地下水修复技术方案

地下水修复技术方案

1.1.1.本项目使用技术概述

根据国家发布的土壤污染修复相关工作指南及管理办法要求，污染场地修复工作一般分为污染识别（污染场地排查）阶段、场地调查及风险评估阶段、修复方案编制阶段、修复工程实施阶段及修复后验收管理阶段这几个阶段。针对本次招标所列出的所有技术我公司在本项目实施过程中将完整响应并按招标文件的规定提供相应的检测报告、证明文件等。

本项目污染场地地下水主要受石油类、苯及乙苯污染。

本项目污染场地污染地下水修复采用“多相抽提—原位冲洗—原位化学氧化—原位微生物修复”的组合修复工艺技术路线。

多相抽提技术可以实现土壤气体、地下水、非水相液态污染物的一体化分类处理。此外，多相抽提技术还具有对地面环境扰动小、修复效率高、作用面积大、工期短、成本低以及适用于高浓度、挥发性污染场地的修复等一系列优点。多相抽提的主要原理为:真空泵产生高强度负压，通过抽提管道将地下污染区域内的土壤气体、地下水及非水相液态污染物以气水混合物的形式裹挟推动至地面储存单元中，再对气水混合物进行气相、液相、非水相的三相分离并进行处理。因此，该工艺主要由多相抽提、多相污染分离、多相污染治理3个部分组成。

地下水原位冲洗是将冲洗溶剂注入污染地层（本项目指含水层），对污染带进行作用，使地层介质中的污染物溶解度增大、迁移性增强，污染物从固体介质进入地下水中，再将地下水抽出至地面进行处理。这种方法由于加强了对空隙的冲洗效果和作用，从而可以增大传统地下水抽出-处理方法的处理效果。

原位化学氧化修复技术是指通过钻孔或者注射井向污染土壤、地下水区域中添加配置好的氧化剂，使其与污染物发生反应，将污染物转化为无毒或者毒性较小物质的一种修复技术，具有无选择性、反应迅速、处理彻底等特点，同时，氧化剂也可对附着于土壤的污染物进行冲洗。

原位微生物修复是通过促进土著微生物在含水层的生长、繁殖，或注入筛选、驯化的菌群，强化有机污染物的降解，可以有效地去除溶解于地下水中和吸附在含水层介质上的有机污染物。

地下水修复采用多相抽提技术，并利用原位冲洗/氧化、原位微生物修复进

行强化，旨在对地下水中VOCs及SVOCs进行联合修复，其中VOCs主要采用气相抽提技术进行修复，SVOCs主要采用地下水抽出处理技术，并通过原位冲洗/氧化及原位微生物修复技术，强化对含水层与弱透水层过渡带处污染土壤的修复，在此过程中也强化对VOCs的去除。

1.1.

2.修复工程场地地下水修复技术原理

1.1.

2.1.多相抽提技术

多相抽提技术可以实现土壤气体、地下水、非水相液态污染物的一体化分类处理。此外，多相抽提技术还具有对地面环境扰动小、修复效率高、作用面积大、工期短、成本低以及适用于高浓度、挥发性污染场地的修复等一系列优点。多相抽提的主要原理为:真空泵产生高强度负压，通过抽提管道将地下污染区域内的土壤气体、地下水及非水相液态污染物以气水混合物的形式裹挟推动至地面储存单元中，再对气水混合物进行气相、液相、非水相的三相分离并进行处理。

多相抽提技术原理图

（1）液相抽取-处理技术（P＆T）

①适用范围

适用介质：污染地下水。

可处理的污染物类型：用于处理重度污染地下水区域中多种污染物类型。

Ⅰ)修复前提条件需将场地内污染源去除;

Ⅰ)适用于中至高渗透性含水层，一般要求k＞10-5cm /s;

Ⅰ)较均质的地层条件;

Ⅰ)无需短时间内完成修复。

污染地下水抽出处理后的后续处置问题较难解决。

②技术原理

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，使污染羽的范围和污染程度逐渐变小，并使含水层介质中污染物通过向水中转化得以清除。然后利用地面设备处理; 将处理达标后的地下水回灌或用于场地除尘或土壤修复工段生物堆保湿。

地下水抽出处理技术的修复机制主要包括两个方面:

Ⅰ) 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。

Ⅰ) 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。

地下水抽出处理示意图

③地下水抽提处理技术应用优势

Ⅰ) 修复技术工艺原理简单，设备操作维护较为容易;

Ⅰ) 对含水层破坏性低;

Ⅰ) 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;

Ⅰ) 可以灵活与其他修复技术联合应用。

④地下水抽提处理技术应用的限制性因素

Ⅰ)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;

Ⅰ)修复的长期运行维护总费用大;

