地下水污染修復(fù)

1、 地下水污染修復(fù)技術(shù)與方法地下水污染修復(fù)技術(shù)與方法2 總論總論3 地下水環(huán)境修復(fù)技術(shù)地下水環(huán)境修復(fù)技術(shù)添加氧化添加氧化/還原劑后潛在的地球化學(xué)變化還原劑后潛在的地球化學(xué)變化 5 地下水污染修復(fù)中的地下水污染修復(fù)中的新材料新材料6 1、生物質(zhì)、生物質(zhì)7 1、生物質(zhì)、生物質(zhì)廣泛存在于自然界的一種含氮多糖類生物性高分子，主要的來源為蝦、蟹、昆蟲等甲殼類動(dòng)物的外殼與軟體動(dòng)物的器官（例如烏賊的軟骨），以及真菌類的細(xì)胞壁等9 1、生物質(zhì)、生物質(zhì)10 2、地質(zhì)材料、地質(zhì)材料11 2、地質(zhì)材料、地質(zhì)材料12 2、地質(zhì)材料、地質(zhì)材料13 2、地質(zhì)材料、地質(zhì)材料14 2、地質(zhì)材料、地質(zhì)材料n分布廣，成本低分布廣，

2、成本低 n富含碳酸鹽和粘土礦物，富含碳酸鹽和粘土礦物，偏堿性，且具有大偏堿性，且具有大孔隙孔隙n重金屬（重金屬（Cu、Cd、Pb、Zn、Cr、As）及非離）及非離子型有機(jī)污染物（甲苯）子型有機(jī)污染物（甲苯）15 主要修復(fù)方法主要修復(fù)方法1、監(jiān)控條件下的自然衰減法、監(jiān)控條件下的自然衰減法（MNA）17 監(jiān)測條件下的自然衰減法監(jiān)測條件下的自然衰減法（MNA, Monitored Natural Attenuation）美國美國EPA的定義的定義 l依賴自然衰減作用，在同其他更有效的方法所用依賴自然衰減作用，在同其他更有效的方法所用時(shí)間相比屬合理的時(shí)間限定內(nèi)，使特定地點(diǎn)達(dá)到時(shí)間相比屬合理的時(shí)間限定內(nèi)

3、，使特定地點(diǎn)達(dá)到修復(fù)目的修復(fù)目的 l包括污染物的生物降解、擴(kuò)散、稀釋、吸附、揮包括污染物的生物降解、擴(kuò)散、稀釋、吸附、揮發(fā)、及化學(xué)或生物固定、轉(zhuǎn)化或破壞等發(fā)、及化學(xué)或生物固定、轉(zhuǎn)化或破壞等 l這些作用在無人為干擾的可行條件下，這些作用在無人為干擾的可行條件下，能夠降低能夠降低土壤和地下水中的污染物的數(shù)量、毒性、遷移性、土壤和地下水中的污染物的數(shù)量、毒性、遷移性、體積或濃度體積或濃度18 監(jiān)測條件下的自然衰減法監(jiān)測條件下的自然衰減法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) l污染物最終能被轉(zhuǎn)化成無毒的副產(chǎn)物污染物最終能被轉(zhuǎn)化成無毒的副產(chǎn)物 l無須人為介入無須人為介入 l不會(huì)涉及到廢物的重新產(chǎn)生或遷移不會(huì)涉及到廢物的重新產(chǎn)生或遷

4、移 l費(fèi)用低費(fèi)用低 l克服機(jī)械化修復(fù)設(shè)施所帶來的局限克服機(jī)械化修復(fù)設(shè)施所帶來的局限19 監(jiān)測條件下的自然衰減法監(jiān)測條件下的自然衰減法局限性局限性 l時(shí)間很長時(shí)間很長 l進(jìn)行長期監(jiān)測并負(fù)擔(dān)相關(guān)費(fèi)用，實(shí)施機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)進(jìn)行長期監(jiān)測并負(fù)擔(dān)相關(guān)費(fèi)用，實(shí)施機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé) l受當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件的自然變化及人為因素的影響受當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件的自然變化及人為因素的影響 l有利的水文和地球化學(xué)條件可能隨著時(shí)間而發(fā)生變有利的水文和地球化學(xué)條件可能隨著時(shí)間而發(fā)生變化，從而導(dǎo)致曾經(jīng)化，從而導(dǎo)致曾經(jīng)穩(wěn)定化了的污染物重新發(fā)生運(yùn)移，穩(wěn)定化了的污染物重新發(fā)生運(yùn)移，對(duì)修復(fù)成果產(chǎn)生負(fù)面的影響對(duì)修復(fù)成果產(chǎn)生負(fù)面的影響 l含水層的各向異性可能使含

