第8章土壤污染修復(fù)的物理方法

1、第第8 8章章 物理修復(fù)物理修復(fù) 應(yīng)用物理的手段對污染環(huán)境進(jìn)行修復(fù)的技應(yīng)用物理的手段對污染環(huán)境進(jìn)行修復(fù)的技術(shù)稱術(shù)稱Physical remediation。 土壤污染的土壤污染的PR包括包括 物理分離修復(fù)，物理分離修復(fù)， 蒸汽浸提修復(fù)，蒸汽浸提修復(fù)， 固定固定/穩(wěn)定化修復(fù)，穩(wěn)定化修復(fù)， 玻璃化修復(fù)，玻璃化修復(fù)， 低溫冰凍修復(fù)，低溫冰凍修復(fù)， 熱力學(xué)修復(fù)熱力學(xué)修復(fù), 電動力學(xué)修復(fù)等技術(shù)。電動力學(xué)修復(fù)等技術(shù)。 水體污染的物理修復(fù)技術(shù)水體污染的物理修復(fù)技術(shù) 強化混凝技術(shù)強化混凝技術(shù) 吸附除污技術(shù)吸附除污技術(shù) 反滲透除污技術(shù)反滲透除污技術(shù) 納濾膜、超濾膜、微濾膜納濾膜、超濾膜、微濾膜 電吸附技術(shù)電吸附

2、技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) 物理分離修復(fù)技術(shù)物理分離修復(fù)技術(shù) 定義：污染土壤的物理分離修復(fù)技術(shù)是一定義：污染土壤的物理分離修復(fù)技術(shù)是一項借助物理手段將重金屬顆粒從土壤膠體項借助物理手段將重金屬顆粒從土壤膠體上分離開來的技術(shù)，工藝簡單，費用低。上分離開來的技術(shù)，工藝簡單，費用低。 特點：分離方法沒有高度的選擇性。特點：分離方法沒有高度的選擇性。注意：注意： （1）物理分離技術(shù)作為初步分選，以減物理分離技術(shù)作為初步分選，以減少待處理土壤的體積，優(yōu)化以后的系列少待處理土壤的體積，優(yōu)化以后的系列處理工作。處理工作。 （2）物理分離技術(shù)并不能完全達(dá)到土壤）物理分離技術(shù)并不能完全達(dá)到土壤修復(fù)的修復(fù)的 目的。目的。

3、基本方法基本方法 1 根據(jù)粒徑大小，采用過濾（篩）方法根據(jù)粒徑大小，采用過濾（篩）方法 2 根據(jù)分布、密度大小，采用沉淀或離心根據(jù)分布、密度大小，采用沉淀或離心 3 根據(jù)磁性有無或大小，采用磁分離根據(jù)磁性有無或大小，采用磁分離 4 根據(jù)表面特性，采用浮選法根據(jù)表面特性，采用浮選法影響因素（缺點）影響因素（缺點） 1 要求污染物具有較高濃度，并且存在于要求污染物具有較高濃度，并且存在于具有不同物理特征的相介質(zhì)中；具有不同物理特征的相介質(zhì)中； 2 篩分時會產(chǎn)生粉塵篩分時會產(chǎn)生粉塵 3 固體基質(zhì)中的細(xì)粒徑部分和廢液中的污固體基質(zhì)中的細(xì)粒徑部分和廢液中的污染物需要進(jìn)行再處理。染物需要進(jìn)行再處理。 常用