Ⅰ)可能促使污染物从上游迁移至下游;

Ⅰ)难处理含NAPL 或黏稠性较高的污染物;

Ⅰ）地层条件对污染物的去除效率影响较大;

Ⅰ）可能存在严重的拖尾或回弹效应。

（2）气相抽提技术（SVE）

①技术原理

气相抽提技术是利用真空泵抽提产生负压，空气流经受污染区域诱导产生气流，将被吸附的、溶解状态的或者自由相的话染物转变为气相(气化)，抽提到地面，然后再进行收集和处理，同时设置可设置注气井，人工向土壤中通入空气。抽出的空气经过喷淋吸收塔及活性塔吸附塔后排入大气。

抽提技术的基础是土壤污染物的挥发特性。当空气在孔隙流动时，土壤中的污染物质不断挥发，形成的蒸气随着气流迁移至抽提井，集中收集抽提出来，再进行地面净化处理。因此，抽提技术可行与否，取决于污染物质的挥发特性和气流在土层中的渗透特性。抽提技术适合应用在均匀性和渗透性比较好的不饱和带。

气相抽提技术示意图

②气相抽提抽提技术的主要优点

Ⅰ)能够原位操作，比较简单，对周围的干扰能够限定在尽可能小的范围之内；

Ⅰ)非常有效地去除挥发性有机物；

Ⅰ)在可接受的成本范围之内能够尽可能多地处理受污染土壤；

Ⅰ)系统容易安装和转移；

Ⅰ）容易与其他技术组合使用。

③SVE 修复效果的影响因素

Ⅰ)土壤的密度和孔隙率

单位体积土壤的质量称为土壤的密度。土壤中孔隙体积与总体积的比值称为土壤的孔隙率，孔隙率的大小一定程度上反映了土壤渗透能力的大小。土壤的渗透性影响土壤中空气流速和气相运动，所以土壤渗透性的降低会减弱气相抽提的效果。同样，气流迁移路径的长度增加以及气流横断面积的减少也会降低气相抽提的效果。渗透性较差的土壤需要高的真空度来维持相同的气流率。同时，影响区域也会受到影响，此时需要更多的井来弥补。

Ⅰ）土壤的渗透性

土壤的渗透性影响土壤中空气流速及气相运动。土壤的渗透性越高，气相运动越快，被抽提的量越大。地下水在土壤中的渗流性质(水力传导性质)取决于流体(水) 的物性与土壤介质性质(渗透率)，相关研究认为，气体在土壤的通透性为主要因素，是设计SVE 装置的标准。

Ⅰ)土壤湿度

土壤水分对SVE 修复效果的影响很大，普遍认为增加土壤含水率后会降低土壤通透性，不利于有机污染物的挥发。

土壤中水的质量与相应土体质量的比称为土壤的质量含水量。土壤含水量是影响气相抽提处理效果的重要参数。因为土壤含水量过高会占据大量的空隙，从而限制空气的流动路径，所以含水量高会降低扩散速率。挥发性有机物在气相中的迁移速率大于液相，所以降低土壤水分可以提高去除挥发性有机物的速率。同时，土壤含水量降低会使污染物更易于吸附到土壤表面。有研究发现，当土壤吸附能力较强时，一定量的水分子可以逐出吸附在土壤表面的有机物，因此湿润的环境在一定程度上可以提高气相抽提的运行效果，如下图所示。如果土壤的吸附

能力较弱，则在相对干燥的状况下进行气相抽提效果会更好。

湿润土壤效应示意图

对于一种给定的污染物，基于它的亨利常数和土壤吸附性，必然存在一个最佳的含水量，可以通过调节土壤含水量使气相抽提达到最佳效果。但由于对污染场地分配系数掌握的局限性，这一方法很少在实际内应用。事实上，实践中也很难实现对土壤合水量的控制，且费用昂贵。

Ⅰ)场地地形

场地表面的地形会对气相抽提的处理效果产生非常重要的影响。在理想状况下，场地表面应覆盖一层不具有渗透性的物质(如公路或混凝土)，使空气在更大范围内扩散，使有限的空气通过更多的土体。覆盖层有两个作用：第一可以使入渗到土壤中的雨水最少，从而可以在一定程度上控制土壤的含水量；

第二可以避免抽提井发生垂直短路的可能性。当发生垂直短路时，所抽提的气体主要来自抽提井的附近，而距井较远的区域则较少。

地表覆盖影响示意图

Ⅰ）地下水位埋深

当抽提井浸没在地下水中，进行抽真空时，井内的水位会在真空度的作用下上升，上升的水位将阻碍过滤器的正常使用，这种情况往往是由于水位太浅或井的设计不合理所造成的。当水位大浅时，为避免上述情况发生，可以使用水平井，以增加过滤器的长度；同时，减小井头的真空度，降低地下水位抬升。在进行该工艺设计时，蒸气抽提井的底部至少应距水面1m，这样就会阻止上述情况的发生。

