浙江大学《污染环境的物理修复》化学修复ppt课件.pptx

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1、污染环境的化学修复,污染化学修复,污染化学修复是指在污染环境中加入化学修 复剂，与土壤或水体中的污染物发生各种化学反 应，从而使污染物得以降解、洗脱、解毒等。化学淋洗技术溶剂浸提技术化学氧化/还原技术可渗透反应墙技术化学固定技术等,借助能促进环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂， 通过水力压头推动清洗液，将其注入到被污染土层中（原位），或者将污染土壤挖掘出来，通过机械搅拌 将淋洗液与土壤混合（异位），然后再把包含有污染 物的液体从土层或搅拌器中抽提出来，进行分离和污 水处理的技术。,1、化学淋洗技术,1、化学淋洗技术,化学淋洗技术应用条件,土壤类型：多孔隙、易渗 透，水传导系数大于10-3cm/s

2、,如沙地、沙砾土壤、 冲积土和滨海土淋洗液类型：水、酸、碱洗洁剂、络合剂、表面活性剂等,污染物类型：重金属、氢化物、放射性物质、多环芳烃、 多氯联苯、烃类物质等。,1.1原位化学淋洗技术,淋洗液注入系统,淋洗液处理系统,淋洗液收集系统,技术构成,清洗液投加系统：根据污染物在土壤中的深浅位置，采用 漫灌、挖掘或沟渠和喷淋等方式向土壤投加清洗液。淋出液收集系统：含有污染物的淋出液可以利用梯度井或 抽提井等方式收集。淋出液处理系统：对污染土壤淋出液的处理，如石油和轻 蒸馏产物可采用空气浮选法；羟基类化合物可采用生物手 段处理；重金属可利用化学沉淀或离子交换。淋出液再生系统：如果系统包括淋出液再生设备

3、，纯化的 清洗液就可以再次注入清洗液投加系统而得以循环利用。,原位化学淋洗技术,原位化学淋洗技术,原位化学淋洗具有长效性、易操作性、高渗透性 等优点,并且适合治理的污染物范围很广；重金属、具有低辛烷/水分配系数的有机化合物、 羟基类化合物等比较适合采用这项技术；最适用于多孔隙、易渗透的土壤，水传导系数103cm/s的土壤；不适用于非水溶态液态污染物、呋喃类化合物、 极易挥发的有机物等。,原位化学淋洗技术,原位化学淋洗技术,原位化学淋洗修复现场,地下水抽提处理站,原位化学淋洗技术,原位化学淋洗技术,1.2异位化学淋洗技术,污染土壤,挖掘,筛分,淋洗,废水,干净土壤,废水处理,污泥,中转配药站,安

4、全填埋,异位化学淋洗要把污染土壤挖掘出来放在容器中， 用溶于水的化学试剂清洗、去除污染物，再处理含 污染物废水，洁净土壤可回填或运到其他地点。先将土壤其分成不同部分(石块、砂砾、沙、细沙 以及粘粒)，再基于二次利用用途和处理需求，清 洁到不同程度。土壤清洗操作的核心是通过水力学方式机械地悬浮 或搅动土壤颗粒,异位化学淋洗技术,异位化学淋洗技术,异位淋洗技术适用于重金属、放射性元素、石油 烃、易挥发有机物、多环芳烃等各种类型污染物 治理。异位淋洗技术适合用于污染物集中于大粒级土壤 上的情况，砂砾、沙和细沙中污染物容易处理， 含有5%30%粘粒的土壤不建议采用这项技术。,异位化学淋洗技术,异位化学

5、淋洗技术,异位土壤淋洗技术装备应该是可运输、搭建、撤卸、改装。 一般采用单元操作系统，包括矿石筛、离心装置、摩擦反应 器、环绕分离器、过滤压榨机、悬浮生物泥浆反应器等,车载式,固定式,异位化学淋洗技术,异位化学淋洗技术,化学淋洗技术的优缺点,优点：适用于高浓度重金属、有机污染物去除， 快速、高效率。缺点：费用相对较高，二次污染难控制，可能改 变土壤基本理化性质；应用受土壤性质限制,溶剂浸提技术是一种利用溶剂将有害化学物质从污染土壤 中提取出来或去除的技术。利用批量平衡法将污染土壤挖掘出来并放置在一系列提取 箱内，溶剂与污染物进行化学反应。溶剂类型依赖于污染 物的化学结构和土壤特性。适用于修复P

