高壓旋噴注射修復技術的改進及應用

湯 喬

(常州市建筑科學研究院集團股份有限公司，江蘇 常州 213001)

1 概述

近年來，我國場地污染問題逐步凸顯，對生態環境、食品安全和人體健康構成嚴重威脅[1]。據報道我國面積超過1萬m2的污染場地超過50萬塊，其中大部分集中在長江三角洲、珠江三角洲和東北老工業基地等重點區域[2]。與農業耕地表層污染有所不同，工業污染場地的污染深度最大可達數十米，下伏土層和地下水也會受到污染物影響。這些污染造成的損失非常巨大，如何對其進行處理和控制，使之既滿足環境安全需要又達到再開發利用功能，是實現我國城市可持續發展所必須解決的重大課題[3]。

當前，退役工業場地遺留的污染土壤及地下水污染問題較為嚴重。對于滲透性較好的污染土層，利用鉆探架設注液井將藥劑注入污染土層進行一系列反應即可完成對土壤和地下水的原位修復。但是對于蘇南地區普遍存在的中低滲透土層，修復藥劑的滲透效率和傳質效率大大降低，簡單的施工工藝已經無法產生較好的修復效果[4]。因此，當前污染場地修復的難點在于開發符合中-低滲透土層的修復技術體系，為中-低滲透土層的污染場地修復提供理論與技術支撐。

高壓旋噴技術在一定程度上解決低滲土壤治理效果差問題。高壓旋噴輔以土壤助滲劑能對地下土體產生擾動形成土壤重塑區，可顯著提高土壤滲透系數，進而增強原位修復藥劑在土壤中的傳質效率[5]。但是高壓旋噴注射只能短時間噴射化學藥劑，不能持續穩定注射化學試劑，很難控制化學試劑劑量，導致治理不徹底引發污染物解吸反彈或治理過度引發二次污染。同時直接使用高壓旋噴技術注射藥劑對高壓旋噴設備腐蝕性較大，不可持續[6]。

加壓注射-抽提聯用技術能使修復藥劑在污染土層中形成穩定的壓差，可實現污染場地的長期、持續、穩壓修復。蘇南地區的非均質土層滲透系數較低，適于采用壓力注射井與多相抽提井結合的方式進行原位修復[7]。但由于地層的界面效應，修復藥劑在這種非均質地層中的滲透效率和傳質效率不高，不能與污染物充分混合[8]。

因此，本文通過將上述兩種技術相結合，形成優勢互補，利用高壓旋噴對土壤的擾動作用，形成大面積的土壤重塑區提高土壤滲透系數，再通過建立抽、注井形成土層長效修復的藥劑擴散通道和壓力差，加速藥劑的擴散速率并增加藥劑的影響范圍，提升中-低滲透污染場地的修復效果[9]。

2 應用方法

在進行污染土層修復前，首先要根據污染場地調查的情況建立污染場地修復模型。根據污染場地修復模型，確定污染場地修復單元的布置位置和布置數量。每個基本單元由4口注液井和1口抽取井組成，平面布置為4口注液井組成正方形，抽取井放置在正方形中心，如圖1所示。

定位并鉆探形成注液井后，利用高壓旋噴對污染土體注射高壓水、氣，破壞土層原狀結構，切削成泥餅狀結構，形成直徑大于700 mm重塑土區域。以便草木灰+砂均勻的摻入低滲透污染物土體中，重塑區域的直徑是注液井的14倍以上，單井修復面積擴大200倍以上。

破壞土層形成重塑區后，相同位置在噴射水、氣同時注入草木灰+砂。在高壓噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下，草木灰+砂與低滲透污染物土體充分混合，改變低滲透污染土體顆粒級配，增加重塑區域土體的滲透性。解決了在低滲透污染土體難以注入化學藥劑，化學藥劑影響范圍小的問題。

高壓旋噴成孔后，在孔內放置直徑為50 mm的注液管，在污染土體重塑區域內的注液管上開小孔。以便氧化、還原、萃取化學試劑、微生物持續穩定注入污染土體。注液管注液可以持續穩定向污染土體注入化學藥劑，還可以根據抽取井的污染物檢測情況來及時調整化學藥劑用量。解決了高壓旋噴難以控制化學藥劑劑量——化學藥劑使用過量，造成二次污染，化學藥劑使用過少，污染物解吸反彈等問題；避免了化學藥劑對高壓旋噴設備的腐蝕性。

以同樣的鉆孔及高壓旋噴方法形成抽提井后，在抽提井內放置直徑為150 mm PVC管，在PVC管上開小孔，開孔位置在污染土體重塑區域內，在PVC管與鉆孔之間放置過濾材料石英砂，石英砂剛好包裹住開孔部位，在石英砂上面設置隔水、隔氣材料膨潤土，以便抽水、氣形成負壓，抽水、氣井結構如圖2所示。

通過實時檢測抽提井溶液，實現了實時監控修復效果，有效控制用藥劑量，避免污染物解吸反彈、二次污染；注液井和抽取井之間存在壓力差，增加了滲透范圍，加快了滲透速率，提高了化學藥劑與污染物反應速率；控制了化學藥劑滲透范圍，避免形成二次污染；在重塑土草木灰+砂和壓力差的影響下，修復面積較抽提井相比擴大了100多倍，滲透的范圍和提升能力明顯提高。

本方法采用高壓旋噴向土體注入水、氣，破壞直徑大約為700 mm污染土體原狀結構，形成泥餅狀結構，以便注入草木灰+砂均勻摻入污染土體，改變土體的顆粒級配，增加土體的滲透系數。采用注液管向滲透性改善重塑土體持續穩定的注入化學藥劑，使化學藥劑與土體污染物有充分反應時間。抽提井采用抽取形成負壓，加大注液井與抽取井的壓力差，加快化學藥劑滲透速率，增加反應速率和滲透范圍，達到增加修復范圍，大大縮短修復周期，還能控制化學藥劑劑量、滲透路徑、滲透范圍，避免形成二次污染。具體流程如圖3所示。

3 實際應用

常州地區天馬工地經場地調查后發現其主要污染物為氯、苯等有機質污染，通過傳統高壓旋噴注射的原位修復方式一直未能達到修復要求，原因是修復藥劑的作用時間短，短期內經修復的局部區域污染濃度達到管控要求，但經過一個月的污染監測，該區域污染濃度再次超標，與此同時，施工過程中使用的高壓旋噴器械腐蝕嚴重，成本高昂。后來該工地采用了本文提出的高壓旋噴注液的改進方法，以高壓旋噴施工工藝對污染土層進行重塑改造，增加了其滲透性，再以注射抽提技術對污染土層進行長期穩定注藥修復，使污染場地的氯苯污染物濃度達到管控值以下。經過對場地長期的污染監測，場地未發生污染濃度再次增加的現象，修復效果長期有效。

4 結語

本文針對高壓旋噴注射技術作用時間短、藥劑量難以控制、設備腐蝕嚴重等問題，對其進行技術改進。通過將高壓旋噴工藝與高壓注射抽提技術相結合，形成優勢互補，完成對污染土層的長期、高效、穩定修復。利用該技術在常州地區天馬工地進行針對應用，以較低的成本解決了天馬場地低滲透土層的修復難題。通過對場地的長期監測，場地內污染濃度未出現再次增加的現象，修復效果長期有效。