TW201500123A - 用於土壤的汙染處理方法 - Google Patents

Abstract

地下汙染可利用以氧吸收材料改良的土壤來處理。已處理的土壤可作用為活性媒介，產生特定的環境來移除該汙染，例如，將該汙染破壞成較不具傷害或無害的物質。

Description

用於土壤的汙染處理方法 【相關申請案】

本申請案主張美國先行專利申請案序號第61/817,298號的優先權，其申請於2013年4月29日，標題為「Contamination treatment for soil」；其內容在此以引用之方式將其併入。

氯碳氫化合物(溶劑，例如四氯乙烯(PCE)與三氯乙烯(TCE))被分類為危險的廢棄物並且受制於土地處理法規(Land Disposal Restrictions)(土地禁止的)。被土地禁止的物質所汙染的土壤在該土壤可被置於危險廢棄物垃圾填埋之前，通常需要處理。將被氯碳氫化合物汙染的土壤垃圾填埋的成本很高，主要是因為土地處理法規與要求。

氯碳氫化合物不輕易在地下中降解。當地下水流過受汙染的土壤時，地下水變成受汙染的。氯碳氫化合物具有的比重大於1，其中氯碳 氫化合物會在水中下沉。受汙染的土壤產生地下水汙染與土壤水汽汙染的來源。受汙染的地下水與土壤水汽會將氯碳氫化合物帶至更遠的距離。受汙染的地下水對人類健康產生威脅，因為地下水可能被使用作為飲用水來源。受汙染的土壤水汽會進入建築物，使居住者曝露至有毒的水汽。

不同於非氯碳氫化合物可以在氧的存在之下降解並且因此可以遷移有限的距離(例如，非氯碳氫化合物捲流很少超過來源400英呎)，氯碳氫化合物在氧的存在之下不會降解，這導致氯碳氫化合物遷移得遠比非氯碳氫化合物更遠。

原位處理技術不夠有效率或有效，特別是在具有高濃度PCE的來源區域中。例如，黏土土壤對於所有原位處理方法會有抗拒性。

黏土是岩石的化學風化的產物，且通常在低地質能量環境中找到，低地質能量環境通常是地形平坦的區域。大多數都市工業/商業區域係位於平坦的黏土沉積區域。其他土壤類型(包含淤泥、沙與砂礫的變化型)都是岩石的物理侵蝕的產物。黏土主要包含層狀矽酸鹽鋁。黏土基本上是由以多種配置定位的四面體矽酸鹽片與八面體氫氧化物片所構成。層狀矽酸鹽利用微弱的電荷(凡德瓦鍵結)而固持在一起。水被卡在黏土的交互層中。黏土具有高容量來吸收且儲存水與汙染物進它的晶格中。被捕捉的水作用為黏土內的電解液，這導致黏土黏附至水與其他物體，並且也導致掩埋的金屬物體的腐蝕。

在某些實施例中，提供用於處理汙染的土地土壤之方法。脫 水的已處理土壤係轉換為活性媒介。該方法可包含準備一數量的已處理土壤，之後將已處理土壤放置於地下水位(water table)之下的整治的挖掘洞中。已處理土壤可產生特定的環境來移除該汙染，例如，將該汙染破壞成較不具傷害或無害的物質。已處理土壤也可包含試劑，以反應於汙染物或促進汙染物的反應，將汙染物轉換為較不具傷害或無害的物質。

在某些實施例中，汙染物可包含氯碳氫化合物。特定的環境可包含還原的周遭環境，例如具有低氧濃度的周遭環境。還原的周遭環境可促進氯碳氫化合物的無液式生物降解，例如還原去氯化，還原去氯化會發生是在溶解在地下水中的氧濃度小於大約2mg/l時。

在某些實施例中，已處理土壤可如此製備：將該土壤乾燥，且之後當該土壤處於部分水合狀態時加入材料至該土壤。已處理土壤的乾燥狀態產生獨特的機會來均勻地混合改良物至該土壤中，產生均質的混合。該等材料可包含金屬碎片(例如，鐵銼屑)與有機物質。可使用其他材料，例如土壤營養物。在加入該等材料之後，該土壤可水合至最佳的土壤水分濃度，其中土壤可變緊密。該等土壤改良物變成併入於該土壤結構中。

