【技术交流】地下水修复中的液态修复剂注入技术

注入修复剂是实现地下水修复的一个主要手段。为配合全国地下水污染防治试点，今日推出液态修复剂注入技术。

许多不同类型的修复剂可用于土壤和地下水中污染物的修复。成功修复的一个关键要求是修复剂与待处理污染物的接触。无论修复剂是促进生物降解、化学还原、化学氧化，还是改变地球化学以隔离金属，有效地分布修复剂都是必要的。地质、水文地质和污染物分布都是概念性场地模型的组成部分，而建立准确的场地概念模型是制定任何涉及修复剂的修复方案的关键步骤。液态修复剂的注入和分布的一般方法包括：（1）地下水连续循环主动注入;（2）地下水周期循环半被动注入;（3）无地下水循环的被动注入或直接注入。

介绍

修复剂可注入和分布到：（a）与污染物直接接触；（b）在地下水中化学物质迁移的路径上形成生物或化学反应带或墙，以便在污染地下水通过反应带或墙时与修复剂接触。

设计一个有效的修复剂分布方案需要了解污染场地的地质和水文地质。要知道在何处注入修复剂，就需要了解污染物的当前分布情况，以及如果不采取有效的污染源控制措施，未来可能发生的情况。

由于地下水流量很低，要注入修复剂到细小地质材料，如粉砂和粘土中，是很有挑战性的。幸运的是，向粘土注入修复剂的不同方法中，一项有前景的新技术——修复剂电动分布，通过施加直流电场来增强粘土单元中修复剂的分布。

修复剂可包括：

• 可溶于水（如电子供体如醇或糖，化学氧化剂如高锰酸钠，或化学还原剂如硫酸亚铁或硫化钠）
• 水中乳剂（如乳化植物油）
• 悬浮体中非常细小的纳米级颗粒（如纳米级零价铁）
• 悬浮液中较大的颗粒（如微米级零价铁）
• 大的固体材料（如颗粒状零价铁、石灰石或覆盖物），用挖沟法放置在地下，形成可渗透反应性墙
  
  

在砂和砂粉单元中，可溶性修复剂注入容易，在地下分布更广泛。但如果在注入后它们继续随地下水流迁移，则修复剂不能长时间停留在目标注入区域。

乳化液可以注入地下并在一定距离内分布，但其流动性往往受到乳化液化学性质及其与地质介质的相互作用的限制。悬浮中的纳米或微米级固体不会像可溶性修复剂那样远离注入点，因此其分布可能更具挑战性。然而，悬浮液中的固体在注入后倾向于接近注入位置，这可能有利于长期修复。悬浮液中的微粒可以使用具有进取性的高能量方法注入，如液压或气动，除非它们分解成可溶成分，否则通常不会从注入点移动。

大颗粒固体物质通常不被注入，更多的是被放置在垂直于地下水流动方向的开挖沟槽中，其结构称为渗透反应墙。本文重点介绍了可溶性、乳剂和悬浮液中纳米或微米级固体在地质物质（如砂和砂粉）中的分布情况，可能将移动地下水作为修复剂注入和分布的一部分。

修复剂注入和分布方法

在此，将介绍三种修复剂地下注入和分布方法及其优缺点。在每种方法中，井的布设、注入时间、注入流量、电子供体浓度、循环时间和其他操作细节都有可能不同。方法的选择、井的布设和操作细节将取决于现场条件、修复目标、合格的操作人员以及其他影响设计的现场特定因素。作为设计过程的一部分，有必要制定一个精确的场地概念模型，其中包括地质学、水文地质学、污染物分布和地下水地球化学。地下水数值模拟可以为评价各种方法和设计细节提供一种有价值的工具，为系统的优化设计提供依据。

