【技术交流】地下水氨氮污染物治理修复技术研究

地下水氨氮污染物治理修复技术研究

［摘 要］ 地下水是人类宝贵的淡水资源,地下水修复已成为当前备受公众和社会关注的环境问题。以淮河平原东南部某建设用地为研究对象,针对研究区地下水氨氮污染物超标的实际,对物理屏蔽、自然衰减、治理修复、生物修复、可渗透反应墙与抽出处理五种治理修复技术进行比选,确定修复方案设计,并基于水文地质参数计算获得单井出水量、抽水井数量与治理修复时间,结果表明:主动修复技术更符合我国大部分建设用地需要开发再利用的要求,具有修复效率高、残留风险小及公众可接受程度高等优势。选取技术、经济、环境和社会在内的四类18项评价指标对研究区修复技术进行比选综合评分,并结合研究区地下水氨氮污染物溶解性较好、便于抽提且成本可控的特点,主动修复技术中的抽出处理技术可作为最优修复方法。通过实施抽出处理技术,计算得出研究区单井出水量q0为242.84 m3/d,修复深度为10.5 m,氨氮修复区域面积为257 m2,需设置至少4口地下水抽水井,预计需处理32d。研究结论为地下水氨氮污染物治理修复提供案例参考。

［关键词］ 地下水污染;氨氮;治理修复

地下水是人类珍贵的淡水资源,但随着社会工业化进程的不断发展,废水排放、工业废渣、农业灌溉等都有可能导致地下水环境污染,水环境质量问题日益严重,而且给人居健康、食品安全、饮用水安全、区域生态环境等构成严重威胁与挑战,地下水环境治理与修复已成为当前急需解决的社会热点环境问题[1]。本文以某建设用地为研究对象,对地下水氨氮污染物各治理修复方法进行比选分析,确定修复方案设计,为地下水氨氮污染物治理修复提供参考案例。

1 修复方法介绍

地下水污染修复技术包括主动修复技术和被动修复技术,被动修复技术主要包括物理屏蔽技术和自然衰减技术等,主动修复技术又分为原位修复技术和异位修复技术。原位修复技术包括生物修复技术、可渗透反应墙技术等,异位修复技术包括抽出处理技术等。各修复技术方法原理、适用性及缺点等基本情况介绍见表1[2-6]。

表1 修复技术方法原理及适用性

2 污染现状分析

研究区位于淮河平原东南部,属暖温带过渡性季风气候。该建设用地通过土壤污染状况调查,地下水氨氮污染物需要进行治理修复,氨氮检出值为1 010 mg/L,修复目标值为792 mg/L,修复面积约为257 m2,水位埋深1.02 m,含水层深度平均深度约为10.5 m,含水率约为34.3%,故计算得到的氨氮修复水量约为926 m3。

根据研究区水文地质勘察报告,区域内属漫滩地貌单元,地层岩性分层自上而下依次为①-1层杂填土,①-2层素填土,②-1层淤泥质黏土,②-2层粉质黏土夹粉土,②-3层粉土,②-4层淤泥质粉质黏土,③层粉质黏土。依据地下水的埋藏条件和赋存特征,勘察深度范围内场地地下水以孔隙潜水为主,主要赋存于①、②层土中,岩性主要为淤泥质黏土、粉质黏土和粉土,接受大气降水入渗补给及地表水的入渗补给,蒸发排泄,水位动态受季节变化影响明显。潜水含水层隔水底板为③层粉质粘土,不透水,场地内普遍分布。

3 修复方法比选

这里,拟选取包括技术、经济、环境和社会在内的四类18项评价指标对研究区修复技术进行比选。根据评价指标的重要性及影响程度,确定研究区各评价指标的权重及分值如表2所示。指标权重越大,对研究区越为重要。指标分值越高,对研究区的影响越大。各评价指标的权重总和为1;各评价指标的分值最小为0,最高为10。将各评价指标的分值与权重相乘得到各评价指标的单项得分,再将各修复技术所有指标的单项得分相加得到各修复技术的综合得分,然后对其综合得分进行排序,高者为最佳技术。

表2 修复技术比选结果

相比于被动修复技术时间长、效率低等劣势,主动修复技术更符合我国大部分建设用地需要开发再利用的要求,具有修复效率高、残留风险小、公众可接受程度高等优势。同时,在选取修复技术方法时,需结合规划要求、技术可行性、成本控制等方面,最终确定适合本建设用地治理修复的最优技术。