Ⅰ）介质均匀性

场地的均匀性是保证气流到达全部修复区域的重要因素。气流必须流经污染物并发生质量传递才能使污染物得到清除。土壤的结构和分层会影响气相在土壤基质中的流动程度及路径。特殊的地层结构（如夹层、裂隙的存在)会产生优先流，若不正确引导就会使修复效率大大降低。

设计中可以通过以下措施来减少场地不均匀性的影响：①在低渗透区域增加抽提井，在高渗透区域减少抽提井，以保证污染区域的气流运移；②高渗透区的井可以连接中等强度的引风机，而低渗透区的井连接到高真空液体循环泵；③如果有市政沟槽(通常由高渗透性材料构成)等高渗透性的气流通道存在，使蒸气抽提场地中出现垂直短路．可以加大过滤器深度和抽提井数目。

Ⅰ)土壤结构和分层(土壤层结构的多向异性)

土壤结构和分层是影响气相在土壤基质中的流动程度及路径。其结构特征(如夹层、裂隙的存在) 使得优先流的产生，若不正确引导就会使修复效率降低。

Ⅰ)气相抽提流量

不考虑污染物由土壤中迁移过程的限制时，抽提流量将正比于去污速率。根据Darcy 定律，土壤气相渗流速度与抽提的压力梯度成正比。

Ⅰ）蒸汽压与环境温度

SVE 技术受到有机污染物蒸汽压影响很大，低挥发性有机污染物不宜使用SVE 修复。而决定气体蒸汽压的主要因素是环境温度，温度对纯有机物蒸汽压影响可由Antoine 方程决定。

1.1.

2.2.污染场地原位冲洗/氧化

1）地下水原位冲洗

（1）原理

污染场地的原位冲洗就是使用冲洗溶剂回注污染地层(包气带和含水层)，对污染带进行作用，使地层介质中的污染物溶解度增大、迁移性增强，污染物从固体介质进人地下水中。然后设置污染地下水和冲洗溶剂混合液的抽取井，在地表进行冲洗溶剂的回收处理，使污染地下水和冲洗溶剂分离。分离后的污染地下水进人相应的污水处理装置，而回收的冲洗溶剂可以循环利用再回注地下(如下图)这种方法由于加强了对空隙的冲洗效果和作用，从而可以增大传统抽取一处理方法的处理效果。

原位冲洗系统示意图

污染场地的原位冲洗技术受冲洗溶剂的传输、控制，冲洗溶剂的特性等影响，往往需要进行地下水抽取和处理。冲洗的效率取决于污染物的溶解度、解吸作用(非常缓慢，速率一限制的过程)、地层介质的非均质性和低渗透性介质的存在等。

冲洗液可以是水、表面活性剂/共溶(助溶)剂、酸或碱溶液、氧化或还原溶剂、整合或络合剂等。不同的冲洗液可以处理不同的污染物。

水用来冲洗水溶性的污染物，如溶于水的亲水性有机污染物(Kow<10)，包括低分子质量的醇类、酚类和腹基酸；溶解性的无机污染物等。

表面活性剂/共溶剂可以用于低溶解性的疏水性有机污染物，如氯代农药、PCBs、SVOCS、氯苯类、PAHs、石油类、BTEX和氯代有机溶剂等。选择合适的溶剂，可以达到增溶、冲洗的目的，表面活性剂包含了洗净和乳化剂，共溶剂有助于硫水性有机污染物溶解，如乙醇等。

酸性溶液可以冲洗金属、碱性有机污染物；碱性溶液可以处理酚类污染物，以及与土壤有机质结合的金属。

化学冲洗一般用于污染源带的修复，对于溶解、吸附或挥发性的污染羽带则不太适合，但表面活性剂和共溶剂可以与其他方法联合使用，如化学氧化、多相抽提、微生物降解等。

（2）技术特点和适用条件

表面活性剂和共溶剂冲洗技术常用于美国超级基金污染场地的修复中，主要用于处理石燃料、氯代有机溶剂的污(2010superfund remedy report，US EPA)。一般加热冲洗液能够增强污染物的活动性，有利于有机污染物的迁移(ITRC，20 09)。

表面活性剂/共溶剂冲洗方法对于难处理的DNAPL具有较好的效果，但其单独使用不能完全去除污染物，会有残余污染物的存在，Dugan(2008)使用表面活性剂冲洗方法处理DNAPL污染源带，PCE的去除率达到90%，然后使用高锰酸盐进行原位化学氧化，使污染物的去除率达到99%。

