污染土壤的物理修復(fù)

1、第三章第三章 污染土壤的物理修復(fù)污染土壤的物理修復(fù)主要內(nèi)容主要內(nèi)容物理分離修復(fù)技術(shù)土壤蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)固定/穩(wěn)定化土壤修復(fù)技術(shù)玻璃化修復(fù)技術(shù)熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)熱解吸修復(fù)技術(shù)電動(dòng)修復(fù)技術(shù)冰凍修復(fù)技術(shù)一、物理分離修復(fù)技術(shù)一、物理分離修復(fù)技術(shù) 借助物理手段將污染物從土壤膠體上分離開來的技術(shù)。1.1 1.1 技術(shù)原理與過程技術(shù)原理與過程1.1.1 1.1.1 技術(shù)原理技術(shù)原理 依據(jù)粒徑的大小，采用過濾或微過濾的方法進(jìn)行分離 依據(jù)分布、密度大小、采用沉淀或離心分離 依據(jù)磁性有無或大小，采用磁分離手段 根據(jù)表面特征，采用浮選法進(jìn)行分離技術(shù)種技術(shù)種類類粒徑分離粒徑分離（篩分）（篩分）水動(dòng)力學(xué)分離水動(dòng)力學(xué)分離（分

2、類）（分類）密度分離（重密度分離（重力）力）泡沫浮泡沫浮選分離選分離磁分離磁分離技術(shù)優(yōu)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用低廉，費(fèi)用低廉，可持續(xù)高可持續(xù)高處理產(chǎn)出處理產(chǎn)出設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用低廉，可持用低廉，可持續(xù)高處理產(chǎn)出續(xù)高處理產(chǎn)出設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用低廉，可持用低廉，可持續(xù)高處理產(chǎn)出續(xù)高處理產(chǎn)出尤其適尤其適合于細(xì)合于細(xì)粒級(jí)的粒級(jí)的處理處理如果采用高如果采用高梯度的磁場(chǎng)，梯度的磁場(chǎng)，可以恢復(fù)較可以恢復(fù)較寬范圍的污寬范圍的污染介質(zhì)染介質(zhì)局限性局限性 篩子易塞、篩子易塞、細(xì)格篩易細(xì)格篩易損壞、產(chǎn)損壞、產(chǎn)生粉塵生粉塵當(dāng)土壤中有較當(dāng)土壤中有較大比例的粘粒、大比例的粘粒、粉粒和腐殖質(zhì)粉粒和

3、腐殖質(zhì)存在時(shí)很難操存在時(shí)很難操作作當(dāng)土壤中有較當(dāng)土壤中有較大比例的粘粒、大比例的粘粒、粉粒和腐殖質(zhì)粉粒和腐殖質(zhì)存在時(shí)很難操存在時(shí)很難操作作顆粒必顆粒必須以較須以較低的濃低的濃度存在度存在處理費(fèi)用比處理費(fèi)用比較高較高所需裝所需裝備備篩子、過篩子、過濾器、礦濾器、礦石篩石篩澄清池、淘析澄清池、淘析器、水力旋風(fēng)器、水力旋風(fēng)器器震蕩床、螺旋震蕩床、螺旋濃縮器濃縮器空氣浮空氣浮選室或選室或塔塔電磁裝置、電磁裝置、磁過濾器磁過濾器物理分離技術(shù)的主要屬性物理分離技術(shù)的主要屬性物理分離技術(shù)要考慮的一些因素物理分離技術(shù)要考慮的一些因素 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 篩分干污染物時(shí)會(huì)

4、產(chǎn)生粉塵 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1.1.2 1.1.2 物理分離過程物理分離過程主要包括：主要包括： 針對(duì)不同土壤顆粒土壤顆粒粒級(jí)（如粗砂、細(xì)砂和粘粒等）、粒徑或形狀，可通過不同大小、形狀網(wǎng)格的篩子進(jìn)行分離 依據(jù)顆粒水動(dòng)力學(xué)顆粒水動(dòng)力學(xué)原理，將不同密度的顆粒，通過其重力作用導(dǎo)致的不同沉降、沉淀速率進(jìn)行分離 根據(jù)顆粒表面特征顆粒表面特征的不同，采用浮選法，將其中一些顆粒吸引到目標(biāo)泡沫上進(jìn)行分離 一些物質(zhì)具有磁性磁性，或者污染物本身具有磁感應(yīng)效應(yīng)，尤其是一些重金屬1.2 1.2 物理分離修復(fù)方法物理分離修復(fù)方法1.2.1 1.2.1 粒徑分離粒徑分離：根據(jù)顆粒直徑的大