6、AHs、PCBs、石油烃、氯代烃、农药等有机 污染土壤。湿度20%的土壤要先风干，避免水分稀释提取液而降低提 取效率；粘粒含量高于5%的土壤建议不采用这项技术。,2.溶剂浸提技术,2.溶剂浸提技术,溶剂浸提技术,溶剂浸提罐中试装置,施工现场,溶剂萃取工艺,工艺特点：类似于化学淋洗，有机溶剂经过浸提箱后，随萃取的污染物一起处理，达到污染物去除的目的,溶剂浸提技术的优缺点,优点：适用于有机污染物去除，费用较低，效 率高。缺点：溶剂残留易造成二次污染,化学氧化石油烃 多环芳烃酚类 含氯有机溶剂BTEX MTBE农药等,化学还原氯代有机物等重金属类（如六价铬）,无毒或相对毒性较小的物质。,常见还原剂：

7、 连二亚硫酸钠 亚硫酸氢钠 硫酸亚铁二价铁 零价铁,常见氧化剂： 高锰酸盐 过氧化氢 芬顿试剂 过硫酸盐臭氧,氧化 还原 作用,不适用于重金属污染土壤修复，对于吸附性强、水溶性差的有机污染物应考虑必要的增溶、脱附方式,不适用于石油烃污染物的处理。,污染土壤,3、化学氧化/还原技术,3、化学氧化/还原技术,原理：通过向土壤或地下水的污染区域注入氧化剂或还原 剂，通过氧化或还原作用，使土壤或地下水中的污染物转 化为无毒或相对毒性较小的物质。,氧化剂/ 还原剂,气体收集注入泵,化学氧化-还原技术工艺设备,3.1原位化学氧化/还原技术,3.1原位化学氧化/还原技术,氧化剂：K2MnO4、H2O2、O3

8、、Fenton试剂、过硫酸盐等。应用：主要用来修复油类、有机溶剂、多环芳烃、农药及非 水溶态氯化物等污染的土壤。优点：对污染物起到降解脱毒效果,而且通过反应产生的热 量挥发污染物，通过地表气体收集系统进行集中处理。缺点:加入氧化剂后可能生成有毒副产物,使土壤生物量减少 或影响重金属存在形态。,原位化学氧化技术,原位化学还原技术,还原剂：SO2、H2S和Fe0胶体等。应用：修复地下水中对还原作用敏感的污染物，如 铀、铬酸盐、氯代试剂等。原位化学还原技术需要构建可渗透反应区，反应区 常设在污染土壤下方或污染源附近含水土层中。,SO2还原修复：使土壤Fe3+还原成Fe2+，由Fe2+还原 污染物，通

9、常将SO2 溶解在碱性溶液中，以碳酸盐 和重碳酸盐做缓冲溶液注入污染土壤。H2S还原修复：H2S气体通过井注射法注入污染土 壤中部，抽提井建造在其外围，控制气流状态。Fe0还原修复： 可以通过井注射，也可以放置在污 染物流经的路线上，或者直接向天然含水土层中注 射微米甚至纳米Fe0 胶体。,系统构成及主要设备,系统构成,药剂制备/储存系统,药剂注入井（孔）,药剂注入系统（注入和搅拌）,监测系统,药剂储存罐,药剂注入泵,药剂混合设备,药剂流量计,压力表,监测井,原位化学氧化/还原技术,原位化学氧化/还原技术,关键技术参数, 药剂投加量：由污染物药剂消耗量、土壤药剂消耗量、 还原性金属的药剂消耗量

10、等决定。由于反应产热导致污 染物挥发，需控制药剂注入速率，避免发生过热现象。污染物类型和质量：不同药剂适用的污染物类型不同。 如果存在非水相液体（NAPL），反应会限制在氧化剂 溶液/非水相液体（NAPL）界面处。如果LNAPL（轻质 非水相液体）层过厚则不适合利用该技术。, 土壤均一性：非均质土壤中易形成快速通道，使注入的 药剂难以接触到全部处理区域，因此均质土壤更有利于 药剂的均匀分布。土壤渗透性：高渗透性土壤有利于药剂的均匀分布，更 适合使用原位化学氧化/还原技术。由于药剂难以穿透 低渗透性土壤，可能会导致污染物浓度反弹，可采用长 效药剂（如高锰酸盐、过硫酸盐）来减轻这种反弹。,地下水水

11、位：该技术通常需要一定的压力以进行药剂注入，若地下水位过低，则系统很难达到所需的压力。但当地 面有封盖时，即使地下水位较低也可以进行药剂投加。pH和缓冲容量：pH和缓冲容量会影响药剂活性，药剂在 适宜pH才能发挥最佳的化学反应效果。有时需投加酸以改 变pH条件，但可能会导致土壤中原有的重金属溶出。地下基础设施：若存在地下基础设施（如电缆、管道等），则需谨慎使用该技术。,修复应用情况,原位化学氧化/还原技术应用案例,修复系统,土壤预处理系统,药剂混合系统,防渗系统,破碎、筛分、添加 土壤改良剂等,将污染土壤与药剂 进行充分混合搅拌,反应池或是具有抗 渗能力的反应场,破碎筛分铲斗,推土机,挖掘机,

