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大航海时代4苹果版:極限土壤氣相抽提XSVE技術介紹

發布時間:2016-11-25 14:18:01
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極限土壤氣相抽提XSVE技術介紹

   土壤氣相抽提(Soil Vapor Extraction, SVE)是1990年代初期所發展的一項成熟的土壤原位修復技術。SVE的基本原理是通過專門的地下抽提(井)系統,利用抽真空迫使非飽和區土壤中的氣體發生流動,從而將其中的揮發性有機污染物脫除,達到污染土壤修復的目的。有時在抽提的同時,可以設置注氣井,人工向土壤中注入空氣。典型的SVE技術如圖1所示,包括注射井、抽提井、管道系統、控制系統和尾氣處理系統,根據現場污染情況抽提井可分為豎井和橫井兩大類。

   SVE主要用于處理易揮發的有機物(如汽油、柴油、有機溶劑等),但不宜用于滲透性差或者地下水位變動較大的場地。另外,SVE能有效地去除不飽和區的污染物,但溶解到土壤孔隙水中的污染物很難被去除,因而難以用SVE去除。由于SVE效果受到許多不同因素的影響,如土壤含水量、有機質含量、土壤滲透性等,所以不同的場地會有不同的修復效果。

   SVE是一項相對低廉的土壤修復技術,在修復過程中對地下水的擾動小,不破壞土壤結構、設備,且設計、安裝簡單,成本不高。然而,當土壤細粒物質含量高,含水率高時,修復效果相當有限、修復時間長,使修復費用增加;此外當土壤有機質含量高,其對有機物的吸附容量大,SVE去除效率也會降低。SVE的主要優缺點見表1。

2.極限土壤氣相抽提技術(Extreme Soil Vapor Extraction, XSVE)

2.1極限土壤氣相抽提原理

   有鑒于SVE在上述問題的局限及缺點,永清環保公司所收購的美國Integrated Science &Technology, Inc. (IST) 公司于2014年研發極限土壤氣相抽提技術(Extreme Soil VaporExtraction, XSVE),這是傳統氣相抽提技術(SVE)的創新和拓展。由XSVE在傳統SVE的基礎上通過增加空氣流量、干氣流吹掃、提高土壤溫度、減少滲析、以及更具針對性的氣相抽提等手段,可以大大提高了有機污染物的去除率。XSVE的工藝示意圖見圖2。

2.2 極限土壤氣相抽提的優點

   XSVE可顯著減少運行時間,拓展了SVE可修復的污染物種類和土壤基質范圍。XSVE除了可以用于處理揮發性較強的有機污染物、汽油、柴油的污染土壤,還可以用于處理半揮發性有機污染物,如五氯酚(蒸氣壓0.0001 mmHg(20℃))、萘(蒸氣壓0.09 mmHg(20℃)),以及水溶解度較高的污染物,如1,4-二氧六環(1,4-Dioxane)、甲基叔丁基醚(MTBE)。

3.技術案例

   加州McClellan舊空軍基地修復區XSVE修復項目

項目背景:

   1,4-二氧六環是近年國際上新認定的新興污染物,常伴隨著污染場地中的氯化溶劑而存在。由于1,4-二氧六環與水完全互溶,在土壤中大多溶于土壤孔隙水中,傳統的SVE雖然能清除部分1,4-二氧六環,但這種清除非常有限。殘存在土壤中的1,4-二氧六環,成為地下水的持續污染源。

   本場地位于加州McClellan舊空軍基地修復區,歷史主要污染物是1,1,1-三氯乙烷(1,1,1-TCA),該場地在1996年即開始以SVE系統開始修復,期間斷斷續續修復,1,1,1-三氯乙烷很快在前數年被去除,但1,4-二氧六環濃度在經過將近20年的修復,卻沒有明顯下降趨勢。由于1,4-二氧六環在近幾年被認定為新興污染物,需要進一步加強修復,因此IST受美國國防部委托,從2014年開始在本場地進行XSVE的修復試驗。

解決方案:

   為解決傳統SVE對1,4-二氧六環去除不徹底的問題,本場地采用XSVE技術,在原有SVE系統的基礎上通過增加空氣流量、干氣流吹掃、提高溫度、減少滲析、以及更具針對性的氣相抽提等手段提高1,4-二氧六環的去除率。

   通過詳細的場地勘察及土壤樣品分析,我們首先確定了該場地注氣井的位置。抽氣井的四周設置了4個注氣井,每口井間距6m,注氣井井口設有線上加熱器,將熱空氣注射到土層內。抽氣井與注氣井的上部配有熱電偶及皮托管,用于溫度及壓力測量。場地中同時安裝了4個氣體監測井,配有氣體檢測探頭、溫度感應器、以及土壤濕度感應器,用于土壤多重深度的監測與感應。

   其中溫度感應器以及土壤濕度感應器是本系統的重點,因為溫度及土壤含水量的分布及變化趨勢將決定了修復成效。XSVE系統的裝置可見圖3,井及監測儀器位置見圖4。

   本場地的未飽和層土壤以粉質砂為主,夾雜砂或黏土的互層,地下水位在埋深22m處。注氣井材質為低碳鋼,井上部水泥密封,井篩12.5m至21m,也就是1,4-二氧六環的主要污染分布深度,濃度最高可達30 mg/kg。

成功經驗:

   在14個月內操作XSVE系統,共約20,000個土壤孔隙體積被XSVE抽除,成功清除了土壤中95%的1,4-二氧六環污染,大大降低了地下水污染的風險。同樣時間內,若采用傳統SVE大約僅能抽除 200 -5,000土壤孔隙體積,同時溶解在土壤孔隙水中的污染物也無法去除。

   圖5顯示了XSVE修復前后的1,4-二氧六環在土層中的濃度變化情形,在修復區的中央,1,4-二氧六環由修復前的10-30 mg/kg降到了1 mg/kg以下;在距離抽氣井約3m的內圈范圍,1,4-二氧六環由修復前的10-25 mg/kg降到了2 mg/kg以下,只有在靠近地下水層的部分濃度稍微高些;在距離抽氣井約6m的外圈范圍,1,4-二氧六環也降到了1 mg/kg以下。

4.結論

   經由實際的項目實施,展現了XSVE對于去除土壤中的高溶解性有機物的優越性,可將修復時間由數年大幅縮短至數個月。同時XSVE 的設計、安裝、操作與傳統的SVE比較并不會太復雜,可以很快速的將現有的SVE系統改裝成為XSVE系統,并且單位處理成本僅比SVE高些。同時經由現場修復經驗證明,1,4-二氧六環的大量去除發生在土壤溫度顯著升高之前,由此表明加熱并不是絕對需要的,有針對性的抽除、加熱才是關鍵。

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