電動力學(xué)修復(fù)污染土壤的改進(jìn)技術(shù)ppt課件.ppt

1、電動力學(xué)修復(fù)污染土壤的改進(jìn)技術(shù),1,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,章節(jié)設(shè)置,總結(jié)與展望,電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)改進(jìn),電動力學(xué)修復(fù)機(jī)理,2,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,電動力學(xué)修復(fù)機(jī)理,圖1-1 電動力學(xué)修復(fù)機(jī)理示意圖,將電極插入土壤中，加上直流電壓后形成電場，引起土壤空 隙水中帶有電荷的離子和土壤顆粒在電場中產(chǎn)生各種電動力學(xué)效應(yīng)，使污染物在土壤中定向遷移，并富集在電極區(qū)域，再通過一系列后處理將其去除,3,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,電動力學(xué)修復(fù)機(jī)理,電遷移,電滲析,電解反應(yīng),電泳,4,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添

2、加文本,點(diǎn)擊添加文本,（1）電解反應(yīng),電解反應(yīng)主要是電極兩端水的電解。在電場作用下，陰、陽極發(fā)生如下反應(yīng)： 2H2O-4e-O2+4H+ （陽極） 4H2O+4e-2H2+4OH- （陰極） 由式陰、陽極反應(yīng)可見，電極反應(yīng)在陰、陽極分別產(chǎn)生大量的OH-和H+，會導(dǎo)致電極附近的pH值相應(yīng)地升高和下降。,5,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,（2）電滲析,電滲析作用是由于土壤孔隙表面帶有負(fù)電荷，可以與空隙水的離子形成雙電層，從而引起空隙水溶液沿電場從陰極向陽極流動的現(xiàn)象。 空隙水的電滲析流速u與空隙水的介電常數(shù)、土壤表面的平均zeta電位、電場強(qiáng)度E成正比，與空隙水的粘度成反

3、比，可用以下方程表示：,由于zeta電位受到pH的影響，當(dāng)土壤的表面電荷零電位點(diǎn)（point of zero charge, PZC）位于pH時，表面電荷為負(fù)值，電滲析方向?yàn)橛烧龢O流向負(fù)極；而當(dāng)PZC大于pH時，表面電荷變?yōu)檎?，電滲析方向相應(yīng)變相反方向，所以在實(shí)際修復(fù)過程中控制pH有助于提高電滲析流速。,6,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,（3）電遷移,電遷移是指直流電場中正離子向陽級遷移，負(fù)離子向陰極遷移的過程。 電動力學(xué)過程中，陰、陽極電解反應(yīng)產(chǎn)生的OH-形成的堿性帶和H+形成的酸性帶會同時朝對向土壤區(qū)域遷移；而H+遷移速率約為OH-的1.8倍，導(dǎo)致土壤中大部分區(qū)

4、域的pH下降，當(dāng)酸性帶同堿性帶相遇時，土壤的pH會發(fā)生劇變。土壤pH的變化會影響污染物在土壤上的吸附-解吸行為，從而改變污染物的可移動性和可利用性，影響土壤的修復(fù)效果。,7,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,（4）電泳,電泳描述的是土壤中帶電膠體粒子的遷移過程。吸附在土壤膠體粒子的污染物質(zhì)通過隨膠體粒子的遷移，達(dá)到去去除效果。電泳的運(yùn)動方向和 大小取決于電場和毛細(xì)孔隙的直徑等，所以在密實(shí)型的土壤中，表現(xiàn)出的電泳作用并不明顯。,8,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,大量的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)已經(jīng)證明，電動力學(xué)技術(shù)可高效地去除土壤中的重金屬離子和有機(jī)污染

5、物，其中重金屬離子包括鉻、銅、鉛、汞 、氟、鋅、錳等，有機(jī)污染物包括苯酚、苯、菲類、酚類等。 在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用中電動力學(xué)技術(shù)還存在著一些不可忽視的問題，如工作液和土壤pH值變化大嚴(yán)重影響電動力學(xué)修復(fù)；污染物的溶解性差和脫附能力弱，不利于去除，需要后處理；以及耗能量較高等，這些都限制了該技術(shù)的有效應(yīng)用。,9,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,為了進(jìn)一步提高電動力學(xué)技術(shù)對土壤中污染物的去除率，國內(nèi)外許多學(xué)者對其進(jìn)行了一些改進(jìn)。研究較多的技術(shù)改進(jìn)主要有： 工作液性質(zhì)狀態(tài)的改進(jìn) 電場分布的改進(jìn) 土壤摻雜 聯(lián)用技術(shù) 降低能耗的改進(jìn),10,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)

