CN101422782A - 土壤中油类污染物的控制与清除技术 - Google Patents

Abstract

一种全新的控制与清除土壤中油类污染物的技术。该技术方法在充分考虑土壤中水分和油的运动规律的基础上，根据土壤中油类污染物具体的扩散情况，通过钻孔、注浆等在地下土层中形成隔油盘，将油类污染物分层隔离在土层中，并在油类污染物横向扩散的最外围边界附近，人为开挖储水沟，储水沟中的水下渗至土壤中形成一个水幕，在油类污染物最外围边界附近形成一个土壤饱水带，从土壤饱水带至钻孔中间毛细水压力逐渐减小，则从油类污染物最外围到钻孔处存在毛细水压力差，使油类污染物在此毛细水压差作用下，沿着隔油盘流向预先安置好的集油管中，油类污染物在集油管聚集，并适时进行回收处理，从而使土壤中油类污染物浓度降低，并且结合现有的土壤微生物治理技术，向集油区井孔投放高效的石油降解菌，从而进一步控制和清除土壤中的残留油类污染物。为土壤中油类污染物，尤其是深层土壤中油类污染物的控制与清除，提供一种技术上容易实现，可操作性强的土壤环境修复技术方法。

Description

土壤中油类污染物的控制与清除技术

技术领域

本发明属于土壤环境修复与治理的研究领域，涉及一种土壤中油类污染物的控制与清除的技术方法，特别针对因输油管道泄漏而渗漏到土壤中的油类污染物的控制与清除的技术方法与技术装置。

背景技术

随着我国经济的高速发展，我国对石油及产品的能源需求量日益增加，目前我国采用以管道输运石油为主的能源输送方式，但输油管道泄漏事故发生率高。我国众多炼油厂在生产过程中油类污染事故时有发生，并成为区域土壤及地下水的主要污染源。进入地下土壤中的油污染的清理难度大，方法有限，尤其是对地下水位较深、土壤层相对较厚的区域清除油类污染十分困难，目前尚无有效技术。进入土壤中没有及时清理的油类会随降雨逐渐渗透进入地下含水层中，污染浅层地下水，并可随地下水向周边运动扩散，污染区域地下水源。因此，清理土层中油类污染物是我国目前急需解决的科学技术问题，需要有一套切实可行且易于操作的清理土壤中油类污染的技术方法。

目前，土壤中有机污染物的治理技术主要有物理治理技术，化学治理技术，微生物治理技术和植物治理技术等几种技术。

1.物理治理技术

1.1 挖掘填埋法

该方法是将受污染的土壤用人工挖掘的办法将其运走，送到指定地点填埋，以达到清除污染物的目的然后再将未受污染的土壤填回，以便能重新对土地进行利用。这种方法显然未能从真正意义上达到清除污染物的目的，只不过是将污染物进行了一次转移，且费用高，而且被挖走的土壤如果处理不恰当，还会对填埋点造成二次污染。若填埋点原土壤渗透性好，如不对需填埋的土壤进行及时处理的话，造成二次污染的速度将会很快。但是对小面积土壤中一些特别有害的物质的清除，采用这种方法还是可行的。

1.2 通风去污法

土壤通风去污的原理在于当液体污染物泄露后，它将在土地中产生横向和纵向的迁移，最后存留在地下水界面之上的土壤颗粒和毛细管之间。由于有机烃类有着较高的挥发性，因此可采用在受污染地区打井引发空气流经污染土壤区，使污染物加速挥发而被清除。该技术一般采用的方法是在污染区打上几口井，其中几口井用于通风进气，其它井用于抽气，在抽气的真空系统上装上净化装置，就可以避免造成二次污染。由于土壤结构、土壤颗粒间不同浓度，不同组分的烃类化合物有着不同的蒸汽压，情况非常复杂，现有实验还不能提供对通风去污机理的清晰解释。

