[科普中国]-抽出处理

简介

抽出处理技术2(pump & treat，简称P&T)即捕捉地下的污染羽水体并将其抽出地面，采用各种处理技术将水净化后使用或重新输入地下。早期的地下水修复主要采用抽出-处理法，该方法的关键在于井群系统的布置，井群系统要能高效地控制地下污染水体的流动，而受污染水体抽出地面后的处理方法则和常规的水处理一致，包括：物理法(吸附法、反渗透法、气浮法等)、化学法(混凝沉淀法、氧化还原法等)以及生物法(活性污泥法、生物膜法等)。经处理过的地下水大部分回注地层。

由于液体的物理化学性质各异，P&T技术只对有机污染物中的轻非水相液体(1ight non-aqueous phase liquids)去除效果很明显，而对于重非水相液体(density non-aqueous phase liquids)来说，治理耗时长而且效果不明显。抽出处理技术所需的动力消耗、设备运行和维护费用极大，此外为防止地下水的大量抽出而造成地面下沉，还需要采用倒灌技术，更是增加了成本负担。目前，原位修复(in situ remediation)技术正逐步取代抽出处理技术而成为污染地下水修复的研究热点。

基本构成按照用途，抽出-处理系统主要有水力隔离与净化处理两种基本构成。3

水力隔离水力隔离可控制污染地下水的流动，防止污染晕的持续扩展。三种主要的水力隔离方式：①只有一口抽水井；②含有一个抽水井的地下排水廊道；③在围墙系统中设置一口抽水井。

净化处理降低地下水中污染物的溶解浓度，以达到含水层净化的标准要求，或者处理抽出的水使其用于其他用途。

尽管水力隔离和净化处理可以单独实施，但更多的修复工作是将两者联合应用。当修复不可行时，主要的目标可能是隔离；另外，在饮用水井遭受污染，但污染源不能确定时，优先处理水源以便于继续供水，即使此时含水层仍处于污染状态。

抽取技术地下水可以通过竖直井或水平井抽取，竖直井是更普遍的类型。井系统被设计用来抽取地下水进行处理，也可以设计用于接纳扩散羽以及重新灌注处理过的地下水。虽然水平井挖设更加昂贵、更加困难，但它可以是此种情况下的可选择方法：建筑物或其他表面特征(像公路或河流)阻止从地表直接接近污染物。另外，水平井的长度越长，意味着地下水抽取速率越高。

二相真空抽取(TPVE)是通过单一井抽取污染的空气和地下水的一种方式(Costa，1995)。真空器安装在一个井上，该井穿过渗流区和地下水的区域。空气和地下水都被抽到地面，在地面它们被分离去处理。这种系统的优点是它不要求各自独立的空气抽取井和地下水抽取井，并且地下水的抽取速率可以大大增加。“生物助长(bioslurping)i是该技术的一种变化形式，用于抽取轻质非水相液体(LNAPLs)，它漂浮在地下水的表面，并且保留在渗流区(Baker，1996)。生物助长使用放置在井里的一根抽吸管，通过真空提取LNAPLs、地下水和污染的蒸气。抽吸管可以升高或降低，以分别提取这些不同相的物质，也可以抽取它们的混合物。

处理技术地表处理根据污染物类型和处理费用来选用，大致可分为三类：(1)物理法，包括吸附法、重力分离法、过滤法、膜分离法、吹脱法等；(2)化学法，包括氧化还原法、混凝沉淀法、离子交换法以及中和沉淀法等；(3)生物法，包括生物接触氧化法、生物滤池法等。（王焰新主编,地下水污染与防治,高等教育出版社,2007.1,第332页）

处理后地下水的去向有两个，一个是直接使用，另一个则是用于回灌。后者为主要去向，原因是回灌一方面可稀释受污染水体，冲洗含水层；另一方面还可加速地下水的循环流动，从而缩短地下水的修复时间。

汽提法可以使用汽提方法从地下水中除去挥发性污染物。空气吹进引入地下水的柱体或水箱中，通过挥发作用除去挥发性化合物。汽提装置在地下水处理和其他环境保护领域得到了广泛的应用，其原因是该技术已经被透彻了解、设计相当驾轻就熟、技术经过充分验证，并且成本—效益较高；然而，在去除污染方面，它不像其他方法一样有效，如活性炭吸附法(Reidy等，1990)。