在某些實施例中，已處理土壤可在土地中，例如在土地之下或地下水位之下。已處理土壤可如此活化：例如藉由氧化鐵銼屑，消耗溶解的氧來產生還原的周遭環境。還原去氯化處理可以發生，以破壞在地下水位之下土地土壤中的氯碳氫化合物汙染物。已處理土壤可放置在受汙染區域中，以處理受汙染的土地土壤與地下水。已處理土壤可放置在去汙染的土地土壤周圍，以防止來自周圍的受汙染土壤的再次汙染。已處理土壤 可放置在受汙染的土地土壤周圍，以防止從受汙染土壤擴散的汙染。

在某些實施例中，已處理土壤可為從受汙染土地移除的土壤。該土壤可經處理來移除汙染物，例如氯碳氫化合物與非氯碳氫化合物。在去汙染之後，該土壤可在回送至土地之前，另外處理來形成已處理土壤。已處理土壤可另外處理在土地土壤中未被非原位去汙染所移除的汙染物。

第1A-1B圖根據某些實施例，例示用於處理受汙染的土壤之流程圖。

第2圖根據某些實施例，例示用於處理受汙染的土壤之流程圖。

第3圖根據某些實施例，例示用於處理受汙染的土壤之流程圖。

第4圖根據某些實施例，例示用於處理受汙染的土壤之流程圖。

在某些實施例中，提供用於處理受汙染的土地土壤之方法。例如，該方法可處理被氯碳氫化合物汙染的土地土壤。

氯碳氫化合物(例如，四氯乙烯(PCE))可在還原的周遭環境中在地下水位之下生物降解，例如低氧的周遭環境。該處理係熟知為還原去氯化，還原去氯化會發生是在溶解在土地土壤中的氧濃度小於2mg/l時。

在還原去氯化處理中，PCE分子(Cl₂C=CCl₂)中的氯化物原子可用氫原子取代，將PCE轉化為三氯乙烯(TCE,Cl₂C=CHCl)。第二氯化物的 取代將TCE轉化為順式-或反式-1,2-二氯乙烯(DCE,ClHC=CHCl)，然後DCE轉化為氯化乙烯(ClHC=CH₂)，且最後氯化乙烯轉化為無害的物質乙烯(H₂C=CH₂)與氯化物(Cl₂)。厭氧的降解很少在地下水中進行到完成而沒有被中斷，導致氯化乙烯、有害的人體致癌物的累積。氯化乙烯是還原去氯化中的速率限制步驟。來源區域中找到的高濃度PCE與TCE會抑制氯化乙烯的去氯化。

PCE最容易受還原去氯化的影響，因為它是氯碳氫化合物溶劑的最氧化者。氯化乙烯最不容易受還原去氯化的影響，因為它是這些化合物的最低氧化者。隨著氯化的程度，還原去氯化的速率減小。促進還原去氯化的原位方法通常容易累積氯化乙烯，氯化乙烯比PCE更毒。來源區域(其中PCE濃度為高)有的風險係因為還原去氯化而產生高濃度的氯化乙烯。

在某些實施例中，處理受汙染的土地土壤之方法可包含：在原位處理土地土壤之前，實質上減低來源區域中的PCE濃度，以避免產生高濃度的氯化乙烯。

因為地下水通常具有大於2mg/l的溶解的氧，可抑制還原去氯化，這會使氯碳氫化合物(例如PCE)變成地下的永久汙染物。

在某些實施例中，處理受汙染的土地土壤之方法可包含：促進土地土壤中的還原去氯化。促進還原去氯化可包含：在地下產生還原環境以及選擇性的有機物質，以維持去氯化反應到它完成。該處理可因此減低PCE與TCE的濃度，以緩和該氯化乙烯速率限制步驟。

第1A-1B圖根據某些實施例，例示用於處理受汙染的土壤之 流程圖。在第1A圖中，操作100準備第一土壤。第一土壤可操作來產生低氧環境，以用於反應於氯碳氫化合物。例如，第一土壤可具有氧吸收材料，例如可容易反應於氧的材料或具有高氧親合性的材料。操作110將第一土壤置於地下土壤處或附近，其中地下土壤受到氯碳氫化合物的汙染。第一土壤從周遭環境吸引氧，例如受汙染土壤中的氧，以形成缺氧的周遭環境。在缺氧的周遭環境中，氯碳氫化合物可容易轉化為較不毒的物質，例如碳氫化合物與氯。

