浙江大學(xué)《污染環(huán)境的物理修復(fù)》化學(xué)修復(fù)教學(xué)文案

污染環(huán)境的化學(xué)(huàxué)修復(fù)第一頁，共41頁。污染化學(xué)(huàxué)修復(fù)污染化學(xué)修復(fù)是指在污染環(huán)境中加入化學(xué)修復(fù)劑，與土壤或水體中的污染物發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，從而使污染物得以降解、洗脫、解毒等?；瘜W(xué)淋洗技術(shù)溶劑浸提(jìntí)技術(shù)化學(xué)氧化/還原技術(shù)可滲透反應(yīng)墻技術(shù)化學(xué)固定技術(shù)等第二頁，共41頁。借助能促進環(huán)境中污染物溶解或遷移作用的溶劑(róngjì)，通過水力壓頭推動清洗液，將其注入到被污染土層中（原位），或者將污染土壤挖掘出來，通過機械攪拌將淋洗液與土壤混合（異位），然后再把包含有污染物的液體從土層或攪拌器中抽提出來，進行分離和污水處理的技術(shù)。1、化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)1、化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)第三頁，共41頁?；瘜W(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)應(yīng)用條件土壤類型：多孔隙、易滲透，水傳導(dǎo)系數(shù)大于10-3cm/s, 如沙地、沙礫土壤、沖積土和濱海(bīnhǎi)土淋洗液類型：水、酸、堿洗潔劑、絡(luò)合劑、表面活性劑等污染物類型(lèixíng)：重金屬、氫化物、放射性物質(zhì)、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、烴類物質(zhì)等。第四頁，共41頁。1.1 原位化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)淋洗液注入(zhùrù)系統(tǒng)淋洗液處理(chǔlǐ)系統(tǒng)淋洗液收集系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成第五頁，共41頁。清洗液投加系統(tǒng)：根據(jù)污染物在土壤中的深淺位置，采用漫灌、挖掘或溝渠和噴淋等方式向土壤投加清洗液。淋出液收集系統(tǒng)：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。淋出液處理系統(tǒng)： 對污染土壤淋出液的處理，如石油和輕蒸餾產(chǎn)物可采用空氣浮選法；羥基類化合物可采用生物手段處理；重金屬可利用化學(xué)沉淀或離子交換。淋出液再生系統(tǒng)：如果(rúguǒ)系統(tǒng)包括淋出液再生設(shè)備，純化的清洗液就可以再次注入清洗液投加系統(tǒng)而得以循環(huán)利用。原位化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)原位化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)第六頁，共41頁。原位化學(xué)淋洗具有長效性、易操作性、高滲透性等優(yōu)點, 并且適合治理的污染物范圍很廣；重金屬、具有低辛烷/水分配系數(shù)的有機化合物、羥基類化合物等比較適合采用這項技術(shù)；最適用于多孔隙(kǒngxì)、易滲透的土壤，水傳導(dǎo)系數(shù)>10‐3cm/s的土壤；不適用于非水溶態(tài)液態(tài)污染物、呋喃類化合物、極易揮發(fā)的有機物等。原位化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)原位化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)第七頁，共41頁。原位化學(xué)(huàxué)淋洗修復(fù)現(xiàn)場地下水抽提處理(chǔlǐ)站原位化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)原位化學(xué)淋洗技術(shù)第八頁，共41頁。1.2 異位化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)污染(wūrǎn)土壤挖掘(wājué)篩分淋洗廢水干凈土壤廢水處理污泥中轉(zhuǎn)配藥站安全填埋第九頁，共41頁。