5、水層的各向異性可能使場地特征復(fù)雜化場地特征復(fù)雜化 l生物降解的中間產(chǎn)物可能會(huì)比原來的化合物更毒生物降解的中間產(chǎn)物可能會(huì)比原來的化合物更毒20 主要的自然衰減作用主要的自然衰減作用非降解性作用非降解性作用 l僅引起污染物的僅引起污染物的濃度降低濃度降低，而系統(tǒng)中的污染物，而系統(tǒng)中的污染物總量并未改變總量并未改變的那些作用過程，包括水動(dòng)力學(xué)的那些作用過程，包括水動(dòng)力學(xué)彌散（機(jī)械彌散和擴(kuò)散）、吸附、稀釋和揮發(fā)彌散（機(jī)械彌散和擴(kuò)散）、吸附、稀釋和揮發(fā)等等 降解性作用降解性作用 l包括包括生物降解生物降解和和非生物降解非生物降解作用作用 l生物降解生物降解對(duì)污染物的降解對(duì)污染物的降解起主導(dǎo)作用起主導(dǎo)作用

6、，取決于取決于污染物的類型污染物的類型及及電子供體電子供體或或碳源碳源的可用性的可用性21 自然衰減作用的自然衰減作用的非非生物過程生物過程 物理過程物理過程 l對(duì)流對(duì)流：驅(qū)動(dòng)地表下污染物運(yùn)動(dòng)的主要機(jī)制：驅(qū)動(dòng)地表下污染物運(yùn)動(dòng)的主要機(jī)制 l彌散彌散：引起縱向、橫向和垂向遷移；降低溶質(zhì)的濃度：引起縱向、橫向和垂向遷移；降低溶質(zhì)的濃度 l擴(kuò)散擴(kuò)散：從較高濃度區(qū)域向較低濃度區(qū)域擴(kuò)散：從較高濃度區(qū)域向較低濃度區(qū)域擴(kuò)散 l揮發(fā)揮發(fā)：將污染物從地下水中去除，并轉(zhuǎn)移到土壤氣相中：將污染物從地下水中去除，并轉(zhuǎn)移到土壤氣相中 l吸附吸附：固著在含水層介質(zhì)上，將溶質(zhì)從地下水中去除：固著在含水層介質(zhì)上，將溶質(zhì)從地下水

7、中去除 l稀釋稀釋：可能增加電子受體的濃度，特別是溶解氧的濃度：可能增加電子受體的濃度，特別是溶解氧的濃度 化學(xué)過程化學(xué)過程 l水解與脫氫鹵化作用水解與脫氫鹵化作用:重要的自然衰減機(jī)理重要的自然衰減機(jī)理 2010-11-3022 水解反應(yīng)水解反應(yīng)取代反應(yīng)取代反應(yīng) 在反應(yīng)中，化合物與水發(fā)生反應(yīng)，鹵代基被在反應(yīng)中，化合物與水發(fā)生反應(yīng)，鹵代基被羥基（羥基（OH-）取代）取代 RX + HOH ROH + HX 有機(jī)化合物的水解反應(yīng)常常生成醇類及烯烴有機(jī)化合物的水解反應(yīng)常常生成醇類及烯烴 化合物上的鹵代基越多，水解反應(yīng)發(fā)生的幾化合物上的鹵代基越多，水解反應(yīng)發(fā)生的幾率就越小，反應(yīng)的速率也越慢率就越小，反

