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由于城市化发展与产业结构升级调整,我国工业企业关停或搬迁遗留的 (疑似) 污染地块超过50×104 块,存在较大的潜在环境风险,引发了社会的高度关注[1]。焦化污染地块是我国典型的污染地块类型,其特点是地块占地面积大、污染类型典型、污染程度较重。其中,主要特征污染物包括苯系物、多环芳烃和重金属[2],对于它们的去除是污染地块环境管理的重点和难点。在我国污染地块治理修复和开发利用的实践过程中,先后出现了北京焦化厂、重庆钢铁集团、武汉东钢、广东白鹤洞钢铁、山西煤气化厂、杭州钢铁厂等一批典型的焦化生产区遗留地块,引起行业和社会的高度关注。根据全国重点行业企业用地调查的初步成果,纳入调查的钢铁与焦化类型的地块在7种主要类型地块中排名第3,地块数量 (含在产和遗留地块) 初步估计近千余块,土壤修复技术需求强烈。
环境技术验证 (Environmental Technology Verification, ETV) 评价,是一种典型的第三方评价制度,受环境保护技术开发者 (所有者) 、使用者或其他相关方委托,按照规定的验证评价标准、规范和程序,综合运用技术原理分析、测试、数理统计以及专家评价等方法,对所委托技术的技术性能、污染治理效果以及运行维护情况等进行验证[3-4]。以美国、加拿大为代表的发达国家于20世纪90年代中期开始,致力于建立并实施ETV评价制度,以助力环保创新技术的推广应用[5-6]。2013年,中国环境科学学会组织完成了我国首例ETV验证案例[7],对于我国环境保护领域内全面开展环境保护技术验证具有重要的意义。随后,在水处理、医疗废物处理以及大气治理等领域均开展过一定的案例研究,2021年曹云霄等[8]开展了摩擦热处理技术的技术验证工作,验证结果表明,摩擦热处理技术是一种切实有效的医疗废物消毒处理新型技术,能有效推动该技术的市场应用。截至目前,在土壤修复领域内,尚未开展过相关案例研究。
本研究依据《焦化污染地块修复技术验证评价规范》 (T/CPCIF 0197-2022) [9],以原位热脱附-水平井-化学氧化耦合修复技术为研究对象,从技术可行性、绿色性以及资源能源消耗等方面进行验证评价,为原位热脱附-水平井-化学氧化耦合修复技术提供有效的第三方评价结论,助力其推广应用。
环境技术验证在污染土壤修复领域的应用——以原位热脱附-水平井-化学氧化耦合修复技术为例
Application of environmental technology verification in contaminated soil remediation—a case study of the coupled in-situ thermal desorption, horizontal well and chemical oxidation remediation technology
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摘要: 环境技术验证评价方法能够科学、客观地评价生态环境创新技术,促进新技术的推广应用。基于焦化污染地块修复技术验证评价方法,对原位热脱附-水平井-化学氧化耦合修复技术在山西某焦化污染地块上应用的可行性、绿色性、资源能源消耗等方面进行了验证评价。结果表明,该技术可以在一个修复周期内 (3个月) 将焦化污染地块中多环芳烃质量浓度降低到修复目标值,达到修复效果。修复系统运行过程中产生的废气、废水、噪声等污染物经处理后均满足相应排放要求。通过对修复过程中固废产生量、耗水量、耗电量、运行成本等指标的核算,可知该技术具有资源能源消耗较少、处理成本较低、针对不可开挖地块的修复具有较强适用性等特点。原位热脱附-水平井-化学氧化耦合修复技术可应用于焦化污染地块包气带污染土壤的修复治理工作。Abstract: Environmental technology verification (ETV) can facilitate the promotion and application of new technologies through scientific and objective evaluation of innovative environmental technologies. Based on the verification and evaluation methods for coking-contaminated site remediation technologies, this paper verified and evaluated the feasibility, greenness, resource and energy consumption, and other dimensions of the coupled in-situ thermal conduction and desorption, horizontal well and chemical oxidation remediation technology when applied to a coking-contaminated site in Shanxi province. The results showed that the technology could achieve the desired remediation results by reducing the PAH concentrations at the contaminated site to the remediation target value within a remediation cycle (three months). The pollutants such as exhaust gas, wastewater and noise generated during the remediation process were emitted or discharged in accordance with relevant requirements. According to the calculations of the amount of solid waste, water and electricity consumption, operating costs, etc. incurred in the remediation process, the technology features low resource and energy consumption, low treatment costs and strong applicability to the remediation of sites that cannot be excavated. This verification and evaluation case study suggested that the coupled in-situ thermal conduction and desorption, horizontal well and chemical oxidation remediation technology could be applied to the remediation of aeration zone contaminated soil at coking-contaminated sites.