異位化學(xué)淋洗要把污染土壤挖掘出來放在容器中，用溶于水的化學(xué)試劑清洗、去除污染物，再處理含污染物廢水，潔凈土壤可回填或運到其他地點。先將土壤其分成不同部分(石塊、砂礫、沙、細沙以及粘粒)，再基于二次利用用途和處理需求，清潔到不同程度。土壤清洗操作的核心(héxīn)是通過水力學(xué)方式機械地懸浮或攪動土壤顆粒異位化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)異位化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)第十頁，共41頁。異位淋洗技術(shù)適用于重金屬、放射性元素、石油烴、易揮發(fā)有機物、多環(huán)芳烴等各種類型污染物治理。異位淋洗技術(shù)適合用于污染物集中于大粒級土壤上的情況，砂礫、沙和細沙中污染物容易處理(chǔlǐ)，含有5%~30%粘粒的土壤不建議采用這項技術(shù)。異位(yìwèi)化學(xué)淋洗技術(shù)異位化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)第十一頁，共41頁。異位土壤淋洗技術(shù)裝備應(yīng)該是可運輸、搭建、撤卸、改裝。一般采用(cǎiyòng)單元操作系統(tǒng)，包括礦石篩、離心裝置、摩擦反應(yīng)器、環(huán)繞分離器、過濾壓榨機、懸浮生物泥漿反應(yīng)器等車載式固定式異位(yìwèi)化學(xué)淋洗技術(shù)異位化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)第十二頁，共41頁。化學(xué)(huàxué)淋洗技術(shù)的優(yōu)缺點優(yōu)點：適用于高濃度重金屬、有機(yǒujī)污染物去除，快速、高效率。缺點：費用相對較高，二次污染難控制，可能改變土壤基本理化性質(zhì)；應(yīng)用受土壤性質(zhì)限制第十三頁，共41頁。溶劑浸提技術(shù)是一種利用溶劑將有害化學(xué)物質(zhì)從污染土壤中提取出來或去除的技術(shù)。利用批量平衡法將污染土壤挖掘出來并放置在一系列提取箱內(nèi)，溶劑與污染物進行化學(xué)反應(yīng)。溶劑類型依賴于污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和土壤特性。適用于修復(fù)PAHs、PCBs、石油烴、氯代烴、農(nóng)藥等有機污染土壤。濕度(shīdù)>20%的土壤要先風(fēng)干，避免水分稀釋提取液而降低提取效率；粘粒含量高于5%的土壤建議不采用這項技術(shù)。2. 溶劑(róngjì)浸提技術(shù)2. 溶劑(róngjì)浸提技術(shù)第十四頁，共41頁。溶劑浸提(jìntí)技術(shù)溶劑(róngjì)浸提罐——中試裝置施工現(xiàn)場溶劑萃取工藝(gōngyì)工藝特點：類似于化學(xué)淋洗，有機溶劑經(jīng)過浸提箱后，隨萃取的污染物一起處理，達到污染物去除的目的第十五頁，共41頁。溶劑(róngjì)浸提技術(shù)的優(yōu)缺點優(yōu)點：適用于有機污染物去除(qùchú)，費用較低，效率高。缺點：溶劑殘留易造成二次污染第十六頁，共41頁?；瘜W(xué)(huàxué)氧化石油烴多環(huán)芳烴酚類含氯有機溶劑BTEXMTBE農(nóng)藥等化學(xué)(huàxué)還原氯代有機物等重金屬類（如六價鉻）無毒或相對(xiāngduì)毒性較小的物質(zhì)。常見還原劑：連二亞硫酸鈉亞硫酸氫鈉硫酸亞鐵二價鐵零價鐵常見氧化劑：高錳酸鹽過氧化氫芬頓試劑過硫酸鹽臭氧氧化還原作用不適用于重金屬污染土壤修復(fù)，對于吸附性強、水溶性差的有機污染物應(yīng)考慮必要的增溶、脫附方式不適用于石油烴污染物的處理。污染土壤3、化學(xué)氧化/還原技術(shù)3、化學(xué)氧化/還原技術(shù)第十七頁，共41頁。原理：通過(tōngguò)向土壤或地下水的污染區(qū)域注入氧化劑或還原劑，通過(tōngguò)氧化或還原作用，使土壤或地下水中的污染物轉(zhuǎn)化為無毒或相對毒性較小的物質(zhì)。氧化劑/還原劑氣體(qìtǐ)收集注入泵化學(xué)氧化-還原(huányuán)技術(shù)工藝設(shè)備3.1 原位化學(xué)氧化/還原技術(shù)3.1 原位化學(xué)氧化/還原技術(shù)第十八頁，共41頁。氧化劑：K2MnO4、H2O2、O3、Fenton試劑、過硫酸鹽等。