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生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)作為支撐生態(tài)文明建設和高質(zhì)量發(fā)展的關鍵力量，正面臨著轉(zhuǎn)型升級的迫切需求。環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力，正成為推動產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的核心力量。本欄目將聚焦生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的新技術、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創(chuàng)新成果，及時發(fā)布環(huán)境技術進步獎項，全面介紹行業(yè)內(nèi)的實用技術裝備和示范工程，引導行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新，加快數(shù)字、智慧、科技的融合賦能，為經(jīng)濟社會全面綠色轉(zhuǎn)型貢獻力量。
生態(tài)環(huán)境保護實用技術
2023-J-41
申報單位
中國石油集團安全環(huán)保技術研究院有限公司
北京中油愛索節(jié)能環(huán)保技術有限公司
推薦單位
生態(tài)環(huán)境部土壤與農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境監(jiān)管技術中心
一、技術簡介
適用范圍
針對石油石化企業(yè)油品泄漏造成的地下水與土壤石油污染現(xiàn)狀，建立一套符合我國國情的高效低成本的土壤和地下水原位污染修復技術鏈，對以總石油烴、芳香烴類、多環(huán)芳烴類、苯酚類、氯代烴類為主的石油污染物有顯著的修復效果。該技術以兩相/多相真空抽吸技術為核心，與化學氧化、原位直推注入、微生物修復等多種技術相結(jié)合，配合自動收油式浮油泵，實現(xiàn)了不同石油石化場站類型的全方位修復。
技術原理
本技術以兩相/多相真空抽吸技術為核心，與化學氧化、原位直推注入、微生物修復等多種技術相結(jié)合，配合自動收油式浮油泵，形成了模塊化、撬裝化裝置。主要工藝是在污染區(qū)合理布設抽吸井、監(jiān)測井、壓氣井和加藥井，利用特制的抽吸系統(tǒng)，將地下水、土壤顆粒表面和孔隙內(nèi)存在的自由態(tài)、吸附態(tài)、溶解態(tài)或氣態(tài)等石油烴污染物抽出，利用氣破與氣提協(xié)同技術對土壤顆?？紫秲?nèi)氣態(tài)烴類和地下水溶解態(tài)烴類進行處理，并利用原位化學熱洗技術、化學氧化技術和微生物修復技術，通過注入化學或生物藥劑對吸附在土壤顆粒表面的烴類進一步處理，使整個污染區(qū)恢復到初始狀態(tài)。
裝置主要包括抽提模塊、氣液分離模塊、尾氣處理模塊、配注藥模塊和自控模塊。各模塊可以獨立使用，也可以通過聯(lián)動組合獲得更佳處理效果。其中，對于核心的抽吸模塊來說，在抽吸井附近形成真空梯度，在負壓作用下，抽吸井附近形成一定速度的氣相流動、水相流動和NAPLs相流動；位于潛水面上下污染物會逐漸向抽吸井的位置遷移，并進入井中的吸取管；真空度越高，水力梯度也就越大，氣相與液相的回收率也就越高；隨著各相污染物被繼續(xù)回收，地下水位降低，擴大了非飽和帶區(qū)域，促使飽和帶中的污染物逐漸向非飽和帶靠近，進而被抽吸到地面。
工藝路線
裝置主要包括抽提模塊、氣液分離模塊、尾氣處理模塊、配注藥模塊和自控模塊。一般來說，對于污染場地首先判斷其是否有浮游自由相，若存在，應首先運用空氣泵或浮油回收泵將其回收。自由相回收后，根據(jù)地塊污染狀況選擇SVE抽吸系統(tǒng)或DPVE抽吸系統(tǒng)，對污染土壤氣和地下水抽吸，并進入氣液分離模塊。氣液分離模塊中采用的微納米氣浮地下水物理凈化技術，可實現(xiàn)高濃度地下水的處理。抽吸的污染土壤氣進入尾氣處理模塊進行處置、回收、排放；污染的地下水則處理達到修復目標后回注地下或其他去向。對于污染土壤，則根據(jù)污染程度和狀況，經(jīng)過配注藥模塊，選擇化學氧化修復或微生物修復。整個裝置運行過程中，由自控模塊進行控制。
