地下水水环境修复.ppt

水污染生态修复技术水污染生态修复技术 地下水地下水按地下水的贮存埋藏条件分类按地下水的贮存埋藏条件分类1.1.包气带水包气带水结合水（分吸湿水、薄膜水）结合水（分吸湿水、薄膜水）毛管水（分毛管悬着水与毛管上升水）毛管水（分毛管悬着水与毛管上升水）重力水（分上层滞水与渗透重力水）重力水（分上层滞水与渗透重力水）2.2.饱水带水饱水带水潜水潜水承压水（分自流溢水与非自流溢水）承压水（分自流溢水与非自流溢水）主要内容：地下水污染修复主要内容：地下水污染修复l第一节第一节地下水环境生态修复技术地下水环境生态修复技术l第二节第二节 地下水常见污染及修复技术地下水常见污染及修复技术l第三节第三节 污染地下水的空气吹脱修复技术污染地下水的空气吹脱修复技术第一节第一节地下水环境生态修复技术地下水环境生态修复技术l原位修复原位修复l异位修复异位修复1.1地下水原位修复技术地下水原位修复技术l原位？原位？是在基本不破坏土壤和地下是在基本不破坏土壤和地下水自然环境的条件下，将受污染的地下水水自然环境的条件下，将受污染的地下水原位进行修复。原位进行修复。可分为：可分为：原位工程修复原位工程修复原位自然修复原位自然修复原位工程修复原位工程修复u工艺类型工艺类型u原位工程修复设计原位工程修复设计u典型原位工程修复系统典型原位工程修复系统一、工艺类型一、工艺类型l包气带包气带(Vadosezone)：位于：位于地球地球表面以下、表面以下、潜水面以上的潜水面以上的地质地质介质。介质。l包气带污染修复常采用生物曝气法。包气带污染修复常采用生物曝气法。包气带包气带(Vadosezone)的示意图。的示意图。l潜水层和承压层水污染修复潜水层和承压层水污染修复：一种工艺：一种工艺是向地下水层钻井注入空气，提供氧气，是向地下水层钻井注入空气，提供氧气，l同时利用回收井，抽取地下水，进行循环；同时利用回收井，抽取地下水，进行循环；l通过渗透，提供微生物需要的各种营养通过渗透，提供微生物需要的各种营养。一、工艺类型一、工艺类型氧气氧气氧气氧气l潜水层和承压层水污染修复潜水层和承压层水污染修复：第二种工：第二种工艺，是利用曝气井和抽提井组合，在注入艺，是利用曝气井和抽提井组合，在注入空气的同时空气的同时,l在另一侧，抽提蒸气和空气，加快循环。在另一侧，抽提蒸气和空气，加快循环。一、工艺类型一、工艺类型蒸汽蒸汽空气空气空气空气空气空气一、工艺类型一、工艺类型l潜水层和承压层水污染修复潜水层和承压层水污染修复：第三种方：第三种方法是使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞污法是使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞污染物在地下水中的进一步迁移，染物在地下水中的进一步迁移，l该方法在一些受有毒有害污染物污染的地点该方法在一些受有毒有害污染物污染的地点已取得成功的经验。已取得成功的经验。可渗透反应墙可渗透反应墙(Permeablereactivebarrier,PRB)lPRB主要由透水反应介质组成主要由透水反应介质组成,通常置于地通常置于地下水污染羽状体下游下水污染羽状体下游,与地下水流垂直。与地下水流垂直。l污染物去除机理包括生物和非生物两种污染物去除机理包括生物和非生物两种,污污染地下水在自身水力梯度作用下通过染地下水在自身水力梯度作用下通过PRB时时,产生沉淀、产生沉淀、吸附、吸附、氧化还原和生物降解氧化还原和生物降解反应反应,使水中污染物得到去除。使水中污染物得到去除。多个原位反应器连接方式：串联并联有效性经济性安全性添加介质的种类：添加介质的种类：PRB技术应用实例技术应用实例三氯三氯乙烯乙烯PRB技术应用实例技术应用实例PRB技术应用实例技术应用实例二、原位工程修复设计二、原位工程修复设计设计的主要内容：设计的主要内容：l将电子受体、微生物营养和活性微生将电子受体、微生物营养和活性微生物有效输送至受污染的目标区域。物有效输送至受污染的目标区域。确定设计目标确定设计目标：l对已知的材料包括现场地质和水力数对已知的材料包括现场地质和水力数据、污染评价报告、现场可行性研究据、污染评价报告、现场可行性研究结果和修复的要求进行仔细分析；结果和修复的要求进行仔细分析；l确定修复工程需要达到的具体目标。确定修复工程需要达到的具体目标。