前沿动态 基于活性炭的原位修复技术

地下水修复的挑战性


复杂场地修复：污染历史久， 污染物成分复杂，污染羽影响面积广，地质水文条件复杂
: s. l* s0 a- H4 L! u  V3 t9 w
: P$ a% M$ F* L* d2 q4 f( H污染羽的持续和反弹

3 X8 f! N# E1 `" m' c1 _4 ?; l& Z0 K2 z高分辨率场地表征：是否存在残留污染源，低渗透性介质
3 t/ L! N7 g! j$ F3 S8 o
已有的修复技术对低渗透性介质作用有限

, a2 B  K8 C2 l
" V9 k+ x+ }6 s7 V3 w8 t( g% Z基于活性炭的原位修复药剂
/ E6 g, Y# _7 w; b, m
! `2 v7 E! L' O1 e* V基于现有修复药剂，添加了活性炭达到先吸附后降解的目的
! Y/ E- v9 v2 }5 R
! e( @/ u2 @) L2 f  L  R8 n吸附和降解组成了两道防线去除污染物
4 E) z$ b0 j, W+ Z$ G3 y' Q
活性炭为载体：化学还原、化学氧化、生物降解

不同产品不同颗粒大小：颗粒，粉末和胶体
# c7 ]# V% k& n* D; y
% x0 q" _! l. b) m3 u# |. A修复方式：高压浆液注射（粉末和颗粒）、胶体状活性炭适用于高渗透性介质
2 t. Q, O) p" f8 l
" Y# Y" [+ Y# @  g
场地数据
/ R4 u6 i( R% S+ k9 @2 N- @1 g: ]



. P& i5 ?+ Q2 r& H

$ I) I! j: h% X2 B2 c0 i' H# f. o
短期监测数据：污染物很快被吸附

中长期监测数据：没有污染物反弹。吸附之后发生了降解。
% S4 x/ }* r" D$ H$ t  f  T
( B7 `! k% m0 A
( P* m3 w  V! Z! R# y5 }降解的重要性：
, m! \7 k$ ]2 m
6 u, |6 @1 c: _6 w6 K6 P9 p, B吸附是可逆的物理过程

吸附只能稳定但是不能降解污染物

降解机制： 化学氧化，化学还原， 生物降解
3 R; w. B: o" P: S

微生物和活性炭的协同作用

* t$ s4 a; p" r. S; A! |生物活性炭反应器在污水处理中应用很广泛
; n: V; B8 B) U1 V
( I1 ]4 b0 e4 m/ y吸附在活性炭上的生物膜对污染物降解有促进作用

" t3 C' }1 z) ~* g9 Z: G
! o* v" l4 E" s2 K' k, x  X& n修复设计，类似于应用其他原位修复药剂：

7 K" I5 ^0 e! k! U高分辨率场地概念模型

注射药剂量

! o: Q$ E1 D# j2 r- Z  ]注意间距紧密
" r8 i' v- {7 z9 F# P

- k2 U3 p+ v. [; ~" m. A案例分析
. P2 a5 M; d% x+ N, O3 B
9 A# g& m7 t1 e) T$ y5 F5 W: eCase study 1 Former Lowry AFB

* O/ r( ^9 A( V  Q4 K& P! j2 T' U
; C7 A3 }) b8 c, }1 c
; m: v3 }2 w7 U3 X# f4 j地质结构相对简单
5 D; s4 j- [" N) {
9 v) T  I8 Y# A. Z  |2 A通过三口监测井的数据发现在基岩的列隙中有一些四氯化碳的污染物

2004-2006 进行了污染物高分辨率场地调查
* O+ A+ W0 T* i1 P
2006-2007 使用了Klozu(Persulfate),但是污染物有反弹
) L' H- g  [+ `$ z
6 P" H" h( A8 b- J( S+ i+ v! @2008-2010 使用了BOS-100，污染物浓度显著降低，并保持了两年没有反弹
$ ?6 g" e1 }9 ]+ l& }( e6 r