原位冲洗技术的优点包括

①不需要开挖、运输污染的土壤；

②技术简单，易于操作；

③可处理多种污染物，包括有机污染物和无机污染物，既可以处理包气带污染，也可以处理含水层的污染；

④与P&T修复相结合，能够加速修复的进程；

⑤能够与多种其他修复技术相结合。

原位冲洗技术的不足和局限

①在低渗透地层成非均质地层中效果不佳；

②一般不能用于溶解相的污染羽修复；

③如果系统的设计不当，有可能使污染物在空间上扩展；

④冲洗溶剂有可能改变地层介质的性，如孔隙度等；

⑤需要进行系统细致的设计和优化和控制。

（3）表面活性剂选择

加入很少量即能显著降低溶剂(一般为水)的表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、起泡、增溶等一系列作用，具有这类表面活性的物质称为表面活性剂( surface active agent)。表面活性剂种类繁多，并不是都适合作为环境修复使用。以下列出了表面活性剂的选择依据：

①环境友好性和生物降解性。利用表面活性剂强化修复技术，首先要考虑选用的表面活性剂不会对环境产生污染，并且修复后残留的表面活性剂不会难于降解，可以选择使用食品级或化妆品级的表面活性剂。

②成本低，已经工业化生产。

③在地下环境中能保持良好活性。地下环境比较特殊，如温度、电解质、硬度等都有可能影响表面活性剂的活性。如地下水温度低于阴离子表面活性剂Kra fft点，阴离子表面活性剂会失去活性。

④对污染物有较高的增溶能力。采用增溶方式进行修复，表面活性剂对NA PLs的增溶能力十分关键。增溶能力低，修复效率就低，需要消耗大量表面活性剂溶液，成本高。

⑤对污染物有较快的溶解平衡时间。如果NAPLs能够很快地向表面活性剂溶液溶解，将缩短修复时间。

⑥在地下环境中损失小。地下介质带负电荷，阳离子表面活性剂会大量吸附损失到介质中，因此在实际修复史宜选用阴离子型表面活性剂或非离子表面活性剂

⑦HLB值。发挥溶解污染物的能力，要求HLB值至少在8以上。而由于有机污染物的疏水性，为达到理想的增溶效果，宜选择HLB值在13-18之间的表面活性剂。

常用的表面活性剂有十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、曲拉通X100( TritonX-100、吐温80(Tween80)等，其中SDS与SDBS为阴离子表面活性剂Tween80和TritonX-100是非离子表面活性剂。

2）地下水原位化学氧化修复

地下水污染的原位化学氧化（ISCO）修复技术已经有很长的应用历史，它的主要研究和开发仍在继续。ISCO是地下水污染修复相对成熟的技术，可用于污染源带或者污染羽带的修复。

ISCO技术是最早用于处理氯代有机溶剂和石油类污染地下水，往往用于处理污染源带的污染问题，如果要到达更为严格的处理水平，则需要和其他修复技术联合使用。

地下水污染的原位化学氧化修复主要是向地下环境中回注化学氧化药剂，与污染物作用，使土壤和地下水中的污染物转化为较低危害性的物质。目前已有许多可供回注的氧化药剂，使用比较广的氧化剂包括过氧化氢和铁、高锰酸钾、过硫酸盐、和臭氧。

常用的氧化药剂

此外，臭氧、过碳酸盐和过氧化钙也可作为氧化剂，药剂的持久性作为一般情形下观测到的时间（区间），实际上药剂的持续时间是变化的，取决于场地的具体条件。

高锰酸盐具有较长的存在时间，有利于药剂在多孔介质中的传输和污染物的作用。过氧化氢则只有数分钟至数小时的存在时间，其传输距离有限，而中间产物自由基的存在时间更短（＜1s），因而其与污染物的反应非常快速。

基于高锰酸盐的ISCO技术相对成熟一些，可用于多种污染物和地质条件，

已有很多实验室、现场模型的研究和示范。基于芬顿的修复在一些场地进行了使用和研究，其体系反应比较复杂。臭氧是很强的氧化剂。，但在下水污染原位修复中使用不广泛。基于过硫酸盐的修复技术出现较晚，但发展较快。在使用ISC O技术时，需要确定技术的有效性和可行性，需要认真研究具体场地条件，各种参数的要求、氧化剂的特性，以及最合适的回注氧化剂的确定等。实际上许多污染物都是与上述氧化就一定程度的高反应速率，因此，ISCO技术修复的有机污染物的范围较广泛。

ISCO修复技术的实际使用发展十分迅速，在2000年左右，过氧化氢（或改进的芬顿试剂法）、臭氧和高锰酸盐的应用比较普遍。根据初步设计文件设计中投加H2O2，H2O2液体可以与水以不用的比例混合。尽管高的H2O2浓度可以导致 OH的清除作用，在许多早期ISFO修复项目中，H2O2浓度为35%或50%（质量比）。回注低浓度的H2O2（1%-10%）可以减少清除作用，增加回注氧化剂溶液的体积，从而增加与含水层的接触体积，降低回注井附近的升温作用。

