浙江大學(xué)《污染環(huán)境的物理修復(fù)》

1、污染環(huán)境的物理修復(fù)污染環(huán)境的物理修復(fù)污染物理修復(fù)主要是利用物理分離、電磁分離、蒸汽抽提、物理固定等物理方法將環(huán)境中的污染物進(jìn)行分離或固定。1.物理分離2.翻土和客土3.固化/穩(wěn)定化4.蒸汽抽提5.多相浸提6.玻璃化技術(shù)7.熱解吸技術(shù)8.水泥窯協(xié)同處置技術(shù)9.電動(dòng)力學(xué)技術(shù)1. 物理分離粒徑分離（篩分或過濾）密度分離（沉淀或離心）浮選分離（表面特性）磁分離（磁感應(yīng)效應(yīng)）2. 翻土和客土3. 固化/穩(wěn)定化技術(shù)固化/穩(wěn)定化：是指向污染土壤中加入某一類或幾類固化穩(wěn) 定化藥劑，通過物理、化學(xué)過程防止或降低土壤中污染物釋 放的一種技術(shù)。固化：是通過添加藥劑將土壤中的污染物包裹起來，形成相 對(duì)穩(wěn)定的形態(tài)，限制

2、土壤污染物向環(huán)境的釋放。穩(wěn)定化：是在土壤中添加穩(wěn)定化藥劑，通過對(duì)污染物的吸附、 沉淀（共沉淀）、絡(luò)合等作用來降低污染物在土壤中的遷移 性和生物有效性。水泥等篩分大塊物料粉粒狀土壤物料污染土壤破 碎固化添加劑固化注模、成型固化體養(yǎng)護(hù)固化體樣品抽檢固化體表面護(hù)層涂覆固化體最終處置固化/穩(wěn)定化處理工藝流程圖水泥、石灰、粉煤灰等無機(jī)材料固化（最廣泛）瀝青、聚乙烯等熱塑性有機(jī)材料和脲甲醛、聚酯等熱固性 有機(jī)材料固化硫酸亞鐵、磷酸鹽、氫氧化鈉、高分子有機(jī)物等藥劑穩(wěn)定化藥劑：以MgO為主，并含Ca、Si、Al等成分的穩(wěn)定化藥劑石灰水泥粉煤灰固化/ 穩(wěn)定劑類型固化/ 穩(wěn)定劑類型關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)

3、內(nèi)容固化/穩(wěn)定劑種類 及添加量通過試驗(yàn)確定固化/穩(wěn)定劑的配方和添加量污染物組成不同污染物需添加的固化劑/穩(wěn)定化劑污染介質(zhì)組成可溶性鹽類、水分含量、有機(jī)污染物等土壤破碎程度一般要求土壤顆粒最大尺寸不大于5cm土壤與固化/穩(wěn)定劑 混勻程度混合越均勻固化/穩(wěn)定化效果越好固化/穩(wěn)定化處理 效果評(píng)價(jià)浸出液濃度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)等修復(fù)周期與成本修復(fù)周期與成本修復(fù)周期：一般為3-6個(gè)月。具體視修復(fù)目標(biāo)值、工程大小、 待處理土壤體積、污染物化學(xué)性質(zhì)及其濃度分布情況及地 下土壤特性等因素而定。修復(fù)成本：根據(jù)美國(guó)EPA 數(shù)據(jù)顯示，應(yīng)用于淺層污染介質(zhì) 修復(fù)成本約為50-80 美元/m3，對(duì)于深層修復(fù)成本約為

4、195- 330 美元/m3。固化/穩(wěn)定化技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：作為普遍使用的污染土壤修復(fù)技術(shù)，成熟 可靠；可用于原位及異位修復(fù)，適用范圍廣；無 需設(shè)置長(zhǎng)期運(yùn)行的修復(fù)設(shè)施；修復(fù)周期短缺點(diǎn)：未徹底修復(fù)污染土壤，存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)原位固化/穩(wěn)定化技術(shù)原位固化/穩(wěn)定化技術(shù)直接將修復(fù)物質(zhì)注入污染土壤中進(jìn)行混合，需要用到大型的螺旋攪拌裝置或者鉆頭，處理后的土壤留在原地，用無污染的土壤進(jìn)行覆蓋。異位固化/穩(wěn)定化技術(shù)異位固化/穩(wěn)定化技術(shù)土壤挖掘異位攪拌澆注運(yùn)輸填埋土壤類型：土壤成分較為單一，水分和有機(jī)物含量不宜過高，便于固化劑混合均勻。污染物類型：無機(jī)類污染物適用范圍4、蒸氣抽提技術(shù)（SVE)蒸氣抽提是指通過降低土

