【污水處理技術(shù)】二氧化氯在石油污染地下水治理中的應(yīng)用
在治理被污染的地下水時，必須對污染源的土壤、包氣帶和包水帶同時治理。土壤或包氣帶可以通過焚燒、化學(xué)氧化及生物作用加以處理；包水帶可以通過水力截獲、氧化曝氣、生物降解以及化學(xué)氧化進行治理，但若單純使用上述任何一種方法很難使地下水恢復(fù)水質(zhì)。通過氯同位素分析三氯乙烯(TCE)在含水層中的自然降解可知，在包氣帶TCE經(jīng)過幾年后已有部分降解，而在包水帶幾乎不存在自然降解。在包水帶凈化這一領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者還未達成共識。
目前國內(nèi)地下水污染防治工作僅限于對污染狀況的檢測和評價，西歐、北美等地區(qū)的工業(yè)化國家已經(jīng)采用“抽水—處理”系統(tǒng)對油罐及加油站滲漏、廢棄物填埋場滲濾等造成的小范圍地下水油類污染進行治理，并取得了一定成效。但經(jīng)過20多年的應(yīng)用，人們普遍認識到“抽水—處理”系統(tǒng)往往運行周期長、費用高、難于達到地下水水質(zhì)恢復(fù)的最終目的。本研究擬利用二氧化氯作為氧化劑，并結(jié)合曝氣、微生物技術(shù)及水力截獲技術(shù)，使地下水中油類污染物的濃度較大程度地降低。利用二氧化氯作為氧化劑主要是由于它的強氧化性、強殺菌效果以及在氧化消毒過程中不會生成三鹵甲烷等有毒害作用的氯代有機物。目前，國外已有部分地區(qū)使用二氧化氯作為地下水污染治理中的氧化消毒劑。
1 研究區(qū)及治理工程概況
在研究區(qū)的水源地上，建有齊魯石化公司的一系列生產(chǎn)車間，在生產(chǎn)過程中跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象時有發(fā)生，加之生產(chǎn)污水的排放以及部分不合標準的農(nóng)灌水的使用，使該區(qū)地下水水質(zhì)受到不同程度的污染，部分水質(zhì)已不符合飲用水水質(zhì)標準，其油類污染物濃度達到1.0 mg/L。在30×104t乙烯工程地帶污染更為嚴重，其油類污染物的濃度近30mg/L，嚴重影響著當?shù)鼐用窦肮韭毠さ纳詈蜕a(chǎn)，威脅到整個水源地的使用。
由于研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，包氣帶及石灰?guī)r含水層石油污染嚴重，任何單一的技術(shù)很難在現(xiàn)場達到有效治理。因此，在研究區(qū)污染最為嚴重的30×104t乙烯工程所在地5km2范圍內(nèi)作一試驗性治理示范區(qū)，進行污染源控制與實施水力截獲、曝氣、化學(xué)氧化以及生物處理等治理技術(shù)聯(lián)合運行的綜合治理。治理工程示意圖如圖1所示。各井的間距主要由人工流場條件下地下水流動速度、氧化劑治理的可能有效寬度以及微生物的生長速度和治理帶的有效寬度等因素決定。
在圖1中，W—3外圍水質(zhì)較好；通過R—5的抽水，可以在其周圍形成漏斗區(qū)，使西部的污染物不能向東遷移，同時R—4、R—3、R—1和W—2處的水向R—5處流動。通過這幾口井的聯(lián)合運行，既可以有效地控制地下水中油類污染物的進一步擴散，又可以有效地去除殘留在地下含水層中的油類污染物，減輕地下水石油污染，恢復(fù)水質(zhì)。
通過曝氣井將空氣直接注入被污染的含水層中，借助空氣中的溶解氧與污染物作用以及氣泡在地下水中運移將部分易揮發(fā)的有機物吹脫，同時含水層的曝氣也會提高地下水中的溶解氧濃度，促進微生物的生長與凈化效能。水中的微生物是通過嚴格篩選的對去除原水中石油污染物特別有效的菌種，將這些菌種通過R—3注入污染的含水層中，水中的有機污染物作為微生物的食物鏈，從而使含水層中的石油污染物得以分解氧化。
2 二氧化氯去除石油污染物的可行性研究
2.1 研究區(qū)中主要污染物
根據(jù)治理區(qū)的地下水化學(xué)成分分析，水中的石油污染物種類繁多，性質(zhì)復(fù)雜。對研究區(qū)地下水樣進行色—質(zhì)聯(lián)機分析，結(jié)果表明地下水中的有機物達數(shù)十種，其中大多數(shù)為石油裂解產(chǎn)物或帶有各種官能團的烴類衍生物(如芳香類、烷烴類、烯類和各種酚、酸、醛、酮、酯等)，另外還有部分毒性較強、對人體危害較大的有機物(如萘等)。
2.2 二氧化氯對石油類物質(zhì)去除效果的研究
由于研究區(qū)被污染的地下水中石油類污染物的組成十分復(fù)雜，因此，為研究二氧化氯對其污染物的去除效果以及二氧化氯的最佳使用條件，利用治理區(qū)污水配水，對油類污染最為嚴重的研究區(qū)地下水進行了除油試驗研究。