有许多反应物可以与H2O2 作用，包含重金属和过渡金属（Ca、Cr、Mn、F e、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Rh、Pd、Ag、Cd、W、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、Bi、Po）、卤素（Cl、Br、I）、微生物酶（催化酶、过氧化酶）和有机质。在地下环境中，有许多反应物，其中铁是主要的。H2O2反应速度很快，所以在地下环境中的停留时间较短（1-12h）。

H2O2反应在实验室和场地条件下存在着很多差异，所以不能以实验室中H2 O2反应动力学结果来设计现场修复回注井的距离。需要进行场地中试来确定。

施工前需通过中试试验，根据实际使用效果进行经济对比分析，最终确定采用哪种氧化剂。

1.1.

2.

3.地下水原位曝气技术

1）概述

地下水曝气技术( air sparging，AS，也有称为地下水原位空气扰动技术)被认为是去除含水层中挥发性有机污染物的最有效方法之一。它包括在饱和地层中回注气体(通常为空气或氧气)，由于污染物在气液间存在浓度差，挥发性和半挥性有机污染物由溶解相进入气相，然后由于浮力的作用，气体携带污染物逐步上升，到达非饱和区域后，通过设置在包气带中的抽提井将污染气体收集(SVE方法)，从而达到去除挥发性有机污染物的目的。因此AS技术往往与SVE技术联

合使用。同时，回注的气体还能为饱和带和非饱和带的好氧生物提供足够的氧气，有利于污染物的有氧生物降解。

地下水曝气技术方法可以用来处理地下水中大量的挥发性、半挥发性污染物，如汽油、与BTEX成分有关的其他燃料，以及氯化溶剂。根据实践经验，那些均质、渗透性好的染场地，使用本方法较好。

2）原理

在AS运行过程中，污染物运移过程主要有对流、弥散，并在地下环境中发生不同相间的传质，包括挥发、溶解和吸附；同时，有机污染物还可能发生微生物的降解过程。在不同的运行阶段，污染物去除的主要机制不尽相同，同时随着场地情况的变化，去除过程中的限制性因素也不一样

3）污染物在不同相态间的传质

挥发性有机污染物在地下水中有4种存在形式：NAPLs相(非水相)、吸附相、溶解相和气相。地下环境是一个多相体系，NAPL污染物除了以溶解或分散相形态在地下固一液界面、液一气界面和固一气界面进行作用外，还可以有饱和NA PL形态参与界面反应。对于固一液界面作用，主要考虑NAPL的分配系数、水溶解度、介质吸附能力；液一气界面作用主要研究挥发性有机污染物的亨利常数及影响因素；固气界面作用分析NAPL气压及影响因素等。

①挥发(液相气相)

在AS运行的前期，由于污染物浓度较高，气液浓度梯度差较大，因此挥发作用是污染物去除的主要机制，大量污染物可以通过气液传质进人气相，挥发性污染物在气相和液相的分配是由亨利常数决定的。

P g=H×C1

式中：H-享利常数，Pa·m3/mol；

P g-气相分压，Pa；

C1-化合物的液相浓度，mol/m3；

亨利常数越大，污染物挥发性越强，污染物在气相的平衡浓度越大。在AS 过程中，空气的扰动和对流破坏了气液间的平衡，但亨利常数仍有助于判断污染物挥发的难易程度以及在上升气流中可达到的最大浓度。污染物的享利常数越大，在上升的气流中污染物可达到的浓度也就越大，AS的去除效果就越好。

②溶解(非水相一水相)

污染物进入地下水后，除溶解到地下水中和吸附到介质中的污染物外，还会存在一定的非水相液体。AS开始运行后，与气流直接接触的非水相污染物和水溶相污染物首先被大量去除，随后，未与气流直接接触、远离气流孔道的非水相污染物向水相的溶解则成为AS去除污染物的关键，污染物的溶解过程受其水溶解度的控制。

在AS过程中，土壤孔隙中的残余饱和态污染物，首先从非水相溶解进入水相，然后通过对流、扩散等作用运移到气液接触界面，最后通过挥发进入气相得以去除。非水相和水相间的传质情况取决于传质界面面积的大小，而传质界面面积是由非水相饱和度、介质孔隙度以及油滴比表面积决定的。在AS过程中，空气的回注导致了地下水的扰动，增加了地下水与非水相污染物的混合，从而增加了污染物向地下水中的溶解。

⑧吸附(水相一固相)