1）主动修复剂注入

主动修复剂注入过程通常涉及地下水的持续抽提、混合修复剂以及混合后水的再注入（图1）。抽提和回注井通常布置成使得注入的混合地下水被抽提向抽提井，以最大限度地控制修复剂在地下的分布，避免将污染地下水推离处理区。这一过程允许更好地控制修复剂的剂量，因为可以将目标浓度的修复剂添加到再注入的水中。这减少了在半被动和被动处理中可能发生的高浓度修复剂的负面影响。主动再循环系统的缺点是注入井是连续运行的，这种操作更容易导致注入井或井的结垢。注入井中电子供体的稳定供给，促进了注入井内外生物量的增长，导致了生物淤积的增加。通常需要定期的维护和防污措施来保持注入井的正常运行。

图1. 主动修复剂注入过程中电子供体分布的例子。

2）半被动修复剂注入

半被动修复剂注入过程包括定期抽取地下水，添加修复剂到水中，并重新注入混合后的水。地下水定期循环（例如，每隔几周到几个月，图2左侧），较高浓度修复剂的分布将提供适当剂量的修复剂，直到下一个注入周期。通常，半被动系统被建在垂直于地下水流方向的直线上来分布修复剂。

一旦修复剂分布好，注入和再循环过程就会停止，地下水的自然流动会将地下水带过修复区（图2右侧）。流经这一区域的地下水中的污染物在与修正剂接触时得到处理。

这一过程可能需要向地下添加比主动注入更高剂量的修复剂，这可能造成修正剂浓度较高的不利影响。然而，由于背景地球化学条件的重新建立，这些影响往往在注入区下游得到缓解。半被动方法的优点之一是注入井污垢的可能性较小，因为只需定期添加修复剂。半被动系统的运行成本比主动方法要低，因为避免结垢所需的维护较少，而且系统是周期性运行，而不是全时间运行。

图2. 定期半被动修正注入过程中的电子供体分布。左侧显示注入阶段，右侧显示被动阶段。

3）被动修复剂注入

被动修复剂注入是指在分离点注入，以形成一个不需要地下水再循环的处理区。注入点布置通常是在垂直于地下水流动方向的一条直线上设置一条或多条注入点线（图3左侧）。注入可定期重复，并将提供适当数量的修复剂，直到下一个修复剂添加周期。分布修复剂所需的注入点数量比半被动系统要多，因为地下水没有循环来在注入点和抽取点之间分布修复剂。注入后，地下水的自然流动将地下水带过修复剂所在区（图3，右侧）。

被动注入系统比主动和半被动系统需要更多的井，通常更适合浅层地下水的处理，在浅层安装注入井或注入点的成本低于深层地下水。主动和半被动系统需要的井数更少，因此在单口井安装成本更高的情况下，对较深的地下水更经济有效。相比主动或半被动方法，被动方法需要更高剂量的修复剂添加到地下，它可以造成高浓度修复剂的更大负面影响，比如强还原条件增强原位生物修复，可能使金属迁移，如铁、锰和砷。与半被动注入方法相比，被动注入方法需要更多分离注入点，而且当目标处理区间较深时，安装井或注入点的成本也较高。

图3. 被动修正注入的电子供体分布。左侧显示注入阶段，右侧显示被动阶段。

不同方法的相对优势

主动和半被动方法需要的井数比被动注入方法少，而且往往在安装单口井成本较高的深层地下水污染上更具成本效益。主动方法保持稳定的修复剂浓度，当修复剂浓度的周期性高峰值对水质的影响值得关注时，主动方法是有利的。主动方法确实有操作成本高的缺点，包括控制生物淤积。与被动注入相比，半被动方法需要的井数更少，但通常比主动方法的操作成本更低。与主动或半被动方法相比，被动方法需要更多的井或注入点，但对于单个注入点成本较低的浅层地下水来说，这种方法具有成本效益。在修复剂浓度大幅升高可能对水质产生不利影响的情况下，不赞成采用被动方法。

（编译于Injection Techniques for Liquid Amendments,Thomas Krug）

文章来源：宝航环境修复