基于原位修復石油烴污染地下水的PRB技術及長效性研究

陳永軍

（江蘇測潤環境工程有限公司 江蘇南京 210000）

基于原位修復石油烴污染地下水的PRB技術及長效性研究

陳永軍

（江蘇測潤環境工程有限公司 江蘇南京 210000）

石油資源在國民經濟發展過程中發揮著重要的作用，在石油開采和加工的過程中，常常由于泄露問題導致一般互粉石油烴進入外界環境，形成大氣降水和地表水深入的問題，對地下水造成了較大的污染，為了保證人類健康，必須對該類地下水污染進行控制，石油烴地下水的修復方法成為近年來的研究熱點。本文結合對地下水石油烴污染問題的分析，提出了修復石油烴污染地下水PRB技術的應用，并對該項技術的長效性進行了研究。

石油烴；PRB技術；長效性

石油是一種復雜的混合型能源，其中包含較多的烴類物質，例如芳香烴、正烷烴和脂環烴等，碳氫元素構成的烴類物質約占95%，石油中的化學元素有碳、氫、氧、氮、硫，百分比分別為85%、14%、0.8%、0.2%左右。石油資源是國民經濟發展的重要基礎，在運輸、電力和、石油化工、輕工業和械制造方面發揮著重要的作用。石油開采和加工的過程中由于含油污水排放不當，一部分石油烴進入外界外界環境，地下水出現嚴重的石油烴污染問題，必須采取有效的方法解決，本研究主要提出了PRB技術的應用和長效性探究。

1 地下水石油烴污染問題分析

1.1 污染來源

石油開發過程中出現一部分含油污水，主要來源于鉆井液流失、地面沖洗和起鉆作業中，這部分含有污染物滲透到地下水體中，直接對區域內居民的飲用水安全造成威脅。

石油儲存和運輸的過程中，由于方法不當導致石油泄漏，例如排污管道腐蝕、輸油管線破損等，石油烴類泄漏到地下水中，污染地下水的同時，會間接影響到地表水安全和土壤結構的穩定性。主要原因是輸油管線在使用過程中受到不同程度的土壤腐蝕。

石油開發和加工過程中，事故性泄漏問題導致石油烴排入大氣和土壤中，在降水的作用下進入地下水系統。土壤中的石油烴經過滲濾作用后，無法被微生物降解的含油污染物滲透到地下水中，繼而影響周邊地下水。

1.2 污染危害

石油中含有較多的烷烴和芳香烴，大多為有害物質，地下水石油烴污染危害主要體現在以下幾個方面：

①破壞土壤結構，土壤中的有機物流失。②破壞區域內的水體。③危害人體健康。

2 修復石油烴污染地下水PRB技術

應用PRB技術解決石油烴污染問題，在地下水流通過的位置設置可靠的填充性反應介質，可以有效攔截污染羽狀體，污染羽狀體經過反應介質區時可以和反應介質充分就接觸，地下水中的污染物可以和反應區內的介質發生物理、生物和化學反應，經過吸附、沉淀和降解作用而將污染物去除，保證污染物的濃度就降低到地下水質量標準內[1]。圖1是修復地下水污染的PRB示意。

圖1 修復地下水污染的PRB簡圖

PRB技術中應用的填充介質，具有良好的透水性和反應性，一般將其設置在地下水污染羽狀體的下游位置，并保證填充介質和地下水的流向相互垂直。由于PRB反應原理的差別，一般將其分為吸附反應墻、氧化還原反應墻和微生物降解反應墻幾種，按照結構差異可以將其分為續墻式PRB、灌注處理帶式PRB和導水門式PRB幾種。

PRB技術是針對地下水含油污染問題提出的重要原位修復技術，與其它方法相比，具有較大的優勢。在應用過程中不需要增加外界動力，不需要應用泵抽和地面設備的幫助，反應介質較為節約，消耗較慢，一般可以應用10年左右，另外，PRB的建設的運行都在地下，不會對區域內的生態環境造成影響，可以長期有效運行，持續處理能力強，處理的組分較多，例如重金屬、烴類物質等，安裝和維護十分方便，成本低廉。應用PRB修復的地下水污染主要有汽油類、MTBE等。隨著生物技術的發展，生物PRB在修復過程中發揮出高校、清潔和廉價的優勢。

3 PRB技術的長效性研究

將PRB技術應用于地下水污染的原位修復，雖然具有較大的技術優勢和經濟優勢，修復效果良好，但是仍然存在長效性不足的問題。例如反應材料失活、反應介質阻塞等問題都會嚴重影響到PRB的長期和高效運行。

如果工程項目中應用化學PRB進行地下水修復，一般將零價鐵作為重要的填充物質，使用過程中如果鐵被腐蝕，或者出現嚴重的礦物沉淀問題，都會影響到PRB的長效性，主要原因為PRB孔隙度減小的同時容易阻塞。有研究指出，PRB中孔隙率較大的位置一般在進口段和中平面位置，嚴重受到碳質礦物沉淀的影響，孔隙率較小的位置一般在PRB的中平面和出口段，主要阻塞原因為Fe（OH）2沉淀。另外，材料中的Ca－CO3、FeCO3等也會導致阻塞問題，研究發現，PRB孔隙率降低與水中的、Ca2+、的濃度有著較大的關系，同時在厭氧條件下，鐵的腐蝕率升高，CaCO3、FeCO3的含量增多。在材料腐蝕問題較為嚴重的部分，污染物的濃度較高，孔隙率降低，碳酸鹽礦物大量沉積，在PRB性能監測的過程中發現，污染物均被PRB進行了一定程度的處理，PRB運行一段時間后，孔隙度降低，水力傳導性降低。如果應用PRB對重金屬進行處理，經過一段時間后，反應介質的不同區域都會出現一定程度的阻塞，反應介質的孔隙度降低[2]。

針對PRB應用過程中出現的長效性問題，必須采取有效的方法解決，國內相關專家在構建地下水模型的過程中，提出了地球化學反應的模型，通過對PRB應用功能的分析和評估，最終提出了有效的方法保證PRB的長期運行，可以有效避免反應介質被污染阻塞，主要方法為：①盡可能提高反應介質的均質性，安裝細礫物質保證水流均衡，并且污染水源在反應介質區域停留的時間分布均勻；②對介質的前處理區進行可靠的處理，避免礦物質沉淀影響水流的停滯時間，進而影響到PRB的使用性能；③精確調整pH值，盡可能增大污染物的停留時間，同時避免反應區被堵塞，降低水中氫氧根離子的濃度；④應用化學方法的過程中，選用粒徑較大的零價鐵，避免小粒徑受到腐蝕后形成化合物導致空隙堵塞，停留時間延長；⑤科學應用機械方法，保證PRB孔隙度基本一致，保證停留時間不變。

4 結束語

針對地下水石油烴污染問題，必須在分析污染源的過程中應用科學的方法降低污染率，提高區域內地下水土的使用質量。本研究中對PRB技術進行了分析，同時對影響長效性的因素進行了探討，綜合了提高長效性的主要方法。在科學技術不斷發展的過程中，石油中的大部分烴類污染物都可以被微生物降解，因此在應用PRB技術對污染的地下水進行修復時，可以選用生物PRB方法，以實現清潔高效的修復目標。

[1]張瑩.修復石油類污染地下水的PRB反應介質研究[J].吉林大學學報（地球科學版），2010，40（2）：39.

[2]魏相君.組合材料PRB技術處理硝酸鹽廢水實驗研究[J].中國地質大學（武漢）學報（材料科學），2013，25（1）：48.

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2016-5-12