污染物质可以通过范德华力或化学键等方式吸附在介质上。相比与矿物质表面作用的范德华力，由于性质的相似，有机分子在介质中有机质上具有更强的吸附能力。介质有机质含量越大，有机污染物的吸附量越大。有机物在固相和水相的分配系数K d与固相中有机碳含量(f oc)和K oc。有关：

K d=f oc·K oc

式中：K oc-有机污染物在水和纯有机碳(含量为100%)间的分配系数。有机污染物在土壤上的吸附还取决于土壤的类型、有机物的结构及其浓度。土壤的比表面积与其吸附的有机物数量成正相关关系。此外，分子质量越大、疏水性越强的有机污染物越容易被土壤的有机质吸附。

④固相气相

对NAPLs污染物在固相介质和气相间的分配过程及其机理的了解还需进一步研究，但污染物的蒸气压(V p)可以用来分析其从固相向气相的转化。NAPLs 污染物蒸气压代表其在空气中可达到的最大浓度。污染物的蒸气压越大，越趋向于易于在空气中分布。

（4）污染物在地下水中的运移

污染物在地下水中的运移主要包括对流、弥散、分子扩散。对流是污染物随着地下水流动而迁移，与含水层介质特性有关；弥散是由于地层介质的非均质性等导致的。空气的扰动有助于非水相污染物的溶解，也有助于污染物的运移。在

AS过程中，根据地层介质的特性，气体的流动形式有所不同。有可能以“通道”或“气泡”的形式运动。一般的地层介质中，气体大多以通道流的形式运动，在非常大渗透系数的粗砂、卵砾石地层中，气体有可能以气泡的形式运动

①气体的通道流动形式

AS注气实验，表明在砂层中，气体是以通道的形式运移。Ji等通过实验观察发现，在均匀介质中，气流的运行是以曝气点为中心垂直轴对称的。而对于非均匀介质，气流的运行是不对称的，这主要是由于介质粒径和渗透性的不同导致其附近的水气两相毛细压力不同，使气体在运行过程中所受到的阻力有所差别，导致了气流运移的不对称性，这表明气流的运行对介质的粒径和渗透性的差异是很敏感的。

在AS过程中，如果气流形成了稳定的通道，则通道内的污染物被挥发作用去除，通道以外的污染介质则受AS的影响较小，随着AS系统的运行，修复效率降低，气体回注地层介质中需要一定的压力，气流在上升过程中需克服的阻力主要包括两方面，一个是静水压力，另一个是毛细压力。静水压力是由气体回注点之上的地下水所引起的，毛细压力是由地下水介质的存在所造成的。在地下环境一定的情况下，回注的气体压力越大，气流形成的孔道越密集，影响半径也会相应增大。但曝气压力不能过大，以防止气流永久孔道的形成。

当稳定通道形成后，通道外部介质和水中的污染物只有通过扩散作用，在浓度差的作用下，运移到气流孔道后，才得以通过挥发而去除。这种分子扩散作用的扩散通量用Fick定律表述：

J A=?D AB dc A dz

式中：J A一组分A的扩散速率，kmol/(m2·s)；

dc A

dz

-组分A沿扩散方向z上的浓度梯度，kmol/m4；

D AB一组分A在A、B双组分混合物系中的扩散系数，m2/s。

由于扩散作用非常缓慢，因此，它成为污染物去除的一个限制性因素，这使得污染物去除的时间增加。

②气体的气泡流动形式

如果AS的气体在含水层中以气泡的形式运动，则会大大增加地下水与气体的接触作用，可以提高AS技术的修复效率。

Reddy和Adams研究表明，在非均匀介质中应用AS时，当两种介质的渗透系数之比大于10，回注的空气一般不进入低渗透性介质，而只在渗透性相对较高的介质中运移。当两种介质的渗透系数之比小于10，气流从低渗透性介质进入到高港透性介质中时，气流的影响区域会增大，但气流的密度会有所降低。AS的气流和流动的地下水流之间是相互影响的。一方面，向地下水中回注空气可能会改变地下水流状态：在曝气初始阶段，AS可能会使局部地下水水位升高，导致水流方向发生变化，同时回注的空气还会占据地下介质的孔隙，影响地下水流速；另一方面，地下水流也会使气体流线的形状和运行发生改变。Reddy和Adams通过二维砂槽实验指出，当地下水水力梯度小于11%。时，地下水流对空气扰动影响区域的大小和形状几乎没有影响。

