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SVE 法修复污染场地所需工艺参数的确定 * 王澎王峰陈素云 北京市勘察设计研究院有限公司， 北京 100038 摘要 SVE 是一种针对挥发性和某些半挥发性污染物的土壤原位修复技术。介绍了通过现场试验， 来确定用 SVE 法 修复污染场地所需的工艺参数， 包括最佳真空度、 抽气井有效影响半径、 土壤气流量等， 为类似的场地修复问题提供工 程技术参考。 关键词 SVE; 污染场地; 修复技术; 参数 DETERMINATION OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS FOR REMEDYING CONTAMINATED SITES BY SVE TECHNOLOGY Wang PengWang FengChen Suyun Beijing Geotechnical Institute Engineering Consultants Ltd， Beijing 100038，China AbstractSoil vapor extraction is an in-situ remedy technology for soils contaminated by volatile and some semi-volatile pollutants. It is presented the determination of technological parameters for remedying the contaminated sites by SVE technology through on-site tests，which include optimal vacuum degree，effective radius of suction well and air flow rate of soil etc，which provides experience for remedying similar sites. Keywordssoil vapor extraction;contaminated site;remedial technology;parameter * 北京市科技计划课题 D08040900360803 。 0引言 北京市某化工厂于 2006 年停产并开始搬迁， 搬 迁完成后闲置出约 150 万 m2的土地。该厂土壤原污 染较严重， 对厂区和周围环境造成一定的影响。对这 类场地采用原位污染土地修复技术进行治理具有一 定优势， 一方面不破坏土体结构， 保证土地基本功能， 另一方面能有效维护地表强制保留建筑物， 另外， 在 一定程度上节约修复成本。 我们在该厂建立了污染场地原位修复技术示范 基地 400 m2 ， 采用土壤气相抽提法 SVE 法 与其 他方法相结合来进行污染场地治理。SVE 是一种原 位包气带土壤修复技术， 它是 通过一定设备 在土 壤内产生真空， 通过空气流将土壤中挥发性和某些半 挥发性污染物带出地面 ［ 1］， 再进行处理。典型的 SVE 系统见图 1。SVE 法需根据污染物分布特征、 场地地 层分布条件、 水文地质条件等来确定修复系统的最佳 真空度、 抽气井有效影响半径、 土壤气流量等工艺参 数， 并依此确定示范基地的修复方案。 图 1典型的原位 SVE 系统［ 2］ 1参数试验的目的和意义 SVE 法修复污染场地工艺设计的精确度关系到 修复效果好坏及修复成本的高低， 所需工艺参数的获 得有两种方式 一是理论公式计算值; 一是现场参数 试验。由于地层条件的异质性和复杂性， 采用理论公 式计算出来的结果和实际情况大相径庭， 有可能按理 论计算值配置的修复设备， 在实际应用达不到应有的 效果， 或者修复设备选型过大， 造成人力、 财力、 物力、 时间等的浪费。国内的修复技术实际应用研究刚刚 开始， 缺少经验参数。因此在进行修复工艺设计之前 801 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 需要进行现场小试， 得出适合场地地层结构的 SVE 最佳真空度、 抽气井有效影响半径、 气体流量等参数， 进而设计修复工艺， 包括确定抽气井和通风井的布置 包括平面和垂向布置 ; 系统设备运行方式 即连续 性还是间歇性 ; 设备切换方式 即根据时间还是真 空度来确定 ; 土壤气体流量随抽气时间的变化等指 标。参数试验的目的和意义就在于此。 2试验方案 2. 1场地条件 示范基地地表下20 m范围内的地层分为人工堆 积层及第四纪沉积层两大类， 第四纪沉积自上而下总 体上呈现出粗、 细粒土层交互沉积变化的特征。地表 下约20 m深度范围内主要分布 1 层地下水， 赋存于埋 深 12. 40 ～ 13. 55 m的砂土层中， 地下水类型为潜水。 地下水 中 普 遍 存 在 非 水 相 液 体 NAPLs ， 厚 度 为 0. 84 ～ 2. 28 m。 经现场勘察取样分析， 得知土壤和地下水中的污 染物包括大量挥发性有机化合物 VOCs 主要是苯 系物 ， 半 挥 发 性 有 机 化 合 物 SVOCs ， 多 环 芳 烃 PAHs 和非水相液体 NAPLs 。 