二、原位工程修复设计二、原位工程修复设计确定修复工艺和参数确定修复工艺和参数：l根据具体情况合理选择修复工艺；根据具体情况合理选择修复工艺；l确定了生物修复工艺，即可选择相应的工艺确定了生物修复工艺，即可选择相应的工艺参数。参数。l生物修复需要进行的时间可以根据总的需氧生物修复需要进行的时间可以根据总的需氧量和氧的输送速率来量和氧的输送速率来“粗略的估算粗略的估算”。二、原位工程修复设计二、原位工程修复设计主要设计步骤如下主要设计步骤如下：l确定是否需要向修复区域输送微生物营养；确定是否需要向修复区域输送微生物营养；l预料修复过程中可能出现的化学和微生物预料修复过程中可能出现的化学和微生物学方面的变化，设计对应的措施；学方面的变化，设计对应的措施；l设计输送系统；设计输送系统；l执行长期监测计划。执行长期监测计划。二、原位工程修复设计二、原位工程修复设计三、典型原位工程修复系统三、典型原位工程修复系统典型原位修复系统包括典型原位修复系统包括l地下水回收井、地下水回收井、l地面处理单元、地面处理单元、l营养添加单元、营养添加单元、l电子受体添加单元、电子受体添加单元、l回注地下受污染区域等，如图所示。回注地下受污染区域等，如图所示。143562提高修复效率的措施提高修复效率的措施l可以采用纯氧代替空气或者过氧化氢，可以采用纯氧代替空气或者过氧化氢，提高提高DO的浓度。的浓度。l也可以采用硝酸盐代替氧和过氧化氢作为也可以采用硝酸盐代替氧和过氧化氢作为电子受体。电子受体。l可以注入甲烷，提高甲烷细菌的活性。可以注入甲烷，提高甲烷细菌的活性。l采用厌氧、好氧和共代谢组合的方法。采用厌氧、好氧和共代谢组合的方法。设计中需要注意的问题：设计中需要注意的问题：l最佳氧化还原条件的创造和维护，最最佳氧化还原条件的创造和维护，最佳地质条件如佳地质条件如pH值、值、DO和温度等；和温度等；l有效投加方式；有效投加方式；l微生物和营养物质等在水平和垂直方微生物和营养物质等在水平和垂直方向的传递和分布。向的传递和分布。l总之，总之，投加投加、传质传质和和混合混合是原位修复是原位修复技术成功的关键环节。技术成功的关键环节。1.1.2原位自然修复原位自然修复l原位自然生物修复是利用土壤和地下水原本原位自然生物修复是利用土壤和地下水原本就存在的自然野生微生物降解土壤和地下就存在的自然野生微生物降解土壤和地下水中污染物。水中污染物。一、自然生物修复反应参数一、自然生物修复反应参数l自然生物修复的能力可以根据现场的一些参自然生物修复的能力可以根据现场的一些参数进行估计，数进行估计，l以苯污染修复为例，主要的生物反应和相应以苯污染修复为例，主要的生物反应和相应的参数详细列如下。的参数详细列如下。l（一）好氧生物氧化（一）好氧生物氧化7.5O2C6H66CO23H2Ol质量比质量比:O2:C6H6=3.1:1l每消耗每消耗1mg/L的的DO就可以降解就可以降解0.32mg/L的苯。的苯。l如果背景如果背景DO是是4.0mg/L，好氧降解的容，好氧降解的容量是量是0.3241=1.28mg/L。l(二二)反硝化反应反硝化反应6NO3-H+C6H66CO26H2O3N2l质量比：质量比：NO3-：C6H6=4.8:1l每消耗每消耗1mg/L的的NO；可以降解；可以降解0.2lmg/L的苯。的苯。l如果背景如果背景NO3是是12mg/L，则生物降解容量，则生物降解容量是是0.2112/1=2.52mg/L。二、自然生物修复评价二、自然生物修复评价l(一一)现场污染物消失速率的检测现场污染物消失速率的检测l需要建立有关受污染区域的特征和污染需要建立有关受污染区域的特征和污染物状况的数据库。物状况的数据库。l污染物的位置和来源，溶解性污染物的位置污染物的位置和来源，溶解性污染物的位置和浓度等。和浓度等。l土壤分布的地理特征，水力参数如水力学渗土壤分布的地理特征，水力参数如水力学渗流系数和水力梯度，以及地下水的生物数流系数和水力梯度，以及地下水的生物数据。据。(二二)表征生物反应指标变化趋势的调查表征生物反应指标变化趋势的调查l生物反应的趋势可以采用监测生物反应的趋势可以采用监测DO、Eh、pH、温度、电导率、碱度、温度、电导率、碱度、NO3-、SO42-、硫化物、硫化物、Fe2+、CO2、CH4和和Cl-，以及，以及污染本身浓度等参数。污染本身浓度等参数。