應(yīng)用：主要用來修復(fù)油類、有機溶劑、多環(huán)芳烴、農(nóng)藥及非水溶態(tài)氯化物等污染的土壤。優(yōu)點：對污染物起到降解脫毒效果,而且(érqiě)通過反應(yīng)產(chǎn)生的熱量揮發(fā)污染物，通過地表氣體收集系統(tǒng)進行集中處理。缺點:加入氧化劑后可能生成有毒副產(chǎn)物,使土壤生物量減少或影響重金屬存在形態(tài)。原位化學(xué)(huàxué)氧化技術(shù)第十九頁，共41頁。原位化學(xué)(huàxué)還原技術(shù)還原劑：SO2、H2S和Fe0膠體等。應(yīng)用：修復(fù)地下水中對還原作用敏感的污染物，如鈾、鉻酸鹽、氯代試劑等。原位化學(xué)還原技術(shù)需要構(gòu)建可滲透反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)常設(shè)在污染土壤下方(xiàfānɡ)或污染源附近含水土層中。第二十頁，共41頁。SO2還原(huányuán)修復(fù)：使土壤Fe3+還原(huányuán)成Fe2+，由Fe2+還原(huányuán)污染物，通常將SO2溶解在堿性溶液中，以碳酸鹽和重碳酸鹽做緩沖溶液注入污染土壤。H2S還原(huányuán)修復(fù)：H2S氣體通過井注射法注入污染土壤中部，抽提井建造在其外圍，控制氣流狀態(tài)。Fe0還原(huányuán)修復(fù)：可以通過井注射，也可以放置在污染物流經(jīng)的路線上，或者直接向天然含水土層中注射微米甚至納米Fe0膠體。第二十一頁，共41頁。系統(tǒng)構(gòu)成及主要(zhǔyào)設(shè)備系統(tǒng)(xìtǒng)構(gòu)成藥劑制備/儲存(chǔcún)系統(tǒng)藥劑注入井（孔）藥劑注入系統(tǒng)（注入和攪拌）監(jiān)測系統(tǒng)藥劑儲存罐藥劑注入泵藥劑混合設(shè)備藥劑流量計壓力表監(jiān)測井原位化學(xué)氧化/還原技術(shù)原位化學(xué)氧化/還原技術(shù)第二十二頁，共41頁。關(guān)鍵(guānjiàn)技術(shù)參數(shù)①藥劑投加量：由污染物藥劑消耗量、土壤藥劑消耗量、還原性金屬的藥劑消耗量等決定。由于反應(yīng)產(chǎn)熱導(dǎo)致污染物揮發(fā)，需控制藥劑注入速率(sùlǜ)，避免發(fā)生過熱現(xiàn)象。② 污染物類型和質(zhì)量：不同藥劑適用的污染物類型不同。如果存在非水相液體（NAPL），反應(yīng)會限制在氧化劑溶液/非水相液體（NAPL）界面處。如果LNAPL（輕質(zhì)非水相液體）層過厚則不適合利用該技術(shù)。第二十三頁，共41頁。③土壤均一性：非均質(zhì)土壤中易形成快速通道，使注入的藥劑難以接觸到全部處理區(qū)域，因此均質(zhì)土壤更有利于藥劑的均勻分布。④ 土壤滲透性：高滲透性土壤有利于藥劑的均勻分布，更適合使用原位化學(xué)氧化/還原技術(shù)(jìshù)。由于藥劑難以穿透低滲透性土壤，可能會導(dǎo)致污染物濃度反彈，可采用長效藥劑（如高錳酸鹽、過硫酸鹽）來減輕這種反彈。第二十四頁，共41頁。⑤ 地下水水位：該技術(shù)通常需要一定的壓力以進行藥劑注入，若地下水位過低，則系統(tǒng)很難達到所需的壓力。但當?shù)孛嬗蟹馍w時，即使地下水位較低也可以進行藥劑投加。⑥ pH和緩沖容量：pH和緩沖容量會影響藥劑活性，藥劑在適宜pH才能發(fā)揮最佳的化學(xué)反應(yīng)效果。有時需投加酸以改變pH條件，但可能會導(dǎo)致土壤(tǔrǎng)中原有的重金屬溶出。⑦ 地下基礎(chǔ)設(shè)施：若存在地下基礎(chǔ)設(shè)施（如電纜、管道等），則需謹慎使用該技術(shù)。第二十五頁，共41頁。修復(fù)(xiūfù)應(yīng)用情況原位化學(xué)氧化(yǎnghuà)/還原技術(shù)應(yīng)用案例第二十六頁，共41頁。修復(fù)(xiūfù)系統(tǒng)土壤(tǔrǎng)預(yù)處理系統(tǒng)藥劑(yàojì)混合系統(tǒng)防滲系統(tǒng)破碎、篩分、添加土壤改良劑等將污染土壤與藥劑進行充分混合攪拌反應(yīng)池或是具有抗?jié)B能力的反應(yīng)場破碎篩分鏟斗推土機挖掘機行走式土壤改良機系統(tǒng)構(gòu)成及主要設(shè)備3.2 異位化學(xué)氧化/還原技術(shù)3.2 異位化學(xué)氧化/還原技術(shù)第二十七頁，共41頁。