3抽出处理污染地下水技术研究

抽出处理技术研究
3. 1 技术基本原理
地下水抽出处理技术是地下水污染场地修复中使用最为广泛的技术。

抽出处理技术原理( 图2) : 根据场地地下水污染范围，在污染场地布设一定数量的抽水井，通过水泵和水井将地下水捕捉区内的溶解相抽取出来，然后利用地面设备处理; 将处理达标后的地下水回灌或排入管网。

地下水抽出处理技术的修复机制主要包括两个方面:
1) 控制污染晕的扩散: 通过抽提地下水的过程改变了地下流场，通过该水力流场改变拦截污染的进一步扩散。

2) 移除地下水中溶解相污染物: 通过抽提作用将地下水环境中溶解相污染物质移至地表进行处理。

地下水抽出处理系统包括地下水抽出系统、污染物处理和排放系统和地下水监测系统。

主要设备包括钻井设备、建井材料、抽水泵、压力表、地下水水位仪、地
下水在线监测设备、污水处理设施等。

3. 2 技术适用条件
地下水污染控制修复采用地下水抽提处理技术的适用条件如下:
1) 修复前提条件需将场地内污染源去除;
2) 适用于中至高渗透性含水层，一般要求k ＞10 －5 cm /s;
3) 较均质的地层条件;
4) 无需短时间内完成修复。

地下水抽提处理技术应用优势:
1) 修复技术工艺原理简单，设备操作维护较为容易;
2) 对含水层破坏性低;
3) 可直接移除地下水环境中污染物并同时控制污染物的扩散;
4) 可以灵活与其他修复技术联合应用。

地下水抽提处理技术应用的限制性因素如下:
1) 修复耗时长。

工程经验一般要求孔隙水需置换上百次，才可使其中的污染物含量达标，耗时可能需要几年至几十年;
2) 修复的长期运行维护总费用大;
3) 可能促使污染物从上游迁移至下游;
4) 难处理含NAPL 或黏稠性较高的污染物;
5) 地层条件对污染物的去除效率影响较大;
6) 可能存在严重的拖尾或回弹效应。

3. 3 系统设计与运行
抽出处理系统的设计关键在于合理的布置抽提井并将地下污染区污染物有效的抽出到地表进行处理。

表 2 中列出了用于评价抽出处理技术可行性和技术设计的需要获取的场地相关资料［6］。

主要介绍地下水抽出处理系统设计与运行需要重点关注的内容，包括抽提井的布设、地下水抽提处理运行优化措施、抽出后地下水的处理、修复过程的监测及拖尾和反弹效应。

表 2 抽出处理系统需获取的场地相关资
3. 3. 1 抽提井的布设
抽提井的合理布设是场地地下水抽出处理设计的关键环节。

抽提井/注入井的布设主要参考两方面依据:
1) 参考以往类似成功修复案列的布井方式;
2)采用数值模拟软件，根据场地特征资料，模拟不同抽水方式下污染物的抽提效率，选择最优布井模式。

Satkin 等［7］利用美国地质局MOC 模型在不考虑拖尾和反弹效应的情况下，预测了不同重要的水文地质参数( 水力梯度、水位泄降和水平弥散系数) 对7 种不同布井方式的污染物去除效率的影响。

7 种布井包括单井( single) 、一抽一注( doublet) 、中心线抽( centerline) 、一抽二注( 3-spot) 、一抽四注( 5-spot) 、三抽三注 ( double triangle ) 和二抽二注( double cell) ，布设方式参见图3。

结果显示:
1) 在低水力坡度条件下，3-Spot、doublet、double cell 皆能有效降低整治时间及地下水抽除量;
2) 在高水力坡度及泄降条件下3-Spot 布井方式的修复效果最佳;
3)在高、低水力坡度条件下，Centerline 布井方式皆能有效移除99% 污染物;
4) 5-Spot 布井方式下修复效果最差;
5) 在高水力梯度、低水位泄降及水平弥散度高的条件下，所有布井方式修复效果均不佳。

综上所述，一般情况下，中心线抽和一抽二注为优选布井方式。

3. 3. 2 地下水抽提处理技术优化措施
由于场地地下环境的复杂性及场地污染的特征各异，地下水抽提处理工程实施需根据抽提处理运行过程中的情况反馈动态地优化布井位置、花管段位置和抽水率等运行参数，以提高抽提处理效率。

根据发达国家相关研究及工程经验，对地下水抽提处理技术的优化措施总结如下:
1) 兼顾污染源的去除和污染晕的控制。

地下水抽提处理的首要设计原则便是达到污染源的去除和污染晕的控制，此处污染源指场地地下水污染的源头或者为场地污染最严重的区域。

Hoffman在美国LLNL 场地，抽提井的布置方式为在地下水污染晕内下游边缘区域设置一排抽提井，同时在污染最严重的区域内均匀布设抽提井以去除高浓度污染地下水，从而避免进一步扩散至周边区域。