由表2可知,抽出处理技术被评定为最优技术。地下水抽出处理技术已经形成了较完善的技术体系,应用广泛。据美国环保署统计,1982-2008年期间,在美国超级基金计划完成的地下水修复工程中,涉及抽出处理和其他技术组合的项目798个。目前,我国对氨氮废水处理技术发展时间较长,工艺较成熟,包括物理法、化学法和生物法等,都有较为广泛的应用,具有效率高、经济简便等优点。抽出处理技术适用于污染地下水,可处理多种污染物。研究区地下水无机污染物为氨氮,溶解性较好,便于抽提,且成本可控。

4 修复方案设计

地下水隔离抽出-处理的技术路线如图1所示,主要实施步骤如下:

1)抽出地下水:(1)根据抽水井影响半径建立抽出井群系统;(2)安装抽水泵;(3)脉冲式抽取地下水,通过抽取最少量地下水达到最优的污染物去除效率。

2)处理抽出污染地下水:选择化学沉淀法处理重金属污染地下水。

3)监测效果评估:建立地下水抽出处理监测系统,评价地下水抽出处理效果。

4)修复成功后关闭抽出处理系统。

图1 抽出处理技术工艺流程图 图2 抽水井布点原则

管井的单井出水能力可按照式(1)计算:

(1)

式中:q0为单井出水能力(m3/d);rs为过滤器半径(m);l为过滤器进水部分的长度(m);k为含水层渗透系数(m/d)取rs为0.05 m,l为10.5 m。

研究区不同区域含水层土质不一,从粉土、粘性土、淤泥质粘土、粉质粘土夹粉土等均有分布,渗透系数取均值约1.85 m/d,计算得到q0为242.84 m3/d。本井群布设按影响半径6 m计(参考《In situ chemical oxidation for groundwater remediation》注射井在淤泥-粘土与粉质粘土的影响半径经验值),采用梅花形(正三角形)方式布点(见图2与表3)。

表3 抽出处理抽水井布设

将氨氮污染地下水抽提后进入污水处理厂进行处理,采用生物曝气法进行处理,其主要工艺流程见图3。曝气生物滤池是九十年代初在欧美发展起来的一种新型污水处理技术,目前世界上已有3500多座大大小小的污水处理厂应用了这种技术。随着曝气生物滤池的研究深入,曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合工艺,具有去除SS、COD、BOD5、硝化、脱氮的作用。

图3 工艺流程图

本工程抽提井采用UPVC材质,井径100 mm,每井日理论抽水能力242.84 m3,共设置4口抽提井,根据每天的污水处理量按971 m3计,合理布置抽水时间。根据城市污水处理厂废水接管标准,氨氮接管浓度为30 mg/L,需将抽提的地下水进行前处理稀释至接管浓度。按照氨氮污染地下水总修复水量926 m3计算,处理后的总水量为31 175.3 m3,根据污染地下水总量、土壤特性及污水处理厂日处理量,将前处理后的污染地下水分批运送至污水处理厂进行处理,处理量按照1 000 m3/d计算,预计需处理时间为32 d。

总体来说,抽出处理技术运行维护相对简单,运行过程中仅需对水泵、抽提井、管道阀门进行相应维护。污水处理系统的运行维护需根据不同污染物进行相应调整。抽出处理系统投入运行后,就应开展实时监测,以判断系统运转是否满足既定治理目标,确保系统运行长期有效。借助于水位监测和水质检测,对系统运行做出相应调整。

5 结语

(1)根据计算得出研究区单井出水量q0为242.84 m3/d,修复深度为10.5 m,氨氮修复区域面积为257 m2,需设置至少4口地下水抽水井,预计需处理32 d。

(2)当建设用地急需开发再利用时,建议优先选取主动修复技术,若修复预算较少且时间充裕,可选择被动修复技术。同时需结合规划要求、技术可行性、成本控制等方面,最终确定最优技术。针对地下水氨氮污染物,抽出处理技术因效率高、经济简便等优势得到了广泛的应用。

文章来源：土行者

作者：吴明洲1,张 启2,郑玉虎1

(1.南京大学环境规划设计研究院集团股份公司,江苏 南京 210093;2.南大环境规划设计研究院(江苏)有限公司,江苏 南京 210093)