4、物理分離方法 1. 粒徑分離粒徑分離 （1）干篩分）干篩分 （2）濕篩分）濕篩分 2 水動力學(xué)分離水動力學(xué)分離 （1）淘選機）淘選機 （2）機械粒度分級）機械粒度分級 （3）水力旋風(fēng)分離機）水力旋風(fēng)分離機常用物理分離方法 3 密度或重力分離密度或重力分離 （1）振動篩）振動篩 （2）搖床）搖床 4 脫水分離脫水分離 5 泡沫浮選泡沫浮選 6 磁分離磁分離 應(yīng)用實例應(yīng)用實例 小射擊場污染土壤物理分離修復(fù)小射擊場污染土壤物理分離修復(fù) 問題：射擊場土壤中有大量的殘留子彈，問題：射擊場土壤中有大量的殘留子彈，鉛和銅的殘留粹片和氧化物。鉛和銅的殘留粹片和氧化物。 物理分離技術(shù)最適宜于處理小射擊場污染物理

5、分離技術(shù)最適宜于處理小射擊場污染的土壤。的土壤。第二節(jié)第二節(jié) 土壤蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)土壤蒸汽浸提修復(fù)技術(shù) 定義：土壤蒸汽浸提技術(shù)定義：土壤蒸汽浸提技術(shù)(soil vapour extraction, SVE)通過降低土壤孔隙的蒸汽壓，通過降低土壤孔隙的蒸汽壓，把土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為蒸汽形式而加以去把土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為蒸汽形式而加以去除的技術(shù)，是利用物理方法去除除的技術(shù)，是利用物理方法去除不飽和土壤不飽和土壤中揮發(fā)性有機組分中揮發(fā)性有機組分(VOCs)污染的一種修復(fù)技污染的一種修復(fù)技術(shù)。術(shù)。 該技術(shù)適應(yīng)于高揮發(fā)性化學(xué)污染土壤的修復(fù)，該技術(shù)適應(yīng)于高揮發(fā)性化學(xué)污染土壤的修復(fù)，如汽油，苯和四氯乙烯等污

6、染的土壤。如汽油，苯和四氯乙烯等污染的土壤?；驹砘驹?在污染土壤內(nèi)引入清潔空氣產(chǎn)生驅(qū)動力，在污染土壤內(nèi)引入清潔空氣產(chǎn)生驅(qū)動力，利用土壤固相、液相和氣相之間的濃度梯利用土壤固相、液相和氣相之間的濃度梯度，在氣壓降低的情況下，將其轉(zhuǎn)化為氣度，在氣壓降低的情況下，將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的污染物排出土壤外的過程。態(tài)的污染物排出土壤外的過程。 土壤蒸汽浸提利用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓驅(qū)使空土壤蒸汽浸提利用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓驅(qū)使空氣流過污染的土壤孔隙而解吸并夾帶有機氣流過污染的土壤孔隙而解吸并夾帶有機組分流向抽取井，并最終與地上進(jìn)行處理。組分流向抽取井，并最終與地上進(jìn)行處理。原位土壤蒸汽浸提技術(shù)原位土壤蒸汽浸提技術(shù)特點

7、特點 可操作性強，處理污染物的范圍寬，可由可操作性強，處理污染物的范圍寬，可由標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備操作，不破壞土壤結(jié)構(gòu)以及對回標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備操作，不破壞土壤結(jié)構(gòu)以及對回收利用廢物有潛在價值等。因其具有巨大收利用廢物有潛在價值等。因其具有巨大的潛在價值而很快應(yīng)用于商業(yè)實踐。的潛在價值而很快應(yīng)用于商業(yè)實踐。 注意：蒸汽浸提技術(shù)用于地下含水層注意：蒸汽浸提技術(shù)用于地下含水層以上的土壤層中。以上的土壤層中。 原位土壤蒸汽浸提原位土壤蒸汽浸提主要用于揮發(fā)性有機鹵主要用于揮發(fā)性有機鹵代物或非鹵代物的處理修復(fù)，代物或非鹵代物的處理修復(fù)，通常應(yīng)用的通常應(yīng)用的污染物是那些亨利系數(shù)（單位摩爾濃度有污染物是那些亨利系數(shù)（單位摩爾濃度