用于地下水处理的汽提法有四种基本类型：填充塔式、扩散曝气式、喷雾曝气式和栅板曝气式(Reidy等，1990)。

填充塔是最有效、使用最广泛的，它用高比表面积物质装填，装填的高度超过30m。污染的地下水从填充柱的顶部进入，而空气从其底部吹入。填充塔可以除去90%～99%的挥发性污染物。

在扩散曝气法中，空气从水箱或水池底部分布的管子吹入，同时地下水流过水箱或水池。

扩散器对许多挥发性化合物的去除率可以达到70%～90%。在喷雾曝气法中，地下水通过池子或盆子上方的喷嘴被分散成细雾，将挥发物分离到周围的空气中。该系统的缺点是很难收集和处理污染的空气流，如果当地条件和规章要求这样做。然而，喷雾曝气法可以用于重新填充含水层，如果它在重新填充区的位置运行的话。

栅板曝气法不如其他汽提方法有效，它有时用于地下水的预处理。在栅板曝气法中，地下水从布有条板的净化腔体顶部进入，而空气从腔体底部进入。

影响汽提系统设计的因素包括：污染物的蒸气压、水中溶解性和浓度，地下水的温度，金属的沉淀，固体，净化的水平，排放的要求(Reidy等，1990)。汽提器对有高蒸气压和低水溶性的污染物很有效。当污染物的浓度在100 mg/L以上时，汽提器是最有效的；而当进口浓度降到不足l mg/L时，则只有很低的效率。蒸气压随温度增长，所以地下水温度是一个很重要因素。地下水中高浓度的铁和锰，可以沉淀到填充材料上，阻碍污染物的去除。同样地，在填充塔中，悬浮的固体也是一个问题，因为它们会引起堵塞或短路。净化的水平决定了汽提器的种类和尺寸大小。最严格的净化水平要求使用填充塔。根据法规和当地条件的规定，离开汽提器的空气流可能需要进行处理。气流污染物的控制设备包括除雾器、烟或蒸气焚烧器、碳柱和蒸气冷凝器等。

活性炭吸附法活性炭吸附法广泛应用于要求高质量排放水的地下水修复过程，例如，达到或超过饮用水的标准。活性炭吸附只用于低污染物含量的地下水，这就使得某些地下水的预处理是很必要的。炭吸附经常用于处理来自汽提过程的废气或被污染的空气流。

被污染的地下水通过处理装置，在这里污染物吸附到炭的表面。当活性炭的吸附能力不再满足要求时，废炭或者被再生或者被处理掉。颗粒活性炭(GAC)，而不是粉末活性炭(PAC)，通常用于地下水处理。

影响活性炭吸附装置设计的因素是污染物或总有机浓度、污染物的分子量和水溶性、金属沉淀物、固体颗粒(Reidy等，1990)。高污染水平的地下水会迅速使炭装置超载，因此应该对其进行预处理。总有机炭的浓度不足1mg/L的情况，对炭装置来说是最好的；而对那些大于5mg/L的情况，活性炭吸附被认为是不好的选择。大分子量化合物和低水溶性化合物容易吸附到炭上。铁和锰的溶解浓度大于5mg/L时，它们会沉降在炭表面，阻碍炭的吸附；可取的浓度应该低于0.2mg/L。进入炭装置的悬浮固体的浓度一般应保持在5mg/L以下，如此才不会对装置造成堵塞或是短路；而浓度在20mg/L以上是不能接受的。

其他技术化学氧化法经常在预处理阶段用于地下水的处理。例如，可以通过对难以分解的有机物进行部分氧化或者把亚砷酸盐氧化成砷酸盐，增加生物降解性。普遍使用的化学氧化剂是过氧化氢、臭氧和氯。紫外线辐射可以与过氧化氢和(或)臭氧联合使用。

离子交换法最常用于从地下水中除去金属。它可以用于除去硫酸盐、硝酸盐和放射性核素(EPA，1995a)。在这种处理之前可能需要对地下水进行预处理。例如，用活性炭吸附以去除可严重污染基础树脂的有机物；用脱氯处理以中和氯；以及曝气、沉淀，或过滤去除铁和锰等。