Introduction

土壤及地下水污染預防與整治之
法令及技術宣導講習會
土壤及地下水污染物化整治技術介紹
林財富
成功大學環工系
中華民國九十四年八月三十日

場址整治技術 (1)
污染整治技術的選擇
– 視污染物種類、污染場址地質狀況及水文特
性而決定
場址整治容易之特性
– 場址透水/氣性高、均質性佳、有機質與陽
離子交換容量低
– 污染物之水溶性高、揮發性高、生物分解性
好
2

地
質
狀
況
均質/單層
透性高
非均質/多層
透性低
破裂面
場址整治技術 (2)
污染物特性
溶解性/揮發性 吸附性 LNAPL DNAPL
易整治
難整治
3

依受污染土壤或地下水之取出與否
-離地(Ex-situ)與現地(In-situ)
依整治技術機制
-物化方法、生物方法與熱處理方法
依污染物處理程度
場址整治技術 (3)
-不移動化、破壞性技術、分離濃縮、毒性降低技術
依污染物濃度與強度
-污染源、污染團中心區、污染團邊緣區整治技術
4

污染源區
(Source Zone)
油液回收
界面活性劑或共溶劑沖洗回收
蒸氣注入回收
熱加強回收
化學氧化法
場址整治技術 (4)
污染團中心區
(Core zone of the plume)
空氣注入與土壤氣體抽取法
工程生物整治法
化學氧化法
化學還原法
污染團邊緣區
(Distal zone of the plume)
監測式生物整治法
工程生物整治法
化學氧化法
化學還原法
透水性反應牆
5

圍容法
場址整治技術分類 (5)
– 為避免污染物隨地下水或土壤氣體移動而造
成污染擴散
– 地下阻絕物 是一種常見之圍容法,地下阻絕
物係利用工程方法,將低透水/低透氣性材
料置於地下,使污染物被包圍在污染區內,
達到阻止污染擴散的目的。
– 水力阻絕法(hydrodynamic isolation)
6

單一幫浦回收
浮油回收技術 (1)
– 幫浦至於油水介面,同時抽出油與水,地下
水量大,且造成油水乳化現象
雙幫浦回收
– 一幫浦抽取地下水以降低水位,使油流至井
中油另一幫浦抽至地面,因此油與水較容易
分離
7

表面刮除
浮油回收技術 (2)
– 挖掘一個壕溝至地下水面以下,使地下水流
出變成與大氣接觸,再由表面幫浦抽出,缺
點為必須考慮作業安全與人員曝露問題
真空加強抽取方法
– Bioslurping
– 將抽油管放在油與空氣的介面,利用真空的
方式,將油抽出地面的一項技術
8

LNAPL回收
9

浮油回收技術 (3)
真空加強抽取方法
– 生物通氣及土壤氣體抽取法
– 本法較易抽出毛細管區的油液、抽出之地下
水量也較少,並可增加生物分解及氣提回收
作用。
– 可以迅速改成土壤氣體抽取法繼續進行整治
– 本法是用在地下水位約0.9至60公尺之場址,
LNAPL 厚度0.03至2.1公尺以上
– 中油有數個場址採用此種技術進行油液回收
10

傳統污染團整治方法 (1)
土壤氣體抽取法(Soil Vapor Extraction, SVE)
– 針對現地不飽和層土壤中揮發性高污染物
– 本法使用真空抽取,使土壤中揮發性較高之
污染物,使土壤氣體被抽出,達到整治的目
的。
– 含污染物之氣體,可以進行回收或處理後再
排放。
– 回收井之使用通常以垂直井為主,可深至
1.5-91公尺,水平井也有被使用。
11

傳統污染團整治方法 (2)
土壤氣體抽取法(Soil Vapor Extraction, SVE)
– 操作時,常在表面上曝蓋一層不透水布,可
以避免短流,並增加影響半徑及處理效率。
– 有些時也配合地下水抽水井,以降低水位提
供不飽和層空間。
– 本法常配合空氣注入方法(air sparging)使用
,以回收深層或地下水中之污染物。
– 使用本法時,常須較長時間才能達到整治效
果。
12