地下水經(jīng)色—質(zhì)聯(lián)機分析被檢測出的幾十種有機物和經(jīng)過二氧化氯處理后的測定結(jié)果如表1所示。
由表1可見，凈化前水中有機物主要是各種芳香烴物質(zhì)，凈化后水中芳香烴濃度已極低，而烷烴類、酯類和其他低分子物質(zhì)的濃度明顯增加。由此可以推斷，經(jīng)二氧化氯處理后，水中大部分芳香烴有機污染物被去除，另一部分可被氧化降解為烷烴、酯類和其他低分子物質(zhì)。一般認為，水中芳香烴物質(zhì)危害性較大，多具有較大的毒性和致癌性，而烷烴、酯類和其他低分子物質(zhì)的危害性小得多。因此，二氧化氯處理不僅可使水中有機污染物的總量顯著降低，而且可改變原來這些污染物的性質(zhì)，減少危害。
2.3 二氧化氯除油后的Ames試驗分析
取經(jīng)二氧化氯凈化前、后的研究區(qū)水源地地下水作Ames試驗，其結(jié)果見表2。
由表2可知，對于TA100菌株，原水的4個水樣呈現(xiàn)陽性結(jié)果，其中兩個水樣的突變率>2，劑量反應(yīng)基本呈直線關(guān)系，說明原水對TA100菌株有較強的致突變活性。同樣對于TA98菌株，原水的4個水樣也均呈現(xiàn)陽性結(jié)果，其中三個水樣的突變率>2，劑量反應(yīng)關(guān)系基本為直線，說明原水對TA98菌株也有較強的致突變活性。
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而在凈化后，TA100菌株的4個水樣突變率均<2，劑量反應(yīng)關(guān)系沒有明顯的線性關(guān)系，對于TA98菌株，出水的4個水樣突變率均在2左右，劑量反應(yīng)關(guān)系也沒有明顯的線性關(guān)系。這表明凈化后水中致突變活性已大大降低，尤其對TA100菌株已基本不存在致突變活性。
由Ames試驗可知，被油類物質(zhì)污染的水經(jīng)過投加二氧化氯處理后，致突變活性明顯降低，與同一取水點水樣色—質(zhì)聯(lián)機檢測結(jié)果相吻合，即水中毒害作用較強的物質(zhì)(例如苯系物)已轉(zhuǎn)化為毒害作用較小或者沒有毒害作用的物質(zhì)。
3 工程應(yīng)用
本試驗首次將二氧化氯氧化技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場工程。地下氧化試驗是以W—2號孔作為氧化劑的投加井，R—5號井同時兼作接收井。經(jīng)射流器將二氧化氯氣體連續(xù)投入到投加井內(nèi)106 m處，投加量為1.2 kg/h，在R—5號井的漏斗范圍內(nèi)氧化劑可全部接收。接收井周圍地下水中石油濃度的本底值為29.7mg/L，氧化處理的地下水抽出后含油量的變化如圖2所示。
由圖2可見，無論是在治理井W—2還是在接收井R—5中，油類污染物的濃度總體均呈下降趨勢，在第7天因故障而暫停治理后，油類污染物的濃度又呈回升。但繼續(xù)處理5天后，水質(zhì)有所恢復(fù)。
氧化劑投加井W—2和監(jiān)測井R—5中石油污染物的去除率均>50%。由此可知，對于地下水治理，由于水質(zhì)具有不穩(wěn)定性，使得治理工程要求在大面積的范圍內(nèi)對整個包水帶、包氣帶進行徹底治理，才能使地下水水質(zhì)最終達到恢復(fù)的目的。
氧化試驗是在截獲帶內(nèi)進行的，處理前后的水質(zhì)變化經(jīng)色—質(zhì)聯(lián)機分析，氧化前地下水中檢測出14種有毒性、致癌物質(zhì)，經(jīng)處理后已有5種致癌物質(zhì)被去除，總油量已由初始的29.7 mg/L下降了50%左右。在氧化過程中也產(chǎn)生了一系列次生產(chǎn)物，但沒有一種是有毒、致癌物質(zhì)。
4 結(jié)語
室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗都充分表明，二氧化氯氧化能力強，具有較強的殺菌消毒功效。它對石油污染物具有較好的去除作用，可使芳香烴等有毒、有致癌性的有機物氧化降解為毒性較小、無致癌作用的小分子物質(zhì)。
二氧化氯具有抑制“三致”物質(zhì)作用，將二氧化氯氧化技術(shù)與水力截獲技術(shù)、曝氣技術(shù)及微生物技術(shù)相結(jié)合，在去除地下水中石油污染物方面非常有效且處理成本低，具有社會效益和經(jīng)濟效益，因此，采用二氧化氯治理地下水污染是十分有利的。
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