第6章-PRB技术研究与应用

涂书新地下水污染渗透反应墙技术研究与应用报告内容一、渗透反应墙的概念和技术原理1.概念2.原理二、渗透反应墙在地下水污染修复中的研究(可行性研究)三、渗透反应墙在地下水污染修复中的应用一、渗透反应墙的概念和技术原理1.概念渗透反应墙permeablereactivebarrier(PRB):通过挖掘建造，是一种由被动材料构成的物理墙，墙体由一种或几种活性物质混合在一起构成。当污染物沿地下水流向迁移、流经处理墙时，与墙中的活性物资相遇产生反应，导致污染物被降解或原位固定。GWplumeAquitardcontaminationsourceheavymetalsAquiferLNAPLreactivebarriercleangroundwaterLNAPL=lightnon-aqueousphaseliquidsDNAPL=densenon-aqueousphaseliquids1.ContinuousReactiveBarrier,“CRB”2.Funnel&Gate,“F&G”3.EC-PRB,EFFICIENTLYCONTROLLABLEPRB.DrainandGate,InsituVessels原位反应罐PRB安装类型有三种漏斗门型连续型排水门型第一类：连续型PRB建造施工：1.沟渠型（continuoustrench）2.钻孔型（Injectionorfracturing）第二类：漏斗型（FunnelandGatePRB）PRB建造施工漏斗型也可是半永久型PRB俯视图第三类：排水门型PRBEFFICIENTLYCONTROLLABLEPRB(EC-PRB)DrainandGate(D&G)BrunnamGebirge,AUSTRIAfenceandrebuildworksrrrr2.原理Degradation&Transformation:降解/转化Chemicaland/orbiologicalreactionsconvertingthecontaminantstoharmlessby-products.Sorption:吸附Contaminantremovalfromground-waterthroughadsorptionorcomplexation.Precipitation:沉淀Fixationofcontaminantsininsolublecompoundsandminerals.PRBtypesregardingremovalmechanisms:二、渗透反应墙在地下水污染修复中的研究1.TreatabilityStudy（可行性研究程序）SiteCharacteristics(了解场地特征):Choiceofattenuationmechanismandreactivematerial（材料筛选）Columntests（柱实验）Determinationofrequiredresidencetime（驻留时间）Calculationofbarrierthickness（墙厚度）2.SiteCharacteristics(了解场地特征):Flowfield(hydraulics)地质水文Contaminantconcentrations污染物浓度Totalcontaminantmassexpected污染物总量Groundwatercharacteristics地下水特征3.污染场地风险管理框架体系污染识别详细调查（采样）风险管理决策潜在污染可能污染修复场地确认采样污染场地风险评价修复验收和长期监测再利用结束结束管理清单与数据库管理程序步骤1.污染识别数据收集–资料收集与文件审核–现场勘踏–访谈–调查表数据分析–污染源、污染物和可能的污染程度–污染毒性及其他特征–受体–场地污染分析与判断初步建立场地概念模型案例分析：北京焦化厂资料收集与分析场地的位置等基本信息主要设施及运行地上及地下储存罐(208)原材料及产品化学物清单事故其他信息等•地理位置:•面积:–北厂区（生产区）135万平米,–南厂区（办公区）15万平米,–员工总人数4000–六个焦炉，总供气量为6亿立米/年•焦化厂历史–成立于1959年，成立前该场地为农田–2006年7月15日全面停产，焦油罐等已被拆除•临近地块–西北:北京染料厂–南面：焦化厂南厂区–东北:农田–东南:五环工艺分析与主要污染物识别煤气发生炉煤回收一分厂焦油分厂精苯分厂煤气精制厂回收二分厂焦炭焦油粗笨煤气苯、甲苯、二甲苯硫胺装置酚、萘、苊、蒽、沥青等重笨主工艺产品主要污染物影响场地的主要污染物包括：苯系物（单环芳烃）多环芳烃杂环芳烃酚氰化物钒砷等脱硫古马隆硫胺古马隆-茚树脂及溶剂油等副产品加工工艺煤气净化工艺荒煤气现场勘察地面焦渣焦油回收二厂地面氨水泵房西鼓风储罐精制分厂萘渣槽西鼓风焦渣槽二回收硫膏粗苯成品罐污染识别的主要发现/结论‘热点’:焦炉区、一回收分厂(焦油澄清池）、焦油分厂、苯回收分厂、酚水泵房和污水处理厂；主要污染物:–PAHs(与大气扩散和沉降相关），–苯系物（罐槽泄露有关），–重金属,–酚,–杂环芳烃等.进行环境场地调查（ESA）时，发现油罐区因管道泄漏导致土壤和地下水受石油烃类污染;污染区域主要集中在地面以下2-20米的土壤中，土层为粘质粉土和沙砾。污染源的发现步骤2.现场采样与实验室分析361.确认采样2.详细调查与采样2.