傳統污染團整治方法 (3)
土壤氣體抽取法(Soil Vapor Extraction, SVE)
– 主要去除之污染物為揮發性有機物及部分的
燃料油
– 通常亨利定律常數大於0.01或蒸氣壓大於0.5
mm Hg以上時適用
– 在場整特性部分,土壤水含量、有機質含量
、空氣透性等均影響SVE方法之有效性。
13

傳統污染團整治方法 (4)
土壤氣體抽取法(Soil Vapor Extraction, SVE)
–SVE方法無法去除重金屬、重油、多氯連苯
或戴奧辛,但可能可以增進生物分解效率。
–SVE處理成本介於每立方公尺土壤美金10 到
50 元間,模型實驗花費約介於美金1萬到10
萬元間。
14

傳統污染團整治方法 (5)
抽取處理法(Pump and Treatment, P&T)
– 飽和層地下水中溶解性污染物之整治方法
– 並兼具控制污染團之擴散
– 是整治技術外,也是圍容技術的一種
– 主要包括抽取井及地面處理設備兩部分
– 抽取井的設計視場址特性而定,而地面處理
設備則視污染物特性而定,通常地下水一旦
抽出後,其處理方法與廢水處理差異不大。
15

傳統污染團整治方法 (6)
抽取處理法(Pump and Treatment, P&T)
– 抽取處理法適用於處理溶解度大之污染物
– 場址條件則水力傳導係數高( >10 -5 cm/sec)、
場址均勻、有機質含量低之砂質含水層。
– 該方法整治期程一般很長
– 且往往在停止抽水後會有濃度回升(rebound)
之現象
– 因此常有抽取一段時間後,停止一段時間後
再抽水之操作。
16

傳統污染團整治方法 (7)
空氣注入法(Air Sparging)
– 空氣注入法是一個現地整治技術
– 藉由注入空氣在地下水中產生氣泡,將水中
污染物氣提出到不飽和層中,再藉由空氣抽
取設備(SVE)將氣體抽至地面處理
– 由於注入空氣之緣故,因此可以增加地下水
中及不飽和層中氧氣濃度,也可以提昇污染
物之生物降解作用
17

傳統污染團整治方法 (8)
空氣注入法(Air Sparging)
– 主要去除之污染物為揮發性有機物及部分的
燃料油
– 汽油主要成分BTEX為例,同時具有氣提與
生物分解作用,
–TCE為例則僅具氣提作用,但若再注入空氣
中加入甲烷,則對TCE也可能會有共代謝之
分解作用。
18

傳統污染團整治方法 (9)
空氣注入法(Air Sparging)
– Air Sparging在操作不佳的情況下,氣體分布
不均勻可能會造成污染團擴大。
– 此方法通常需要數年的時間才能達到整治之
效果。
19

新型整治方法(I)
透水性反應牆
透水性反應牆(permeable reactive barrier,
PRB)
– 指於受污染場址地下建造一個永久性、半永
久性或可替代的單元,於單元中置入反應的
材料,令受污染地下水,流經此處理單元。
– 常見的反應牆可分成吸附/吸收、沉澱及降
解性
20

污染源區
(Source Zone)
油液回收
界面活性劑或共溶劑沖洗回收
蒸氣注入回收
熱加強回收
化學氧化法
污染團中心區
(Core zone of the plume)
空氣注入與土壤氣體抽取法
工程生物整治法
化學氧化法
化學還原法
整治技術適用性
污染團邊緣區
(Distal zone of the plume)
監測式生物整治法
工程生物整治法
化學氧化法
化學還原法
透水性反應牆
21