根據(jù)不同修復要求，模塊中的不同系統(tǒng)可以按以下多種模式運行：
1)抽提模塊SVE抽吸系統(tǒng)/DPVE抽吸系統(tǒng)+氣液分離模塊+配注藥模塊氧化修復系統(tǒng)+配注藥模塊微生物修復系統(tǒng)修復受污染土壤工藝組合；
2)抽提模塊高效浮游回收泵+氣液分離模塊+配注藥模塊氧化修復系統(tǒng)+配注藥模塊微生物修復系統(tǒng)修復液位在-50m以下的地下水及受污染土壤工藝組合；
3)抽提模塊+氣液分離模塊+配注藥模塊等多種工藝組合；
其中抽提模塊中的DPVE和SVE抽吸系統(tǒng)共用井頭、管道和氣液分離器等裝置，可根據(jù)處理對象和修復目標的特點，選擇單獨運行，但不能并聯(lián)同時運行。
應用效果
在吉林某企業(yè)經(jīng)過一年的連續(xù)運行，可達到相關標準和當?shù)丨h(huán)保部門治理要求；在西部某污染場地應用時能夠?qū)崿F(xiàn)自由相快速回收，自由相減少約80%；重污染面積縮減65%以上，約50%以上區(qū)域TPH(C10——C40)≤4500mg/kg(第二類用地篩選值)。由于該裝置中配有水處理系統(tǒng)，能對抽出的污染地下水進行油水分離、自由相回收以及污水處理，處理達到《地下水質(zhì)量標準》GB/T 14848-2017標準要求后的水將進行地下水回注或回用；同時配有尾氣回收與處理系統(tǒng)，對抽吸的廢氣處理，達標(參照《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297-1996))后排放，所以不會產(chǎn)生二次污染。由于設備相比于傳統(tǒng)設備進行了優(yōu)化，為實現(xiàn)SVE/DVPE而建設的抽吸井直徑大幅下降，減少了在修復過程中因打井等操作對環(huán)境造成的二次破壞。
研發(fā)背景
石油染是指石油在開采、加工、儲藏、運輸、使用等過程中，原油或石油烴類產(chǎn)品由于種種原因進入環(huán)境而造成的污染，是石油工業(yè)高速發(fā)展的負面產(chǎn)物。土壤/地下水環(huán)境的石油污染物主要以總石油烴(TPH)、芳香烴類(特別是苯系物，BTEX)、多環(huán)芳烴類(PAHs)、苯酚類、氯代烴類為主。上述有機污染物對生態(tài)環(huán)境，特別是人類健康影響很大，多具有致癌、致突變、致畸危害；而且在土壤/地下水環(huán)境中難以通過自然降解，有可能長期存在并發(fā)生累積，加劇環(huán)境風險。
隨著石化行業(yè)的迅速發(fā)展，石油開采、加工和銷售等環(huán)節(jié)會發(fā)生廢棄物、油品及物料滲/泄漏等土壤/地下水的石油污染風險，迫切需要及時消除環(huán)境污染隱患，保障區(qū)域生態(tài)安全。污染土壤和地下水的恢復治理往往需要巨額的投資，且是一個世界性難題，缺少成熟的可供推廣使用的技術，國內(nèi)涉足的污染治理技術均處于起步的階段，相關技術的研究和開發(fā)水平亟待加強。基于以上原因，開發(fā)具有投入少、見效快、應用范圍廣的土壤與地下水石油污染修復技術，是我國現(xiàn)階段環(huán)境保護工作的迫切需要。
技術特點
推廣性強。面對需求巨大的污染修復市場，能以完全成熟的技術鏈工藝，完全可靠的性能，為企業(yè)提供準確完備的修復方案和高效優(yōu)質(zhì)的修復裝置。同時，本技術以原位修復為主，在面對修復面積較大的區(qū)域時，比之異位修復有更多的成本優(yōu)勢；且經(jīng)工程應用表明，社會影響小，安全風險可控，市場前景廣闊。
先進性強。整套裝置的抽吸真空度、深度、油品回收率和修復面積均領先于主要供應商技術水平。技術的提升也能夠降低施工成本、削弱對環(huán)境二次破壞。
操作性強。本技術鏈工藝和裝置可有效處理各種以自由態(tài)、吸附態(tài)、溶解態(tài)或氣態(tài)等形式存在于地下水、土壤顆粒表面和孔隙內(nèi)的石油烴類。同時，由于集成了土壤氣相和液相抽提、化學氧化降解、原位注入、微生物修復等多重修復技術的工藝鏈，突破了單一修復技術選擇性差、修復效率低的技術瓶頸，可實現(xiàn)不同石油石化土壤污染類型的全方位修復。