關(guān)鍵(guānjiàn)技術(shù)參數(shù)① 還原性物質(zhì)總量：考慮土壤中還原性污染物濃度及活性還原性物質(zhì)總量的本底值② 藥劑投加比：根據(jù)修復(fù)藥劑與目標污染物反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式計算理論藥劑投加比③ Eh：一般-100mV以下，可通過(tōngguò)補充投加藥劑、改變土壤含水率、改變土壤與空氣接觸面積等方式進行調(diào)節(jié)。④ pH：一般pH范圍4.0~9.0。常用調(diào)節(jié)方法如加入硫酸亞鐵、硫磺粉、熟石灰、草木灰及緩沖鹽類等。⑤ 含水率：控制在土壤飽和持水能力的90%以上第二十八頁，共41頁。修復(fù)(xiūfù)應(yīng)用情況異位化學(xué)氧化/還原技術(shù)國外應(yīng)用(yìngyòng)案例第二十九頁，共41頁?；瘜W(xué)(huàxué)氧化/還原技術(shù)的優(yōu)缺點優(yōu)點：適用于有機物和可還原重金屬修復(fù)，費用較低，快速缺點(quēdiǎn)：二次污染控制，有毒副產(chǎn)物、污染地下水第三十頁，共41頁。吸附氧化還原(huányuán)沉淀反應(yīng)污染區(qū)清潔區(qū)可滲透反應(yīng)(fǎnyìng)墻技術(shù)隔水層原理：在地下安裝透水的活性材料墻體攔截污染物羽狀體，當污染羽狀體通過反應(yīng)墻時，污染物在可滲透反應(yīng)墻內(nèi)發(fā)生沉淀、吸附、氧化還原、生物降解(shēnɡwùjiànɡjiě)等作用得以去除或轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)地下水凈化的目的。4、可滲透反應(yīng)墻技術(shù)PermeableReactive

Barrier（PRB）4、可滲透反應(yīng)墻技術(shù)PermeableReactive

Barrier（PRB）第三十一頁，共41頁?？商幚淼奈廴疚镱愋停禾細浠衔铮ㄈ鏐TEX（苯、甲苯、乙苯、二甲苯）、石油烴）、氯代脂肪烴、氯代芳香烴、金屬、非金屬、硝酸鹽、硫酸鹽、放射性物質(zhì)等。應(yīng)用(yìngyòng)限制條件：不適用于承壓含水層，不宜用于含水層深度超過10m的非承壓含水層，對反應(yīng)墻中沉淀和反應(yīng)介質(zhì)的更換、維護、監(jiān)測要求較高。第三十二頁，共41頁。PRB主要(zhǔyào)設(shè)備溝槽構(gòu)建(ɡòujiàn)設(shè)備雙輪槽機、鏈式挖掘機等阻隔幕墻(mùqiánɡ)構(gòu)建設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)氫氣、氧化還原電位、pH、水文地質(zhì)情況、污染物、反應(yīng)墻滲透性能的變幅和變化情況等在線監(jiān)測系統(tǒng)大型螺旋鉆、打樁機等系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備可滲透反應(yīng)墻PRB的結(jié)構(gòu)類型P隔溝化還原電位阻pH、、式反打第三十三頁，共41頁。關(guān)鍵(guānjiàn)技術(shù)參數(shù)或指標① PRB安裝位置的選擇：圈定污染區(qū)域，其范圍應(yīng)大于污染物羽流，建立污染物三維空間模型和建立污染物濃度分布圖。通過現(xiàn)場水文地質(zhì)勘察繪出地下水流場，了解(liǎojiě)地下水大體流向。根據(jù)地下水動力學(xué)確定污染物遷移擴散方式和范圍，在污染物可能擴散圈的前端劃定PRB的安裝位置。第三十四頁，共41頁。關(guān)鍵(guānjiàn)技術(shù)參數(shù)或指標② PRB結(jié)構(gòu)的選擇：承壓層采用(cǎiyòng)灌注處理式PRB；淺層潛水可采用(cǎiyòng)的PRB形式多種多樣。高成本反應(yīng)材料可采用(cǎiyòng)漏斗-導(dǎo)水門式結(jié)構(gòu)；便宜反應(yīng)原料用連續(xù)式滲透反應(yīng)墻。③PRB的規(guī)模：PRB底端嵌入不透水層至少0.60m，PRB頂端需高于地下水最高水位；PRB寬度一般是污染物羽流寬度的1.2~1.5倍。④PRB水力停留時間：污染物羽流在反應(yīng)墻的停留時間主要由污染物的半衰期和流入反應(yīng)墻時的初始濃度決定。第三十五頁，共41頁。關(guān)鍵(guānjiàn)技術(shù)參數(shù)或指標⑤PRB走向：一般(yībān)反應(yīng)墻的走向垂直于