8、應(yīng)的速率也越慢23 脫氫鹵化反應(yīng)脫氫鹵化反應(yīng) 涉及到鹵代烷烴的消除反應(yīng)涉及到鹵代烷烴的消除反應(yīng) 在反應(yīng)中，鹵素原子從一個(gè)碳原子上在反應(yīng)中，鹵素原子從一個(gè)碳原子上去除，緊接著鄰近碳原子上的一個(gè)氫去除，緊接著鄰近碳原子上的一個(gè)氫原子也去除，而生成烯烴原子也去除，而生成烯烴 發(fā)生的可能性隨著鹵代基數(shù)量的增加發(fā)生的可能性隨著鹵代基數(shù)量的增加而增加而增加24 生物過程：內(nèi)在生物降解作用生物過程：內(nèi)在生物降解作用許多實(shí)驗(yàn)室和野外研究顯示許多實(shí)驗(yàn)室和野外研究顯示 l地下環(huán)境中土生的微生物能降解許多有機(jī)化合物，如汽地下環(huán)境中土生的微生物能降解許多有機(jī)化合物，如汽油、煤油、柴油、航空燃料；氯代乙烯、氯代乙烷、氯

9、油、煤油、柴油、航空燃料；氯代乙烯、氯代乙烷、氯代甲烷、氯苯等代甲烷、氯苯等 l99%的地區(qū)存在各種各樣的能降解石油類碳?xì)浠衔锏牡牡貐^(qū)存在各種各樣的能降解石油類碳?xì)浠衔锏奈⑸锶郝湮⑸锶郝?l地下水中，只有溶解或被吸附了的有機(jī)化合物，且對(duì)完地下水中，只有溶解或被吸附了的有機(jī)化合物，且對(duì)完成生物降解過程有用的其它化合物（例如：溶解氧、硝成生物降解過程有用的其它化合物（例如：溶解氧、硝酸鹽等）存在時(shí)，才會(huì)發(fā)生生物降解酸鹽等）存在時(shí)，才會(huì)發(fā)生生物降解 l在生物降解過程中，產(chǎn)生的中間產(chǎn)物可能比原始化合物在生物降解過程中，產(chǎn)生的中間產(chǎn)物可能比原始化合物更有危害性更有危害性25 生物降解機(jī)制生物降解

10、機(jī)制電子供體電子供體 l以相對(duì)還原態(tài)存在的化合物，包括自然有機(jī)物質(zhì)、石油類碳以相對(duì)還原態(tài)存在的化合物，包括自然有機(jī)物質(zhì)、石油類碳?xì)浠衔?、低氯代乙烯、乙烷、甲烷、以及氯代苯、溶解氫氫化合物、低氯代乙烯、乙烷、甲烷、以及氯代苯、溶解氫等等等?電子受體電子受體 l以相對(duì)氧化態(tài)存在的單質(zhì)或化合物，包括溶解氧、硝酸鹽、以相對(duì)氧化態(tài)存在的單質(zhì)或化合物，包括溶解氧、硝酸鹽、鐵（鐵（III）、氫氧化物、硫酸鹽、二氧化碳、以及幾種氯代烴溶）、氫氧化物、硫酸鹽、二氧化碳、以及幾種氯代烴溶劑等等劑等等 微生物促發(fā)并利用電子供體微生物促發(fā)并利用電子供體/電子受體的氧化還原過程，獲取電子受體的氧化還原過程，獲取能量

11、，形成微生物群體，并降解有機(jī)物能量，形成微生物群體，并降解有機(jī)物26 生物降解類型生物降解類型1、有機(jī)化合物用作主要的、有機(jī)化合物用作主要的生長底物生長底物 l生物氧化反應(yīng)生物氧化反應(yīng) l生物還原反應(yīng)生物還原反應(yīng) l發(fā)酵反應(yīng)發(fā)酵反應(yīng) 2、共代謝、共代謝27 1、有機(jī)化合物用作、有機(jī)化合物用作生長底物生長底物 生物氧化反應(yīng)生物氧化反應(yīng) l當(dāng)微生物將有機(jī)化合物用作氧化還原總反應(yīng)當(dāng)微生物將有機(jī)化合物用作氧化還原總反應(yīng)的電子供體（主要的生長基質(zhì)）時(shí)，供應(yīng)生的電子供體（主要的生長基質(zhì)）時(shí)，供應(yīng)生長的有機(jī)化合物就會(huì)發(fā)生微生物氧化反應(yīng)長的有機(jī)化合物就會(huì)發(fā)生微生物氧化反應(yīng) l在有氧或厭氧條件下都會(huì)發(fā)生生物氧化