5、小分離固體 干篩分干篩分：能成功處理大或中等的土壤顆粒，處理小于0.060.09m粒級(jí)比較難 濕篩分濕篩分：易產(chǎn)生一定量的污水，濕的土壤使下一步的化學(xué)處理比較難 摩擦摩擦- -洗滌洗滌：摩擦洗滌器不是真正的顆粒分離設(shè)備，但能夠打碎土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，將氧化物或其它膠膜從土壤膠體上洗下來采用濕分離技術(shù)要遵循的原則采用濕分離技術(shù)要遵循的原則 當(dāng)大量重金屬以顆粒狀存在時(shí)，特別推薦采用濕篩分方式 如果接下來的化學(xué)處理需要水，如采用土壤清洗或土壤淋洗技術(shù)，也采用濕篩分 如果處理得到的重金屬可以循環(huán)再利用或廢液不需要很多的化學(xué)處理試劑，也采用濕篩分1.2.2 1.2.2 水動(dòng)力學(xué)分離水動(dòng)力學(xué)分離也稱粒度分級(jí)，

6、基于顆粒在流體中的移動(dòng)速度將其分成兩部分或多部分的分離技術(shù)。顆粒在流體中的移動(dòng)速度取決于顆粒大小、密度和形狀?？梢酝ㄟ^強(qiáng)化流體在與顆粒運(yùn)動(dòng)方向相反的方向上運(yùn)動(dòng)，提高分離效率。主要儀器：淘選機(jī)、機(jī)械粒度分級(jí)機(jī)、水力旋風(fēng)分離器等螺旋分級(jí)的工作過程示意圖螺旋分級(jí)的工作過程示意圖1.2.3 1.2.3 密度（或重力）分離密度（或重力）分離 基于物質(zhì)密度，采用重力富集方式分離顆粒。在重力和其他一種或多種與重力方向相反的作用力的同時(shí)作用下，不同密度的顆粒產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)行為也有所不同。重力分離對(duì)粗糙顆粒比較有效 主要儀器：振動(dòng)篩、螺旋富集器、搖床、比目床尾渣進(jìn)料水振動(dòng)篩網(wǎng)濃縮物排放水上下運(yùn)動(dòng)箱體震動(dòng)篩設(shè)備及其原

7、理示意圖震動(dòng)篩設(shè)備及其原理示意圖1.2.4 1.2.4 脫水分離脫水分離 一般采用的脫水方法有過濾、壓濾、離心和沉淀一般采用的脫水方法有過濾、壓濾、離心和沉淀技術(shù)技術(shù)過濾過濾壓濾壓濾離心離心沉淀沉淀基本原理基本原理及影響因及影響因素素通過多孔介通過多孔介質(zhì)；取決于質(zhì)；取決于顆粒粒徑顆粒粒徑壓縮液體通過可滲壓縮液體通過可滲透的多孔介質(zhì)；顆透的多孔介質(zhì)；顆粒粒徑粒粒徑人為重力沉降；人為重力沉降；粒徑、形狀、粒徑、形狀、密度以及流體密度以及流體密度密度重力沉降；粒重力沉降；粒徑、形狀、密徑、形狀、密度以及流體密度以及流體密度可以借助浮度可以借助浮選劑選劑技術(shù)優(yōu)點(diǎn)技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 操作簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，分離可具

8、有分離可具有較高的選擇較高的選擇性性可處理難以泵送的可處理難以泵送的泥漿物質(zhì)，處理過泥漿物質(zhì)，處理過的固體含水量比較的固體含水量比較低低處理能力較大，處理能力較大，速度較快速度較快設(shè)備簡(jiǎn)單、便設(shè)備簡(jiǎn)單、便宜，處理能力宜，處理能力較大較大局限性局限性序批式操作序批式操作特征，清洗特征，清洗較為困難較為困難需要高壓力，有時(shí)需要高壓力，有時(shí)增加流體的阻力增加流體的阻力價(jià)格較貴，設(shè)價(jià)格較貴，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜備結(jié)構(gòu)復(fù)雜慢慢設(shè)備類型設(shè)備類型舉例舉例轉(zhuǎn)鼓、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)鼓、轉(zhuǎn)盤、水平過濾器水平過濾器序批式操作、需要序批式操作、需要持續(xù)壓力持續(xù)壓力固體沉降容器、固體沉降容器、離心多孔筐離心多孔筐圓筒形連續(xù)粒圓筒形連續(xù)粒

9、度分機(jī)級(jí)度分機(jī)級(jí)典型的實(shí)典型的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模驗(yàn)室規(guī)模設(shè)備設(shè)備真空過濾器、真空過濾器、壓濾器壓濾器壓濾機(jī)、壓力設(shè)備壓濾機(jī)、壓力設(shè)備工作臺(tái)或落地工作臺(tái)或落地離心分離機(jī)離心分離機(jī)圓筒形管、有圓筒形管、有傾口容器、浮傾口容器、浮選劑選劑常見脫水分離修復(fù)技術(shù)的主要技術(shù)特點(diǎn)常見脫水分離修復(fù)技術(shù)的主要技術(shù)特點(diǎn)分離過程分離過程粒度范圍（粒度范圍（mm） 粒徑粒徑分離分離干篩分3000濕篩分150水動(dòng)水動(dòng)力學(xué)力學(xué)分離分離淘選機(jī)50水力旋風(fēng)分離器515機(jī)械粒度分級(jí)機(jī)5100密度密度分離分離振動(dòng)篩150螺旋富集器753000搖床753000比目床5100泡沫浮選泡沫浮選5500采用物理分離技術(shù)的適用粒度范圍采用物理分離