在第1B圖中，操作130準備第一土壤。第一土壤可操作來將氯碳氫化合物轉化為碳氫化合物與氯。例如，第一土壤可包含氧吸收材料，以用於產生低氧的周遭環境。第一土壤可包含可以促進氯碳氫化合物反應成碳氫化合物的材料，例如去氯化的催化劑，例如鈀或鐵。操作140將第一土壤置於地下土壤附近，其中地下土壤受到氯碳氫化合物的汙染。第一土壤可促進氯碳氫化合物的降解反應，將氯碳氫化合物轉化為較不毒的物質，例如碳氫化合物與氯。

在某些實施例中，提供處理受氯碳氫化合物汙染的土地土壤之方法。該等方法可包含處理一數量的土壤(例如，黏土)，使得當該土壤回送至土地時，它可以導致氯碳氫化合物(例如，PCE與TCE)的生物降解。已處理土壤可產生特定的環境來移除該汙染，反應於該汙染或促進該汙染的反應，例如，將該汙染破壞成較不具傷害或無害的物質。

在某些實施例中，氧吸收材料(例如，鐵銼屑)可併入於該土壤中，使得當回送至土地時，鐵銼屑可氧化。該氧化處理會消耗土地中的溶解的氧，減少土地的氧濃度，以促進氯碳氫化合物的生物降解。該數 量的鐵銼屑可使得產生的溶解的氧濃度小於大約4mg/l或大約2mg/l。

在某些實施例中，當土壤水分濃度小於最佳的土壤水分濃度時，例如最佳的土壤水分濃度的30至70%(這是在5至20vol%之間)，可將氧吸收材料加入至該土壤。之後，該土壤被水合至最佳的水分濃度，這可將加入的材料併入至土壤晶格中。

在某些實施例中，該土壤可包含黏土，若黏土是乾的，則可使該黏土受到水合處理，或者若黏土是溼的，則可使該黏土受到脫水處理，例如使黏土部分水合，例如使黏土的水分含量變成低於最佳的土壤水分濃度。改良物可加入至黏土。改良物可包含零價的鐵銼屑、營養物及/或有機物質，且可混合於部分水合的黏土。對於最佳的土壤水分濃度進一步水合將會併入改良物至黏土晶格中。

在某些實施例中，改良的水合黏土放置至土地中，例如回到地下水位之下去水的整治的挖掘洞並且係緊密地在定位，這進一步將改良物併入至黏土結構中。

黏土的電特性因為水合而再度活化。地下水位之下的飽和狀況導致鐵銼屑氧化與腐蝕，這會消耗溶解的氧，例如至2mg/l以下。當自然的厭氧細菌開始充滿整治的挖掘洞(用後充填改良)時，發生還原去氯化。改變的黏土結構導致它本身加速該還原去氯化處理，因為四面體矽酸鹽片與八面體氫氧化物片的分裂。來源區域並無土壤汙染，且現在將流回整治的挖掘洞中的殘留的地下水汙染去氯化。在來源區域已經移除之後，地下水品質大大改良。產生之還原的、富含營養物的地下水沿著相同於原本汙染物的路徑流動，這會處理剩餘的地下水捲流。

從整治的挖掘洞斜向向下注入試劑可稀釋剩餘的捲流，且處理就在注入位置旁邊的剩餘的氯碳氫化合物。與非來源區域相關的較低濃度可減輕氯化乙烯嚴重累積的問題。

在某些實施例中，已處理的土壤可用於產生在不可用於挖掘洞的受汙染來源區域(有人活動的建築物底下的來源區域)周圍的活性阻障。溝渠可向前移動於一位置的周圍，以防止汙染物捲流更移動遠離該位置。溝渠寬度可設計成維持足夠的佇留時間，以在溝渠內產生還原去氯化。當受汙染的地下水流過活性阻障溝渠時，氯碳氫化合物將被去氯化成為乙烯，且產生還原的、富含營養物的捲流沿著相同於原本汙染物的路徑移動。

第2圖根據某些實施例，例示用於處理受汙染的土壤之流程圖。操作200準備第一土壤，其中第一土壤可操作來將氯碳氫化合物汙染物轉換成碳氫化合物與氯。操作210將第一土壤置於受汙染的土壤的來源周圍，以限制汙染物。第一土壤可置於汙染來源的周圍，以防止汙染擴散。第一土壤可置於乾淨區域(例如，已經被去汙染的受汙染區域)的周圍，以防止乾淨區域被周圍區域再次汙染。

