地下水污染修复.pptx

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1、1第1页/共85页2治理不同污染介质的技术类型治理不同污染介质的技术类型 第2页/共85页3添加氧化添加氧化/还原剂后潜在的地球化学变化还原剂后潜在的地球化学变化 第3页/共85页4第4页/共85页5第5页/共85页6第6页/共85页7第7页/共85页8第8页/共85页9第9页/共85页10第10页/共85页11第11页/共85页12第12页/共85页13第13页/共85页14马兰黄土马兰黄土离石黄土离石黄土第14页/共85页15第15页/共85页16第16页/共85页1717 监测条件下的自然衰减法（MNA,Monitored Natural Attenuation）美国EPA的定义 l依赖

2、自然衰减作用，在同其他更有效的方法所用时间相比属合理的时间限定内，使特定地点达到修复目的 l包括污染物的生物降解、扩散、稀释、吸附、挥发、及化学或生物固定、转化或破坏等 l这些作用在无人为干扰的可行条件下，能够降低土壤和地下水中的污染物的数量、毒性、迁移性、体积或浓度第17页/共85页18第18页/共85页192010-11-3019 监测条件下的自然衰减法优点 l污染物最终能被转化成无毒的副产物 l无须人为介入 l不会涉及到废物的重新产生或迁移 l费用低 l克服机械化修复设施所带来的局限第19页/共85页2020 监测条件下的自然衰减法局限性 l时间很长 l进行长期监测并负担相关费用，实施机

3、构负责 l受当地水文地质条件的自然变化及人为因素的影响 l有利的水文和地球化学条件可能随着时间而发生变化，从而导致曾经稳定化了的污染物重新发生运移，对修复成果产生负面的影响 l含水层的各向异性可能使场地特征复杂化 l生物降解的中间产物可能会比原来的化合物更毒第20页/共85页2121 主要的自然衰减作用非降解性作用 l仅引起污染物的浓度降低，而系统中的污染物总量并未改变的那些作用过程，包括水动力学弥散（机械弥散和扩散）、吸附、稀释和挥发等 降解性作用 l包括生物降解和非生物降解作用 l生物降解对污染物的降解起主导作用，取决于污染物的类型及电子供体或碳源的可用性第21页/共85页2222 自然衰

4、减作用的非生物过程 物理过程 l对流：驱动地表下污染物运动的主要机制 l弥散：引起纵向、横向和垂向迁移；降低溶质的浓度 l扩散：从较高浓度区域向较低浓度区域扩散 l挥发：将污染物从地下水中去除，并转移到土壤气相中 l吸附：固着在含水层介质上，将溶质从地下水中去除 l稀释：可能增加电子受体的浓度，特别是溶解氧的浓度 化学过程 l水解与脱氢卤化作用:重要的自然衰减机理 第22页/共85页232010-11-3023 水解反应取代反应 在反应中，化合物与水发生反应，卤代基被羟基（OH-）取代 RX+HOH ROH+HX 有机化合物的水解反应常常生成醇类及烯烃 化合物上的卤代基越多，水解反应发生的几率

5、就越小，反应的速率也越慢第23页/共85页242010-11-3024 脱氢卤化反应 涉及到卤代烷烃的消除反应 在反应中，卤素原子从一个碳原子上去除，紧接着邻近碳原子上的一个氢原子也去除，而生成烯烃 发生的可能性随着卤代基数量的增加而增加第24页/共85页252010-11-3025 生物过程：内在生物降解作用许多实验室和野外研究显示 l地下环境中土生的微生物能降解许多有机化合物，如汽油、煤油、柴油、航空燃料；氯代乙烯、氯代乙烷、氯代甲烷、氯苯等 lNorris（1994）指出，99%的地区存在各种各样的能降解石油类碳氢化合物的微生物群落 l地下水中，只有溶解或被吸附了的有机化合物，且对完成生

6、物降解过程有用的其它化合物（例如：溶解氧、硝酸盐等）存在时，才会发生生物降解 l在生物降解过程中，产生的中间产物可能比原始化合物更有危害性第25页/共85页2626 生物降解机制电子供体 l以相对还原态存在的化合物，包括自然有机物质、石油类碳氢化合物、低氯代乙烯、乙烷、甲烷、以及氯代苯、溶解氢等等 电子受体 l以相对氧化态存在的单质或化合物，包括溶解氧、硝酸盐、铁（III）、氢氧化物、硫酸盐、二氧化碳、以及几种氯代烃溶剂等等 微生物促发并利用电子供体/电子受体的氧化还原过程，获取能量，形成微生物群体，并降解有机物第26页/共85页272010-11-3027 生物降解类型1、有机化合物用作主要