10、技術(shù)的適用粒度范圍應(yīng)用實(shí)例分析應(yīng)用實(shí)例分析射擊場(chǎng)污染土壤物理分離修復(fù)方案射擊場(chǎng)污染土壤物理分離修復(fù)方案二、土壤蒸氣浸提修復(fù)技術(shù)二、土壤蒸氣浸提修復(fù)技術(shù)2.1 概念概念 土壤蒸氣浸提修復(fù)技術(shù)（Soil vapour extraction，SVE）是指通過降低土壤空隙的蒸氣壓，把土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為蒸氣形式而加以去除的技術(shù)，是利用物理方法去除不飽和土壤中揮發(fā)性有機(jī)組分（VOCs）污染的一種修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)適用于高揮發(fā)性化學(xué)污染土壤的修復(fù)，如汽油、苯和四氯乙烯等污染的土壤 SVE, also known as soil venting or vacuum extraction, is an in s

11、itu remedial technology that reduces concentrations of volatile constituents in petroleum products adsorbed to soils in the unsaturated (vadose) zone.2.2 2.2 土壤蒸氣浸提修復(fù)技術(shù)的基本原理土壤蒸氣浸提修復(fù)技術(shù)的基本原理 在污染土壤內(nèi)引入清潔空氣產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，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)化為氣態(tài)的污染物排出土壤外的過程2.3 2.3 土壤蒸汽浸提技術(shù)種類土壤蒸汽浸提技術(shù)種類原位土壤蒸汽浸提技術(shù)異位土壤蒸汽

12、浸提技術(shù)多相浸提技術(shù)（兩相浸提技術(shù)、兩重浸提技術(shù)）生物通風(fēng)技術(shù)原位土壤蒸氣浸提技術(shù)原位土壤蒸氣浸提技術(shù) 利用真空通過布置在不飽和土壤層不飽和土壤層中的提取井向土壤中導(dǎo)入氣流，氣流經(jīng)過土壤時(shí)，揮發(fā)性和半揮發(fā)性的有機(jī)物揮發(fā)，隨空氣進(jìn)入真空井，氣流經(jīng)過后，土壤得到了修復(fù)。 主要用于揮發(fā)性有機(jī)鹵代物或非鹵代物的修復(fù)，有時(shí)也應(yīng)用于去除土壤中的油類、重金屬及其有機(jī)物、多環(huán)芳烴或二惡英等污染物 氣體抽排井的分布、形狀、深度、口徑大小等需根據(jù)污染區(qū)的地質(zhì)條件、地下水水位、污染范圍等決定 抽氣管道的鋪設(shè)基本分兩種情況：豎直和水平豎直和水平項(xiàng)目項(xiàng)目有利條件有利條件不利條件不利條件污污染染物物存在形態(tài)氣態(tài)被土壤強(qiáng)烈

13、吸附或呈固態(tài)水溶解度100mg/L蒸氣壓1.33*104Pa20 10 濕度10%組成均一不均一空氣傳導(dǎo)率10-4cm/s20m100 100 ）原位修復(fù)技術(shù)、低溫（）原位修復(fù)技術(shù)、低溫（ 100 100 ）原位）原位修復(fù)技術(shù)和原位電磁波加熱修復(fù)技術(shù)修復(fù)技術(shù)和原位電磁波加熱修復(fù)技術(shù)5.1 5.1 高溫原位加熱修復(fù)技術(shù)高溫原位加熱修復(fù)技術(shù) 利用氣提井和鼓風(fēng)機(jī)將水蒸汽和污染物收集起來，通過熱傳導(dǎo)加熱，可以通過加熱毯從地表進(jìn)行加熱，也可以通過安裝在加熱井中的加熱器件進(jìn)行。 高溫原位加熱修復(fù)技術(shù)主要用于半揮發(fā)性的鹵代有機(jī)物和非鹵代化合物、多氯聯(lián)苯以及密度較高的非水質(zhì)液體有機(jī)物等5.1.1 5.1.1