1.3 隔离法

采用粘土或其他人工合成的惰性材料，把被石油烃类污染的土壤和周围环境隔离开来，这一方法没有破坏石油烃类，只是防止了污染物质向环境(地下水、土壤)的迁移。由于石油烃类对隔离系统不会产生影响，所以这一方法适合于任何石油烃污染土壤的控制。对于渗透性差的地带，尤其比较适用。此法与其他方法相比，运行费用较低，但对于毒性期长的石油烃类，只是暂时地防止了石油烃类的迁移，不能作为永久的治理方法。

2.化学处理法

2.1 化学焚烧法

化学焚烧法也是最为常用的有机污染土壤的治理方法，该法系利用有机物在高温下易分解的特点，在高温下焚烧以达到去除污染的目的。该方法虽然能够完全的分解污染物达到去除污染的目的，但在去除污染的同时，土壤的理化性质也遭到了破坏，使土壤无法获得重新利用。

2.2 萃取法

根据相似相溶原理，使用有机溶剂对石油污染土壤中的原油进行萃取，然后对有机相进行分离，回收其中的原油，实现废物的资源化。此方法适于油污浓度较高的土壤。处理后的石油污染土壤污染物含量可低于5％。

2.3 土壤洗涤法

将污染土壤破碎，混入足够的水和洗涤剂，得到土壤、水和洗涤剂相互作用的浆液。静止，使污染物与洗涤剂一起上升，从水相中将部分脱除污染物的土壤分离出来。重复前述步骤，使土壤与水混合，并加入微生物活性剂和，使污染物降解。

2.4 化学氧化法

向被石油烃类污染的土壤中喷撒或注入化学氧化剂，使其与污染物质发生化学反应来实现净化的目的，化学氧化法适合于土壤和地下水同时被石油烃类污染的治理，可配合曝气装置，抽出的地下水经曝气塔后，大部分的挥发物质被清除，向从曝气塔流出的水中注入氧化剂后，再回灌于土壤，使氧化剂充分和土壤、地下水接触。在治理过程中，需预先确定地下水污染带的位置，再决定抽水井的位置和注水井的位置，抽水井应设立在地下水污染带上，注水井则应布置在土壤污染较强的位置。化学氧化法不会对环境造成二次污染，但操作比较复杂。

以上化学治理方法存在着较为明显的缺陷：缺陷之一在于费用太高；缺陷之二在于存在对环境造成二次污染的可能，焚烧会造成大气的二次污染，清洗又会对水造成二次污染，所用清洗剂对土壤也会造成二次污染；缺陷之三在于其可操作性差，对于大规模的土地污染，化学治理方法都存在具体运作上的困难。

3.微生物修复技术

应用微生物治理土壤有机污染的方法主要有三种：(1)原位治理方法，(2)异位治理方法，(3)原位异位联合治理方法。原位生物修复包括投菌法，生物培养法、生物通气法等。异位生物修复主要方法有：土壤耕作法、土壤堆腐法、预制床法、生物反应器法等。

微生物修复技术具有费用低、处理效果好、对环境影响低、无二次污染、不破坏植物生长所需要的土壤环境等优点，但是影响微生物处理效果的因素也很明显。要达到较好的处理效果，首先得找到具有高效降解能力的微生物，其次需要给微生物的生长提供良好的环境，包括酸度、营养和供养条件等方面。要给微生物提供良好的生长环境，使其达到最佳的处理效果是一项比较复杂的工作。

4.植物治理方法

植物治理方法是利用植物对环境污染物质进行处理的技术。它是利用植物及其微生物与环境之间的相互作用，对环境污染物质进行清除、分解、吸收或吸附，使土壤环境重新得到恢复。

植物对有机污染物的去除机制有三个方面：一是植物对有机污染物的直接吸收；一是植物释放的分泌物和酶刺激微生物的活性加强其生物转化作用，此外有些酶也能直接分解有机污染物；三是植物根区及其与之共生的菌群增强根区有机物的矿化作用。

