)地進(jìn)行填埋。

這一項(xiàng)目一直實(shí)施到2000年6月，共修復(fù)41 045 m3有機(jī)污染土壤，修復(fù)費(fèi)用總計(jì)15 700 000美元，平均每立方米土壤花費(fèi)382美元，其中有機(jī)污染物的處理效果見表2。

表2 熱解吸系統(tǒng)處理效果


2.3 土壤淋洗項(xiàng)目——勒瓊營(yíng)88號(hào)地塊土壤含水層修復(fù)項(xiàng)目

海軍陸戰(zhàn)隊(duì)勒瓊營(yíng)位于美國(guó)北卡羅來納州，是美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)一所規(guī)模龐大的訓(xùn)練和調(diào)度基地。這一基地建立于1942年，面積為640 km2。1989年，美國(guó)環(huán)保署將這一場(chǎng)地添加到國(guó)家優(yōu)先修復(fù)場(chǎng)地名單中。勒瓊營(yíng)場(chǎng)地中的土壤、污泥、地下水和地表水中都含有大量污染物，威脅著該區(qū)域居民的健康。場(chǎng)地中的污染物包括VOCs、重金屬、農(nóng)藥、PAHs和PCBs。從1994年起，美國(guó)海軍開始對(duì)勒瓊營(yíng)地塊進(jìn)行修復(fù)，直到現(xiàn)在修復(fù)工程仍在繼續(xù)。

1999年4－8月，在勒瓊營(yíng)的88號(hào)地塊設(shè)立了表面活性劑加強(qiáng)的原位土壤淋洗系統(tǒng)，進(jìn)行土壤含水層修復(fù)示范項(xiàng)目。88號(hào)地塊受到四氯乙烯和烴類溶劑的污染。四氯乙烯屬于重質(zhì)非水相液體，主要位于88號(hào)地塊深度大約為16～20英尺的土壤淺層含水層中，其中大部分的重質(zhì)非水相液體污染物位于淺層含水層底部低透水性的淤泥層中。烴類溶劑屬于輕質(zhì)非水相液體，位于淺層含水層的上部。在本項(xiàng)目中，目標(biāo)污染物為四氯乙烯，但也有少部分的烴類溶劑在處理過程中被附帶脫除。

在勒瓊營(yíng)88號(hào)地塊示范工程中，設(shè)立了原位土壤淋洗系統(tǒng)(圖3)進(jìn)行重質(zhì)非水相液體污染物的去除，同時(shí)設(shè)立表面活性劑回收系統(tǒng)進(jìn)行表面活性劑的回收利用。土壤淋洗系統(tǒng)包括3個(gè)注射井、6個(gè)提取井和2個(gè)液壓控制井。系統(tǒng)中使用的表面活性劑(Alfoterra 145-4PO sulfateTM)是專門為勒瓊營(yíng)88號(hào)地塊示范工程設(shè)計(jì)的。這一表面活性劑滿足兩個(gè)要求:首先能夠盡可能溶解重質(zhì)非水相液體，其次可以保證表面活性劑回收過程的性能。

攜帶污染物的表面活性劑液流在地上部分進(jìn)行處理，處理單元包括一個(gè)滲透蒸發(fā)系統(tǒng)和一個(gè)超濾單元。滲透蒸發(fā)系統(tǒng)用于移除液流中的污染物，膠束強(qiáng)化超濾單元用于去除過量的水分。經(jīng)過回收凈化的表面活性劑液流再次投入到注射井。


圖3 土壤淋洗系統(tǒng)的工藝流程

88號(hào)地塊的面積大約為11 m×29 m，在4個(gè)月的處理周期中，該示范工程總共處理了288 L四氯乙烯，總花費(fèi)3 074 500美元。

2.4 微生物修復(fù)項(xiàng)目——法國(guó)有限公司污染場(chǎng)地修復(fù)工程

法國(guó)有限公司污染場(chǎng)地位于美國(guó)德克薩斯州的克羅斯比，面積為22.5英畝。這一場(chǎng)地在1966－1971年是一個(gè)工業(yè)廢物處置中心，每年大約有7×107加侖(265 000 m3)的石油化學(xué)廢棄物傾倒在一個(gè)7.3英畝，沒有防滲層的鹽水湖中。傾倒的垃圾包括罐底、酸洗用酸、精煉廠和石油化工廠的不合格產(chǎn)品。1983年成立法國(guó)有限公司任務(wù)團(tuán)隊(duì)，來領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行這一場(chǎng)地的修復(fù)，主要修復(fù)目標(biāo)為湖底的焦油狀污泥和底層土。場(chǎng)地中的主要污染物有苯并［a］芘、氯乙烯和苯、此外還有砷和PCBs。污染物濃度高達(dá)400～5 000 mg/kg。

該項(xiàng)目選用了原位懸浮床生物修復(fù)技術(shù)，系統(tǒng)中主要包括一個(gè)MixFlo曝氣系統(tǒng)，一個(gè)液態(tài)氧供應(yīng)系統(tǒng)，一個(gè)化學(xué)物料供料系統(tǒng)，挖泥和混合設(shè)備。該系統(tǒng)中包括兩個(gè)周圍安裝了板樁墻的處理單元，每個(gè)處理單元可以處理1.7×107加侖(64 000 m3)的污染土壤。其中Mixflo曝氣系統(tǒng)通過使用純氧和一系列的噴射器來氧化混合料液，因此可以減少處理過程中空氣的排量，并將系統(tǒng)中溶解氧的濃度維持在2 mg/L。圖4為這一系統(tǒng)的工藝流程。


圖4 懸浮床生物修復(fù)系統(tǒng)的工藝流程

該系統(tǒng)在清理完土壤和污泥后，使用反滲透系統(tǒng)來處理鹽水湖中的表層水。這一工程大約處理了150 000 m3的表層水，處理后的表層水排入到辛拓河中。當(dāng)鹽水湖完成脫水后，回填入清潔的土壤。殘余固體與卵石石灰以5∶1的比例混合進(jìn)行穩(wěn)定化處理。隨后，在場(chǎng)地上種植草坪和原生植被。

這項(xiàng)工程從1992年1月進(jìn)行到1993年11月，修復(fù)了大約30萬噸的污染土壤和污泥，修復(fù)后污染物的濃度為7～43 mg/kg。工程總共花費(fèi)為49 000 000美元，其中處理相關(guān)的費(fèi)用為26 900 000美元。

3 結(jié)束語

目前，我國(guó)有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)還處于初期，有待進(jìn)一步的研究和發(fā)展。而發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于有機(jī)污染土壤的研究起步較早，已經(jīng)有較為成熟的技術(shù)和大量的工程案例。特別是美國(guó)從1980年開始實(shí)施的超級(jí)基金制度，已經(jīng)對(duì)大量的有機(jī)污染場(chǎng)地進(jìn)行了修復(fù)，這些修復(fù)案例對(duì)我國(guó)有機(jī)污染土壤修復(fù)工作有重要的參考價(jià)值。