14、高溫原位加熱修復(fù)技術(shù)的影響因素高溫原位加熱修復(fù)技術(shù)的影響因素 地下土壤的異質(zhì)性會(huì)影響原位修復(fù)處理的均勻程度 提取揮發(fā)性弱一些的有機(jī)物的效果，取決于處理過程所選擇的最高溫度 加熱和蒸汽收集系統(tǒng)必須嚴(yán)格設(shè)計(jì)、嚴(yán)格操作、以防止污染物擴(kuò)散進(jìn)入清潔土壤 經(jīng)過修復(fù)的土壤結(jié)構(gòu)，可能會(huì)由于高溫而發(fā)生變化 如果處理飽和層土壤，需要高能來將水加熱，會(huì)大幅度提高成本 含有大量粘性土壤及腐殖質(zhì)的土壤，由于對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物具有較高吸附性，會(huì)導(dǎo)致去除速率降低 需要尾氣收集處理系統(tǒng)5.1.2 高溫原位加熱修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的成本估算固定成本固定成本可變成本可變成本其它管理工作其它管理工作提取井安裝采樣點(diǎn)安裝設(shè)備人員設(shè)備安置加熱設(shè)備

15、租用尾氣處理設(shè)備租用能源動(dòng)力費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生、安全保障工藝控制采用分析尾氣處理5.2 5.2 低溫原位加熱修復(fù)技術(shù)低溫原位加熱修復(fù)技術(shù)利用蒸汽井加熱，包括蒸汽注射鉆頭、熱水浸泡或者電阻加熱產(chǎn)生蒸汽加熱，可以將土壤加熱到100度主要用于處理的污染物是半揮發(fā)性鹵代物和非鹵代物及濃的非水溶性液態(tài)物質(zhì)。5.2.1 5.2.1 主要的影響因素主要的影響因素 地下土壤的異質(zhì)性，會(huì)影響修復(fù)處理的均勻程度 滲透性能低的土壤難以處理 在不考慮重力的情況下，會(huì)引起蒸汽繞過非水溶性液態(tài)稠密污染物 地下埋藏的導(dǎo)體，會(huì)影響電阻加熱的應(yīng)用效果 流體注射和蒸汽收集系統(tǒng)，必須嚴(yán)格設(shè)計(jì)、嚴(yán)格操作，以防止污染物擴(kuò)散進(jìn)入清潔土壤

16、 蒸汽、水和有機(jī)液體必須回收處理 需要尾氣收集處理系統(tǒng)5.2.2 低溫原位加熱修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的成本估算固定成本固定成本可變成本可變成本其它管理工作其它管理工作提取井安裝采樣點(diǎn)安裝設(shè)備人員設(shè)備安置加熱設(shè)備租用尾氣處理設(shè)備租用冷凝設(shè)備租用能源動(dòng)力費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生、安全保障工藝控制采用分析有機(jī)液體污染物處理尾氣處理5.3 5.3 原位電磁波加熱修復(fù)技術(shù)原位電磁波加熱修復(fù)技術(shù) 也屬于高溫原位加熱技術(shù)，利用高頻電壓產(chǎn)生的電磁波能量對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土壤進(jìn)行加熱，利用熱量強(qiáng)化土壤蒸汽浸提技術(shù)，使污染物在土壤顆粒內(nèi)解吸而達(dá)到污染土壤的修復(fù)目的。無線電波加熱主要利用無線電波中的電磁能量進(jìn)行加熱，過程無需土壤的熱傳導(dǎo)。能量

17、由埋在鉆孔中的電極導(dǎo)入土壤介質(zhì)，加熱機(jī)制類似于微波爐加熱。 正常的加熱系統(tǒng)包括：無線電能量輻射布置系統(tǒng)；無線電能量發(fā)生、傳播和監(jiān)控系統(tǒng)；污染物蒸汽屏蔽包容系統(tǒng)；污染物蒸汽回收處理系統(tǒng)5.3.1 5.3.1 影響因素影響因素 含水量高于25%的土壤能耗很大，水的蒸發(fā)降低了系統(tǒng)的效率 對(duì)非揮發(fā)性有機(jī)物、無機(jī)物、金屬及重油無效 深入15米的地下土層，某些特定的電磁波加熱技術(shù)的運(yùn)用效果不理想 粘性土壤吸附的污染物難于去除，會(huì)降低電磁波加熱系統(tǒng)性能六六 熱解吸修復(fù)技術(shù)（熱解吸修復(fù)技術(shù)（Thermal-desorption remediation） 是通過直接或間接熱交換，將污染介質(zhì)及其所含的有機(jī)污染物加