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图 2 水平井与垂直井修复示意图[15]
Figure 2. Horizontal and vertical well remediation diagram
表 1 目标污染物质量分数表
Table 1. Concentrations of target pollutants
mg·kg−1 地块
名称苯并
(a)蒽苯并
(a)芘茚并
(1,2,3-cd)芘二苯并
(a,h)蒽苯并(b)
荧蒽312 21.7 20.5 3.6 4.1 27.4 313 3.6 7.4 2.4 1.5 13.7 314 7.7 5.6 3 1.7 7.2 316 4.1 7.6 6.7 1.8 8.6 317 10.5 10 10 2.3 10.8 318 0.7 0.8 0.9 0.2 0.9 319 1.1 1.3 1.3 0.7 1.2 表 2 山西示范地块修复技术验证参数设计
Table 2. Parameter design for remediation technology verification at the demonstration site in Shanxi
测试指标类别 测试对象 具体测试参数 环境效果指标 土壤污染物 苯并(a)芘、苯并(a)蒽、苯并(b)荧蒽、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽 大气污染物 颗粒物、苯、二甲苯、非甲烷总烃、苯并(a)芘、臭气浓度 水污染物 pH、悬浮物、化学需氧量、石油类、苯并(a)芘 噪声 等效连续声级 (dB) 固体废物 产生量 工艺运行指标 运行参数 温度、影响半径 维护管理指标 能耗 燃气使用量、耗水量、耗电量 物耗 氧化药剂等 表 3 技术验证评价样品采集一览表
Table 3. List of samples collected for technology verification and evaluation
监测分类 采样点 测试指标 样品数量 监测频率 验证方式 修复效
监测地块内土壤 苯并(a)芘、苯并(a)蒽、苯并(b)荧蒽、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽 28 1 现场检测 周边土壤
环境监测地块周边土壤 苯并(a)芘、苯并(a)蒽、苯并(b)荧蒽、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽 10 2 现场检测 水环境
监测场区 pH、悬浮物、化学需氧量、石油类、苯并(a)芘 1 1 现场检测+
台账法大气环境
监测场区及周边 VOCs (以非甲烷总烃计) 、颗粒物、苯、二甲苯、苯并(a)芘、臭气浓度 5 1 现场检测 排气筒 VOCs (以非甲烷总烃计) 、颗粒物、苯、二甲苯、苯并(a)芘、臭气浓度 1 1 现场检测 噪声环境
监测场区及周边 等效连续A声级 2 1 现场检测 固体废物 — — — — 台账法 表 4 固定源废气监测结果
Table 4. Monitoring results of exhaust gas emissions from stationary sources
监测次数或
排放限值颗粒物 苯 二甲苯 VOCs (非甲烷总烃) 苯并(a)芘 臭气 质量浓度/
(mg·m−3)排放速率/
(kg·h−1)质量浓度/
(mg·m−3)排放速率/
(kg·h−1)质量浓度/
(mg·m−3)排放速率/
(kg·h−1)质量浓度/
(mg·m−3)排放速率/
(kg·h−1)质量浓度/
(mg·m−3)排放速率/
(kg·h−1)浓度*
(无量纲)第1次 6.2 2.44×10−2 1.8×10−3L <7.09×10−6 1.8×10−3L <7.09×10−6 1 4.16×10−3 19 7.90×10−5 54 第2次 7.8 3.05×10−2 1.8×10−3L <7.04×10−6 1.8×10−3L <7.04×10−6 1.02 4.24×10−3 12 4.99×10−5 97 第3次 5.3 2.08×10−2 1.8×10−3L <7.05×10−6 1.8×10−3L <7.05×10−6 0.87 3.62×10−3 11 4.57×10−5 72 第4次 6.4 2.51×10−2 1.8×10−3L <7.06×10−6 1.8×10−3L <7.06×10−6 0.96 3.99×10−3 14 5.82×10−5 74 排放限值 120 3.5 12 0.5 70 1 120 10 300 0.050×10−3 2 000 备注:1) 1.8×10−3 L中1.8×10−3 表示苯的检出限,L表示检测结果低于方法检出限;2) 二甲苯的组分为邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯,各组分的检出限为 1.8×10−3 mg·m−3,且均未检出。 表 5 无组织废气监测结果
Table 5. Monitoring results of uncontrolled exhaust gas emissions
采样地点 颗粒物/
(mg·m−3)VOCs (非甲烷总烃) /
(mg·m−3)苯并(a)芘/
(mg·m−3)苯/
(mg·m−3)二甲苯/
(mg·m−3)臭气浓度*
(无量纲)1#:修复区域技术验证中心 0.352 0.32 ND 1.5×10−3L 1.5×10−3L 15 2#:裕峰花园 0.302 0.25 ND 1.5×10−3L 1.5×10−3L <10 3#:公园美地小区 0.434 0.32 ND 1.5×10−3L 1.5×10−3L <10 4#:项目场地边界下风向 0.517 0.44 ND 1.5×10−3L 1.5×10−3L <10 5#:项目场地边界上风向 0.417 0.28 ND 1.5×10−3L 1.5×10−3L 18 备注:1) 1.5×10−3 L 中 1.5×10−3 表示苯的检出限,L 表示检测结果低于方法检出限;2) 二甲苯的组分为邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯,各组分的检出限为 1.5×10−3 mg·m−3,且均未检出。 表 6 废水监测结果
Table 6. Wastewater monitoring results
监测次数或
排放限值pH 悬浮物/
(mg·L−1)化学需氧量/
(mg·L−1)石油类/
(mg·L−1)苯并(a)芘/
(μg·L−1)第 1 次 7.1 8 26 0.21 0.004L 第 2 次 7.2 6 32 0.2 0.004L 第 3 次 7.1 7 28 0.2 0.004L 排放限值 6~9 400 500 20 0.03 表 7 噪声监测结果
Table 7. Noise monitoring results dB
监测点位 昼间 夜间 实测值 排放限值 实测值 排放限值 1#:场地南侧边界 57.0 70 53.3 55 2#:裕峰花园 52.6 70 43.7 55 备注:1) 监测时昼间风速1.4 m·s−1、风向30度,夜间风速1.0 m·s−1、风向60度,多云;2) 检测时间为2021年09月26日。 -
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