% ^! t5 P7 K/ P* G( Q* ~  hCase Study 2
6 o% Y2 Q" [/ A' ~$ N4 l
, N3 m8 q0 }) _8 O' x
: F7 p: j4 }( k& |
PZ污染羽

1 \9 i) e# a( Z' u. _7 ?( _从地下水污染影响到地表水（蓝色小河）

角度注射
% X. f& O# x# n+ W+ x/ U5 L# ?6 o
6个月的监测数据表明污染物保持在很低浓度
, I' W" p. i9 l6 }! D& S
1 l6 \7 t. P9 O最新的一年半监测数据，仍维持在目标浓度
7 n  @7 f7 h9 k. `9 H: h
# K8 i) D7 w1 i4 \7 B5 E# y0 D
基于活性炭的原位修复技术采用先吸附后降解的机制去除污染物

8 e5 {6 Y* B$ y8 E- `3 C吸附导致污染物浓度快速降低，降解，尤其是生物降解，维持其长期的有效性，防止反弹
9 B$ i, X0 \/ x! x# i# m5 U
8 e6 G6 N! x6 F( J6 V" m% r# O现有场地数据提供一些降解的证据，但还需要进一步定量化降解的速率，长期有效性
0 Z. r  N. F0 T5 r5 |- s

8 N1 d  P# I4 k+ O! ~6 H3 U提问互动

/ Q* x* K- r2 B! S1. Q: 超级基金（场地）和 棕地的区别
; {; m- W2 }5 C1 Z2 i
  Q3 n# u4 o% n- k+ M, W( {  X& g    A: 超级基金场地：污染物确定，存在重度污染，满足一定条件
. E8 U" D7 }  K( x7 x
4 q: e' n1 ]+ z& d; Q棕地：污染物不确定，中轻度污染
$ v" V* Q* V$ d
2. Q: 污染源处理方式
% u$ w! R0 z1 h! j- F/ A  N& O( A
    A: 原地挖掘收集、焚烧或者填埋，抽提系统：同一般的污水处理，等同于转移处理场地
' J' U5 y; x* p  t/ j8 }: u9 N
3. Q: 修复后的土地用于何种用途，能否作为耕地使用？

    A: 取决于修复目的和最后效果。一般用于工业用地，不太清楚工业用地到农业用地的转换，有听说过工业用地转换为住宅用地。
2 l, P; g+ _8 u+ \- }+ L8 @) s, T
4. Q: 活性炭的添加量，会不会对地下水造成二次污染
' S3 Y9 t6 y) ^/ \& C
    A: 根据污染物的量决定。当污染物超过活性炭吸附容量，需要考虑其他的修复技术。会不会造成二次污染，好问题。技术提供方表示可以在地下水抽提点采取一些措施让胶体活性炭沉降下来不再随地下水迁移。 或者在饮用水预处理过程中将活性炭颗粒过滤掉。活性炭本身对水体是没有危害的。

! ?2 O) [6 p9 W3 p8 n" f5. Q: 使用过的活性炭的regeneration？
# l6 d9 z" y: N9 ^8 n4 q+ b% a+ o
    A: 技术提供方强调regeneration的技术，但是EPA在进行技术评估的时候觉得可能这不是一个重要影响因素。在污水处理过程中使用的活性炭regeneration主要是再一次热活化，但是生物regeneration效率非常低。学术界认为生物regeneration不重要，但是保持降解的持效性（long-term）比较重要。而且一般来说活性炭吸附容量较大，能使用的时间也比较长（比如pipe treatment 20个月或者更长regeneration一次）
! B# ?/ Q% O, s1 V5 T, g
6. Q: 在场地修复中使用的活性炭会不会进行回收，如何回收？