18、熱到足夠的溫度（通常被加熱到150540度），以使有機(jī)污染物從污染介質(zhì)上得以揮發(fā)或分離的過程 分為兩類：土壤或沉積物加熱溫度為150-315度的技術(shù)為低溫?zé)峤馕夹g(shù)和溫度達(dá)到315-540度的高溫?zé)峤馕夹g(shù) 熱解吸技術(shù)可以分為兩步：1、加熱被污染的物質(zhì)使其中的有機(jī)污染物揮發(fā)；2、處理廢氣，防止揮發(fā)污染物擴(kuò)散到大氣 可以分為直接接觸加熱（火焰輻射直接加熱或燃?xì)鈱?duì)流直接加熱）和間接接觸加熱（通過物理隔離，如鋼板，將熱源與被加熱污染物分開）兩種 熱解吸系統(tǒng)可以進(jìn)一步分為兩類：連續(xù)給料系統(tǒng)和批量給料系統(tǒng) 連續(xù)給料系統(tǒng)采用異位處理方式，即污染物必須從原地挖出，經(jīng)過一定處理后加入處理系統(tǒng)。連續(xù)給料系統(tǒng)既可

19、采用直接加熱方式，也可采用間接火焰加熱方式。代表性的連續(xù)給料熱解吸系統(tǒng)包括：直接接觸熱解吸系統(tǒng)-旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)；間接接觸熱解吸系統(tǒng)-旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)和熱旋轉(zhuǎn)。 批量給料系統(tǒng)既可以是原位修復(fù)，如熱毯系統(tǒng)、熱井和土壤氣體抽提設(shè)備，也可以是異位修復(fù)，如加熱灶和熱氣抽提設(shè)備。6.1 6.1 直接接觸熱解吸系統(tǒng)直接接觸熱解吸系統(tǒng)6.1.16.1.1經(jīng)歷了經(jīng)歷了3 3個(gè)發(fā)展階段個(gè)發(fā)展階段旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)織物濾塵器噴射引擎再燃裝置760-980 230土壤處理土壤150-200空氣第一代直接接觸熱解吸系統(tǒng)流程圖旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)織物濾塵器噴射引擎再燃裝置760-980 232土壤處理土壤260-540空氣第二代直接接觸熱解吸系統(tǒng)流

20、程圖氣體冷卻裝置旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)織物濾塵器噴射引擎再燃裝置760-980 232土壤處理土壤260-650空氣第三代直接接觸熱解吸系統(tǒng)流程圖氣體冷卻裝置濕氣體清洗器廢水處理與排放 第一代直接接觸熱解吸系統(tǒng)只適用于低沸點(diǎn)（低于260315 ）的非氯代污染物的修復(fù)處理。整個(gè)系統(tǒng)加熱溫度大致為150200 第二代直接接觸熱解吸系統(tǒng)在原來的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大了可應(yīng)用范圍，對(duì)高沸點(diǎn)（大于 315 ）的非氯代污染物也適用。 第三代直接接觸熱解吸系統(tǒng)用來處理高沸點(diǎn)氯代污染物。比第二代系統(tǒng)多了酸性氣體中和裝置，以控制鹽酸向大氣的釋放以及一個(gè)利用富含化學(xué)降解劑的水噴淋設(shè)備，濕的氣體清洗器是最常用到的氣體控制系統(tǒng)6.2 6.

21、2 間接接觸熱解吸系統(tǒng)間接接觸熱解吸系統(tǒng) 包括兩個(gè)階段：污染物被解吸下來，也就是在相對(duì)低的溫度下使污染物與污染土壤相分離；他們被濃縮成濃度較高的液體形式，適合運(yùn)送到特定地點(diǎn)的工廠進(jìn)行進(jìn)一步的傳統(tǒng)處理 包括間接接觸旋轉(zhuǎn)-干燥熱解吸系統(tǒng)和間接接觸熱螺旋解吸系統(tǒng)6.3 熱空氣浸提熱解吸系統(tǒng)（熱空氣浸提熱解吸系統(tǒng)（HAVE）是異位處理過程是異位處理過程6.4 6.4 熱毯和熱井熱毯和熱井熱毯的溫度可達(dá)1000度，并且通過與污染物的直接接觸式熱傳導(dǎo)，將地表下1米深土層中的污染物變成氣態(tài)。熱井技術(shù)是將電子浸透加熱元件埋入地下2-3米深的土層，修復(fù)從地下1米到地下水位線深度污染區(qū)域的土壤6.5 6.5 系統(tǒng)

22、設(shè)計(jì)及其考慮因素系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其考慮因素 6.5.1 6.5.1 修復(fù)處理過程修復(fù)處理過程：土壤性質(zhì)、溫度、氣流 6.5.2 6.5.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能：各處理單元參數(shù) （熱解吸技術(shù)分為兩個(gè)大類：連續(xù)給料技術(shù)和批量給料技術(shù)）： 第一層可行性實(shí)驗(yàn)：為了證實(shí)熱解吸技術(shù)對(duì)某一土壤類型及污染物混合體的有效性。小批量的污染介質(zhì)在一個(gè)靜態(tài)的馬弗爐中，在較寬的溫度范圍內(nèi)加熱，并開展較長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)，以發(fā)現(xiàn)土壤處理的最低溫和達(dá)到污染物處理標(biāo)準(zhǔn)所需的停留時(shí)間。目的是確定熱解吸技術(shù)對(duì)欲修復(fù)土壤類型是否適用。 第二層可行性實(shí)驗(yàn)：通過在實(shí)驗(yàn)室的條件下，模仿全方位系統(tǒng)操作，以少量污染土壤為研究對(duì)象，確定那種類型