(二二)表征生物反应指标变化趋势的调查表征生物反应指标变化趋势的调查l根据数据，勾画出相应的变化曲线就可以清根据数据，勾画出相应的变化曲线就可以清晰地确定生物修复的进程。晰地确定生物修复的进程。l在实际项目中，可以测定污染物降解一级反在实际项目中，可以测定污染物降解一级反应系数，近一步定量地确定污染物降解速应系数，近一步定量地确定污染物降解速率。率。(二二)表征生物反应指标变化趋势的调查表征生物反应指标变化趋势的调查l目前应用比较多的模则是目前应用比较多的模则是Bioplume，模，模型包括微生物的生长、衰减、传递，污染型包括微生物的生长、衰减、传递，污染物的传递和降解，电子受体如物的传递和降解，电子受体如O2、NO3-、Fe2+、SO42-和和CO2传质和消耗。传质和消耗。l但是该模型有些缺陷：不能够模拟厌氧反应，但是该模型有些缺陷：不能够模拟厌氧反应，也不能够模拟降解速度比较缓慢的生物反也不能够模拟降解速度比较缓慢的生物反应。应。(三三)微生物活性的确定微生物活性的确定l微生物的活性可以通过地下水样品的呼吸实验测微生物的活性可以通过地下水样品的呼吸实验测定，可以培养分离鉴定微生物的种类和数量。定，可以培养分离鉴定微生物的种类和数量。l可用生物降解模型模拟，常用的模型包括一级降可用生物降解模型模拟，常用的模型包括一级降解动力学模型、生物膜模型、瞬间反应模型和解动力学模型、生物膜模型、瞬间反应模型和Monod模型等。模型等。1.21.2地下水异位修复地下水异位修复l通过一定方法，将地下水中的液态污染物与通过一定方法，将地下水中的液态污染物与气态污染物抽取出来，在地面建造的处理气态污染物抽取出来，在地面建造的处理设施内进行处理净化，设施内进行处理净化，l它分为泵它分为泵-处理修复和气提修复。处理修复和气提修复。1.21.2地下水异位修复地下水异位修复u气提修复气提修复在地面上的工艺包括气提法去除挥发性在地面上的工艺包括气提法去除挥发性物质、活性炭吸附、超滤臭氧紫外线氧化或臭物质、活性炭吸附、超滤臭氧紫外线氧化或臭氧双氧水氧化、活性污泥法以及生物膜反应器氧双氧水氧化、活性污泥法以及生物膜反应器等，处理后再将水注入地层。等，处理后再将水注入地层。u但实际运行中很难将吸附在地下水层基质上的污但实际运行中很难将吸附在地下水层基质上的污染物提取出来，因此染物提取出来，因此该方法效率较低该方法效率较低。u例如，在生物膜反应器中，用沙作为固定生物膜例如，在生物膜反应器中，用沙作为固定生物膜的载体，以甲烷或天然气为初始基质，能去除高的载体，以甲烷或天然气为初始基质，能去除高于于60的多氯联苯。的多氯联苯。生物滴滤池修复污染地下水过程生物滴滤池修复污染地下水过程第二节第二节 地下水常见污染及修复技术地下水常见污染及修复技术l地下水的细菌污染及修复地下水的细菌污染及修复 l重金属污染及修复重金属污染及修复 l硝酸类氮污染及修复硝酸类氮污染及修复l地下水石油烃污染及修复地下水石油烃污染及修复 一、地下水的细菌污染及修复一、地下水的细菌污染及修复 l主要来自动物粪便，多数是消化道的细菌，如大主要来自动物粪便，多数是消化道的细菌，如大肠杆菌。肠杆菌。l近年来，随着大型废水处理厂的相继建立，大面近年来，随着大型废水处理厂的相继建立，大面积的污水灌溉和废水的次表层回注，细菌污染问积的污水灌溉和废水的次表层回注，细菌污染问题变得日趋严重。题变得日趋严重。l地下水源一旦受到细菌污染地下水源一旦受到细菌污染不能喝，不能不能喝，不能用！用！一、地下水的细菌污染及修复一、地下水的细菌污染及修复修复技术修复技术 l对于病原微生物来说对于病原微生物来说,由于病原微生物存活由于病原微生物存活期短期短,其污染往往是局部的其污染往往是局部的,因此可以在井因此可以在井中中投加消毒剂投加消毒剂,或或设一坝设一坝,坝体内设置砂、坝体内设置砂、粘土或粉砂土、含铁红土、磁铁矿砂、酸粘土或粉砂土、含铁红土、磁铁矿砂、酸性腐殖土以去除病原微生物；性腐殖土以去除病原微生物；l另外，在污水灌溉问题上要慎重考虑。另外，在污水灌溉问题上要慎重考虑。二、地下水的重金属污染及修复二、地下水的重金属污染及修复l矿产资源的开发、加工和使用过程中产生各矿产资源的开发、加工和使用过程中产生各种重金属污染物质种重金属污染物质,造成地下水环境污染造成地下水环境污染,给生态环境和人类带来不利影响。给生态环境和人类带来不利影响。