在某些實施例中，已處理的土壤可為從土地移除的土壤，且例如藉由蒸發去吸附法的處理來移除汙染物塊。在汙染物塊已經移除之後，該土壤可另外被處理，以使用作為活性媒介，例如藉由利用改良物材料(例如，氧吸收材料)來改良該土壤。改良的土壤之後可放置於地下水位之下的地下中，以產生地下的還原去氯化腔室。來自低濃度汙染泥土的揮發性汙染物的非燃燒式熱去吸附則敘述在美國專利案第6,829,844號(Brady等人)中，其內容在此以引用之方式將其全部併入。

在某些實施例中，用以處理受汙染的土地土壤的方法可開始於：挖掘來源區域，以移除地下水與土壤氣體汙染的來源。去汙染處理可包含蒸發去吸附處理，以移除來自所挖掘的土壤的氯碳氫化合物(例如PCE)。蒸發去吸附處理可有效且有效率地移除氯碳氫化合物至無法偵測的程度，且是可以有效率地處理黏土的唯一的非原位熱處理。例如，蒸發去吸附處理可以從包含飽和黏土土壤的土壤移除氯碳氫化合物。蒸發去吸附係無火的熱非原位土壤處理程序，其可藉由控制輸入的處理氣體的溫度與流率，控制處理溫度。另外，蒸發去吸附係允許處理參數受到管理以最佳化特定處理環境(氣流、溫度、停駐時間、處理氣體的種類、氧濃度)的處理。蒸發去吸附可處理黏土土壤，且產生在挖掘洞的後填內用於還原去氯化的自然改良媒介。

在處理之後，乾黏土係處於可使用作為地下中的活性媒介之狀態。因為土壤水分已經從黏土移除，可操控黏土結構來產生活性媒介。

已處理的黏土可經處理，以使氯碳氫化合物變成無法偵測的程度，同時防止丙酮與甲基乙基酮(MEK)的形成，並且維持它的脫水的活性特性。當加熱包含較高濃度的自然總有機碳(TOC,total organic carbon)的黏土土壤時，形成丙酮與MEK。TOC開始熱解，開始形成丙酮與MEK；簡單的醇。若放著不管，則TOC的降解最終會形成甲烷。只要該土壤維持在升高的溫度時，該降解處理持續。當該土壤在蒸發去吸附處理腔室內時，該降解處理係受控制的。

在某些實施例中，在從蒸發去吸附處理腔室移除之後，該已處理土壤可另外經處理，以透過水合處理的快速冷卻來停止TOC熱解處 理，該水合處理加入水分至該已處理土壤達部分水合的位準，例如在土壤的最佳水分含量以下。

在某些實施例中，該水合處理包含將已處理的黏土土壤放置於平坦的薄土壤堆中，且用受控制的方式噴灑水於該堆上。水可混合進乾的黏土土壤中，例如藉由配備有岩石鏟(具有齒的鏟子)的挖掘機。水合處理的一目的係將黏土水合至剛好足夠停止TOC降解，且防止黏土吸收任何殘留的氣相氯碳氫化合物。微量(低ppb位準)的氣相氯碳氫化合物可被吸收進乾黏土中。乾黏土可作用類似於活性碳，且從空氣吸收汙染物。水合處理不僅冷卻該土壤來停止丙酮與MEK生成，它還防止該黏土吸收汙染物。該黏土係水合至低於最佳土壤水分濃度的程度，以用於壓緊。保持黏土乾燥(低於由地球技術實驗室所決定的最佳水分)可維持它反應於改良物的性能。

一旦乾黏土部分水合，可加入改良物至黏土。例如，鐵銼屑可加入至部分水合的黏土。其他改良物可包含例如營養物與有機物質，以對該土壤施肥，並且促進氯碳氫化合物汙染物的還原去氯化，例如係透過當置於挖掘的土地時在改良的土壤中充滿的自然細菌。改良的土壤之後可另外水合至最佳土壤水分濃度。兩步驟的水合處理可將改良物併入於黏土晶格中，改良受汙染的土地土壤的去氯化處理的速率。