7、的生长底物 l生物氧化反应 l生物还原反应 l发酵反应 2、共代谢第27页/共85页282010-11-3028 1、有机化合物用作生长底物 生物氧化反应 l当微生物将有机化合物用作氧化还原总反应的电子供体（主要的生长基质）时，供应生长的有机化合物就会发生微生物氧化反应 l在有氧或厌氧条件下都会发生生物氧化反应 l可溶性石油碳氢化合物（如BTEX）、DCE、氯代乙烯、氯代苯等低氧化氯代化合物，都能被用作微生物新陈代谢的电子供体第28页/共85页292010-11-3029 1、有机化合物用作生长底物 生物还原反应 l当微生物将有机化合物用作氧化还原总反应的电子受体（主要的生长基质）时，供应生长

8、的有机化合物就会发生微生物还原反应 lPCE、TCE、TCA、以及四氯化碳等氯代溶剂 l在卤呼吸作用过程中，氯代碳氢化合物被直接用作电子受体，而溶解氢则被直接用作电子供体第29页/共85页3030 1、有机化合物用作生长底物 发酵作用 l在发酵反应中，有机化合物在反应的第一步既起着电子供体、也起着电子受体的作用 l发酵过程是唯一不需要外部电子受体的反应 l通过一系列的微生物催化下的内部电子迁移过程，有机化合物被转化成了无毒的化合物 l醋酸盐、水、二氧化碳、溶解氢等第30页/共85页3131 2、协同新陈代谢 l污染物（特别是氯代溶剂）或新陈代谢的中间产物被酶或协同因子降解的过程 l而酶或协同因

9、子又正好是由有机体为了其它目的而产生的 l在某些情况下，协同新陈代谢降解可能危害生产酶或协同因子的微生物第31页/共85页32主要的自然衰减作用 第32页/共85页33主要的自然衰减作用 第33页/共85页34第34页/共85页352010-11-3035 水力学方法1、排水系统 l重力排水、浅井群井、深井 2、注地水系统 l补给水塘、注水井 3、设置低水力传导系数的屏障 可单独或联合使用构成水动力屏障系统第35页/共85页362010-11-3036 水动力屏障系统1、重力排水第36页/共85页372010-11-3037 水动力屏障系统1、重力排水第37页/共85页382010-11-30

10、38 水动力屏障系统1、重力排水 l 第38页/共85页392010-11-3039 水动力屏障系统1、重力排水 l 第39页/共85页402010-11-3040 水动力屏障系统2、抽水井 l 第40页/共85页412010-11-3041 水动力屏障系统2、抽水井 l 第41页/共85页422010-11-3042 水动力屏障系统2、抽水井 l 第42页/共85页432010-11-3043 水动力屏障系统2、抽水井 l 第43页/共85页442010-11-3044 水动力屏障系统3、抽水和注水系统 l 第44页/共85页452010-11-3045 水动力屏障系统3、抽水和注水系统 l

11、 第45页/共85页462010-11-3046 水动力学方法不足 l许多污染物在水中的溶解度相当低，极难从地下冲洗出来；l污染物通过扩散进入地下水滞留区，冲洗十分困难；l将吸附在土壤上的污染物冲洗下来是一个相当慢的过程。l由于含水介质的的差异，很难预测污染物和水运动的路径第46页/共85页47第47页/共85页48第48页/共85页49第49页/共85页50第50页/共85页5151 反应性渗透墙（PRB,Permeable Reactive Barrier）定义 l是一种原地处理技术 l将含适当反应物质的可渗墙横跨在污染物羽状流束的流径上。当被污染的水流经墙体，污染物或被去除，或被降解，污

12、染被清除后的水向下游流动第51页/共85页52Case study 1 PRB to Intercept Contaminants in landfill leachate,USAmid 1930s to 1981 municipal&industrialPRBPRB第52页/共85页5353 反应性渗透墙的设计 重点考虑：墙高：处理带的深度 墙宽：污染物与墙体填充材料的作用时间 填料：降解污染物的有效性、渗透性、可再生性、成本等 成本核算第53页/共85页5454 连续反应墙的局限性 l由于替换成本过高，反应墙难以被移走 l通过阶段性添加营养物或对地球化学条件进行改性等手段进行有效维护对于连

13、续反应墙来说是不可能的或在实践上是行不通的第54页/共85页5555 漏斗-门系统：反应性渗透墙与防渗墙技术的结合 漏斗-门系统 lMcMurtry和Cherry（1994）l用墙的防渗部分将地下水引至由反应物组成的相对狭窄的区域 l防渗部分可通过泥浆墙和可密封的板桩等几种途径构成 l反应部分“门”可以具有不同的几何形状和维度，门可以含有多个处理区，每个区处理特定的污染物第55页/共85页5656 第56页/共85页5757 漏斗-门系统设计考虑的主要因素 l被污染的水在反应物中的滞留时间 地下水达到目标浓度需要经过的滞留时间 天然地下水的流速 l漏斗与门的宽度比l地下水流经门的速度l地下水在

