地下水汙染修復技術——監測自然衰減技術MNA

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地下水汙染修復技術——監測自然衰減技術MNA

MNA法定義

地下水監測自然衰減法(Groundwater Monitored Natural Attenuation, MNA) ,是利用汙染場地天然存在的自然衰減作用使汙染物濃度和總量減小,在合理的時間範圍內達到汙染修復目標的一種地下水汙染修復方法。1999年,美國環保署對監測自然衰減的定義為:在無認人為的干預下,因場地自然發生的物理、化學及生物作用,包含生物降解、彌散、稀釋、吸附、揮發、放射性衰減以及化學性或生物性穩定等,從而使土壤和地下水中汙染物的數量、毒性、移動性、體積或濃度,降低到足以保護人體健康和自然環境的水準。該方法已在國際上得到普遍認可。

地下水汙染修復技術——監測自然衰減技術MNA

MNA法地下水取樣

MNA技術原理

通過實施有計劃的監控策略,依據場地自然發生的物理、化學和生物作用,使得地下水和土壤中汙染物的暴露風險控制到可接受水平。其中對流、彌散、稀釋、吸附、沉澱、揮發等作用是濃度的稀釋,或是一種相轉移到另一種相,汙染物仍然存在,屬非破壞性作用;純化學的轉化一般很少見,過程也很緩慢,更常見的是有微生物參與的生物降解作用,這種作用可將汙染物轉化為無害物質,屬破壞性作用,是汙染物真正的去除作用。因此,生物降解作用是非常重要的自然衰減作用。

可處理的汙染物類型:碳氫化合物(如BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)、石油烴、多環芳烴、MTBE(甲基叔丁基醚))、氯代烴、硝基芳香烴、重金屬類、非金屬類(砷、砸)、含氧陰離子(如硝酸鹽、過氯酸)等。

地下水汙染修復技術——監測自然衰減技術MNA

MNA技術優點

1、在內部生物修復期間,汙染物最終能被轉化成無毒無害的副產物(如CO2、H2O等),而不僅僅將汙染物轉變成其他相或者轉移到另一個地方;

2、無須人為介入的,不需要設備的安裝和維護;

3、不會涉及到廢物的重新產生和遷移,易遷移的毒性大的化合物往往最易生物降解;

4、相較於其他工程修復技術,總費用較低;

5、對汙染場地周圍環境無破壞性,克服機械化修復設施所帶來的侷限(例如:不存在設備停工期)。

MNA技術缺點

1、需要時間很長;

2、需要進行長期監測並負擔相關費用,還需要實施機構的負責;

3、受當地的水文地質條件的自然變化及人為因素的影響;

4、有利的水文和地球化學條件可能隨著時間而發生變化,從而導致曾經穩定化了的汙染物重新發生運移,對修復成果產生負面的影響;

5、含水層的各向異性可能使場地特徵複雜化;

6、生物降解的中間產物可能會比原來的化合物更毒。

MNA系統構成

1、監測井網系統

能夠確定地下水中汙染物在縱向和垂向的分佈範圍,確定汙染羽是否呈現穩定、縮小或擴大狀態,確定自然衰減速率是否為常數,對於敏感的受體所造成的影響有預警作用。監測井設置密度(位置與數量)需根據場地地質條件、水文條件、汙染羽範圍、汙染羽在空間與時間上的分佈而定,且能夠滿足統計分析上可信度要求所需要的數量。

2、監測計劃

主要監測分析項目需集中在汙染物及其降解產物上。在監測初期,所有監測區域均需要分析汙染物、汙染物的降解產物及完整的地球化學參數,以充分了解整個場地的水文地質特性與汙染分佈。後續監測過程中,則可以依據不同的監測區域與目的,做適當的調整。地下水監測頻率在開始的前兩年至少每季度監測一次,以確認汙染物隨著季節性變化的情形,但有些場地可能監測時間需要更長(大於2 年)以建立起長期性的變化趨勢;對於地下水文條件變化差異性大,或是易隨著季節有明顯變化的地區,則需要更密集的監測頻率,以掌握長期性變化趨勢;而在監測2 年之後,監測的頻率可以依據汙染物移動時間以及場地其它特性做適當的調整。