l地下水由于其隐蔽性和难以恢复性地下水由于其隐蔽性和难以恢复性,切断污切断污染源后染源后,仅靠自身的自然净化需长达十年、仅靠自身的自然净化需长达十年、几十年、甚至上百年的时间。几十年、甚至上百年的时间。二、地下水的重金属污染及修复二、地下水的重金属污染及修复l修复技术修复技术l生物修复生物修复技术具有可现场进行技术具有可现场进行,投资少投资少,运运行费用低行费用低,无二次污染无二次污染,最终产物少等特最终产物少等特点点,应是地下水重金属污染修复工程的主应是地下水重金属污染修复工程的主要修复技术。要修复技术。三、地下水的硝酸类氮污染及修复三、地下水的硝酸类氮污染及修复 l由于工农业生产活动，大量氮素进入土壤，由于工农业生产活动，大量氮素进入土壤，未利用部分经微生物硝化作用，以硝态氮未利用部分经微生物硝化作用，以硝态氮的形式进入土体和地下水的形式进入土体和地下水(最主要最主要)。l浅层地下水已普遍受到氮素不同程度的污染。浅层地下水已普遍受到氮素不同程度的污染。三、地下水的硝酸类氮污染及修复三、地下水的硝酸类氮污染及修复l生物处理技术生物处理技术脱氮脱氮l生物脱氮可分为异养型脱氮法和自养型脱氮生物脱氮可分为异养型脱氮法和自养型脱氮法。法。异养型脱氮法异养型脱氮法：l在废水处理中在废水处理中,氢供体通常使用甲醇氢供体通常使用甲醇,由于其由于其毒性毒性,控制使用的场合很多。控制使用的场合很多。l地下水中的硝酸性氮的去除时地下水中的硝酸性氮的去除时,从安全性和从安全性和成本方面考虑使用乙醇和醋酸较多。成本方面考虑使用乙醇和醋酸较多。三、地下水的硝酸类氮污染及修复三、地下水的硝酸类氮污染及修复自养型脱氮法自养型脱氮法：l脱氮菌中也有能用氢气、还原态硫化合物和脱氮菌中也有能用氢气、还原态硫化合物和二氧化碳等无机物作为氢供体的自养型细二氧化碳等无机物作为氢供体的自养型细菌菌,这些都可应用于地下水硝酸氮去除。这些都可应用于地下水硝酸氮去除。l一般情况下自养型细菌增长率低一般情况下自养型细菌增长率低,增长速度增长速度慢慢,菌的增长量少菌的增长量少,剩余污泥的产生量低。剩余污泥的产生量低。三、地下水的硝酸类氮污染及修复三、地下水的硝酸类氮污染及修复l另外还有原位净化法另外还有原位净化法、处理厂净化法、处理厂净化法、离、离子交换树脂法子交换树脂法、RO(反渗透膜反渗透膜)ED(电渗析电渗析)法等。法等。四、地下水的石油烃污染及修复四、地下水的石油烃污染及修复 原位处理法原位处理法l包括原位化学氧化、土壤气抽出技术以及地包括原位化学氧化、土壤气抽出技术以及地下水曝气法。下水曝气法。四、地下水的石油烃污染及修复四、地下水的石油烃污染及修复原位化学氧化原位化学氧化（In-SituChemicalOxidation,ISCO）lISCO是近年来提出的能够有效处理土壤和地下水是近年来提出的能够有效处理土壤和地下水的一种技术。的一种技术。l目前，目前，ISCO所用的氧化剂是所用的氧化剂是ClO2和和O3。lClO2通常以气体的形式直接进入污染区，氧化其通常以气体的形式直接进入污染区，氧化其中的石油烃，在反应过程中几乎不生成致癌性的中的石油烃，在反应过程中几乎不生成致癌性的三氯甲烷和挥发性的有机氯。三氯甲烷和挥发性的有机氯。lO3以气体的形式通过注射井进入污染区，可自行以气体的形式通过注射井进入污染区，可自行分解为分解为O2，使水中的，使水中的DO含量增加，为后继微生物含量增加，为后继微生物处理提供适合的条件。处理提供适合的条件。四、地下水的石油烃污染及修复四、地下水的石油烃污染及修复土壤气抽出技术土壤气抽出技术（Soilvaporextraction，SVE）l通过抽出井把非饱和区中的含气态污染物的通过抽出井把非饱和区中的含气态污染物的土壤气抽出地层，从而达到消除污染物的土壤气抽出地层，从而达到消除污染物的目的。目的。l该法是当前有机污染物原位修复中十分有效该法是当前有机污染物原位修复中十分有效的技术之一，其去除机理主要是挥发和生的技术之一，其去除机理主要是挥发和生物降解。物降解。四、地下水的石油烃污染及修复四、地下水的石油烃污染及修复地下水曝气法地下水曝气法（AirSparging，AS）l也称为生物通气技术，是原位修复石油烃污染的也称为生物通气技术，是原位修复石油烃污染的有效技术。有效技术。l实验表明，汽油泄露污染的含水层，空气喷射实验表明，汽油泄露污染的含水层，空气喷射3天天后大部分有机物被去除。