14、反应区内流动的距离l地下水适当的滞留时间第57页/共85页582010-11-3058 填料：反应物（1）控制无机污染物的化学屏障 l通过氧化还原反应来去除电化学性质活跃的物质，零价铁；l通过添加剂（pH）使一些污染物沉淀，碎石灰；l通过激发生化过程来去除污染物，有机物脱氮第58页/共85页592010-11-3059 填料：反应物（2）有机污染物的生物降解 lKao和Bordon(1992)进行了土柱实验，用双层反应性渗透墙来去除地下水中的BTEX（苯系物；苯、甲苯、乙苯、二甲苯；二甲苯）l装置：墙上端水流经过由充满营养物质（N和P）的混凝土泥砖组成，下面是一层泥炭 l原理：当被污染的水流经

15、泥砖时，营养物质被释放，引发脱氮作用来降解BTEX。泥炭被作为介质来吸附流经泥砖层的低浓度BTEX 第59页/共85页602010-11-3060 填料：反应物（3）机污染物的非生物降解 l加拿大Robert Gillham教授的课题组近年来的杰出贡献，使得利用零价金属来提高卤化的有机污染物的非生物降解速率成为现实 第60页/共85页612010-11-3061 借助于数值模型设计第61页/共85页622010-11-3062 借助于数值模型设计第62页/共85页632010-11-3063 借助于数值模型设计第63页/共85页642010-11-3064 借助于数值模型设计第64页/共85页

16、652010-11-3065 借助于数值模型设计第65页/共85页662010-11-3066 借助于数值模型设计第66页/共85页672010-11-3067 施工 l将地沟挖掘到适当深度，用反应物回填 l如挖掘深度远低于地下水位，地沟的墙会坍塌，为此，使用可密封的板桩来支护墙 l主要缺点 如果地沟经过被污染的地区，被挖掘出的物质可能需要转移至有害废物处置场第67页/共85页68Layout of Full-Scale PRB第68页/共85页69Trench Excavation第69页/共85页70Mixing Iron&Sand第70页/共85页71Backfilling Trench

17、第71页/共85页72防渗墙防渗墙第72页/共85页73安装 反应器现场监测第73页/共85页7474 如何选择修复方法1、时间 lMNAPRBPAT 2、成本 lPATPRBMNA Regulatory threshold调节阈值distance of GW flowTimeContaminant risk/load污染物染物风险/负荷荷MNA only (low cost)PRB(intermediate cost)SR(high cost)Combined(intermediate cost)第74页/共85页752010-11-3075 生物修复法：植物&微生物运用植物和与之相关的微生

18、物来原位处理受到污染的水与土壤，它是能够有效、便宜清除多种有机和无机废物的新技术 从本质上而言，植物修复法是运用人类的主动性，来提高自然区的自然衰减，它是介于工程方法和自然衰减之间的一种方法第75页/共85页7676 植物修复法的机制降解 转移 固定（可容性）第76页/共85页7777 1、污染物的降解植物通过呼吸作用提供了更多的氧气进入土壤，加快了土壤中细菌的活性，同时，通过他们的根系来为土壤的细菌提供营养，使细菌更有效的降解污染物。在植物生长过程中产生酶，污染物在酶的作用下能被分解成单分子的物质（如H2O、CO2、乙醇及其它），这些物质够进入到植的机体内，甚至能促进植物的生长。第77页/共

19、85页782010-11-3078 2、污染物的转移把污染区的污染物质通过植物的作用转移到别的地方，使该区的污染不再那么严重 有些植物可吸收土壤或地下水中单分子污染物，污染物质被保存在植物的体内，随着污染物质的富集，便会引起植物的中毒现象。此时，可通过收获这些植物，通过燃烧或别的方法来从植物体内分解出这些物质 第78页/共85页7979 3、对污染物的可容性 利用植物及一些添加物质使环境中的金属流动性降低，生物可利用性下降，使金属对生物的毒性降低 Cunningham等研究了植物对环境中土壤铅的固定，发现一些植物可降低Pb的生物可利用性，缓解Pb对环境中生物的毒害作用第79页/共85页80第80页/共85页812010-11-1181 植物的选择标准易适应土壤和污染场所的条件 易于生长和供养 生长迅速且纤维根系发达 能够为土壤提供良好的覆盖效果，为防止土壤被风或水的侵蚀 较低的维护费用 适于家畜食用或作为野生动物的草料 美学的价值第81页/共85页82第82页/共85页83第83页/共85页84谢谢！谢谢！第84页/共85页85感谢您的观看！第85页/共85页