2. 2试验井布置 共设置 4 组试验井， 每组 3 个井， 各井之间的距 离约 50 cm 各组井见图 2 中虚线部分 。各井深度 分别为8 m SVE-P1、 P1- 1、 P2、 P3， 分别位于每组井的 东南角 、 4 m SVE-P4、 P10、 P1- 2、 P12， 分别位于每组 井的西北角 、 10 m SVE-P3、 P4、 P5、 P6， 分别位于每 组井的东北角 。其中， 各 SVE － P 井为抽气井， 其他 3 组为观测井， 距离抽气井组距离分别为 3， 5， 7 m。 用钢丝软管将试验井与真空泵连接， 各井布置如 图 2、 图 3 所示。 2. 3井的结构 抽气井、 监测井井管由井壁管、 过滤管和沉淀管 等三部分组成， 见图 4。试验过程中为避免土壤中细 颗粒在抽气过程中进入管内， 造成井内淤积， 影响通 风效果， 本次试验的过滤管部分采用割缝形式， 见 图 5。 2. 4试验方法 示范基地地下水位以上土层中存在两层相对弱 透气层， 分别为埋深 4 m 左右的粉质黏土、 重粉质黏 土层和埋深 7. 30 ～ 8. 40 m以下为粉质黏土、 黏质粉 土层 该层厚度约 0. 70 ～ 3. 50 m ， 可能会对土壤中 气体的纵向运移产生影响， 针对于此， 设计了 3 组 图 2试验井平面布置 图 3试验井现场布置 图 4试验井的结构示意 试验。 试验 1 SVE-P1、 P1- 1、 P2、 P3 结构相同， 埋深8 m 左右， 过滤管长度为 4 m， 过滤管设置在粉砂、 砂质粉 土层， P1- 2 埋深 4 m 左右， 过滤管长度为 2 m， 过滤管 设置在填土层下的粉质黏土层、 黏质粉土层， 拟观察 粉砂层、 砂质粉土层抽气是否对上层的黏土层产生 901 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 图 5过滤管结构示意 作用。 试验 2 SVE-P4、 P10、 P11、 P12 结构相同， 埋深 4 m左右， 过滤管长度为 2 m， 过滤管设置在砂质粉土 层， P1- 1 埋深 8 m 左右， 过滤管长度为 4 m， 过滤管设 置在粉砂、 细砂层， 拟观察砂质粉土层抽气是否对下 层的粉砂、 细砂层产生影响。 试验 3 SVE-P3、 P4、 P5、 P6 结构相同， 为了避免 扩大地下的 NAPLs 污染范围， 试验 3 抽气井与监测 井的埋深 10 m 左右， 过滤管长度为 2 m， 过滤管设置 在粉砂层。 2. 5试验步骤 试验 1、 试验 2、 试验 3 的试验步骤相同， 以试验 1 为例进行说明。 在试验之前， 先通过控制气液分离器上的闸阀来 测试各种真空度 从低到高 。开始试验时， 调节系 统真空度至 0. 012MPa; 当系统达到稳定时 30 min 后 ， 在各试验井中进行一系列的真空度、 温度以及 流量测量， 即记录监测井 P1- 1、 P2、 P3 的真空度， 抽 气井 SVE-P1 的真空度、 气体流量和温度， 取样检测 气体浓度。每隔 10 min 测 1 次， 连续测量 1 h。 在接下来的相似工作中， 可进行更高真空度的测 试， 当显著的真空度增长并不能引起明显的流量增长 时， 停止试验。 3试验结果与讨论 结果表明， 在确定 SVE 法修复场地的最佳真空 度试验中， 不同深度试验井具有一定的规律性， 下面 以 8 m 深试验井为例， 进行讨论 1不同真空度下， 距离抽气井 SVE-P1 距离分 别为 3 m P2 、 5 m P1- 1 、 7 m P3 三个监测井的真 空度情况见图 6a ～ 图 6e。 a- 18 kPa 条件下， 与抽气井不同距离的观测井的真空度随抽气 时间的变化; b- 24 kPa 条件下， 与抽气井不同距离的观测井真空 度随时间的变化; c- 30 kPa 条件下， 与抽气井不同距离的观测井 真空度随抽气时间的变化; d- 36 kPa 条件下， 与抽气井不同距离 的观测井真空度随抽气时间的变化; e- 42 kPa 条件下， 与抽气井 不同距离的观测井真空度随抽气时间的变化。 图 6真空度随抽气时间的变化 由图 6 可以看出 系统运行前 10 min 内， 监测井 的真空度呈现增大趋势， 真空度增大较快; 运行10 ～ 011 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 30 min 内， 监 测 井 的 真 空 度 增 大 速 率 变 缓; 运 行 30 min后监测井的真空度相对较稳定。 2各监测井的真空度随距离的变化。采用系统 运行 30 min 时各监测井真空度的数据， 作真空度与 抽气井不同距离的关系曲线， 见图 7。 图 7监测井的真空度随距离的变化曲线 由图 7 可以看出， 在相同的抽气井真空度条件 下， 监测井的真空度随监测井与抽气井距离的增大而 降低; 随着抽气井真空度的增加， 与抽气井相同距离 的监测井的真空度呈现增加趋势， 但当抽气井的真空 度由 30 kPa 再往上增大时， 相同距离的监测井的真 空度变化不大。 3气体流量随抽气时间的变化。不同系统真空 度条件下， SVE-P1 抽气井的气体流量随抽气时间的 变化见图 8。 