后大部分有机物被去除。lAS常与常与SVE技术联合使用（技术联合使用（AS-SVE）通过联合）通过联合作用，可以收集饱和区和非饱和区的可挥发性石作用，可以收集饱和区和非饱和区的可挥发性石油烃，而且可促进石油烃的生物降解。油烃，而且可促进石油烃的生物降解。l在某地下储油罐泄露地实施了在某地下储油罐泄露地实施了AS-SVE联合工艺，联合工艺，渗流区的渗流区的BTEX质量分数从质量分数从5*10-6降到降到1*10-6。主要包括苯、甲苯、主要包括苯、甲苯、乙苯及二甲苯乙苯及二甲苯适用适用污污染物染物特特长长抽取抽取-处处理理技技术术主要有主要有12种种污污染物染物，包括有机，包括有机氯氯化物化物，苯，苯类类化合物和重金属，适化合物和重金属，适用范用范围围广广是是处处理三理三氯氯乙乙烯烯最主要最主要的方法，且的方法，且处处理理污污染范染范围围大、大、污污染染晕晕埋藏深的埋藏深的污污染染场场地的主要方法地的主要方法可渗透反可渗透反应应墙墙技技术术适用范适用范围围相相对对小。适用于固小。适用于固态污态污染物染物,非水溶性物非水溶性物质质，重金属等无，重金属等无机化合物，有机机化合物，有机氯氯化合物、苯化合物、苯类类化合物，化合物，挥发挥发性有机性有机污污染物，除染物，除草草剂剂以及多以及多环环芳芳烃烃重金属等无机重金属等无机污污染物，染物，硝酸硝酸盐污盐污染染,非水溶性非水溶性污污染物及染物及颗颗粒物粒物空气注入修空气注入修复技复技术术有机有机氯氯化物，苯化物，苯类类化合物，化合物，挥发挥发或半或半挥发挥发有机物，多有机物，多环环芳芳烃烃及除及除草草剂剂有机有机氯氯化物，苯化物，苯类类化合化合物，物，挥发挥发或半或半挥发挥发有机有机物，多物，多环环芳芳烃烃及除草及除草剂剂生物修复技生物修复技术术能被生物降解的能被生物降解的污污染物种染物种类类不多不多,原位生物技原位生物技术术有有较较多的多的应应用用有机有机污污染物、染物、农业农业氮肥氮肥污污染染主要修复技术的比较主要修复技术的比较u进行地下水生物修复处理时，应注意调查进行地下水生物修复处理时，应注意调查该地的水力地质学参数是否允许向地上抽该地的水力地质学参数是否允许向地上抽取地下水并将处理后的地下水返注；取地下水并将处理后的地下水返注；u地下水层的深度和范围；地下水层的深度和范围；u地下水流的渗透能力和方向，同时也要确地下水流的渗透能力和方向，同时也要确定地下水的水质参数如定地下水的水质参数如pH、溶解氧、营养、溶解氧、营养物、碱度、以及水温是否适合于运用生物物、碱度、以及水温是否适合于运用生物修复技术。修复技术。具体选择哪种修复技术，要考虑以下一些因素：具体选择哪种修复技术，要考虑以下一些因素：l污染源的条件污染源的条件l工程完成后有可能造成的影响工程完成后有可能造成的影响l成本成本l工程量工程量l工程投资、工程运转与维护、监测工程投资、工程运转与维护、监测 污染源的条件对各种修复方法的限制污染源的条件对各种修复方法的限制l抽取抽取-处理技术（处理技术（P&TP&T）污染源必须封闭。污染源必须封闭。l可渗透反应墙技术可渗透反应墙技术(PRB)对当地水文地质条件要求高；对当地水文地质条件要求高；l要考虑的因素相当多，还包括渗透反应格栅要考虑的因素相当多，还包括渗透反应格栅安装的位置，格栅的大小、活性材料的选安装的位置，格栅的大小、活性材料的选择以及活性材料的渗透性等。择以及活性材料的渗透性等。污染源的条件对各种修复方法的限制污染源的条件对各种修复方法的限制l空气注入修复技术（空气注入修复技术（ASAS）受地质条件限制，不能在低渗或高粘土含量的地受地质条件限制，不能在低渗或高粘土含量的地区使用，也不能应用于承压水层的污染物治理。区使用，也不能应用于承压水层的污染物治理。l生物修复技术生物修复技术l低渗透性土壤往往不宜采用生物修复技术；低渗透性土壤往往不宜采用生物修复技术；l污染源的环境条件必须适合微生物，微生物活性污染源的环境条件必须适合微生物，微生物活性受温度、受温度、pH、溶解氧、营养物等影响。、溶解氧、营养物等影响。工程完成后有可能造成的影响工程完成后有可能造成的影响抽取抽取-处理技术（处理技术（P&TP&T）：l涉及地下水的抽提或回灌，工程量大，对修复区涉及地下水的抽提或回灌，工程量大，对修复区干扰较大，可能造成地面沉降。干扰较大，可能造成地面沉降。