定義
透水性反應牆(permeable reactive barrier,
PRB)
– 指於受污染場址地下建造一個永久性、半永
久性或可替代的單元,於單元中置入反應的
材料,令受污染地下水,流經此處理單元。
– 常見的反應牆可分成吸附/吸收、沉澱及降
解性
22

機制
反應機制類別 反應介質 污染物
金屬還原與脫氯 零價金屬(鐵)
金屬污染物還原
吸附與離子交換
零價金屬(鐵),
basic oxygen furnace slag,
鐵氧化物
零價鐵, 粒狀活性碳, 磷灰石(與相關
物質), bone char, 沸石, 泥煤, humate
氯乙烯類、乙烷類、甲烷、丙
烷、含氯殺蟲劑、苯胺類、
二氯二氟代甲烷
銅、鈾、砷、鎝、鎘鉛、鉬、
汞、磷、硒、鎳
部份含氯溶劑BTEX, 鍶-90,
鎝-99, 鈾, 鉬
控制pH 石灰, 零價鐵 鉻, 鉬, 鈾, 酸溶液
現地還原操控
增強生物復育
(ITRC, 2005)
聯二亞硫酸鹽
calcium polysulfide
(包括固相、液相與氣相來源)
Oxygen-release compounds (ORC),
hydrogen-release compounds(HRC),
碳水化合物, 乳酸鹽, 零價鐵, 堆肥,
泥煤, 鋸木屑, 乙酸鹽, humate
鉻, 氯乙烯類
氯乙烯與乙烷類, 硝酸鹽, 硫酸鹽,
過氯酸,鉻 , MTBE,
多環碳氫化合物
23

Introduction
新型整治方法(II)
ISCO ( In-Situ Chemical Oxidation )
定義:
為將氧化劑送入到地下,以轉換目標污染
物(contaminants of concern, COC),並降低
其質量、移動性及/或毒性的方法
可單獨使用或與其他處理方法合併使用
(ex. 生物整治法)
24

污染源區
(Source Zone)
油液回收
界面活性劑或共溶劑沖洗回收
蒸氣注入回收
熱加強回收
化學氧化法
污染團中心區
(Core zone of the plume)
空氣注入與土壤氣體抽取法
工程生物整治法
化學氧化法
化學還原法
Introduction
污染團邊緣區
(Distal zone of the plume)
監測式生物整治法
工程生物整治法
化學氧化法
化學還原法
透水性反應牆
•最適用於高濃度地下水污染團區(>10 mg/L)
•低污染團區(

Introduction
ISCO ( In-Situ Chemical Oxidation )
四個重要條件
– 熱力學(thermodynamics)
氧化還原電位
– 化學計量(stoichiometry)
SOD、水解、污染物
– 反應動力(kinetics)
受溫度、pH值、污染物濃度、催化劑、副產物、背景水質及有機質
等影響
自由基與非自由基
– 接觸(contact)與否
注入方法與均質性,以及土壤中還原性物質多寡 26

Introduction
ISCO ( In-Situ Chemical Oxidation )
優點:
-氧化DNAPL的能力
-減少總處理時間
-避免成本龐大的抽取處理法
-具處理污染區但不影響地面結構物的能力
-減少開挖與處理土壤的費用
27

Introduction
ISCO ( In-Situ Chemical Oxidation )
適用範圍:
(1)反應是否發生
氧化劑之氧化還原電位
污染物產生反應之氧化還原電位
(2)反應物是否能接觸到污染物
競爭反應
注入方法之影響
28

氧化還原電位
Oxidants
氧化劑 氧化電位 (volts) 相對於氯之氧化力
氫氧自由基 2.8 2.1
硫酸根自由基 2.5 1.8
臭氧 2.1 1.5
過硫酸根 2.0 1.5
過氧化氫 1.8 1.3
高錳酸根 1.7 1.2
氯 1.4 1.0
氧氣 1.2 0.9
超氧離子
(superoxide ion, O - •)
-2.4 -1.8
29

