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,如沙地、沙砾

2、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，纯化的 清洗液就

3、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全填埋 异位化学淋洗要把污染土壤挖掘出来放在容

4、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淋洗技术 异位土壤淋洗技术装备应该是可运输、搭建

5、、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PAHs、PCBs、石油烃、氯代烃、农药等有机 污染土

6、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： 连二亚硫酸钠 亚硫酸氢钠 硫酸亚铁二价铁 零价铁常见氧

7、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、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、

8、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

9、。 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

10、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

11、，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

12、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

13、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

14、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pH、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

15、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 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

16、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！