屈智慧，王洪濤，楊　勇，袁思莉，桑志偉，張玉虎

（1.清華大學環(huán)境學院，北京100084；2.中科鼎實環(huán)境工程有限公司，北京100028）

環(huán)境工程

循環(huán)井技術修復地下水氯苯污染的效果研究

屈智慧1，2，王洪濤1，楊勇2，袁思莉2，桑志偉2，張玉虎2

（1.清華大學環(huán)境學院，北京100084；2.中科鼎實環(huán)境工程有限公司，北京100028）

本次研究應用地下水循環(huán)井技術處理受氯苯污染的地下水場地，在污染場地內(nèi)共建設4口循環(huán)井進行井內(nèi)循環(huán)治理和9口監(jiān)測井進行監(jiān)測。研究結果表明：隨著井內(nèi)循環(huán)的持續(xù)運行，地下水中污染物氯苯的濃度快速降低；連續(xù)運行28d后，地下水中氯苯去除率達95.6%～97.6%；氯苯濃度最高的點位從227.28mg·L-1下降到5.46mg·L-1。井內(nèi)循環(huán)修復工藝可快速去除地下水中氯苯污染，若要達到人體健康風險可接受的修復目標或穩(wěn)定的修復效果，建議與其它地下水修復技術聯(lián)合應用。

循環(huán)井；地下水修復；氯苯

地下水是十分重要寶貴的資源，是我國重要的戰(zhàn)略資源和飲用水源，在我國水資源總量中占三分之一左右，全國約70%的人口在飲用地下水[1]。近幾十年來，隨著我國社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，地下水資源開發(fā)利用加速，導致地下水污染狀況也日益凸顯加重。2009年，對北京、遼寧、吉林等8個省份水質(zhì)進行分析，結果是劣質(zhì)的Ⅳ類和Ⅴ類水質(zhì)占總數(shù)的73.8%[2]。據(jù)《全國城市飲用水安全保障規(guī)劃（2006-2020年）》數(shù)據(jù)，全國近20%的城市集中式地下水水源水質(zhì)劣于Ⅲ類[3]。地下水污染修復日益受重視，但因地下水污染具有隱蔽性、復雜性、難以控制，以及治理費用巨大等特性，地下水修復在我國尚未大規(guī)模展開。目前，用于治理修復地下水的技術有抽出-處理等異位修復技術和地下水曝氣等原位處理技術，各修復技術有其優(yōu)缺點和適用范圍[4]。其中地下水循環(huán)井修復技術是一種原位修復技術，該技術將曝氣、氣提、吹脫集成于一體，克服了地下水抽出處理周期長、水處理費昂貴、曝氣處理影響半徑有限、去除速率低的缺點，在國外被廣泛使用，但在國內(nèi)應用案例屈指可數(shù)。

地下水循環(huán)井工作原理是通過內(nèi)井曝氣，導致形成密度較小的氣水混合物，該混合物上升至循環(huán)井內(nèi)井頂端后從外井上部穿孔花管流出進入含水層，氣體被氣水分離器排出；循環(huán)井下部因曝氣導致井內(nèi)外流體密度差異，井周圍的地下水不斷流入循環(huán)井；通過持續(xù)曝氣，最終在循環(huán)井周圍形成地下水的三維循環(huán)流場[5,6]，在垂直水力沖刷作用下，介質(zhì)空隙中吸附或殘留的有機物逐漸解吸或溶解進入水相[7]；通過氣、水兩相間傳質(zhì)作用，地下水中揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機污染物揮發(fā)進入氣相，通過曝氣吹脫作用從水體中去除；此外空氣中的氧氣溶入水相，在濃度梯度作用下擴散，會在循環(huán)井周圍形成一個強化的原位好氧生物降解區(qū)域加速污染物的去除[8,9]。地下水循環(huán)井技術在國內(nèi)目前主要處于實驗研究階段，如白靜等[10]實驗模擬了地下水循環(huán)井對含水層中非水相液體（NAPL）物質(zhì)的修復，趙素麗等[11,12]利用地下水循環(huán)井進行生物修復研究。