5、壤孔隙蒸汽壓，把土壤中污染物轉(zhuǎn)化 為蒸氣形式而加以去除的技術(shù)，該技術(shù)適用于高揮發(fā)性化學(xué)污 染土壤修復(fù)，如汽油、苯和四氯乙烯等揮發(fā)性有機(jī)物污染土壤。蒸氣抽提技術(shù)的應(yīng)用條件項(xiàng)目有利條件不利條件污染物存在形態(tài)氣態(tài)或蒸發(fā)態(tài)被土壤強(qiáng)烈吸附或呈固態(tài)水溶解度100mg/L100mg/L蒸汽壓1.33104Pa 1.33104Pa土壤溫度20oC 10oC濕度10% 10%組成均一不均一空氣傳導(dǎo)率104cm/s106cm/s地下水位20m1 m蒸氣抽提站尾氣處理站蒸氣抽提技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：適用于揮發(fā)性有機(jī)物去除，去除率高，費(fèi) 用較低缺點(diǎn)：需要尾氣處理5、多相抽提技術(shù)(MPE)原理：通過真空提取手段，抽取地下污

6、染區(qū)域的土壤氣體、地下水和浮油 層到地面進(jìn)行相分離及處理，以控制和修復(fù)土壤與地下水中的有機(jī)污染物。 可處理污染物：適用于易揮發(fā)、易流動(dòng)的NAPL（非水相液體）（如汽油、 柴油、有機(jī)溶劑等)。應(yīng)用限制條件：不宜用于滲透性差或者地下水水位變動(dòng)較大的場(chǎng)地。多相抽提技術(shù)的修復(fù)周期及成本修復(fù)周期：通常應(yīng)用該技術(shù)清理污染源區(qū)的速度相對(duì)較快， 一般需要1-24 月的時(shí)間。修復(fù)成本：根據(jù)國(guó)內(nèi)中試工程案例，每處理1千克LNAPL（低密度非水相液體）的成本約為385元。蒸氣抽提站尾氣處理站異位氣相抽提異位氣相抽提6、熱脫附修復(fù)技術(shù)原理：通過直接或間接加熱（低溫150-315 oC；高溫315-540 oC），將污

7、染土壤加熱至目標(biāo)污染物沸點(diǎn)以上，通過控制系統(tǒng)溫度和物料停留時(shí)間有選擇地促使污染物氣化揮發(fā)，使目標(biāo)污 染物與土壤顆粒分離去除?？商幚砦廴疚铮簱]發(fā)及半揮發(fā)性有機(jī)污染物（如石油烴、農(nóng)藥、多 環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯）和汞。應(yīng)用限制條件：不適用于無機(jī)物污染土壤（汞除外），也不適用于 腐蝕性有機(jī)物、活性氧化劑和還原劑含量較高的土壤。異位熱脫附典型流程關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)內(nèi)容土壤特性土壤質(zhì)地水分含量沙土質(zhì)疏松，對(duì)液體物質(zhì)的吸附力及保水能力弱， 受熱易均勻，故易熱解吸；粘土顆粒細(xì)，性質(zhì)正 好相反，不易熱解吸水分受熱揮發(fā)會(huì)消耗大量的熱量。為保證熱解吸 的效能，進(jìn)料土壤的含水率宜低于25%土壤粒徑分布最大土壤粒徑不應(yīng)超

8、過5cm污染物特 性污染物濃度排氣中有機(jī)物濃度要低于爆炸下限25%沸點(diǎn)范圍二噁英的形成低溫?zé)峤馕?50-315；高溫?zé)峤馕?15- 540在廢氣燃燒破壞時(shí)需要特別的急冷裝置，使高溫 氣體的溫度迅速降低至200，防止二噁英的生 成。修復(fù)周期：處理周期可能為幾周到幾年修復(fù)成本：國(guó)外對(duì)于中小型場(chǎng)地（2 萬噸以下）處理成本約 為100-300美元/m3，對(duì)于大型場(chǎng)地（大于2 萬噸）處理成本 約為50 美元/ m3。根據(jù)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，污染土壤熱 脫附處置費(fèi)用約為600-2000 元/噸。修復(fù)周期及成本熱脫附修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：適用于有機(jī)污染的去除，效果好，費(fèi)用中等缺點(diǎn)：二次污染控制，場(chǎng)地和

9、土壤性質(zhì)限制應(yīng)用案例7、玻璃化技術(shù)原理：土壤玻璃化修復(fù)技術(shù)是指通過向污染土壤插入電極，對(duì)污染土壤 固體組分給予1600-2000oC的高溫處理，使有機(jī)污染物和一部分無機(jī)化合 物如硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽得以揮發(fā)或熱解，或?qū)⑼寥罒Y(jié)為穩(wěn)定的 玻璃態(tài)，從而將污染物進(jìn)行固定的過程。能量傳輸蒸汽收集尾氣處理直流高 壓電源污染土壤玻璃化修復(fù)直流高壓站被玻璃化的土塊玻璃化修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：適用于重金屬、有機(jī)污染物、放射性物質(zhì)等處理，效果好缺點(diǎn)：費(fèi)用高，尾氣污染控制，如Hg8、水泥窯協(xié)同處置技術(shù)原理：利用水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的高溫、氣體長(zhǎng)時(shí)間停留、 熱容量大、熱穩(wěn)定性好、堿性環(huán)境、無廢渣排放等特 點(diǎn)，在生產(chǎn)水泥熟