12、反應(yīng)在有氧或厭氧條件下都會(huì)發(fā)生生物氧化反應(yīng) l可溶性石油碳?xì)浠衔铮ㄈ缈扇苄允吞細(xì)浠衔铮ㄈ鏐TEX）、）、DCE、氯代乙烯、氯代苯等低氧化氯代化合物，都氯代乙烯、氯代苯等低氧化氯代化合物，都能被用作微生物新陳代謝的電子供體能被用作微生物新陳代謝的電子供體28 1、有機(jī)化合物用作、有機(jī)化合物用作生長底物生長底物 生物還原反應(yīng)生物還原反應(yīng) l當(dāng)微生物將有機(jī)化合物用作氧化還原總反應(yīng)當(dāng)微生物將有機(jī)化合物用作氧化還原總反應(yīng)的電子受體（主要的生長基質(zhì)）時(shí)，供應(yīng)生的電子受體（主要的生長基質(zhì)）時(shí)，供應(yīng)生長的有機(jī)化合物就會(huì)發(fā)生微生物還原反應(yīng)長的有機(jī)化合物就會(huì)發(fā)生微生物還原反應(yīng) lPCE、TCE、TCA、以及

13、四氯化碳等氯代溶、以及四氯化碳等氯代溶劑劑 l在鹵呼吸作用過程中，氯代碳?xì)浠衔锉恢痹邴u呼吸作用過程中，氯代碳?xì)浠衔锉恢苯佑米麟娮邮荏w，而溶解氫則被直接用作電接用作電子受體，而溶解氫則被直接用作電子供體子供體29 1、有機(jī)化合物用作、有機(jī)化合物用作生長底物生長底物 發(fā)酵作用發(fā)酵作用 l在發(fā)酵反應(yīng)中，有機(jī)化合物在反應(yīng)的第一步既起著在發(fā)酵反應(yīng)中，有機(jī)化合物在反應(yīng)的第一步既起著電子供體、也起著電子受體的作用電子供體、也起著電子受體的作用 l發(fā)酵過程是唯一不需要外部電子受體的反應(yīng)發(fā)酵過程是唯一不需要外部電子受體的反應(yīng) l通過一系列的微生物催化下的內(nèi)部電子遷移過程，通過一系列的微生物催化下的內(nèi)部電子遷

14、移過程，有機(jī)化合物被轉(zhuǎn)化成了無毒的化合物有機(jī)化合物被轉(zhuǎn)化成了無毒的化合物 l醋酸鹽、水、二氧化碳、溶解氫等醋酸鹽、水、二氧化碳、溶解氫等主要的自然衰減作用主要的自然衰減作用 主要的自然衰減作用主要的自然衰減作用 32 抽出抽出-處理法處理法(Pump And Treatment)33 抽出抽出-處理法處理法(Pump And Treatment)3、反應(yīng)性滲透墻反應(yīng)性滲透墻（PRB） 36 反應(yīng)性滲透墻反應(yīng)性滲透墻（PRB, Permeable Reactive Barrier） 定義定義 l是一種原地處理技術(shù)是一種原地處理技術(shù) l將含將含適當(dāng)反應(yīng)物質(zhì)適當(dāng)反應(yīng)物質(zhì)的可滲墻的可滲墻橫跨橫跨在污染

15、物羽狀在污染物羽狀流束的流束的流徑流徑上。當(dāng)被污染的水流經(jīng)墻體，污染上。當(dāng)被污染的水流經(jīng)墻體，污染物或被去除，或被降解，污染被清除后的水向物或被去除，或被降解，污染被清除后的水向下游流動(dòng)下游流動(dòng)Case study 1 PRB to Intercept Contaminants in landfill leachate, USAmid 1930s to 1981municipal & industrial38 反應(yīng)性滲透墻的設(shè)計(jì)反應(yīng)性滲透墻的設(shè)計(jì) 重點(diǎn)考慮：重點(diǎn)考慮： 墻高：處理帶的深度墻高：處理帶的深度 墻寬：污染物與墻體填充材料的作用時(shí)間墻寬：污染物與墻體填充材料的作用時(shí)間 填料：