图 8气体流量随抽气时间的变化曲线 由图 8 可以看出， 当真 空度由 12 kPa 增 大到 30 kPa， 气体流量呈现增大趋势， 当真空度为 36 kPa 时， 气体流量反而降低; 当真空度为 42 kPa 时， 抽气 井中的水大量涌出， 流量计的表观读数增大 可能是 由于抽出的水和气全都经过流量计， 使得流量计读数 增大 。 根据上述结果， 确定在本场地进行修复时选取 30 kPa 为系统最佳真空度。 430 kPa 真空度下， 抽提 SVE-P1 井 8 m深 1 h， 气体流速下降很快， 从25 m3/h下降到 6 m3/h， 停 止运行系统设备， 观测距其 5， 7 m 的 P1- 1、 P3 井的真 空度， 可知该场地土壤气体恢复时间至少需 1 h。 5以 SVE-P4 4 m 深 为抽气井， 30 kPa 的真空 度条件下， P10、 P1- 2、 P12 监测井的真空度与以 SVE- P1 8 m 深 为抽气井时的真空度变化不大。说明以 8 m 深的 SVE-P1 为抽气井能够对其上部的地层产生 影响。故确定在工程实施阶段， 0 ～ 8 m 深度范围内 的地层不分层处理。 6示范基地地下水 埋深为 12. 40 ～ 13. 55 m 中普遍存在 NAPLs 厚度为 0. 84 ～ 2. 28 m 。在对 10 m深试验井试验时， 发现在较低真空度条件下， 就 有水不断被抽出， 涌向气液分离器， 为了避免水 可 能含有轻油 对气液分离器仪表的污染， 同时也为避 免地下水中 NAPLs 在更大范围内的迁移， 导致污染 范围的扩大， 本试验及随后的修复示范工程采用8 m 深的试验井进行， 对地表下第 2 个弱透气层 埋深 8 m左右 下的污染土壤暂未处理。 7有效影响半径的计算 P2 r － P2 w P2 RI － P2 w ln r/Rw ln RI/RW ［ 3］ 式中Pr 距离抽气井的距离为 r 处监测井的 压力; Pw 抽气井的压力; PRI 有效影响半径处的压力 1 个大气压或 者某个设定的值 ; r 监测井与抽气井的距离; RI 有效影响半径; Rw 抽气井的半径。 以 SVE-P1的 真 空 度 为 30kPa 压 力 为 70. 93 kPa 时为例， 假定有效影响半径处其大气压为 100. 3 kPa。采用 r 3， 5， 7 m， 抽气 30 min 时， Pr的 观测值 分别为 96. 36， 98. 69， 100. 11 kPa ， 计算出的 有效影响半径分别为 6. 35， 6. 67， 6. 98 m， 平均值为 6. 67 m， 考虑到其他因素的影响， 确定示范场地有效 影响半径为 6 m。 8SVE-P1 井的气体最大流量为 19 m3/h。为验 证多井联抽时的气体流量与单抽一个井时的气体流 量之间的关系， 我们补充了 3 井联抽试验， 即新建8 m 深的试验井 P13 和 P14， 与 SVE-P1 组成间距为 7 m 的等边三角形 见图 2 。结果表明三个井联抽时的 气体流量与单抽一个井时的气体流量不是 3 倍关系， 111 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 而为 6 倍 ～ 7. 75 倍。 4结论 1SVE 法修复污染场地， 需考虑土壤岩性对气 体运移的影响， 本例中埋深 4 m 左右的弱透气层对上 下层土壤气体的运移影响较小， 故在随后的修复工程 中未予分层处理， 这省去了在 4 m 以上土层单独建抽 气井， 减少了不必要的浪费。在其他场地实施修复 中， 需现场试验， 以确定不同岩性土壤是否需要分层 治理。 2修复工艺的设计依据参数试验的结果而定。 本例中确定了用 SVE 法修复示范基地污染土壤的系 统最佳真空度为 30 kPa， 抽气井有效影响半径为6 m。 据此对 400 m2示范基地进行了抽气井和通风井的布 置， 共布设了 8 个抽气井 分布在示范基地中部 ， 9 个通风井 分布在示范基地边缘 。 3污染场地原位修复过程中， 应避免原有污染 的扩散。本例中采用了 8 m 深试验井 下有弱透气 层 ， 以 避 免 地 下 水 埋 深 为 12. 40 ～ 13. 55 m中 NAPLs 厚度为 0. 84 ～ 2. 28 m 的扩散， 导致污染范 围的扩大。 4土壤内的气体总量有限， 在抽提一段时间后， 土壤气体需要恢复。故 SVE 系统宜采用间歇性的运 行方式， 每次抽气时间及两次抽气的时间间隔需通过 多井联抽试验来确定。 参考文献 ［ 1］ Dupont RR.Fundamentalsofbioventingappliedtofueal contaminated sites［J］ . Envir Progress， 1993， 12 1 45- 53. ［ 2］ United States Air Force Enviromental Restoration Program. Guidance on soil vapor extraction optimization ［R］ . Texas，2001 1- 2. ［ 3］ David H Bass. 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