( ^' s: q( t) x7 T$ [& C# g$ b    A: 目前来说，还没有见到回收这个问题。一般采用原位修复，活性炭就在那儿（修复场地）了。办公室讨论过，吸附过污染物的活性炭本身也变成了一个污染物，是否需要把它回收再进行焚烧或填埋处理。但是技术提供方并没有给出明确的答案。目前认为，有证据证明降解过程确实存在，那么被吸附的污染物也会被降解掉，那活性炭就不会被认为是一个有害的废弃物。

0 t8 X  `0 M* Q+ E% N/ s0 d$ ]7. Q: 抽提处理使用的活性炭会进行填埋的处理？
+ J6 u! {! s; ?
    A: 活性炭在美国地下水抽提再进行处理的技术上应用非常广泛，一般用于最后一步，保证污染物浓度达到MCL的要求。一般使用过的吸附达到饱和的活性炭会被送回活性炭生产方进行regeneration。Regeneration以后的活性炭就可以重新继续在这个场地被投入使用，吸附污染物。如果是填埋的话，我觉得也是可以的，我们最近在讨论，因为多氟取代烷烃化合物的regeneration温度比较高，一般这样的污染物不会被generation，可能就会送去填埋。那这种就属于危险废弃物，应采取相应的的处理方法。

8. Q: 在美国，对于全氟代的化合物会有正式的立法吗？

, p1 Z* a# d1 S    A: 没有正式立法，现在只是列出了饮用水中的健康推荐浓度，70ppt，只针对两种全氟代化合物，PFOA和PFOS。正式列入常规污染物，还有一段路要走。这取决于污染物的污染范围和效应。（是不是因为它的分布范围还不广影响没那么大）只能说目前还没发现的问题有那么严重。虽然对全氟代化合物的研究很久了，在修复或水处理行业界也是最近五年才浮现出来，这个全氟代化合物在我们生活日用品中应用非常广泛。在填埋中的渗滤液可能也含有这种污染物，可能五年十年后这个问题才会浮现，到那时EPA会采取相应措施。
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4 d( q; M( {# Z: ^. W9 e9. Q: 纳米铁氧化速率快提高pH，影响和生物降解的协同作用。是不是在场地修复中微米铁比纳米铁更有利用价值？
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    A: 在工业界已经达成一种共识，微米铁的效果要比纳米铁的效果好很多，而且成本比纳米铁低。纳米铁的主要问题主要在1. 成本比较高，2. 颗粒个体比较小反应速率快。这个反应速率高不仅是跟污染物，也是跟氧气、水反应速率都很快，导致纳米的寿命很短。我们发现在美国从2000年开始到2010年，大概有十几个纳米铁使用场地，总是污染物浓度一开始降低的很快，一个礼拜就降低了，再过一个礼拜后污染物的浓度又上升了。这说明纳米铁的持续效应不太好。微米铁颗粒比较大成本比较低，在地下水中的注射量可以大大超过纳米铁的注射量，微米铁的效果的持续性比较好。所以现在修复界比较常用的是把微米铁和生物修复结合在一起，和脱氯的生物降解有机碳源的生物和微米铁同时注射。在很多场地的修复应用中都可以达到一个比较好的效果。纳米铁的概念比较新颖，但是在场地修复中使用成功的经验还是比较有限的。纳米铁的反应效率太高了，很快就没有了，在场地修复中的成本效益还是非常不划算的。很多技术提供方表示微米铁可以跟营养剂微生物同时使用，来促进协同的生物和化学的降解。这一项技术在美国是应用比较成熟的一项技术。

1 M* H( i# V# u2 L. o/ @10.  Q: 超级基金还有多少重金属和放射性污染场地需要处理，大概还有多大的市场？

    A: 在第一部分有提到，大概有70%的场地还是有重金属污染的。重金属污染修复的技术和方法比较有限，主要集中在土壤污染，不是地下水污染。对放射性污染场地的了解不是很全，放射性污染场地可能主要还是跟能源部自己的场地比较有关系。据了解能源部的有些场地也是被定义为超级基金的场地，跟国防部的有些场地是重叠的。放射性场地的比例不是那么多。
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