16、降解污染物的有效性、滲透性、可再生性、填料：降解污染物的有效性、滲透性、可再生性、成本等成本等 成本核算成本核算39 連續(xù)反應(yīng)墻的局限性連續(xù)反應(yīng)墻的局限性 l由于替換成本過高，反應(yīng)墻難以被移走由于替換成本過高，反應(yīng)墻難以被移走 l通過階段性通過階段性添加營養(yǎng)物添加營養(yǎng)物或或?qū)Φ厍蚧瘜W(xué)條對(duì)地球化學(xué)條件進(jìn)行改性件進(jìn)行改性等手段進(jìn)行等手段進(jìn)行有效維護(hù)有效維護(hù)對(duì)于連對(duì)于連續(xù)反應(yīng)墻來說是不可能的或在實(shí)踐上是續(xù)反應(yīng)墻來說是不可能的或在實(shí)踐上是行不通的行不通的40 漏斗漏斗-門系統(tǒng)：反應(yīng)性滲透門系統(tǒng)：反應(yīng)性滲透墻與防滲墻技術(shù)的結(jié)合墻與防滲墻技術(shù)的結(jié)合 漏斗漏斗-門系統(tǒng)門系統(tǒng) l用墻的用墻的防滲部分防滲部分將

17、地下水引至由反應(yīng)物組成將地下水引至由反應(yīng)物組成的相對(duì)狹窄的區(qū)域的相對(duì)狹窄的區(qū)域 l防滲部分可通過防滲部分可通過泥漿墻和可密封的板樁泥漿墻和可密封的板樁等幾等幾種途徑構(gòu)成種途徑構(gòu)成 l反應(yīng)部分反應(yīng)部分“門門”可以具有不同的幾何形狀可以具有不同的幾何形狀和維度，門可以含有多個(gè)處理區(qū)，每個(gè)區(qū)處和維度，門可以含有多個(gè)處理區(qū)，每個(gè)區(qū)處理特定的污染物理特定的污染物41 42 漏斗漏斗-門系統(tǒng)設(shè)計(jì)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的主要因素考慮的主要因素 l被污染的水在反應(yīng)物中的滯留時(shí)間被污染的水在反應(yīng)物中的滯留時(shí)間 地下水達(dá)到目標(biāo)濃度需要經(jīng)過的滯留時(shí)間地下水達(dá)到目標(biāo)濃度需要經(jīng)過的滯留時(shí)間 天然地下水的流速天然地下水的流速 l

18、漏斗與門的寬度比漏斗與門的寬度比l地下水流經(jīng)門的速度地下水流經(jīng)門的速度l地下水在反應(yīng)區(qū)內(nèi)流動(dòng)的距離地下水在反應(yīng)區(qū)內(nèi)流動(dòng)的距離l地下水適當(dāng)?shù)臏魰r(shí)間地下水適當(dāng)?shù)臏魰r(shí)間43 填料：反應(yīng)物填料：反應(yīng)物（1）控制）控制無機(jī)污染物無機(jī)污染物的化學(xué)屏障的化學(xué)屏障 l通過通過氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)來去除電化學(xué)性質(zhì)活躍的物質(zhì)，來去除電化學(xué)性質(zhì)活躍的物質(zhì)，零價(jià)鐵；零價(jià)鐵； l通過添加劑（通過添加劑（pH）使一些污染物）使一些污染物沉淀沉淀，碎石灰；，碎石灰； l通過激發(fā)通過激發(fā)生化過程生化過程來去除污染物，有機(jī)物來去除污染物，有機(jī)物脫氮脫氮2010-11-3044 填料：反應(yīng)物填料：反應(yīng)物（2）有機(jī)污染物的