6、擊添加文本,電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)改進(jìn),電場分布的改進(jìn),工作液pH值調(diào)節(jié),土壤摻雜,極化問題的緩解,電動力學(xué)聯(lián)合修復(fù)技術(shù),降低能耗的改進(jìn),11,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,（1）極化問題的緩解,提高電動力學(xué)修復(fù)的效率常采用的方法有: 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)中在電極室附近添加循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)電滲析流很慢時用沖洗液或直接用自來水沖刷電極，減少氣泡和惰性白色膜的影響。 弄清楚受污染土壤的緩沖能力，并通過改換沖洗 液以控制土壤的 pH值在一定的范圍內(nèi)。,電動力學(xué)修復(fù)過程中會出現(xiàn)極化問題，主要包括活化極化、電阻極化和濃差極化。 活化極化：指電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體( 陽極氧氣和陰極氫氣) 會附著在電極

7、表面增加電阻，減小土壤區(qū)域的有效電位梯度。 電阻極化：指電解過程中陰極電極表面會附著一層惰性白色膜，降低電極的導(dǎo)電性能，從而降低電流。 濃差極化：是由于電動力學(xué)修復(fù)過程中H+向陰極遷移速率和OH-向陽極遷移速率總小于離子在電極上放電的速率，從而引起電極表面的離子濃度小于周圍溶液中的離子濃度，酸堿沒有及時被中和將會導(dǎo)致電流下降。,12,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,（2）電場分布的改進(jìn),電極的形狀、大小、排列以及極距都會影響電動力修復(fù)效果。傳統(tǒng)的電動力學(xué)修復(fù)裝置中使用的是兩塊大小形狀完全相同的電極板，得到均勻電場。 羅啟仕等利用柱狀電極代替片狀電極開發(fā)了一種非均勻電動力

8、學(xué)修復(fù)技術(shù)，并利用非均勻電場對土壤中無機(jī)離子( NO3-和SO42-）、2,4-二氯酚的遷移性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明： 在1.0V/cm電壓梯度下不飽和沙壤土中NO3-和SO42-的電遷移速率分別高達(dá)22.0cm/d和16.5cm/d； 非均勻電動力學(xué)過程能有效地促進(jìn)土壤中 2,4-二氯酚的解吸和遷移; 采用合適的運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)，可以最大限度地保護(hù)土壤原有的特征，降低能量消耗，具有潛在的應(yīng)用前景。 在改進(jìn)電場分布加快土壤修復(fù)速率、減少修復(fù)時間、降低耗能等方面還需要進(jìn)一步研究。,13,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,（2）電場分布的改進(jìn),電極的形狀、大小、排列以及極距都

9、會影響電動力修復(fù)效果。傳統(tǒng)的電動力學(xué)修復(fù)裝置中使用的是兩塊大小形狀完全相同的電極板，得到均勻電場。 羅啟仕等利用柱狀電極代替片狀電極開發(fā)了一種非均勻電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)，并利用非均勻電場對土壤中無機(jī)離子( NO3-和SO42-）、2,4-二氯酚的遷移性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明： 在1.0V/cm電壓梯度下不飽和沙壤土中NO3-和SO42-的電遷移速率分別高達(dá)22.0cm/d和16.5cm/d； 非均勻電動力學(xué)過程能有效地促進(jìn)土壤中 2,4-二氯酚的解吸和遷移; 采用合適的運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)，可以最大限度地保護(hù)土壤原有的特征，降低能量消耗，具有潛在的應(yīng)用前景。 在改進(jìn)電場分布加快土壤修復(fù)速率、減少修復(fù)時

10、間、降低耗能等方面還需要進(jìn)一步研究。,14,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,（3）土壤摻雜,修復(fù)過程中由于電滲析作用，土壤水分發(fā)生遷移導(dǎo)致部分土壤板結(jié)，電阻率增加，從而導(dǎo)致電流減小。 針對溶解性差和脫附能力弱污染物，一些研究者采用添加表面活性劑或助溶劑的方法增強(qiáng)電動力學(xué)修復(fù)，其作用原理是將表面活性劑或助溶劑添加到土壤中，與土壤污染物相互作用形成遷移態(tài)化合物，通過電動力學(xué)技術(shù)將遷移態(tài)化合物遷移至收集區(qū)域作進(jìn)一步處理。 土壤中添加表面活性劑.助溶劑的電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)已用于酚類、烷烴類、鹵代烴類、多環(huán)芳烴類、苯系物、硝基苯類和多氯聯(lián)苯等污染的土壤處理。該方法的優(yōu)點(diǎn)有: 適用對

11、象廣，可用于各種溶解于表面活性劑或助溶劑中的污染物 操作簡便 高滲透、費(fèi)用合理等 但是目前對于如何降低助溶劑、表面活性劑的毒性及其與土壤顆粒的吸附作用、提高它們的提取效率等問題仍需進(jìn)一步研究。,15,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,（4）工作液pH值調(diào)節(jié),電解反應(yīng)產(chǎn)生的H+和OH-使得土壤中形成酸性帶和堿性帶，如果對此不加以限制，就會向土壤中遷移改變土壤性質(zhì)，并且酸性帶隨著電滲析流的流動會導(dǎo)致電位降低，甚至使電位方向反轉(zhuǎn)，從而減弱電滲析流。這種現(xiàn)象也導(dǎo)致操作電壓的升高和能耗的增加，影響電動力學(xué)修復(fù)效果。 王守忠等采用置空pH值突越區(qū)的方法，通過注入醋酸溶液，降低突躍區(qū)的