补充采样确定污染范围无污染超过筛选值现场采样与分析现场采样应包括：–采样计划：特别是布点方案–采样程序–现场采样质量控制与保证–健康与安全计划–实验室分析及质控–数据评估焦化厂案例分析3738•共设置156点，采集592土壤样品，设置29个地下水观测井•获取17,000土壤分析数据和近5000个地下水监测数据布点技术：应根据污染物的分别特征来确定布点方案焦化厂：在网格采样布点的基础上，结合重点污染区域加密布点技术，大大减少布点数量②垂直布点优化技术根据焦化厂污染物的垂直迁移规律，提出了分层采样方案•地下水顶部弱透水层上易积累污染物•表层•变层、及间距因素•地下水水位线，易累积轻质油相污染物•地下水地板，易累积污染物表层土壤–粉沙或回填土(0-1.5m)第二层-粉沙(1.5-6.5m)第三层—粉粘(6.5-9.5m)第四层-沙(含水层，(9.5-15.0m)Figure1:土壤TPH浓度与TPH饱和度对比(3-5米)Client:Location:JobCode:ShanghaiOfficeHarborRingPlaza18XiZangZhongRoadShanghai,200001China+(86-21)53853050+(86-21)64692185(Fax)Figure2:土壤TPH浓度与TPH饱和度对比(6-10米)Client:Location:JobCode:ShanghaiOfficeHarborRingPlaza18XiZangZhongRoadShanghai,200001China+(86-21)53853050+(86-21)64692185(Fax)Figure3:土壤TPH浓度与TPH饱和度对比(15-16米)Client:Location:JobCode:ShanghaiOfficeHarborRingPlaza18XiZangZhongRoadShanghai,200001China+(86-21)53853050+(86-21)64692185(Fax)步骤3风险评估风险评价概念–概念–可接受风险场地概念模型43源路径受体风险评价场地风险评价是贯穿整个场地环境评价、层次递进的过程。一般可分为三个层次Tire1（第一层）–与相关的筛选值（修复指导值）或通过计算场地筛选值–数据要求相对较低Tire2（第二层）–通过详细调查，获得足够可靠的污染源数据–通过大量勘察获得场地必要的水文地质参数–建立更为确切的场地概念模型Tire3（第三层）–更好详尽调查，大量的有关污染物迁移的测试或者负责的模拟模型等44•风险评价的一般过程污染识别•分析调查•采样与分析暴露评估•暴露途径•暴露介质•受体特征•暴露浓度•摄入量毒性评估•收集毒性资料•致癌斜率因子•非致癌参考剂量•毒性分析风险表征•致癌风险•非致癌风险•不确定性分析计算模型软件–UKClea–RBCA–Cal–etc45•模型–摄入量及风险计算模型–污染物迁移模型参数选择人体暴露参数场地特征参数毒性参数不同层次场地评价对参数的要求不同。层次越深要求越高46graveltocoarse22coarsetomedium0.50.5mediumtofine0.250.25finetosilt&clay0.0750.075Cu=D60/D10Cc=(D30)^2/D10/D6001020304050607080901000.0010.010.1110GrainSize[mm]Passing[%]gravelsandsandysiltsiltcoarsesandmediumsandsiltfinesandsiltysandProfiles01.51.55.55.58.58.5151516.5-123456789101112131415160255075100[%]Depth[m]0.300.400.50Porosity[-]0246810Ip[-]1.E-081.E-071.E-061.E-051.E-041.E-031.E-021.E-01Permeability[cm/s]-12345678910111213141516Depth[m]焦化厂案例47Tire1第一层次分析确定的修复范围Tire2第二层分析确定的修复范围Tire3第三层分析确定的修复范围–本课题采用北京市土层特点，分别采用RBCA和EMSOFT计算，并比较污染场地挥发性有机物浓度。根据比较结果，对RBCA计算的VOC健康风险值和修目标进行修订。48•场地环境导则总结污染识别、现场采样与实验室分析、风险评价程序和要求步骤4风险管理决策风险评价是确定土壤、水、大气的污染对人体和环境可能产生的风险评价手段。风险管理可定义为一个对潜在不利影响进行有效管理、降低其风险的结构体系场地风险评价是场地风险管理的一部分49风险管理风险评价•生态与环境风险评价•健康风险评价50风险管理决策场地管理/修复监测不实施修复/管理无风险有风险起点第三层次第二层次第一层次污染识别暴露评估毒性评估风险表征•污染场地风险管理和风险评价是不断相互作用、相互辅助的过程。风险管理╪场地治理从风险出发，采样管理、控制及修复等不同方法，系统考虑降低场地风险的管理体系–源消减–如清除、治理等修复方法.–路径控制–如采样阻隔墙等阻隔污染的迁移，防止其对环境和人体健康影响.–受体保护–如搬迁居民区，设置标牌禁止入内等管理措施.51源路径受体步骤5修复修复技术筛选修复技术可行性研究确定修复方案和方案评估修复设计修复施工过程监督与污染控制52实例：焦化厂生物堆示范53修复技术研发与研究其他技术包括：–异位通风技术–土壤洗涤–泥浆反应器与意大利合作技术–空气注射54步骤6修复验收文件审核和现场踏勘验收结论及建议采样封场及再利用后管理•维护•监测文件审核现场勘察修复验收评估与修复目标比较等采样计划现场采样和实验室分析QA/QCetc北京市目前已经制定了《污染场地修复验收技术规范》初稿已经开展了北京燃料厂、轮胎厂、化工厂等污染场地的验收工作Highcontaminantattenuation（高效）Goodselectivityfortargetcontaminants（选择性）Fastreactionrates（快速）Highhydraulicpermeability（良好的渗透性）Long-termstability（稳定）Environmentalcompatibility（环境友好）Nosecondarypollution（天