23、的熱解吸技術(shù)更適合 第三層可行性實(shí)驗(yàn)：技術(shù)人員要在現(xiàn)場(chǎng)建造出整套修復(fù)設(shè)施，然后將污染土壤通過熱解吸系統(tǒng)6.5.36.5.3系統(tǒng)所需資源系統(tǒng)所需資源燃料、水、電力燃料、水、電力 需要的燃料數(shù)量主要決定于：欲處理土壤的體積；土壤本身含有的熱量；燃料的熱值；達(dá)到最佳處理效果所需要的溫度；土壤水分含量；土壤的其他的物理與化學(xué)性質(zhì)；周圍的環(huán)境；熱解吸系統(tǒng)裝備的熱效率和燃燒效率。 水被用來控制尾氣處理過程的溫度，作為中和尾氣所加化學(xué)試劑的介質(zhì)，濕潤(rùn)處理殘留物 電力用來開動(dòng)泵、鼓風(fēng)機(jī)以及傳送設(shè)備和電極、照明等。6.5.46.5.4修復(fù)地點(diǎn)的實(shí)際條件修復(fù)地點(diǎn)的實(shí)際條件 當(dāng)?shù)氐耐恋乩脿顩r 當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件 待修

24、復(fù)污染土壤的體積或數(shù)量 污染土壤的運(yùn)送 當(dāng)?shù)貏趧?dòng)人員和輔助設(shè)施的可得性和工資支付 可提供的工程施展空間 環(huán)保部門的準(zhǔn)許6.6 6.6 應(yīng)用熱解吸系統(tǒng)應(yīng)考慮的問題應(yīng)用熱解吸系統(tǒng)應(yīng)考慮的問題 場(chǎng)地特性： 水分含量：過多的水分含量會(huì)提高操作費(fèi)用，因?yàn)樗谔幚磉^程中的蒸發(fā)也需要燃料。在處理尾氣中加入水蒸氣導(dǎo)致低的產(chǎn)廢率，因?yàn)樗魵庖惨矚夂徒馕聛淼奈廴疚镆坏肋M(jìn)入處理設(shè)備中進(jìn)行處理。這些低的產(chǎn)廢率可歸因于：過高的氣流；熱輸入的限制 土壤粒徑分布與組成：確定土壤質(zhì)地粗細(xì)的臨界點(diǎn)是粒徑大于或小于0.075mm（200目篩）所占的百分比。如果超過半數(shù)的土壤顆粒大于0.075mm，認(rèn)為土壤質(zhì)地是粗的，如果超

25、過半數(shù)的土壤顆粒小于0.075mm，認(rèn)為是細(xì)質(zhì)土壤 土壤密度（處理角度質(zhì)量；付費(fèi)角度體積） 土壤滲透性與可塑性：土壤滲透性影響著將氣態(tài)化的污染物引導(dǎo)出土壤介質(zhì)的過程，黏土含量高或結(jié)構(gòu)緊實(shí)的土壤，滲透性比較低，不適合利用熱解吸技術(shù)修復(fù)污染土壤；土壤可塑性指的是未經(jīng)休整的土壤的變形程度 土壤均一性 熱容量 污染物與化學(xué)成分6.7 6.7 熱解吸系統(tǒng)的適用范圍熱解吸系統(tǒng)的適用范圍 熱解吸系統(tǒng)可以用在廣泛意義上的揮發(fā)態(tài)有機(jī)物、半揮發(fā)態(tài)有機(jī)物、農(nóng)藥，甚至高沸點(diǎn)氯代化合物污染土壤的治理與修復(fù)上 溫度范圍： 可行性分析 重金屬污染物的影響 其他因素：時(shí)間保證、公眾的認(rèn)可度、充足的能源、空間保證、資金保證七、

26、電動(dòng)修復(fù)七、電動(dòng)修復(fù) 7.1 概念：概念：是利用電動(dòng)力學(xué)的方法從飽和土壤是利用電動(dòng)力學(xué)的方法從飽和土壤層、不飽和土壤層、污泥、沉積物中分離提取重金層、不飽和土壤層、污泥、沉積物中分離提取重金屬、有機(jī)污染物的過程屬、有機(jī)污染物的過程7.2 7.2 土壤電動(dòng)修復(fù)裝置土壤電動(dòng)修復(fù)裝置 主要包括：提供直流電壓的DC電源，陰、陽極電解池和陰、陽電極，處理導(dǎo)出污染液體的處理裝置等。 電解池通常設(shè)有氣體出口，用來分別導(dǎo)出陰、陽兩極產(chǎn)生的氫氣和氧氣。實(shí)驗(yàn)裝置中的電極可選擇鉑電極，鈦合金電極，也可采用較便宜、易得的石墨電極等。7.3 土壤中的污染物在電場(chǎng)作用下主要運(yùn)動(dòng)機(jī)制 電遷移、電滲流以及電泳等 電遷移電遷移