lP&T P&T 技术中抽出处理工程所采用的钻井等设备在技术中抽出处理工程所采用的钻井等设备在污染治理完毕以后还可以用于其他方面，如地下污染治理完毕以后还可以用于其他方面，如地下供水、人工回灌等。供水、人工回灌等。可渗透反应墙技术可渗透反应墙技术（PRBPRB）：l透性反应墙修复工程一经投入，其设施就已固定透性反应墙修复工程一经投入，其设施就已固定在地下，不可以作其他用途，造成浪费。在地下，不可以作其他用途，造成浪费。工程完成后有可能造成的影响工程完成后有可能造成的影响生物修复技术生物修复技术：l在封闭式地下水系统中，生物修复往往造成在封闭式地下水系统中，生物修复往往造成氧气量不足氧气量不足;l原地生物修复技术可能会破坏原有的微生态原地生物修复技术可能会破坏原有的微生态环境平衡。环境平衡。成本的比较成本的比较lP&T P&T AS AS PRB PRB 生物修复生物修复 发展情况与前景分析发展情况与前景分析l抽取抽取-处理技术（处理技术（P&T）应用较应用较早早,是应用最广泛、成熟程度最高的技术，在美国是应用最广泛、成熟程度最高的技术，在美国有有68%的地下水污染场地选用该技术，但由于对的地下水污染场地选用该技术，但由于对修复区干扰较大，使用有下降的趋势修复区干扰较大，使用有下降的趋势。l可渗透反应墙技术可渗透反应墙技术(PRB)有应有应用前途，但发展时间不长，技术不够成熟，处理用前途，但发展时间不长，技术不够成熟，处理的污染物种类还很有限，我国尚未使用这种技术的污染物种类还很有限，我国尚未使用这种技术进行现场污水处理。进行现场污水处理。发展情况与前景分析发展情况与前景分析l空气注入修复技术（空气注入修复技术（ASAS）近年近年来来 ,AS,AS技术已成为地下水原位处理技术的首选。技术已成为地下水原位处理技术的首选。l生物修复技术生物修复技术 欧洲各国从欧洲各国从8080年代中期年代中期开始广泛使用这一技术开始广泛使用这一技术,并取得了相当的成功。并取得了相当的成功。为了进一步提高生物修复效率，又相应的发展了为了进一步提高生物修复效率，又相应的发展了不少辅助技术。如利用计算机作为辅助工具来设不少辅助技术。如利用计算机作为辅助工具来设计最佳的修复环境计最佳的修复环境,预测微生物的生长动态和污染预测微生物的生长动态和污染物降解的动力学等。物降解的动力学等。第三节第三节 污染地下水的空气吹脱修复技术污染地下水的空气吹脱修复技术l空气吹脱空气吹脱(blow-off)是在一定的压力条件下，是在一定的压力条件下，将压缩空气注入受污染区域，将压缩空气注入受污染区域，l将溶解在地下水中的挥发性化合物、吸附在将溶解在地下水中的挥发性化合物、吸附在土壤颗粒表面上的化合物以及阻塞在土壤土壤颗粒表面上的化合物以及阻塞在土壤空隙中的化合物驱赶出来。空隙中的化合物驱赶出来。l空气吹脱包括空气吹脱包括现场注气现场注气、挥发性有机物的、挥发性有机物的挥发挥发、有机物的、有机物的好氧生物降解好氧生物降解等三个过等三个过程。程。l相比较而言，吹脱和挥发作用进行得比较相比较而言，吹脱和挥发作用进行得比较快，快，l而生物降解过程进行的比较缓慢，在比较而生物降解过程进行的比较缓慢，在比较长的时间内才显现出来。长的时间内才显现出来。第三节第三节 污染地下水的空气吹脱修复技术污染地下水的空气吹脱修复技术空气空气污染物污染物污染物污染物l原则上，选择吹脱技术时应该考虑亨利系原则上，选择吹脱技术时应该考虑亨利系数，亨利系数大于数，亨利系数大于101.325102Pam3/mol、化合物的蒸气压大于化合物的蒸气压大于66.661133.322Pa(0.51.0mmHg)时，比较时，比较容易挥发或者吹脱。容易挥发或者吹脱。l关于地质条件，影响最大的是地层土壤均关于地质条件，影响最大的是地层土壤均一性。一性。l比较密实的土层会阻断空气通道，导致空比较密实的土层会阻断空气通道，导致空气积累；高度松散的土壤也会导致空气短气积累；高度松散的土壤也会导致空气短流、吹脱不能均匀进行。流、吹脱不能均匀进行。l实际上工作过程中，空气注入到土壤地下水实际上工作过程中，空气注入到土壤地下水中后，根据不同的地层结构，或者以气泡中后，根据不同的地层结构，或者以气泡或者以气流的形式扩散。或者以气流的形式扩散。l相应地，地下水从垂直方向和水平方向向周相应地，地下水从垂直方向和水平方向向周围迁移。围迁移。