適用污染物
氧化劑 石化類碳
氫化合物
適用污染物
Oxidants
苯 酚類 MTBE PAHs 含氯乙烯 四氯化碳 含氯乙烷
過氧化氫 ++ ++ ++ + ++ ++ ×/+ +/++
臭氧 ++ ++ ++ + ++ ++ ×/+ +
過錳酸鹽 + × + + + ++ × ×
過硫酸鹽 ++ +/++ +/++ ++ ++ ++ ×/+ +/++
++優,+佳,×差;過氧化氫效果以Fenton試劑為例,過硫酸鹽以硫酸根自由基為例
30

氧化劑需要量
氧化劑需要量
Oxidants
-土壤氧化劑需要量(Soil Oxidant Demand, SOD) +
-氧化劑分解量(ex. H2O2) +
-氧化污染物所需劑量
影響SOD的因素
-無機物(鐵、錳、砷、硫化物)
-有機物(天然有機質或總有機碳)
-範圍約為 氧化污染
物劑量數個數量級)
31

氧化劑適用性
Site Characteristics
小範圍之污染源區中,四種氧化劑均可以適用
污染團範圍很大,則以過錳酸鹽以及過硫酸鹽(非硫
酸根自由基形式),兩種較穩定的氧化劑(過錳酸鹽
與過硫酸鹽)效果較佳。
透性佳之區域,氧化劑傳輸以平流(advection)機制
為主時,四種氧化劑均適用,
透性差之區域,氧化劑必須靠擴散傳輸為主、或平
流與擴散兩種機制均同時重要時,氧化劑需要傳輸
的時間久時,則應以過錳酸鹽以及過硫酸鹽(非硫酸
根自由基形式)較佳
32

氧化劑 優點 缺點
過氧化氫 氧化電位高,適用污染物範圍廣
應用場址多
可以與臭氧合併使用
臭氧 氧化電位高,適用污染物範圍廣
氣體輸送方式,較液體容易應用
分解產物包括氧氣,有助於生物
分解
過錳酸鹽 水中溶解度高,有助於整體效率
與擴散
無氣體與熱產生,工安上相對較
安全
適用 pH 值範圍廣
已經有許多成功之案例
過硫酸鹽 氧化電位高,適用污染物範圍廣
SOD 低
氧化劑相對穩定
反應產生熱與氧,造成工安問題
半衰期短,有效距離短
鹼性條件下效果不佳
受自由基捕捉者影響效率
造成金屬溶出
非常不穩定,半衰期短
飽和層中有效半徑非常小
受壓含水層中應用時需壓力釋
放
受自由基捕捉者影響效率
造成金屬溶出
氧化電位較低,因此無法適用於
所有污染物
SOD 較高
產品中會有金屬雜質
產物會形成沉澱物,造成阻塞
造成金屬溶出
實場經驗較少
需借助熱或還原性金屬進行催
化
受自由基捕捉者影響效率
造成金屬溶出
四
種
氧
化
劑
之
優
缺
點
33

場址概述
地點:高雄縣大寮鄉義仁村
計畫期間:92.8~94.5
整治目標
– 污染範圍縮小
– 污染物濃度持續降低
污染物:三氯乙烯(TCE),地下水中最高
濃度4,340μg/L(OG井)
主管單位:高雄縣環境保護局
應
用
案
例
本案例由平成工程公司提供
習良孝、潘時正、吳雪蘋、沈義富 34

(a) 地面下10公尺 (b) 地面下20公尺
#0
(ND)
MW-2
(ND)
#11-1
(1,390)
福德
爺廟
MW-1
(9.2)
#10-1
(211)
#9-1
(553)
(4,340) (ND)
OG #1~5 #6
#8-1
(52.4~1,910) (ND)
#7-1
(ND)
疑似污染來源
MW-3
(ND)
推估污染範圍
# 0
(ND)
MW-2
(ND)
福德
爺廟
# 11
(22.4)
MW-1
(ND)
#10
(2.8)
# 9
(27.3)
(97)
(4,340) # 6
OG # 8
#1~5
(45)
(2,230~3,450)
# 7
(ND)
現地化學氧化實施前地下水TCE濃度(單位μg/L)
m
N
(ND)
應
用
案
例
35