10、料的同時(shí)，焚燒固化處理污染土壤可處理污染物：有機(jī)污染物及重金屬應(yīng)用限制條件：不宜用于汞、砷、鉛等重金屬污染較 重土壤工藝流程圖關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)內(nèi)容水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)配置采用配備完善的煙氣處理系統(tǒng)和煙氣在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的新 型干法回轉(zhuǎn)窯，單線設(shè)計(jì)熟料生產(chǎn)規(guī)模不小于2000 噸/天土壤中堿性物質(zhì)含量污染土壤提供了硅質(zhì)原料，但污染土壤中K2O、Na2O 含 量高，影響水泥品質(zhì)重金屬污染物初始濃度入窯配料中重金屬污染物的濃度應(yīng)滿足水泥窯協(xié)同處 置固體廢物環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范（HJ622）的要求土壤中氯和氟元素含量入窯物料中氟元素含量不應(yīng)大于0.5%，氯元素含量不應(yīng) 大于0.04%。土壤中硫元素含量配料后的物料

11、中硫化物硫與有機(jī)硫總含量不應(yīng)大于0.014%。高溫區(qū)投加的全硫與配料系統(tǒng)投加的硫酸鹽硫 總投加量不應(yīng)大于3000mg/kg。污染土壤添加量應(yīng)根據(jù)污染土壤中的堿性物質(zhì)含量、重金屬含量、氯、 氟、硫元素含量及污染土壤的含水率，綜合確定投加量。運(yùn)行周期及成本修復(fù)周期：處理周期與水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力及污染土壤 投加量相關(guān)，一般通過計(jì)算確定污染土壤的添加量和處理 周期，添加量一般低于水泥熟料量的4% 。修復(fù)成本：水泥窯協(xié)同處置污染土壤在國(guó)內(nèi)的工程應(yīng)用成 本為800-1000元/m。優(yōu)點(diǎn)：廢氣中的二噁英基本杜絕或避免產(chǎn)生，焚燒爐灰渣 直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯作為水泥原料混合加以利用，不外排。重 金屬離子隨物料固化在

12、熟料中，避免了重金屬二次污染。缺點(diǎn)：運(yùn)行費(fèi)用較高，可能影響水泥質(zhì)量水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)國(guó)外應(yīng)用案例9、 電動(dòng)修復(fù)技術(shù)重金屬污染土壤修復(fù)：在土壤/場(chǎng)地中施加直流電，使兩電 極之間形成直流電場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)重金屬離子沿電場(chǎng)方向遷移，從而 將污染物富集至陰極區(qū)，然后再通過電沉積、離子交換等方法 予以分離，進(jìn)而達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。有機(jī)污染土壤修復(fù)：利用電場(chǎng)產(chǎn)生的各種電動(dòng)效應(yīng)和電化學(xué) 反應(yīng)，或增強(qiáng)土壤污染物生物可利用性；或加快有機(jī)污染物氧 化進(jìn)程；或改善功能微生物的代謝條件；或提供生物-化學(xué)反 應(yīng)所需外部參數(shù)，如適宜溫度、氧氣、pH和傳質(zhì)環(huán)境等。電動(dòng)修復(fù)設(shè)備電動(dòng)修復(fù)裝置主要包括：提供直流電壓DC電源，陰、陽(yáng)極電

13、解 池和陰、陽(yáng)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(yáng)兩極產(chǎn)生的氫 氣和氧氣。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。電動(dòng)修復(fù)示意圖土壤處理槽電極槽電源絮凝 沉淀回收給水給水泵給水塔抽水泵排水電遷移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)。電泳指土壤溶液中帶電膠體微粒(細(xì)小土壤顆粒、腐殖質(zhì)和 微生物細(xì)胞）在電場(chǎng)作用下發(fā)生的遷移。擴(kuò)散是指由于濃度梯度而導(dǎo)致的化學(xué)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)。水平對(duì)流是由溶液的流動(dòng)而引起物質(zhì)的對(duì)流運(yùn)動(dòng)電動(dòng)修復(fù)的污染物運(yùn)動(dòng)機(jī)制電動(dòng)修復(fù)的化學(xué)反應(yīng)電極兩端化學(xué)反應(yīng)主要是水的電解電極反應(yīng)導(dǎo)