27、:指帶電離子在土壤溶液中朝向帶相反電荷電極方向的運(yùn)動(dòng)； 電滲流電滲流:指土壤微孔中的液體在電場(chǎng)作用下由于其帶電雙電層與電場(chǎng)的作用而作相對(duì)于帶電土壤表層的移動(dòng)； 電泳電泳:指帶電粒子相對(duì)于穩(wěn)定液體的運(yùn)動(dòng)。由于電動(dòng)修復(fù)過程中帶電土壤顆粒的移動(dòng)性小，常常可以忽略。 電遷移速度決定于土壤-水體系的導(dǎo)電情況，它的強(qiáng)弱與電流ie的數(shù)值以及離子的電荷數(shù)等有關(guān)，用數(shù)學(xué)式可表達(dá)為：Vem=uie 其中u代表電荷在溶液中的遷移系數(shù)，用公式表達(dá)為uZDF/RT，Z為離子的電荷數(shù)，D為擴(kuò)散系數(shù)，T為絕對(duì)溫度，F(xiàn)為阿佛加德羅常數(shù)，R為氣體常數(shù)。由于離子在土壤中的遷移比在水中的更加復(fù)雜，所以在實(shí)際土壤中電遷移速率應(yīng)為：

28、u *=u/T, T為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。 電動(dòng)修復(fù)原理圖 電滲流可描述為：Veos=Ke/*ie其中，Veos是電滲流（m3*s-1 ），指電導(dǎo)率(S* m-1) Ke代表電滲流的滲透系數(shù)（m2*V-1*s-1）。Ke=/n, 其中是液體的滲透性:（6.93*10-10C*V-1*m-1）, 是電位(V)，n是孔隙率，是液體粘度(kg*m-1*s-1) 電泳指土壤溶液中的帶電膠體微粒在電場(chǎng)作用下發(fā)生的遷移。在密實(shí)型土壤中，電泳表現(xiàn)出的作用并不顯著。只有往溶液中加入表面活性劑或者在泥漿處理中運(yùn)用該技術(shù)，電泳才起到明顯作用 在電動(dòng)修復(fù)過程中還包括另外一些化學(xué)物質(zhì)的遷移機(jī)制：如擴(kuò)散、水平對(duì)流和化學(xué)吸附等。擴(kuò)

29、散是指由于濃度梯度而導(dǎo)致的化學(xué)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，水溶液中離子的擴(kuò)散量與該離子的濃度梯 度和其在溶液中的擴(kuò)散系數(shù)成正相關(guān)。水平對(duì)流則是由溶液的流動(dòng)而引起物質(zhì)的對(duì)流運(yùn)動(dòng) 伴隨著以上幾種遷移，在電動(dòng)修復(fù)過程中土壤體系還存在著一系列其他變化，如孔隙液中化學(xué)物質(zhì)的形態(tài)以及電流大小變化等。而土壤中的這些變化將引起多種化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，包括溶解、沉淀、氧化還原等。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)自身的特點(diǎn)，它們可以加速或者減緩污染物的遷移。 電極兩端的化學(xué)反應(yīng)主要是水的電解。在電場(chǎng)作用下，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)。 陽極：H2O-2e 1/2O2+2H+ 陰極：H2O+2e H2+2OH- 電極反應(yīng)在陰、陽極分別產(chǎn)生了大量的H+

30、和OH-，導(dǎo)致電極附近的pH相應(yīng)地下降和升高。 在電場(chǎng)作用下， H+ 和 OH- 又將以電遷移、電滲流、擴(kuò)散、水平對(duì)流等方式向陰、陽兩極移動(dòng)，直到兩者相遇且中和。在相遇的區(qū)域產(chǎn)生pH 突變，并從該點(diǎn)將整個(gè)操作區(qū)間劃為酸性和堿性區(qū)域。其中， H+遷移速度是OH-遷移速度的1.8倍。 在酸性區(qū)域內(nèi)，金屬離子的溶解度增大，有利于土壤中重金屬離子的解吸。但pH的降低使得雙電層的zata 電位降低，不利于電滲流的發(fā)展；而在堿性區(qū)域， 重金屬離子容易生成沉淀，從而限制污染物的去除效率。 在土壤溶液中還存在吸附作用與解吸作用。這兩種機(jī)制涉及到化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)（如離子大小、價(jià)態(tài)、濃度等）、吸附劑的類型以及孔隙液