8、有機物的平衡分壓）大于機物的平衡分壓）大于0.01或者蒸汽壓大或者蒸汽壓大于于66.66Pa的揮發(fā)性有機化合物。的揮發(fā)性有機化合物。 原位土壤蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)的運行和維護(hù)原位土壤蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)的運行和維護(hù)所需時間所需時間6-12月不等。月不等。 應(yīng)用例子 與意大利合作技術(shù) 空氣注射20修復(fù)場地狀況場地注汽設(shè)備場地注汽設(shè)備 根據(jù)場地地質(zhì)條件以及污染物的性質(zhì)，決定采用蒸汽注入和土壤氣體抽提對污染土壤進(jìn)行修復(fù)；同時利用兩口抽水井進(jìn)行水力控制，將部分向下移動的冷凝水及攜帶的污染物，利用兩口抽水井抽到地面上處理。安全第一！場地注汽設(shè)備場地注汽設(shè)備整個修復(fù)系統(tǒng)包括10組蒸汽注入井；15組土壤氣體抽提井；

9、2個地下水水力控制抽水井。淺層土壤溫度變化曲線 深層土壤溫度變化曲線Figure 5: 累計運行時間與累計抽取累計運行時間與累計抽取TPH濃度曲線濃度曲線Client:Location: Job Code:Shanghai OfficeHarbor Ring Plaza18 Xi Zang Zhong RoadShanghai, 200001China+(86-21) 5385 3050+(86-21) 6469 2185 (Fax)易位土壤蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)易位土壤蒸汽浸提修復(fù)技術(shù) 易位修復(fù)：易位修復(fù)： 利用真空通過布置在堆積著的污染土壤利用真空通過布置在堆積著的污染土壤中開有狹縫的管道網(wǎng)絡(luò)向

10、土壤引入氣流，中開有狹縫的管道網(wǎng)絡(luò)向土壤引入氣流，促使揮發(fā)性或半揮發(fā)性的污染物揮發(fā)進(jìn)促使揮發(fā)性或半揮發(fā)性的污染物揮發(fā)進(jìn)入土壤中的清潔空氣流，進(jìn)而被提取脫入土壤中的清潔空氣流，進(jìn)而被提取脫離土壤。離土壤。易位土壤蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)易位土壤蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)優(yōu)點：優(yōu)點： 1. 挖掘過程可以增加土壤中的氣流通道；挖掘過程可以增加土壤中的氣流通道； 2. 淺層地下水位不會影響處理過程淺層地下水位不會影響處理過程 3. 使泄露收集成為可能使泄露收集成為可能 4. 使監(jiān)測過程變得容易。使監(jiān)測過程變得容易。影響因素：影響因素： 挖掘、運輸過程中易出現(xiàn)氣體泄漏挖掘、運輸過程中易出現(xiàn)氣體泄漏 占地空間大、處理前需進(jìn)

11、行前處理（去占地空間大、處理前需進(jìn)行前處理（去除石塊）除石塊） 粘土或高腐殖質(zhì)含量影響修復(fù)效率粘土或高腐殖質(zhì)含量影響修復(fù)效率壓裂修復(fù)技術(shù)壓裂修復(fù)技術(shù) 壓裂技術(shù)（壓裂技術(shù)（fracture）是利用某種力量使）是利用某種力量使地下的巖石或者大密度土壤（粘土或膠泥）地下的巖石或者大密度土壤（粘土或膠泥）爆裂的技術(shù)。它用來促進(jìn)其他修復(fù)技術(shù)的爆裂的技術(shù)。它用來促進(jìn)其他修復(fù)技術(shù)的修復(fù)效果。修復(fù)效果。 使用方式：水，空氣，爆炸使用方式：水，空氣，爆炸 壓裂技術(shù)可以配合微生物修復(fù)技術(shù)、化學(xué)壓裂技術(shù)可以配合微生物修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)及物理修復(fù)技術(shù)同時進(jìn)行。修復(fù)技術(shù)及物理修復(fù)技術(shù)同時進(jìn)行。第三節(jié)第三節(jié) 固定固定