③污染物的生物降解

AS去除污染物主要依赖于两个基本的过程：物理挥发和好氧生物降解。在AS运行初期，污染物浓度较高，挥发作用为污染物去除的主要过程。到了AS 运行后期，污染物浓度降低，特别是当溶解的污染物浓度小于1mg/L时，挥发作用已不是很明显，生物降解则成为污染物去除的主要过程。Felten等通过对某污染场地的监测和研究发现，在进行AS之前，地下水中溶解氧浓度低于2mg/L，难以达到好氧生物的降解要求。AS通过挥发作用去除污染物的同时，也向地下水中提供了足够的氧气，为微生物提供好氧环境，为污染物提供电子受体，从而促进有机污染物的好氧生物降解。在含水层中，污染物的挥发和微生物降解两种去除形式，取决于污染物和地层介质、地下水环境等多种因素。其中污染物的溶解度和享利常数非常重要。如许多有机化合物与氧气相比，具有较大的溶解度和亨利常数。氧气在水中的溶解度约为9mg/L，亨利常数约为1.5X10-3atm·L/mmol (根据空气中氧的浓度)；而苯的水溶解度和享利常数分别为1780mg/L和4.4×10-3atm?L/mmol(R. E. Hinche，1994)。因此，AS技术污染修复的挥发与微生物降解两种作用在含水层中挥发作用更为重要。

④技术应用及优缺点

AS技术的应用需要考虑污染物特性和含水层介质条件，下列一些参数需要进行分析判断，有机污染物特性方面：享利常数、污染物组成和沸点、气体压カ、组分浓度、溶解度；地层介质方面：渗透率、地层介质的结构和层理、地下水中溶解的离子浓度等。

⑤目标污染物特性

Ⅰ)享利常数

AS技术的主要修复机理是挥发性和半挥发性有机污染物由溶解相进入气相，通过抽提去除。因此，有机污染物的享利系数是判断AS技术是否适用的主要参数之一，一般认为，有机污染物的享利系数大于100atm(25Ⅰ)时，可以利用AS

技术进行修复( US EPA，2004)。

Ⅰ)有机物种类和沸点

石油类有机物种类通常以沸点大小进行划分，沸点是石油类污染物挥发性的一个参数。因为有机物的气相/溶解相分配系数取决于其挥发性和溶解性，因此，沸点可以作为有机污染物AS修复效果的判据之一，一般认为几乎全部汽油和部分煤油、柴油可以通过AS去除，燃料油和润滑油不能通过挥发去除，但可通过强化微生物好氧降解修复。

Ⅰ)蒸气压

蒸气压是衡量溶解态有机物挥发性的指标之一，具有较高蒸气压的有机物由溶解态转换为气态相对容易，一般认为蒸气压高于0.5mmHg(20Ⅰ)的组分可以利用AS去除。

Ⅰ)污染组分浓度

AS技术的使用需要考虑有机物的初始浓度及修复目标浓度。AS技术适用的污染物浓度没有明确的上限规定，但存在自由态有机物时，一般不适合直接利用AS进行修复，因为会使自由相NAPL发生迁移，同时会使自由相NAPL污染物不断进入溶解相，而使修复效率下降。因此，需要先去除自由相NAPL，然后考虑使用AS技术。

Ⅰ)溶解度

同挥发性一样，有机物的溶解性也是影响AS修复效果的因素，但与反映挥发性的蒸气压和亨利常数相比，溶解度的重要性较小，因此AS技术修复效果方面没有关于溶解度的國值限制。如溶解度较大的苯，仍可以有较高的气相/溶解

相分配系数，有好的去除效果。AS技术同时要考虑有机污染物从介质中向水中的转化，如溶解度较大、亨利常数相对较小的MTBE和二溴乙烯可以被AS技术由介质吸附相向溶解相转化，使这两种污染物的活动性增强，但不能被有效的挥发去除。

（5）含水层介质条件

Ⅰ）渗透率

含水层的渗透率(k)是衡量含水层传递流体能力的指标，同时也是考量AS技术修复效果的重要参数。一般认为，当含水层的渗透率大于10cm2时，AS技术有效。

在水文地质工作中，一般使用渗透系数(K)来描述含水层的渗透性能，往往通过现场抽水实验求得渗透系数。可以通过下面的关系式进行渗透率的换算

k=K(μ/ρg)

式中：k一渗透率，cm2；

K一渗透系数，cm/s；

μ-水的黏滞度，g/(cm·s)；

ρ-水的密度，g/cm3；

g一重力加速度，cm/s2。

水的黏滞度单位换算：1厘泊=0.01泊=0.01g/cm?s=0.001Pa·s。

=1.02×10-5，即k=1.02×10-5K。

在20Ⅰ时，μ

ρg

在石油工业中，地层渗透率常用达西来表示，1达西=0.987X10-8cm2。

Ⅰ)地层介质的结构和分层

含水层介质的微观或宏观结构影响着气体回注所需压力和气体在饱和区的分布，一般认为，在较细颗粒的含水层介质中，气体回注所需压力偏大且气体有横向迁移趋势。分层或高度非均质介质是AS修复技术应用时的阻碍因素，可以导致修复效果的下降。回注气体会“寻找”阻力最小的流动通道，可能导致气体的横向迁移，给场地修复气体的控制带来困难。当分层介质渗透系数比值超过10时，空气绕流低渗透系数地层而发生横向迁移；当分层介质渗透系数比值小于1 0时，空气由低渗透地层进入高渗透性地层时，影响区域变大，但是空气饱和度下降。