12、行走式土壤改良机,系统构成及主要设备,3.2异位化学氧化/还原技术,3.2异位化学氧化/还原技术,关键技术参数,还原性物质总量：考虑土壤中还原性污染物浓度及活性还 原性物质总量的本底值药剂投加比：根据修复药剂与目标污染物反应的化学反应 方程式计算理论药剂投加比Eh：一般-100 mV以下，可通过补充投加药剂、改变土壤 含水率、改变土壤与空气接触面积等方式进行调节。pH：一般pH范围4.09.0。常用调节方法如加入硫酸亚铁、硫磺粉、熟石灰、草木灰及缓冲盐类等。含水率：控制在土壤饱和持水能力的90%以上,修复应用情况,异位化学氧化/还原技术国外应用案例,化学氧化/还原技术的优缺点,优点：适用于有机

13、物和可还原重金属修复，费用 较低，快速缺点：二次污染控制，有毒副产物、污染地下水,吸附氧化 还原沉淀 反应,污 染 区,清 洁 区,可渗透反应墙技术,隔水层原理：在地下安装透水的活性材料墙体拦截污染物羽状体，当污染羽状 体通过反应墙时，污染物在可渗透反应墙内发生沉淀、吸附、氧化还原、 生物降解等作用得以去除或转化，从而实现地下水净化的目的。,4、可渗透反应墙技术Permeable Reactive Barrier（PRB）,4、可渗透反应墙技术Permeable Reactive Barrier（PRB）,可处理的污染物类型：碳氢化合物（如BTEX（苯、甲苯、乙苯、二甲 苯）、石油烃）、氯代脂

14、肪烃、氯代芳香烃、金属、非金属、硝酸盐、硫酸盐、放射性物质等。应用限制条件：不适用于承压含水层，不宜用于含水层深度超 过10m的非承压含水层，对反应墙中沉淀和反应介 质的更换、维护、监测要求较高。,PRB主要设备,沟槽构建设备,双轮槽机、链式挖掘机等,阻隔幕墙构建 设备,监测系统,氢气、氧化还原电位、pH、 水文地质情况、污染物、反应墙渗透性能的变幅和变化情况等在线监测系统,大型螺旋钻、打桩机等,系统构成和主要设备,可渗透反应墙PRB的结构类型,P,隔沟,化 还 原 电 位,阻p,H,、,、,式反,打,关键技术参数或指标,PRB安装位置的选择：圈定污染区域，其范围应大于污染物羽流，建立污染 物

15、三维空间模型和建立污染物浓度分布图。通过现场水文地质勘察绘出地下水流场，了解地下水 大体流向。根据地下水动力学确定污染物迁移扩散方式和范围， 在污染物可能扩散圈的前端划定PRB的安装位置。,关键技术参数或指标,PRB结构的选择：承压层采用灌注处理式PRB；浅层潜水 可采用的PRB形式多种多样。高成本反应材料可采用漏斗- 导水门式结构；便宜反应原料用连续式渗透反应墙。 PRB的规模：PRB底端嵌入不透水层至少0.60 m，PRB顶 端需高于地下水最高水位；PRB宽度一般是污染物羽流宽 度的1.21.5倍。 PRB水力停留时间：污染物羽流 在反应墙的停留时间主要由污染 物的半衰期和流入反应墙时的初

16、 始浓度决定。,关键技术参数或指标, PRB走向：一般反应墙的走向垂直于地下水流向，以便 最大限度截获污染物羽流。PRB渗透系数：墙体的渗透性要达到含水土层的2倍以 上，但是理想状态是10倍及以上 活性材料选择：最常见的是零价铁，其它还有活性碳、 沸石、石灰石、离子交换树脂、铁氧化物和氢氧化物、 磷酸盐以及有机材料（城市堆肥物料、木屑）等。,PRB国外应用案例,修复应用情况,PRB的优缺点,优点：控制重金属、有机污染物的扩散，修复污 染区域地下水缺点：不能直接修复污染土壤，耗时较长，长期 维护、监测,化学固定修复技术：在污染环境中加入化学试剂或化学材料，改变污染物的形态和生物有效性，钝化污染物，降低污染 物毒性，或与其他技术结合永久消除污染物，实现污染环境 修复。化学固定修复机理：吸附作用、配合作用、共沉淀机理。化学固定修复局限性：环境条件变化可能重新活化污染物。,5、化学固定修复技术,5、化学固定修复技术,化学固定物质,有机固定剂：树皮、锯末、木质素、壳聚糖、甘 蔗渣、有机肥、谷壳、活性污泥、树叶、秸秆等无机固定剂：石灰、生石灰、磷酸盐、羟磷灰石、磷矿石、粉煤灰、炉渣、蒙脱石、矾土、铁矾 石等有机-无机固定剂：城市固废、污水污泥、活性 土、泥炭等,谢谢！,