12、/穩(wěn)定化土壤修復(fù)技術(shù)穩(wěn)定化土壤修復(fù)技術(shù)solidification/stabilization 固定固定/穩(wěn)定技術(shù)是防止或降低污染土壤釋放有穩(wěn)定技術(shù)是防止或降低污染土壤釋放有害化學(xué)物質(zhì)過程的一組修復(fù)技術(shù)。通常用于重害化學(xué)物質(zhì)過程的一組修復(fù)技術(shù)。通常用于重金屬或放射性物質(zhì)污染土壤的無害化處理。金屬或放射性物質(zhì)污染土壤的無害化處理。 分為原位和易位處理分為原位和易位處理 固化：轉(zhuǎn)變成固體或封裝固化：轉(zhuǎn)變成固體或封裝 穩(wěn)定化：降低污染物的生物有效性。通常磷酸穩(wěn)定化：降低污染物的生物有效性。通常磷酸鹽、硫化物、和碳酸鹽等都可以作為污染物的鹽、硫化物、和碳酸鹽等都可以作為污染物的穩(wěn)定化處理的反應(yīng)劑。穩(wěn)定

13、化處理的反應(yīng)劑。一般方法一般方法 先利用吸附質(zhì)如粘土、活性炭或樹脂等先利用吸附質(zhì)如粘土、活性炭或樹脂等等吸附污染物，澆上瀝青，然后添加某等吸附污染物，澆上瀝青，然后添加某種凝固劑或粘合劑，使混合物成為一種種凝固劑或粘合劑，使混合物成為一種凝膠，最后固化為硬塊。凝膠，最后固化為硬塊。原位固定原位固定/穩(wěn)定穩(wěn)定 底泥污染修復(fù)底泥污染修復(fù)第四節(jié)第四節(jié) 玻璃化修復(fù)技術(shù)玻璃化修復(fù)技術(shù) 在污染物介質(zhì)中插入電極，給于在污染物介質(zhì)中插入電極，給于1600-2000C高溫處理。使有機物和一部分無機高溫處理。使有機物和一部分無機物如硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽等得以揮物如硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽等得以揮發(fā)或熱解。發(fā)或熱解

14、。 同時使一些無機污染物和放射性物質(zhì)得同時使一些無機污染物和放射性物質(zhì)得以固化。以固化。原位玻璃化技術(shù)原位玻璃化技術(shù)易位玻璃化技術(shù)易位玻璃化技術(shù)第五節(jié)第五節(jié) 熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)熱力學(xué)修復(fù)技術(shù) 三、原位電磁波加熱修復(fù)技術(shù)三、原位電磁波加熱修復(fù)技術(shù) 第六節(jié)第六節(jié) 熱解吸修復(fù)技術(shù)熱解吸修復(fù)技術(shù) 將污染介質(zhì)及其所含的有機污染物加熱將污染介質(zhì)及其所含的有機污染物加熱到足夠的溫度（通常到足夠的溫度（通常150-540C）,使有機使有機污染物揮發(fā)或分離的技術(shù)。污染物揮發(fā)或分離的技術(shù)。 分為低溫?zé)峤饧夹g(shù)（分為低溫?zé)峤饧夹g(shù)（150-315C） 高溫?zé)峤饧夹g(shù)高溫?zé)峤饧夹g(shù)(315-540C)第七節(jié)第七節(jié) 電動修復(fù)技術(shù)電