［8］
2) 分阶段建井。

采用分阶段建井的方式，可以根据前一阶段的抽水监测数据随时调整优化后一阶段的布井及抽水方式。

3) 脉冲式抽水。

由于土壤和地下水中的污染物一直在进行交替迁移转化，当地下水中污染物被抽出后，土壤中的污染物又会不断地溶解进入新补充的地下水中。

因此，在抽提过程中，采用脉冲式的抽水方式，有利于将地下水中污染物抽出，提高修复效率。

3. 3. 3 抽出后地下水的处理
抽出后的地下水采用地表废水处理方式进行处理，处理方法主要采用生物法和物理化学法两类。

根据美国环保署EPA 归纳总结，抽出后的地下水处理方法主要有:
1) 生物法: 最常用的处理技术包括活性污泥处
理系统、SBＲ序批式处理系统、活性炭-活性污泥处理系统、旋转式生物反应器、好氧流化床等。

2) 物理化学法: 最常用的处理技术包括空气吹
脱、活性炭吸附、离子交换、反渗透、化学沉淀、化学氧化、过滤和紫外线氧化等。

3. 3. 4 修复过程的监测
抽提处理监测系统的设计是抽提处理技术的重要环节。

监测系统的设计主要包括水位水量监测和水质监测两部分。

1) 水位水量监测。

抽出处理系统主要在修复区域内及修复边缘设置监测井，通过地下水位的定期监测，定期绘制地下水流场图，确保场地内抽提井的运行泄降影响范围覆盖整个修复区域。

同时，定期监测评估含水层出水量及各抽水井抽水量。

分析评估监测数据并不断调整优化抽提井布设和运行参数。

2) 水质监测。

水质监测包括含水层水质监测和地表处理系统进出水质监测。

含水层地下水水质监测包括监测污染源，污染晕上、中、下游及周边地下水水质。

监测项目包括: 地下水中污染物浓度; 是否有NAPL 的存在及其厚度; 可能影响地表处理系统的化学物质含量，如铁离子; 重
要化学反应因子，如溶解氧、二氧化碳、生物降解反应产物含量等。

地表水进出口水质的监测指监测废水处理设施进、出口的水质，以确保处理系统的运行效果和处理出水达标。

此外，可通过采样分析修复区含水层土壤中污染物的含量，以监测修复区中未溶解的污染物含量和消减量。

3. 4 拖尾与反弹效应
拖尾和反弹效应是指地下水抽出处理系统处理地下水污染物浓度降低至一定浓度后，继续处置地下水中污染物浓度却难以继续下降至目标值以下，而当停止修复操作后，地下水中浓度又会有一定程度的反弹，如图4 所示。

拖尾和反弹效应是地下水抽出处理技术中常见的问题，也是地下水难以处理达标的重要障碍。

图4 地下水抽出处理系统拖尾和反弹效应示意
造成拖尾和反弹效应的原因主要包括以下几方面:
1) 非溶解相污染物或NAPL 的存在: 当地下水中污染物浓度降低时，由于浓度梯度的驱动，非溶解相污染物又逐渐溶解进入地下水中。

当地下水快速流动时，溶解效应不明显，流速慢时，非溶解相污染物与地下水接触时间增加，溶解现象更为明显，造成反弹现象。

2) 污染物的脱附作用: 有机质含量高的土壤易
于吸附污染物，当地下水中浓度降低时，被吸附的污染物脱附进入地下水。

3) 扩散作用: 地下环境中由于优先通道的存在，
地下水流速不同，流速慢的区域污染物被滞留的可能性更大，且脱附和溶解效应较为明显，所以流速不同的区域中污染物的扩散作用也是产生拖尾和反弹效应的重要因素。

4 结论与建议
1) 抽出处理技术作为地下水修复中最为常用的技术，具有以下优点: 修复技术工艺原理简单、设备操作维护较为容易、对含水层破坏性低、可直接移除地下水环境中污染物并同时控制污染物的扩散、可以灵活与其他修复技术联合应用等。

2) 抽出处理技术具有一定的技术限制，如修复耗时长、修复的长期运行维护总费用大、可能促进污染物从上游迁移至下游、难处理含NAPL 或黏稠性较高的污染物、地层条件对污染物的去除效率影响大、可能存在严重的拖尾或反弹效应等。

3) 鉴于地下水抽出处理技术的优势及限制，当场地地下水污染物浓度较低时，不建议采用抽出处理技术; 当场地污染浓度较高时，且场地地质条件满足抽出处理前提时，修复时间允许的情况下，建议采用抽出处理技术控制污染的扩散和降低污染物浓度，后续可配合原位修复或MNA 等，使污染浓度达标; 当修复时间较为紧迫时，可选择多相抽提与抽出处理技术相结合，同时可配合污染阻隔方式控制污染风险。