本文以某有機污染地下水場地修復示范工程為主要研究內(nèi)容，運用井內(nèi)循環(huán)技術修復受氯苯污染的地下水。通過對循環(huán)井連續(xù)進行壓力恒定的曝氣，循環(huán)井周邊形成了穩(wěn)定的地下水循環(huán)，地下水中氯苯被快速吹脫而去除，曝氣產(chǎn)生的含氯苯污染氣體通過地上氣體收集和處理裝置治理后達到滿足北京市《大氣污染物綜合排放標準》（DB11/501-2007）后排放。經(jīng)過28d的持續(xù)運行，該場地地下水中氯苯含量明顯降低，井內(nèi)循環(huán)達到了快速去除目標污染物的修復效果，發(fā)揮了做為原位修復技術高效治理有機污染物的優(yōu)勢。

1　污染場地初始污染狀況

本研究的污染場地為長期受化工廠管道跑冒滴漏現(xiàn)象影響的含氯苯污染地下水區(qū)域。場地修復面積在200m×160m范圍內(nèi)，場地包氣帶厚度約為2m，潛水含水層深度約為3m，含水層介質(zhì)以中砂為主，地下水流向為從西北向東南方向。污染集中在潛水含水層，最高濃度為227.28mg·L-1，場地西北區(qū)域污染濃度高，東南區(qū)域污染濃度較低，具體見圖1。

圖1　污染場地氯苯的分布Fig.1Distribution of chlorobenzene

2　場地修復條件

2.1循環(huán)井和監(jiān)測井的布設

根據(jù)污染場地氯苯初始濃度分布情況，共設置4個循環(huán)井，井體的具體位置為其外井上部花孔的中部與地下水水位相平，外井底部與潛水含水層隔水底板相接，每個循環(huán)井配置一個活性炭箱做為尾氣處理裝置，循環(huán)井周邊共設置9個監(jiān)測井，井體為在整個含水層厚度上均勻布設花孔的完整井，具體見圖2。污染場地內(nèi)循環(huán)井和監(jiān)測井具體布置位置見圖3。

圖2　循環(huán)井和監(jiān)測井示意圖Fig.2Schematic diagram of groundwater circulation well and monitoring well

圖3　循環(huán)井和監(jiān)測井布置示意圖Fig.3Distribution of circulation wells and monitoring wells

2.2修復方法

循環(huán)井通過空氣壓縮機，連續(xù)24h曝氣，曝氣壓力穩(wěn)定控制在200kPa，約兩個大氣壓強。

2.3監(jiān)測頻率和方法

循環(huán)井和監(jiān)測井的采樣頻次均為每周一次，地下水中氯苯分析方法采用《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》。分析條件為：氣相色譜儀為FID檢測器，DB-1型毛細柱，柱長30m，內(nèi)徑0.32mm，膜厚0.32mm。色譜條件為：氣化室溫度200℃，柱溫初始溫40℃，程序升溫至60℃，升溫速率為2℃·min-1，檢測器溫度為220℃，空氣流量為400mL·min-1，H2流量為43mL·min-1，載氣（N2）流量為3mL·min-1，分流比為2∶1。

3　結果與討論

3.1氯苯濃度變化分析

在井內(nèi)循環(huán)運行之前和第7、14、21和28d，分別從編號為MW1至MW9共9個監(jiān)測井中取樣分析地下水污染物氯苯的濃度變化情況，各監(jiān)測井中氯苯濃度隨時間的變化情況見圖4。

圖4　井內(nèi)循環(huán)運行后氯苯隨時間的變化情況Fig.4Change of concentration of chlorobenzene over time

由圖4可知，在循環(huán)井未運行之前，靠近場地西北部嚴重污染區(qū)域的監(jiān)測井MW1中地下水污染物氯苯的濃度最高值達153.14mg·L-1，場地東南部遠離嚴重污染區(qū)域的監(jiān)測井MW7中地下水污染物氯苯的濃度最低值也高達38.78mg·L-1。隨著井內(nèi)循環(huán)的運行，9個監(jiān)測井監(jiān)測到的地下水污染物氯苯的濃度均逐漸降低，說明隨著循環(huán)井的運行，污染物氯苯不斷從地下水體中去除，在井內(nèi)循環(huán)運行了28d后，監(jiān)測井中監(jiān)測到的氯苯濃度最大值為3.94mg·L-1，該監(jiān)測井為靠近污染中心的MW1；最小值為1.51mg·L-1，該監(jiān)測井為遠離污染中心的MW9。