植物治理有机污染物一般认为是比较困难的，因为有机物在植物体内的存在形态难以分析，其中间代谢产物异常复杂而又难以观测。由于这一环境处理技术作为一个单独技术进行研究的时间短(至今只有10年左右的时间)，且研究效果的体现时间较长，至今所积累的知识和经验仍然较少。

上述各种方法均有着自己的优缺点，并且应用范围一般只针对浅层的土壤油类污染物的治理，而对于地下水位较深，土壤层相对较厚区域的油类污染的治理显得十分困难，目前尚无有效技术。因此，迫切地需要一种既能治理浅层土壤油类污染，又能解决深层土壤油类污染问题，尤其是针对深层土壤油类污染物的行之有效的且易于操作的技术方法。

发明内容

本发明的目的在于，解决现已存在的土壤中的油类污染问题，提供一种控制和清除土壤油类污染物，尤其是深层土壤中的油类污染物的技术方法和技术装置。

为了实现上述任务，本发明采取的技术解决方案是：根据油类渗透事故点的岩性，泄漏时间，泄漏量，在漏油点设计钻孔布置方案。钻孔采取土样岩芯，通过岩芯分析得到油类已经渗透的深度以及渗透事故点.地下土层的结构，分别在油类污染土层中及下部选取几段良好的透水层。通过对主要透水层的孔隙度分析，计算出地下孔隙的容积，根据油类渗透量，确定构建主要透水层的防渗隔层所需要的注浆量。分层注浆，在地下构建防渗隔油盘，将油类污染物分层隔离在土壤中。注浆物固结后，通过施工扩大孔径的钻孔取出钻孔中的注浆体，同时在油类污染层位下部的底部防渗隔油盘中钻一个集油管。在施工的钻孔中安装渗透井管。然后在试验点上部构筑一个面积大于油类污染面积的封顶盖(油类污染物的横向扩散面积不应太大，否则构筑一个大型的封顶盖有困难；如果油类污染面积很大的话，可以考虑分区构筑几个封顶盖，以便更好的控制住污染物的面积)，并在原钻孔处预留收集油的孔洞。地下技术装置完成后，在封顶盖周边挖储水沟，向沟中注水从而在地下含油土层的周边形成水幕，使含油土壤中的油在毛细水压差的作用下，向着渗透井管方向运动(由于油类污染物被隔油盘分层隔开，则油类污染物垂直下渗运动的范围只能在上下两个隔油盘之间，因此可以不用考虑油类污染物的垂向运动。另外，在油类污染物最外围又形成了水幕，从外围向渗透管方向，水量逐渐减少，形成一个连续的毛细水压差，储水沟的连续注水能维持这种压力差，保持油类污染物横向运动的动力)，当油类污染物到达渗透井管后沿孔洞流入井管中，会最终在重力作用下沿井管向下进入最底层的集油管中。通过及时清除集油管中的渗出油，不断减少土壤中的油污染物的含量。当地下土壤层的油污染物不再流出后，向井中放置石油降解菌，并定期观测降解效果。

相比其他治理土壤油类污染物的技术方法，本发明具备以下优点：

(1)方法简单，技术上容易实现，可操作性强；

(2)成本低，治理周期短，见效快；

(3)适用范围广，既能用于浅层土壤油类污染物的治理，又能用于深层土壤中油类污染物的控制与清除。

附图说明

图1是本发明的技术装置剖面图示意图；

(1-封顶盖 2-隔油盘 3-储水沟 4-渗透管 5-集油管 6-水流方向 7-砂质粘土 8-砂层)

图2是装置的俯视图示意图；

(1-封顶盖 2-隔油盘 3-储水沟 4-渗透管)

具体实施方案

下面将结合附图1进一步说明本发明在控制和清除土壤中油类污染物的操作过程：

1.先在油类渗透事故点，根据泄漏时间和泄漏量，在漏油点布置好钻孔点的数量和位置；

2.在已经布置好的钻孔点打钻，采取土样岩芯，对岩芯进行分析，得到油类渗透的深度和渗透事故点地下土层的结构，掌握含水层、透水层的厚度和空间分布状况；

3.在室内对主要透水层的土样做孔隙度实验，得到透水层土样的孔隙度，由此计算出地下主要透水层的孔隙容积，从而计算出构建主要透水层的防渗隔层(2-隔油盘)所需要的注浆量；