經(jīng)濟性強。與國內(nèi)同類土壤修復技相比，在達到相同治理效果的前提下，可節(jié)省投資約30%——50%；維護和管理成本達到同類技術的40%——75%；在相同的資源投入情況下，篩選最優(yōu)運行方案，可節(jié)省運行費用達20%——35%。
實用性強。解決了一直困擾修復的抽吸偏流問題，保證了現(xiàn)場抽吸效果；注藥的時候保證每口井的均勻性；原位注入壓力可達到5-15MPa，大大增強了提升效果；同時分層注入能夠針對不同注入層進行原位修復；浮油回收泵可抽吸地下50米的自由相，同時能夠保證自由相遺留少、地下水抽吸少。
二、典型應用案例
案例名稱
西部某成品油場地污染修復項目
案例簡介
隨著長輸管道、加油站等各類設施服役年限增加，油品泄漏污染環(huán)境事件頻發(fā)，石油場地污染嚴重已是一個不爭的事實。因此，在場地污染快速精準調(diào)查、雙相真空抽吸技術和裝置研發(fā)、化學原位淋洗等污染風險管控強化技術等方面開展系列攻關和研究，研發(fā)一套修復費用低、修復效果好、可操作性強的技術和撬裝裝置并開展示范應用尤為重要。
按照業(yè)主總體要求，配套技術服務人員，配套修復裝置，對現(xiàn)場自由相和污染地下水進行回收和修復。為加快自由相回收，每天抽吸四遍以上，保證裝置滿負荷運行。在自由相回收的基礎上，進行大范圍密封真空抽吸，使土壤中的殘余氣體被抽出，形成區(qū)域局部真空，加快土壤中的液相匯集到井內(nèi)的速度，從而有效降低土壤中的污染物含量。抽吸上來的氣體經(jīng)過氣體凈化回收裝置處理達標后，排放至大氣中。抽吸至地面的污染地下水，經(jīng)過油水分離、化學氧化等將水處理至修復目標后回注或回用。另外，根據(jù)土壤污染程度和土質(zhì)分布情況，對局部場地進行原位淋洗。
達到的標準或性能要求
對抽出的污染地下水進行油水分離、自由相回收以及污水處理，處理達到《地下水質(zhì)量標準》GB/T 14848-2017標準要求后的水將進行地下水回注或回用；同時配有尾氣回收與處理系統(tǒng)，對抽吸的廢氣處理，達標(參照《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297-1996))后排放。
業(yè)主單位
西部某成品油場地
投運時間
2018年
工藝流程
裝置主要包括抽提模塊、氣液分離模塊、尾氣處理模塊、配注藥模塊和自控模塊。應用時，首先使用浮油回收泵對自由相進行回收，根據(jù)地塊污染狀況選擇DPVE抽吸系統(tǒng)，同時對污染土壤氣和地下水抽吸，并進入氣液分離模塊。氣液分離模塊中采用的微納米氣浮地下水物理凈化技術，可實現(xiàn)高濃度地下水的處理。抽吸上的污染土壤氣進入尾氣處理模塊進行處置、回收、排放；污染的地下水則處理達到修復目標后回注地下或其他去向。對于污染土壤，則根據(jù)污染程度和狀況，經(jīng)過配注藥模塊，通過原位注入等方式，選擇化學氧化修復或微生物修復。整個裝置運行過程中，由自控模塊進行控制。
運行情況
通過工程運行表明，本成果的技術和裝置運行效率高、穩(wěn)定性好，保證了在最低的系統(tǒng)運行費用的前提下實現(xiàn)最大程度的修復效率。經(jīng)過持續(xù)高頻次修復，場地核心污染面積縮小80%以上，自由相厚度減少約85%。80%以上的面積達到修復指標。
取多處修復后的土壤進行檢測，主要測定了石油烴(C10——C40)，檢測結(jié)果均小于修復目標值4500mg/kg。
技術應用產(chǎn)生的碳減排效果
修復裝置主要能源消耗為電耗和新鮮水消耗，相對能耗較低。修復過程中如遇到水面浮油等自由相污染物，可以實現(xiàn)自由相的快速回收，從而降低能源浪費。設置的尾氣處理模塊，通過冷凝可以將石油烴氣體經(jīng)過液化后重新回收；同時活性炭吸附過濾罐能夠吸剩余的揮發(fā)性污染物氣體，達到外排氣體排放標準后外排，活性炭吸附飽和后，可通過置換新活性炭滿足氣體排放要求。
三、技術申報單位聯(lián)系信息
單位名稱：中國石油集團安全環(huán)保技術研究院有限公司
單位地址：北京市昌平區(qū)中石油科技園A12地塊A座
聯(lián)系人：劉曉丹
原標題：環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力 | 石油烴污染場地土壤和地下水協(xié)同修復技術