12、pH值，避免了重金屬離子在pH值突越區(qū)內(nèi)的沉積；路平等人利用交換電極的方法控制pH值在中性范圍內(nèi)，使得土壤中鉻的去除率由59.04%提高到86.10%。,16,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,（5）降低能耗的改進(jìn),實(shí)驗(yàn)修復(fù)中，一般采用電流強(qiáng)度范圍約為10100mA/cm2，電壓梯度約為0.5V/cm，電能耗與電流的平方成正比，耗能高，處理費(fèi)用也就相應(yīng)增加，這成為電動力學(xué)技術(shù)在實(shí)際中應(yīng)用的重要問題。據(jù)美國地下水修復(fù)技術(shù)分析中心對幾個主要電動力學(xué)技術(shù)公司的土壤處理費(fèi)用的統(tǒng)計(jì)，各公司的處理成本在80美元/m3左右。 為了解決耗能高的問題，吳嬋等提出了鐵和碳組成的原電池在某些場

13、合可以代替電源，實(shí)現(xiàn)污染土壤和沉積物的電動力學(xué)修復(fù)。該原電池產(chǎn)生的電場可以驅(qū)動污染高嶺土中鎘發(fā)生電遷移，鎘的去除率達(dá)77.9%。,17,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,（6）電動力學(xué)修復(fù)聯(lián)合技術(shù),目前，相關(guān)的研究更傾向于將電動技術(shù)與其他技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合，用以去除土壤中的污染物。聯(lián)合技術(shù)可以避免或減少污染物的后處理過程，實(shí)現(xiàn)原位遷移和降解過程。 現(xiàn)有聯(lián)合技術(shù)包括: 電動技術(shù)-化學(xué)技術(shù)聯(lián)合 電動技術(shù)-超聲波技術(shù)聯(lián)合 電動技術(shù)-生物技術(shù)聯(lián)合 最近幾年，經(jīng)過研究者們對電動力學(xué)技術(shù)不斷地的研究，對重金屬污染土壤、某一種有機(jī)物污染土壤的修復(fù)已經(jīng)比較成熟，對原油污染土壤的修復(fù)也有了一定研

14、究，但仍是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，實(shí)際生產(chǎn)中還未得到應(yīng)用。,18,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,總結(jié)與展望,電動力學(xué)技術(shù)修復(fù)污染土壤作為一種新的原位修復(fù)技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，利用改進(jìn)的電動力學(xué)修復(fù)污染土壤現(xiàn)在尚處于實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模的探索性試驗(yàn)階段，雖然國內(nèi)外的研究報(bào)道不少，但大多集中在電動力學(xué)技術(shù)處理?xiàng)l件( 如土壤pH、電場強(qiáng)度、含水率、反應(yīng)時間等) 。其他技術(shù)聯(lián)合對電動力學(xué)修復(fù)效果的影響，實(shí)際應(yīng)用的案例及其中反應(yīng)的機(jī)理的研究比較少。為了使電動力學(xué)技術(shù)成為一種更實(shí)用的污染土壤修復(fù)技術(shù)需要從以下幾個方面不斷改進(jìn)和研究：,19,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,電

15、動力學(xué)修復(fù)污染土壤的修復(fù)機(jī)理非常復(fù)雜，涉及了物理、污染傳輸動學(xué)、土壤化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、電路化學(xué)等多方面知識，進(jìn)一步研究電動力學(xué)修復(fù)污染土壤機(jī)理，分析污染物遷移過程對此技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際至關(guān)重要。,20,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,根據(jù)不同污染區(qū)域土壤性質(zhì)，進(jìn)一步的探究改善電動力學(xué)修復(fù)的工序，建立一套去除效率高、環(huán)保節(jié)能的電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)體系。,21,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,盡量在較少破壞土壤結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)情況下，探討土壤污染物預(yù)處理方法，更經(jīng)濟(jì)、有效地從土壤中解析出污染物，并研制出能應(yīng)用于實(shí)際的大型電動力學(xué)修復(fù)污染土壤的設(shè)備。,22,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,加大對電動力學(xué)與其他技術(shù)的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的研究，通過構(gòu)建污染物處理數(shù)學(xué)模型，尋求聯(lián)合技術(shù)的最佳耦合點(diǎn)，來模擬污染物的去除過程并進(jìn)行預(yù)測。,23,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,參考文獻(xiàn),1陳學(xué)軍,申哲民,句柄新,等.模擬鎘污染土壤的電動力學(xué)修復(fù)研究J.環(huán)境化學(xué),2005,24(6):66