19、生物降解）有機(jī)污染物的生物降解 lKao和和Bordon(1992)進(jìn)行了土柱實(shí)驗(yàn)，用進(jìn)行了土柱實(shí)驗(yàn)，用雙層反應(yīng)性雙層反應(yīng)性滲透墻滲透墻來去除地下水中的來去除地下水中的BTEX （苯系物；苯、甲苯、乙苯、二甲苯；二甲苯）l裝置裝置：墻：墻上端上端水流經(jīng)過由水流經(jīng)過由充滿營養(yǎng)物質(zhì)（充滿營養(yǎng)物質(zhì)（N和和P）的混）的混凝土凝土泥磚組成，泥磚組成，下面下面是一層是一層泥炭泥炭 l原理原理：當(dāng)被污染的水流經(jīng)泥磚時(shí)，營養(yǎng)物質(zhì)被釋放，：當(dāng)被污染的水流經(jīng)泥磚時(shí)，營養(yǎng)物質(zhì)被釋放，引發(fā)引發(fā)脫氮作用脫氮作用來降解來降解BTEX。泥炭被作為介質(zhì)來吸附流。泥炭被作為介質(zhì)來吸附流經(jīng)泥磚層的低濃度經(jīng)泥磚層的低濃度BTEX

20、2010-11-3045 施工施工 l將地溝挖掘到適當(dāng)深度，用反應(yīng)物回填將地溝挖掘到適當(dāng)深度，用反應(yīng)物回填 l如挖掘深度遠(yuǎn)低于地下水位，地溝的墻會(huì)坍如挖掘深度遠(yuǎn)低于地下水位，地溝的墻會(huì)坍塌，為此，使用可密封的板樁來支護(hù)墻塌，為此，使用可密封的板樁來支護(hù)墻 l主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn) 如果地溝經(jīng)過被污染的地區(qū)，被挖掘出的物質(zhì)如果地溝經(jīng)過被污染的地區(qū)，被挖掘出的物質(zhì)可能需要轉(zhuǎn)移至有害廢物處置場可能需要轉(zhuǎn)移至有害廢物處置場安裝 反應(yīng)器現(xiàn)場監(jiān)測47 生物修復(fù)法：植物生物修復(fù)法：植物&微生物微生物運(yùn)用植物和與之相關(guān)的微生物來原位處理運(yùn)用植物和與之相關(guān)的微生物來原位處理受到污染的水與土壤，它是能夠有效、便

21、受到污染的水與土壤，它是能夠有效、便宜清除多種有機(jī)和無機(jī)廢物的新技術(shù)宜清除多種有機(jī)和無機(jī)廢物的新技術(shù) 從本質(zhì)上而言，植物修復(fù)法是運(yùn)用人類的從本質(zhì)上而言，植物修復(fù)法是運(yùn)用人類的主動(dòng)性，來提高自然區(qū)的自然衰減，它是主動(dòng)性，來提高自然區(qū)的自然衰減，它是介于工程方法和自然衰減之間的一種方法介于工程方法和自然衰減之間的一種方法48 植物修復(fù)法的機(jī)制植物修復(fù)法的機(jī)制降解降解 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 固定（可容性）固定（可容性） 49 1、污染物的降解、污染物的降解植物通過呼吸作用提供了更多的氧氣進(jìn)入植物通過呼吸作用提供了更多的氧氣進(jìn)入土壤，加快了土壤中細(xì)菌的活性，同時(shí)，土壤，加快了土壤中細(xì)菌的活性，同時(shí)，通過他們的根系來為土壤的細(xì)菌提供營養(yǎng)，通過他們的根系來為土壤的細(xì)菌提供營養(yǎng)，使細(xì)菌更有效的降解污染物使細(xì)菌更有效的降解污染物 。在植物生長過程中產(chǎn)生酶，污染物在酶的在植物生長過程中產(chǎn)生酶，污染物在酶的作用下能被分解成單分子的物質(zhì)（如作用下能被分解成單分子的物質(zhì)（如H2O、CO2、乙醇及其它），這些物質(zhì)夠進(jìn)入到、乙醇及其它），這些物質(zhì)夠進(jìn)入到植的機(jī)體內(nèi)，甚至能促進(jìn)植物的生長。植的機(jī)體內(nèi)，甚至能促進(jìn)植物的生長。50 2、污染物