Ⅰ)地下水中溶解的离子浓度

地下水中的Fe2+能与空气中的氧气发生反应生成沉淀，形成Fe3+氧化物沉淀。由于注气井过滤器附近的氧气含量最高，所以很容易发生阻塞现象，影响AS修复工程的持续运行。一般情况下，地下水中Fe3+浓度小于10mg/L，AS修复技术可有效地进行。

1.1.

2.4.地下水原位微生物修复

地下水原位微生物修复利用天然存在的或特别培养的生物(植物、微生物、原生动物)在可调控环境条件下将有毒污染物转化为无毒物质的处理技术。可通过促进土著微生物在含水层的生长、繁殖，或回注筛选、驯化的菌群，强化有机污染物的降解，可以有效地去除溶解于地下水中和吸附在含水层介质上的有机污染物。

（1）地下水生物修复优点

与传统的物理、化学修复技术相比，生物修复具有以下优：

①生物修复在现场进行，这样减少了运输费用和人类直接接触污染物的机

会；

②生物修复经常以原位方式进行，这样可使对污染位点的干扰或破坏达到

最小；

③生物修复使有机物分解成二氧化碳和水，可以永久的消除污染物，无二次污染，不会使污染转移；

④生物修复可与其他处理技术结合使用，处理复合污染；

⑤降解过程迅速，费用低，只是传统物理、化学修复的30%-50%。

（2）地下水生物修复影响因素

①碳源和氮源

在代谢过程中，有些有机化合物既作为微生物的碳源，又可作为能源。微生物分解这些有机化合物，获得生长、繁殖所需的碳、氮及能量，当碳源和氮源缺乏时，微生物的生长就会受到抑制。

②微生物的种类

在生物修复中，可以采用的微生物从其来源上可分为土著微生物、外来微生物和基因工程菌。由于土著微生物对环境的适应能力强且污染过程中已经历一段自然驯化期，因而是生物修复的首选菌种，只有当本地菌种不能降解该有机物或污染物浓度很高有须快速处理时，才考虑外加菌种。基因工程菌是采用细胞融合技术等遗传工程手段将多种降解基因转入同一微生物中而培养出来的菌种，但基因工程菌引入地下后可能与土著菌激烈竞争，使它们的应用受到限制。

③电子受体

生物氧化反应中有许多最终电子受体：溶解氧(DO)、无机离子以及被分解的有机物的中间产物，它们的种类和浓度对生物降解的速度和程度有极大的影响。

在好氧情况下，DO是原位生物修复过程中的关键因素，增加DO 的方法有：

Ⅰ）通过不同的供氧方式来增加微生物的活性，空气的输入通过真空抽取地下水水位来达到，或通过注射井回注氧气，从而为好氧微生物提供最终的电子受体。

Ⅰ)加入氧发生剂(一些过氧化物)，使它们中的氧在介质中缓慢释放，通常使用H2O2、MgO等。

Ⅰ）在厌氧条件下，一些有机物分解的中间产物和无机离子可以作为电子受体，主要有：NO-3、SO42-、Fe3+、Mg2+、CO2等。

④营养物质

地下水中微生物的活性常常受到许多因素的限制，其中之一就是营养盐。

最常见的无机营养物质是N、P、S及一些金属元素等，地下水环境中，这些物质一般可以通过矿物溶解获得，但如果有机污染物质量浓度多高，在完全降解之前这些元素可能就耗尽了，因而人为的添加一些营养物质对于彻底降解污染物并达到更快的净化速度是必要的，添加营养物以增加生物降解的方法通常称为生物刺激。但同时为了避免产生二次污染，加入前应先通过试验确定营养物质的形式、最佳浓度和比例。

（4）地下水生物修技术

地下水污染的生物修复技术大致可分为天然生物修复和人工生物修复，而人工生物修复又可分为原位生物修复(in-situ bioremediation)和异位生物修复(ex-sit u bioremediation)两类。原位生物修复技术就是指对被污染地下水不做搬运或输送而在原位进行的生物修复处理。而异位生物修复技术则是指对被污染地下水搬运或输送到它处进行的生物修复处理。

①天然生物修复技术

天然修复是指在不进行任何工程辅助设施或不调控生态系统，完全依靠天然衰减机理去除地下水中溶解的污染，同时降低对公众健康和环境危害的修复过程