場址地質
水文地質條件
– 東北側及南側:黑色中粗砂及礫石,透水性
良好,水力傳導係數約1.5×10-2 cm/sec
– 西側:緻密粉砂夾礫石,透水性不良
地下水位:地面下6~7公尺
地下水流向:西南往東或東北
地下水流速:約30公尺/年(視流速)
應
用
案
例
36

選用氧化劑:高錳酸
鉀(KMnO4 )
井場設計
現地化學氧化設計
– 依區域區分Group I,
II, III三區
– 依深度區分
淺層(開篩深度8~11公
尺)
深層(開篩深度16~20
公尺)
Group II
#21-1
#18-1
#11-1
#12-2
#24-1
淺層改善井
深層改善井
OG
#31-2
#28-2 #29-2
#22-1
#23-1
#25-1
#26-1
#1-2
×
#19-1
#10-1
#6-2
#20-1
Group I
#9-1
Group III
地下水流方向
#27-1
應
用
案
例
37

加藥程序
現地化學氧化設計
– 第一階段(93.3~ 93.6)
:處理已知污染團
– 第二階段(93.10~
93.11):因應OG井
TCE濃度回升
(rebound)
– 第三階段(94.3):持續
降低TCE污染物濃度
(polishing)
第
一
階
段
第
二
階
段
第
三
階
段
分 區
氧化劑濃度
(mg/L)
劑量(m 3 )
氧化劑濃度
(mg/L)
劑量(m 3 )
氧化劑濃度
(mg/L)
劑量(m 3 )
Group
I II III
1,000
700 1,220 1,020
5,000
35 30 35
500
347 173 120
應
用
案
例
38

N
m
(a) 地面下10公尺 (b) 地面下20公尺
現地化學氧化實施後地下水TCE濃度(單位μg/L)
MW-1
#20-1
#9-1
#10-1
#27-1
#8-1
#6-1
#7-1
#21-1
#22-1
#18-1
#23-1
#11-1
#25-1
#24-1
#26-1
OG
#9-2
#10-2
#8-2
#6-2
#7-2
#0-2
#11-2
#30-2
#12-2
#28-2 #29-2
#32-2
(65.8)
(19.5)
(3)
(ND)
(ND)
(ND)
(12.7)
(23.8)
(8)
(ND)
(10.3)
(1.9) (ND)
(ND)
(ND)
(ND)
#1-1~#5-1
(2.8~37.5)
(1.2)
(39.3)
(ND)
(ND)
(ND)
(ND)
(60.3)
(0.45)
(5.3)
(ND)
(4.1)
(ND)
(1.4)
應
用
案
例
39

TCE
(μg/L)
4,000
800
3,000
600
2,000
400
1,000
200
N.D.
N.D.
TCE濃度變化(OG、#9-1、#25-1)
92年 93年
94年
8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5
4,340
2,440
553
OG
#9-1
3,550
225
49.1
第一階段 第二
階段
#25-1
264
1,230
236
第三
階段
92.6
653
7.4 360
N.D. 1.4
10.3 8
註:標示路徑僅表示可能之趨勢,並非真實濃度變化
應
用
案
例
40

有機物
場址處理後地下水水質
– VOCs60項分析發現主要污染物TCE,氯仿
、三氯乙烷微量,其餘ND
無機物
– 碳酸氫根、氯鹽、導電度、氧化還原電位升
高
– 加藥期間出現少量六價鉻,隨時間濃度降低
– 錳濃度升高
應
用
案
例
41