l在垂直方向上，地下水水位开始上升，上升在垂直方向上，地下水水位开始上升，上升的程度从忽略不计到数米，取决于压力和的程度从忽略不计到数米，取决于压力和位置结构等各种因素。位置结构等各种因素。第三节第三节 污染地下水的空气吹脱修复技术污染地下水的空气吹脱修复技术l空气通道在地下水中的分布，大体上呈现伞空气通道在地下水中的分布，大体上呈现伞状形态。状形态。l空气流量大，气流通道的密度增加，相应地空气流量大，气流通道的密度增加，相应地接触表面积增加，增加的幅度与流量的关接触表面积增加，增加的幅度与流量的关系为系为(Q始始/Q终终)0.5。第三节第三节 污染地下水的空气吹脱修复技术污染地下水的空气吹脱修复技术l空气注入地下，能够强化地下水的混合。空气注入地下，能够强化地下水的混合。l地下水的混合机理包括：地下水的混合机理包括：机械置换；机械置换；空空气与水在通道相互作用；气与水在通道相互作用；空气流动的摩空气流动的摩擦作用；擦作用；蒸发引起的地下水流动，蒸发引起的地下水流动，对对流；流；颗粒流动等。颗粒流动等。第三节第三节 污染地下水的空气吹脱修复技术污染地下水的空气吹脱修复技术一、空气吹脱现场中试一、空气吹脱现场中试l中试实验主要的检测内容包括：中试实验主要的检测内容包括：注入空气注入空气的流量；的流量；溶解氧水平：溶解氧水平：井水水位；井水水位；空气注入压力和土壤中气体压力的变化，空气注入压力和土壤中气体压力的变化，井壁附近压力的变化；井壁附近压力的变化；土壤气体中污染土壤气体中污染物的浓度和吹脱效率，尤其应注意避免可物的浓度和吹脱效率，尤其应注意避免可能达到爆炸或者燃烧水平的高浓度；能达到爆炸或者燃烧水平的高浓度；实实验流量和压力对吹脱气体影响半径的影响，验流量和压力对吹脱气体影响半径的影响，也可以检测示踪气体的变化。也可以检测示踪气体的变化。一、空气吹脱现场中试一、空气吹脱现场中试l这些参数能够揭示吹脱技术的可行性和效果。这些参数能够揭示吹脱技术的可行性和效果。l同时，需要详细地调查现场条件，同时，需要详细地调查现场条件，l表表9-2列出了理想的技术适用条件和影响因列出了理想的技术适用条件和影响因素。素。二、空气吹脱设计二、空气吹脱设计l(一一)空气注入井布置空气注入井布置l空气注入井的位置应该包围整个污染物区域，空气注入井的位置应该包围整个污染物区域，或者在其扩散流动方向进行阻截。每一个或者在其扩散流动方向进行阻截。每一个注入井的半径范用需要通过现场实验确定。注入井的半径范用需要通过现场实验确定。l如图所示，可以设立实验井，在其周围辐射如图所示，可以设立实验井，在其周围辐射方向设立观察井。方向设立观察井。测量参数测量参数l地下水位变化。地下水位变化。l溶解氧和氧化还原电位变化。溶解氧和氧化还原电位变化。l地层中空气压力。地层中空气压力。l地下顶主压力，即在地下观测位置形成顶空，地下顶主压力，即在地下观测位置形成顶空，其平衡压力代表周围静态压力，这是一个最简单其平衡压力代表周围静态压力，这是一个最简单和可靠的参数方法。和可靠的参数方法。l有时可以采用示踪气体例如氦气或者六氟化硫，有时可以采用示踪气体例如氦气或者六氟化硫，其中六氯化硫与氧气的溶解度类似，能够更好地其中六氯化硫与氧气的溶解度类似，能够更好地指示氧气的迁移扩散情况。指示氧气的迁移扩散情况。l地层电阻的变化，可以产生三维变化图像。地层电阻的变化，可以产生三维变化图像。l监测实验区域污染彻浓度变化情况。监测实验区域污染彻浓度变化情况。(二二)空气注入的深度空气注入的深度l对于注入井的深度，原则上应该是比污染对于注入井的深度，原则上应该是比污染物所处最深处再深物所处最深处再深3060cm,但是其实际的但是其实际的深度受土壤结构等影响，一般不超过地下深度受土壤结构等影响，一般不超过地下水水位以下水水位以下916m的深度。的深度。l注入井的深度影响空气注入所需要的压力和注入井的深度影响空气注入所需要的压力和流量。流量。(三三)空气注入所需要的压力和流量空气注入所需要的压力和流量l注入空气的压力必须克服注入点地下注入空气的压力必须克服注入点地下水的静态压力和土壤毛细管的压力，才能水的静态压力和土壤毛细管的压力，才能够形成气流通道。毛细管压力与表面张力够形成气流通道。毛细管压力与表面张力和毛细管直径相关，即：和毛细管直径相关，即：Pc=2s/rl式中，式中，Pc是毛细管压力；是毛细管压力；s是空气和水是空气和水的表面张力；的表面张力；r是平均水力半径。