3、監控自然衰減性能評估

評估監測分析數據結果,判定MNA 程序是否如預期方向進行,並評估MNA 對汙染改善的成效。MNA 性能評估依據主要來源於監測過程中所得到的檢測分析結果,主要根據監測數據與前一次(或歷史資料)的分析結果做比對。主要包括:

(1)自然衰減是否如預期的正在發生;

(2)是否能監測到任何降低自然衰減效果的環境狀況改變,包括水文地質、地球化學、微生物族群或其它的改變;

(3)能判定潛在或具有毒性或移動性的降解產物;

(4)能夠證實汙染羽正持續衰減;

(5)能證實對於下游潛在受體不會有無法接受的影響;

(6)能夠監測出新的汙染物釋放到環境中,且可能會影響到MNA 修復的效果;

(7)能夠證實可以達到修復目標。

MNA可行性評估程序

1、建立地下水汙染場地MNA概念模型,並根據不同汙染物類型的汙染場地,確定待定的場地監測目標和MNA標準控制。通過水文地質勘探和土工試驗等,獲取所需的水文地質參數、土壤化學相關參數,用地下水三維數值模型

[MODFLOW(MT3D/RT3D]預測汙染羽流在自然降解等多種因素下的變化區域汙染物的歸趨、通過現場踏勘確定汙染受體,在總結上述參數的基礎上建立地下水汙染場地MNA概念模型。

2、根據場地概念模型和數值模擬結果,確定現場監測網絡,包括監測位置、監測方式、監測參數、監測頻率等。

3、根據修復目標確定MNA修復技術的可行性。通過實際檢測或室內實驗確定自然衰減的主要影響因素。通過室內模擬柱實驗和現場監測確定MNA修復技術的可行性。監測的一般條件包括溫度、pH值、溶解氧、毒性化合物的存在、汙染物的可利用程度、電子供體和電子受體的比例等;監測的特定條件是指氧化還原條件、降解性微生物的存在等。

4、強化自然衰減修復地下水汙染物方案。確定自然衰減的主要機理和影響效率,在此基礎上,提供相應微生物降解所需的電子供體、電子受體和營養物質。

5、建立地下水汙染MNA修復技術可行性評估程序。

MNA技術修復週期及參考成本

相較於其它修復技術,監控自然衰減技術所需時間較長,需要數年或更長時間。主要成本為場地監測井群建立、環境監測和場地管理費用。根據國外經驗,若場地預期監測期程長,監測計劃規模大,過程中無法避免採取應變措施,甚至因為監控自然衰減法失敗,造成汙染物擴散,需重新採取積極性的修復措施等,種種因素均可能造成總整治經費變化很大。

根據美國實施的20個案例統計,單個項目費用為14-44萬美元,時間為1到8年。

MNA技術應用

美國超級基金場地地下水修復技術統計結果顯示,從1986 年,監控自然衰減技術逐年增加。在2005-2008 年實施修復的164 個場地中,應用監控自然衰減技術的比例高達56% ,其中單獨使用的場地有21%。主動修復和被動修復自然衰減技術配套使用已成為地下水汙染修復的發展趨勢,配套監控自然衰減的技術路線有抽出處理(場地佔10%),原位處理(場地佔17%),原位處理、抽出處理(場地佔8%)。

監控自然衰減技術在我國地下水環境的治理中還處於萌芽階段,尚無工程應用案例。

結語

MNA是一個“以揭示汙染場地條件為目的”的修復方法,而不是主動的修復措施。MNA以其成本低、修復徹底、對修復人員傷害小等特點成為了優先選擇的一種修復技術,但由於修復時間長、修復效率低,在實際中它常常還與其他主動的修復技術同時進行。

參考文獻

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