3.2氯苯去除效率分析

循環(huán)井連續(xù)運行過程中，各監(jiān)測井中氯苯濃度逐去除率隨時間的變化情況見圖5。

從圖5可知，隨著循環(huán)井的持續(xù)運行，9個監(jiān)測井中地下水中氯苯的去除率均逐漸上升。在井內(nèi)循環(huán)運行第7d時，監(jiān)測井中氯苯的最高去處理率為55.4%，監(jiān)測井中最低去除率為26.8%。在井內(nèi)循環(huán)運行14d時，地下水氯苯的去除率為56.4%～80. 1%，井內(nèi)循環(huán)運行28d時，地下水氯苯的去除率為83.7%～92.6%，在井內(nèi)循環(huán)運行28d時，地下水氯苯的去除率為95.9%～97.5%。

3.3氯苯污染修復效果分析

利用地下水井內(nèi)循環(huán)技術處理28d后，地下水污染物氯苯的修復效果見表2。

圖5　井內(nèi)循環(huán)運行后氯苯去除情況Fig.5Changde of the removal efficiency of chlorobenzene over time

表2　地下水循環(huán)井技術對氯苯的修復效果一覽表Tab.2Remediation effect of groundwater circulation well on chlorobenzene

污染場地地下水環(huán)境經(jīng)過4口循環(huán)井連續(xù)運行28d后，循環(huán)井內(nèi)氯苯最高的濃度值從227.28mg·L-1下降到5.46mg·L-1，去除率為97.6%，循環(huán)井內(nèi)最低濃度值從105.31mg·L-1下降到2.54mg·L-1，去除率為97.6%；監(jiān)測井內(nèi)氯苯最高的濃度值從153.14mg·L-1下降到3.94mg·L-1，去除率為97.4%，監(jiān)測井中氯苯最低的濃度值從38.78mg· L-1下降到1.51mg·L-1，去除率為95.8%。循環(huán)井技術處理28d天后，4口循環(huán)井和9口監(jiān)測井共13口井中地下水污染物氯苯的濃度值范圍為5.46～1.51mg·L-1，氯苯的去除率為95.6%～97.6%。

4　結論與建議

（1）受有機污染物氯苯污染的地下水，應用地下水循環(huán)井技術處理后，地下水中氯苯的濃度隨處理時間延長而逐漸下降，監(jiān)測到的最高濃度值從227.28mg·L-1下降到5.46mg·L-1。

（2）應用地下水循環(huán)井技術處理后，地下水中氯苯的去除率隨處理時間延長而逐漸上升，地下水循環(huán)井技術處理28d后，4口循環(huán)井和9口監(jiān)測井監(jiān)測到的氯苯去除率達95.6%～97.6%。

（3）本次研究應用地下水循環(huán)井技術處理28d后，地下水污染物氯苯濃度仍高于《中華人民共和國污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）氯苯的三級標準限值1.0mg·L-1，說明循環(huán)井技術能快速將高濃度污染物氯苯降低到較低的濃度水平，但若計劃將地下水污染治理到人體健康風險可接受的水平仍需要進一步后續(xù)處理或應用其它修復技術聯(lián)合修復。

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Research on effect in remediation of chlorobenzene contaminated groundwater by circulation well

QU Zhi-hui1，WANG Hong-tao1，YANG Yong2，YUAN Si-li2，SANG Zhi-wei2，ZHANG Yu-hu2
（1.School of Environment Tsinghua University,Beijing 100084,China; 2.Zhongke Dingshi Environmental Engineering Co.,Ltd,Beijing 100028,China）

In this study,groundwater circulation wells were used to treat the contaminated groundwater sites by chlorobenzene,and a total of 4 circulation wells were built in the contaminated sites to carry out the well circulation control and 9 monitoring wells.The results showed that with the continuous operation of the well cycle,concentration of chlorobenzene pollutants in groundwater decreased rapidly;the continuous operation of 28 days,the removal rate of chlorobenzene in groundwater was 95.6%～97.6%;the highest concentration of chlorobenzene point decreased from 227.28mg·L-1to 5.46mg·L-1.In order to achieve the goal of human 1health risk,the repair process can be used to remove the contamination of groundwater,and the proposed technique is combined with other groundwater remediation technologies.

groundwater circulation well；groundwater remediation；chlorobenzene

X523

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20161129

2016-09-29

屈智慧（1983-），女，博士，高級工程師，主要從事污染場地修復工作。