是平均水力半径。(四四)注入方式注入方式l空气在连续注入方式下，运行比较稳定；而空气在连续注入方式下，运行比较稳定；而在间歇注入方式下，地下水位升降比较明在间歇注入方式下，地下水位升降比较明显，可以强化传质效果、从而提高空气吹显，可以强化传质效果、从而提高空气吹脱的效果。脱的效果。l但是，间歇脉冲式的操作方式也可能导致井但是，间歇脉冲式的操作方式也可能导致井周围的土壤筛选分层，使比较细的土壤沉周围的土壤筛选分层，使比较细的土壤沉积在下层，导致阻塞现象。积在下层，导致阻塞现象。(五五)注入井的构造注入井的构造l注入井的构造与深度有关。空气注入井可以注入井的构造与深度有关。空气注入井可以采用聚氯乙烯管材，进行加工而成。采用聚氯乙烯管材，进行加工而成。l注入井的直径一般为注入井的直径一般为0.31.2m。l实际上，吹脱效果与井的直径关系不大实际上，吹脱效果与井的直径关系不大,因因此井的直径以此井的直径以0.30.6m比较经济。但是，在比较经济。但是，在深度比较大时，小口径的井所需要的压力深度比较大时，小口径的井所需要的压力可能比较高。可能比较高。(六六)污染物类型和分布的影响污染物类型和分布的影响l污染物的分布受污染物挥发特性、溶解度污染物的分布受污染物挥发特性、溶解度和生物可降解性等因素的影响。和生物可降解性等因素的影响。l也受地下水流动，空气气流强化传质等因素也受地下水流动，空气气流强化传质等因素强烈的影响。需要视具体情况和工程要求强烈的影响。需要视具体情况和工程要求进行优化。进行优化。(七七)吹脱技术设备选择吹脱技术设备选择l空气压缩机或者鼓风机可根据中试对压力空气压缩机或者鼓风机可根据中试对压力的需要选择设备，一般当压力小于的需要选择设备，一般当压力小于1215Pa时，可以选鼓风机，而压力比较时，可以选鼓风机，而压力比较高时应该选择空气压缩机。高时应该选择空气压缩机。l此外，还需选择真空抽气机、管道及连接件、此外，还需选择真空抽气机、管道及连接件、空气过滤器、压力测量和控制仪表、流量空气过滤器、压力测量和控制仪表、流量计、空气干燥设备等。计、空气干燥设备等。(八八)空气吹脱技术的效率空气吹脱技术的效率l总的效率变化如图所示。总的效率变化如图所示。l空气吹脱比传统的抽取地下水进行地上处理空气吹脱比传统的抽取地下水进行地上处理的技术效率更高，经过改进如结合生物处的技术效率更高，经过改进如结合生物处理过程，能够进一步提高技术的效率。理过程，能够进一步提高技术的效率。l空气也可以循环使用，以最大限度利用氧气空气也可以循环使用，以最大限度利用氧气和最大限度地降解挥发性的污染物质。和最大限度地降解挥发性的污染物质。l利用吹脱方法可以很快地去除土壤中挥发性利用吹脱方法可以很快地去除土壤中挥发性比较强的有机污染物，而生物降解过程比比较强的有机污染物，而生物降解过程比较缓慢，但是其去除的主要是挥发性比较较缓慢，但是其去除的主要是挥发性比较差的有机污染物。差的有机污染物。本章小结本章小结l地下水环境生态修复技术？地下水环境生态修复技术？l地下水常见污染及修复技术？地下水常见污染及修复技术？l污染地下水的空气吹脱修复技术？污染地下水的空气吹脱修复技术？地下水污染修复地下水污染修复原位修复原位修复异位修复异位修复工程修复工程修复自然修复自然修复工艺类型工艺类型修复设计修复设计典型修复系统典型修复系统生物曝气生物曝气循环地下水修复循环地下水修复曝气曝气-抽提抽提主要内容主要内容目标目标工艺和参数工艺和参数设计步骤设计步骤反应参数反应参数评价评价泵泵-处理修复处理修复气提修复气提修复效率较低效率较低物理阻拦物理阻拦常见污染及修复技术常见污染及修复技术细菌污染及修复细菌污染及修复重金属污染及修复重金属污染及修复氮污染及修复氮污染及修复石油烃污染及修复石油烃污染及修复消毒剂等消毒剂等生物修复生物修复生物脱氮生物脱氮自养脱氮自养脱氮异养脱氮异养脱氮原位化学氧化原位化学氧化土壤气抽出技术土壤气抽出技术地下水曝气地下水曝气空气吹脱修复技术空气吹脱修复技术现场中试现场中试设计设计吹脱、挥发和生物降解吹脱、挥发和生物降解空气注入井布置空气注入井布置空气注入深度空气注入深度空气注入所需压力和流量空气注入所需压力和流量注入方式注入方式注入井构造注入井构造污染物类型和分布的影响污染物类型和分布的影响吹脱设备选择吹脱设备选择吹脱效率吹脱效率