31、的性質(zhì)等。假設(shè)吸附作用快速且可逆，那么該現(xiàn)象可以用Langumuir和Freundlich等溫線來描述。Langmuir方程：X=(KXmC)/(1+KC) 其中：X單位土壤或其它固體顆粒的吸附量； K吸附強(qiáng)度因子； Xm最大吸附量；C平衡液濃度。 為了求得Xm、K值，一般采用Langmuir方程的直線形式：C/X=1/KXm+C/Xm，這樣利用C/X為縱座標(biāo)，C為橫座標(biāo)，得出直線斜率1/Xm，就可以得到Xm值，再用截距1/KXm就可以得到K值。 Freundlich方程： X=KCb其中X吸附量，C平衡溶液濃度。K和b均為系數(shù)。 另外，假設(shè)被吸附到固相中的污染物濃度與液相中的濃度存在平衡關(guān)系

32、，那么在污染物濃度低的情況下，吸附等溫線是線性相關(guān)的。在固、液相中濃度的相關(guān)關(guān)系用公式表示為：Sad=Kd*Cs，其中為Kd分配系數(shù)。 吸附作用對(duì)污染物遷移的影響通常用限制因子R描述: R=1+Kd*/n其中為土壤的干重，Kd為分配系數(shù)，n為孔隙度。 7.4 7.4 應(yīng)用及影響因素應(yīng)用及影響因素 目前，已經(jīng)可以用電動(dòng)修復(fù)技術(shù)有效地去除土壤中的重金屬及石油烴、酚類、多氯聯(lián)苯、胺類和有機(jī)農(nóng)藥等有機(jī)污染物。 pH控制著土壤溶液中離子的吸附與解吸、沉淀與溶解等，而且酸度對(duì)電滲速度有明顯影響，所以如何控制土壤pH值是電動(dòng)修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵。在電場(chǎng)作用下，陰極產(chǎn)生的OH-將沿著土柱向陽極方向移動(dòng)，而帶正電的重

33、金屬離子則在電場(chǎng)作用 向著陰極方向移動(dòng)，這樣重金屬離子將與OH-在土柱中某點(diǎn)相遇，并生成重金屬沉淀。該過程不但影響重金屬的去除，還可能堵塞土壤微孔，致使土壤電導(dǎo)降低，修復(fù)效率下降，所以制止OH-向土柱內(nèi)的移動(dòng)非常必要 為了控制陰極區(qū)的pH，可通過添加酸來消除電極反應(yīng)產(chǎn)生的OH-。 無機(jī)酸可用于中和電解池中陰極產(chǎn)生的OH-，可無機(jī)酸常常會(huì)引起一系列環(huán)境問題，如使用鹽酸將在土壤中形成金屬的氯化物沉淀，增加土壤孔水中的氯離子含量并在陽極生成氯氣等。而有機(jī)酸具有較好的應(yīng)用前景，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)形成的金屬配合物是水溶性的，同時(shí)，它也是環(huán)境安全和生物可降解的。 通過添加醋酸鹽來抑制陰極區(qū)的OH-升高，可防止

34、在較堿性條件下，重金屬離子生成沉淀。同時(shí)，利用純凈水不斷更新陰極池中的堿溶液也可避免土柱的聚集OH-。 影響土壤電動(dòng)修復(fù)效率的因素很多，包括土壤類型、污染物性質(zhì)、電壓和電流大小、洗脫液組成和性質(zhì)、電極材料和結(jié)構(gòu)等 研究表明該技術(shù)能夠適用于從層狀粘土到精細(xì)沙土的多種土壤類型，土壤性質(zhì)基本不影響該技術(shù)的使用，但是在一定程度上影響其修復(fù)速度和效率 實(shí)驗(yàn)證明具有以下性質(zhì)的污染土壤特別適合電動(dòng)修復(fù)：低水傳導(dǎo)性的土壤；污染物存在或可溶于土壤溶液中；水中含有較低濃度的非目標(biāo)離子7.5 技術(shù)優(yōu)勢(shì)與限制因素技術(shù)優(yōu)勢(shì)與限制因素技術(shù)優(yōu)勢(shì)技術(shù)優(yōu)勢(shì) 與挖掘、土壤沖洗等異位技術(shù)相比，電動(dòng)力學(xué)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有景觀、與挖掘、土壤沖洗等異位技術(shù)相比，電動(dòng)力學(xué)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有景觀、建筑和結(jié)構(gòu)等的影響最小建筑和結(jié)構(gòu)等的影響最小 與酸浸技術(shù)不同，此方法改變土壤中原有成分的與酸浸技術(shù)不同，此方法改變土壤中原有成分的pH使金屬離子活使金屬離子活化，這樣土壤本身的結(jié)構(gòu)不會(huì)遭到破壞，且該過程不受土壤低滲化，這樣土壤本身的結(jié)構(gòu)不會(huì)遭到破壞，且該過程不受土壤低滲透性的影響透性的影響 與化學(xué)穩(wěn)定化不同，此方法中金屬離子從根本上完