計畫總結
地下水TCE污染範圍縮小、污染物濃度持續降
低
高錳酸鉀現地氧化法未來應用注意事項
– 前導試驗顯示氧化劑多與土壤有機質反應,故應注
意選用藥劑濃度與劑量是否充足
– 各加藥階段之間可發現TCE濃度回升(rebound),故
分階段加藥操作應為必要
– 部份整治井曾遭遇氧化錳沉積物阻塞問題,可以洗
井方式克服
– 透水性差區域(K值小)注藥量較小,改善成效較緩慢
,故應先詳細調查場址透水性分佈
應
用
案
例
42

污染源區
(Source Zone)
油液回收
界面活性劑或共溶劑沖洗回收
蒸氣注入回收
熱加強回收
化學氧化法
新型整治方法(III):
現地熱處理法
污染團中心區
(Core zone of the plume)
空氣注入與土壤氣體抽取法
工程生物整治法
化學氧化法
化學還原法
污染團邊緣區
(Distal zone of the plume)
監測式生物整治法
工程生物整治法
化學氧化法
化學還原法
透水性反應牆
43

新型整治方法(III):
現地熱處理法
利用高溫熱空氣、熱水或蒸汽注入地下環境中
,或利用電阻、電磁或加熱的方式,使土壤中
之有機物藉由揮發、汽化、脫附及移動等機制
,將有機污染物(尤其是非水相液體)移動化,
達到整治的目的。
國外已有多個使用案例對於汽油、飛機燃料油
、木餾油、五氯酚及多氯聯苯等均有良好之效
果
國內亦有於中石化安順廠五氯酚場址進行小規
模實場實驗。
44

成本
現地熱處理法
– 加熱式抽氣法處理成本約為每立方公尺30-
130美元
– 蒸汽注入法(steam injection)、六相加熱法(six
phase heating)、現地熱傳導法(thermal
conduction)、電波頻率加熱法(radio
frequency heating)每一立方碼也有可能在100
美元以下
45

污染源區
(Source Zone)
油液回收
界面活性劑或共溶劑沖洗回收
蒸氣注入回收
熱加強回收
化學氧化法
新型整治方法(IV):
界面活性劑/共溶劑注入法
污染團中心區
(Core zone of the plume)
空氣注入與土壤氣體抽取法
工程生物整治法
化學氧化法
化學還原法
污染團邊緣區
(Distal zone of the plume)
監測式生物整治法
工程生物整治法
化學氧化法
化學還原法
透水性反應牆
46

界面活性劑/共溶劑注入法
Surfactant-enhanced aquifer, or
subsurface remediation (SEAR or
SESR)
– 界面活性劑+鹽類當助溶或助移動劑
Cosolvent flushing
–(混合)溶劑做當助溶或助移動劑
需廢水處理與水力控制
47

界面活性劑/共溶劑注入法
在石油工程領域中,已成熟用於增強油
回收領域
已證實可成功用於不同類型 DNAPL 回收
48

界面活性劑/共溶劑注入法
快速去除大部分殘留於地下中之
設備應用佔地小,適用於建築物下
現地技術,無需開挖與運輸污染土壤
強化傳統 pump and treat
適用於多種污染物,包括Cl-HCs,及重油
實驗室技術證明可用於焦油、含PCB礦物油
可單獨使用或與其他技術合用

成本昂貴
界面活性劑/共溶劑注入法
處理成本
– 場址特性影響,包括場址污染源區大小、水
力傳導係數、污染量及類型、沖洗方式及法
規
沖洗液回收使用可以降低成本
$65 and $200 per cubic yard of DNAPLcontaminated
aquifer.

抽
取
處
理
法 生
物
整
治
法
技術有效性-分子與分子反應
Air from Sparging
H H2O 現 2O 2
微生物
空
氣
注
入
法
地氧化法
養分氧氣傳送問題51

謝謝!