15、動修復(fù)技術(shù) 第八節(jié) 水體污染的物理修復(fù)技術(shù)強化混凝強化混凝(Enhanced coagulation, 簡稱簡稱)是指是指投加過量的混凝劑、新型混凝劑或助凝劑或者投加過量的混凝劑、新型混凝劑或助凝劑或者是其他的藥劑并控制一定的值是其他的藥劑并控制一定的值, 通過加強通過加強混凝與絮凝作用混凝與絮凝作用,從而提高常規(guī)處理中天然有機從而提高常規(guī)處理中天然有機物物()的去除效果的去除效果,最大限度地去除消毒副最大限度地去除消毒副產(chǎn)物的前體物產(chǎn)物的前體物(), 保證水消毒副產(chǎn)物保證水消毒副產(chǎn)物符合水標(biāo)準(zhǔn)的方法符合水標(biāo)準(zhǔn)的方法.強化常規(guī)水處理具有投資省、不需建造新的構(gòu)造強化常規(guī)水處理具有投資省、不需建造

16、新的構(gòu)造物、不占土地以及經(jīng)常運行費用低等優(yōu)點物、不占土地以及經(jīng)常運行費用低等優(yōu)點,機理 其作用機理其作用機理 : 膠體穩(wěn)定性的增加是由于大分膠體穩(wěn)定性的增加是由于大分子天然有機物在無機膠體顆粒表面形成有機保子天然有機物在無機膠體顆粒表面形成有機保護(hù)層護(hù)層,造成空間位阻或雙電層排斥作用造成空間位阻或雙電層排斥作用.混凝的混凝的主要作用是去除水中懸浮顆粒和膠體微粒主要作用是去除水中懸浮顆粒和膠體微粒. 一般認(rèn)為混凝過程是混凝劑水解產(chǎn)物對水中膠一般認(rèn)為混凝過程是混凝劑水解產(chǎn)物對水中膠體進(jìn)行電中和、使其脫穩(wěn)體進(jìn)行電中和、使其脫穩(wěn),從而形成細(xì)小的顆粒從而形成細(xì)小的顆粒,繼而絮凝為大而密實的礬花繼而絮凝為

17、大而密實的礬花,并通過吸附架橋或并通過吸附架橋或網(wǎng)捕作用使脫穩(wěn)的膠體生成粒度較大的絮凝體網(wǎng)捕作用使脫穩(wěn)的膠體生成粒度較大的絮凝體,再通過沉淀與過濾進(jìn)行分離去除再通過沉淀與過濾進(jìn)行分離去除. 而水中分子質(zhì)量較小、溶解度較大的有機物(主要是腐殖酸類中的富里酸等)在一般混凝條件下去除率很低. 主要原因是由于其具有良好的親水性而不易被混凝劑的水解產(chǎn)物金屬氫氧化物所吸附,有機物不但增加了膠體表面電荷,而且造成空間位阻效應(yīng).但是,如果通過改善混凝處理條件,即在低、高混凝劑用量的強化混凝條件下形成大量金屬氫氧化物,改善混凝劑水解產(chǎn)物的形態(tài)且使其正電荷密度上升,同時低條件會影響有機物離解度和改變水中有機物存在

18、形態(tài).有機物質(zhì)子化程度提高,電荷密度降低,進(jìn)而降低其溶解度及親水性,成為較易被吸附的形態(tài) Randke認(rèn)為強化混凝去除有機物的機理主要包括膠體狀自然有機物()的電中和作用,腐殖酸和富里酸聚合體的沉淀作用,以及吸附于金屬氫氧化物表面上的共沉淀作用.對水中溶解性的有機物而言,依靠后一種作用即吸附于混凝劑的金屬沉淀物上而去除. 吸附除污技術(shù) 常用的吸附劑有活性氧化鋁、活性炭和天然沸石等。 鐵鹽水解產(chǎn)生的無定形水合氧化鐵（HFO）對于As（V）和As（III）均有極強的親和力。 As（V）和As（III）通過共價鍵的形式有選擇性地固定在其表面，與之形成雙核橋式內(nèi)層表面配位體，即，F(xiàn)eOAsO(OH)OFe及 FeOAs(OH)OFe。 Haque等研究表明，高粱纖維可以作為一種金屬吸附劑。 Sanghamtra Kundu等發(fā)現(xiàn)在鐵的氧化物上涂上一層水泥對三價