4.根据土样结构，在油类污染土层及其下部选取几段良好的透水层，根据计算的注浆量从钻孔向主要透水层注浆，从而分层在地下构建了防渗隔层盘(2-隔油盘)，待注浆凝固后，通过施工扩大孔径的钻孔取出钻孔中的注浆体；

5.在油类污染层位下部的底部防渗隔层盘中钻一个集油管(5-集油管)，用于收集油污染物，而在施工的钻孔中装上渗透井管(4-渗透管)，以便使水和油类污染物顺利进入井管，再顺着井管流入集油管中；

6.在地下油污染物控制与收集装置的上部的地表位置，构筑一个覆盖面积大于油类污染物扩散面积的面状顶盖(1-封顶盖)，目的是防止雨水进入地下已构建的装置区(因为雨水进入的话会干扰污染区的内压，破坏油类污染物横向运动的动力，从而减缓油类污染物横向运动的速度)。并在原钻孔处预留好出油孔洞，孔洞直径比钻孔直径略大；

7.在封顶盖的四周挖一个环形的储水沟(3-储水沟)，在储水沟中注水，水往下渗流，从而在地下含油土层的四周形成水幕，含油土壤中的油在周边水流形成的土壤饱水带的毛细水压差作用下，会在各个防渗隔层盘上向着盘的中间(压力低)的渗透管方向运动，然后顺着渗透管井孔进入最底层的集油管中，通过及时清除集油管中的渗出油，不断减少土壤中的油类污染物的含量；

8.当地下土壤层的污染物不再流出后，向井中放置石油降解菌，并定期观测降解效果，从而进一步清理油类污染物，修复土壤环境。

Claims (4)

1、一种控制和清除土壤中油类污染物的技术和技术装置，从上到下构筑有封顶盖(1)、储水沟(3)、隔油盘(2)、渗透管(4)和集油管(5)。其特征在于，通过钻孔取土样分析预先确定油类污染物在土壤中的渗透扩散情况，通过钻孔向各砂层中分层注浆，在各砂层中形成隔油盘(2)，将油类污染物分层隔开，并在钻孔里安置渗透管(4)和构筑集油管(5)，然后在地面构筑封顶盖(1)阻止雨水等外界条件的干扰，并在油类污染物横向扩散边界附近开挖储水沟(3)，人为地制造一个局部地下土壤水流场，使油类污染物在周边土壤水饱水带的毛细压差力作用下向着集油管(5)运动，使油聚集在集油管(5)，方便清除，再结合现有土壤微生物处理技术，在集油区井孔中投放石油降解菌，加速油类污染物的降解与清除。从而控制和清除土壤中的油类污染物。

2、如权利要求1所述的隔油盘(2)，其特征在于通过在土壤砂层中注浆，待浆体固结后形成隔油盘(2)，可以将油类污染物分层隔离在土壤中，以便分层治理。

3、如权利要求1所述的封顶盖(1)，其特征在于可以防止外界的雨水等进入到油类污染区域，目的是防止雨水等干扰污染区的内压，破坏油类污染物横向运动的动力-毛细水压差，而减缓油类污染物横向运动的速度。

4、如权利要求1所述的储水沟(3)，其特征在于可以在油类污染物横向扩散的最外围边界附近，形成一个环形水幕。水沿着储水沟(3)下渗，形成水幕，在油类污染物最外围边界附近形成土壤饱水带(此带附近的毛细水压力大)，从此饱水带至中间的渗透管(4)方向，毛细水压力逐渐减小，存在毛细水压差，使油类污染物在此毛细水压差作用下，向着中间的钻孔方向运动，进入到渗透管(4)中，然后在重力作用下使油类污染物聚集到集油管(5)中，收集处理。

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