在某些實施例中，在部分水合處理之前或最後的水合處理之後，改良物可加入至乾黏土。

第3圖根據某些實施例，例示用於處理受汙染的土壤之流程圖。操作300將第一土壤乾燥。乾燥處理可包含去汙染處理(例如，熱去吸 附處理)，以移除第一土壤中的碳氫化合物汙染。操作310加入材料至乾燥的第一土壤。該材料可包含氧吸收材料或高親氧的材料，其可吸引附近區域的氧。例如，該材料可包含金屬碎片，例如鐵銼屑，其可在含氧的周遭環境中氧化，以產生低氧的周遭環境。該材料可加入至乾燥狀態的第一土壤，因此允許高度混合來形成均質的混合物。例如，若該土壤包含黏土，乾黏土會比溼黏土更容易混合於材料。

可加入另外的材料至第一土壤。例如，可加入有機材料，以促進氯碳氫化合物的降解處理。例如，可加入發酵性的有機材料(例如，護根)，其可產生氫來促進氯碳氫化合物的降解。另外，在土壤中加入有機物質可增加微生物的生物群的數量，且因此可包含有機氯化物降解。可加入營養物材料至第一土壤，例如使第一土壤返回至能生長的土壤狀況。

操作320加入水至第一土壤，以達到特定的土壤水分濃度。該土壤水分濃度可具有5與30wt%之間的水。操作330將第一土壤置於地下。因為第一土壤，可降解氯碳氫化合物。

在某些實施例中，第一土壤可從土地移除，且之後經處理來移除任何汙染。在送回土地之前，第一土壤可另外經處理。例如，第一土壤可經處理，以產生還原的周遭環境，以促進氯碳氫化合物的降解。

第4圖根據某些實施例，例示用於處理受汙染的土壤之流程圖。操作400從受汙染區域移除第一土壤。操作410從第一土壤移除汙染物，例如藉由熱去吸附處理。在熱去吸附處理之後，第一土壤可攤開且可接受水噴灑。操作420處理第一土壤，使得第一土壤可操作來將氯碳氫化合物汙染物轉換成碳氫化合物與氯。操作430將第一土壤放回地下。

Claims (20)

1. 一種用於處理受汙染的土壤之方法，該方法包含：將一第一土壤乾燥；加入一第一材料至該第一土壤，其中該第一材料包含一高親氧的材料；加入水至該第一土壤，以達到一特定的水分濃度；將該第一土壤放置於地下。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一材料包含鐵銼屑。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一材料包含有機物質與營養物。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該已乾燥的第一土壤之配置係允許與該第一材料作一均質混合。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一土壤之設置係圍繞一受汙染的地下土壤。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一土壤之設置係圍繞一去汙染的地下土壤。
7. 一種用於處理受汙染的土壤之方法，該方法包含： 圍繞一受汙染的土壤挖掘一第一土壤，留下一挖掘區域；將該第一土壤乾燥；加入一第一材料至該第一土壤，其中該第一材料包含一高親氧的材料；將該第一土壤設置於該挖掘區域處的地下，其中該第一土壤可限制在該受汙染土壤中的汙染物。
8. 如申請專利範圍第7項之方法，另包含加入水至該第一土壤，以達到一特定的水分濃度。
9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中將該第一土壤乾燥另包含將該第一土壤去汙染。
10. 如申請專利範圍第7項之方法，其中將該第一土壤乾燥另包含：藉由一熱去吸附處理，將該第一土壤去汙染。
11. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該第一材料包含鐵銼屑。
12. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該第一材料包含有機物質與營養物。
13. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該已乾燥的第一土壤之配置係允許與該第一材料作一均質混合。
14. 一種用於處理受汙染的土壤之方法，該方法包含：在一汙染區域處挖掘一第一土壤，留下一挖掘區域；將該第一土壤乾燥；加入一第一材料至該第一土壤，其中該第一材料包含一高親氧的材料；將該第一土壤設置於該挖掘區域處的地下，其中該第一土壤係配置來處理從汙染區域周圍進入該第一土壤的汙染物。
15. 如申請專利範圍第14項之方法，另包含加入水至該第一土壤，以達到一特定的水分濃度。
16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中將該第一土壤乾燥另包含將該第一土壤去汙染。
17. 如申請專利範圍第14項之方法，其中將該第一土壤乾燥另包含：藉由一熱去吸附處理，將該第一土壤去汙染。
18. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該第一材料包含鐵銼屑。
19. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該第一材料包含有機物質與營養物。
20. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該已乾燥的第一土壤之配置係允許與該第一材料作一均質混合。