1、,Chapter2 Soil remediation,Physical Remediation Technologies,污染土壤的物理修复是指用物理的方法进行污染土壤的修复。,not change the physic-chemical properties of the pollutants accumulated in the soil to be cleaned.advantages possibility of removal or disposal of a broad spectrum of pollutants wide practical application (usual
2、ly on a small, local scale). disadvantages produce a considerable amount of wastes that need future management or utilization a relatively high cost,1、物理分离,is a physico-chemical process in which the contaminated parts of soil are separated. advantages: Significant volume reduction of contaminated so
3、il. disadvantages: could not be applied in the case of homogenous distribution of pollutants in soil. not effective for some soils types. The separated part of the contaminated soil must be cleaned up using another method.,该技术是一项较为成熟的修复技术,一般所需的固定投资为10 000-20 000美元,运行费用为6.5-118.0美元/m3,其目标污染物主要为土壤中重金属
4、。,案例,美国路易斯安娜州炮台港射击场污染修复-物理分离+酸淋洗,进料,摩擦洗涤,叶片分离,筛分,初级有机物筛分,初级振动筛,水力旋风分离缓冲罐,二级振动筛,砂螺旋脱水,待回收金属,水力旋风分离器,待处理有机物,待酸洗土壤,待回收大颗粒,2、固化/稳定化 (S/S),is a remediation/treatment technology that relies on the reaction between a binder and soil to stop/prevent or reduce the mobility of contaminants.,防止或降低污染土壤释放有害化学物质过
5、程的一组修复技术，包括原位和异位固化/稳定化,Stabilization/solidification (S/S),固化/稳定化的方法：利用吸附质如黏土、活性炭和树脂等吸附污染物，浇上沥青，然后添加某种凝固剂或黏合剂（水泥、硅土等）。使混合物成为一种凝胶，最后固化为硬块。,适用：无机物质、重金属污染,为何不适用于有机物？,需要安装螺旋钻井和混合设备、集尘系统、挥发性污染物控制 系统和大型储存池等全部或部分设施,异位固化/稳定化,主要特征： 将污染土壤或污泥挖出-地面利用大型混合搅拌装置进行混合-回填,修复物质,限制因素,环境条件,土壤或固废体积显著增大,有机物质影响粘结剂作用的发挥,VOCs混
6、合过程中挥发逃逸,成分复杂的污染土壤或固废难以找到合适的粘结剂,石块或碎片影响粘结剂的注入和与土壤的混合,原位固化/稳定化,将修复物质注入土壤中进行相互混合，需要用到大型的螺旋搅拌装置或者钻头，处理后土壤留在原处 限制因素： 未有现场经验、权威的导则可以参考 污染物埋藏深度影响应用过程 防止污染物扩散进入清洁区域 水会影响固化过程 粘结剂的输送困难，成本高,Stabilization/solidification (S/S),Wastes could be stabilised after removal and before or during placement to further re
7、duce mobility after placement. Stabilisation might include solidification with concrete or a similar material or direct chemical treatment of certain contaminants.,该技术所需的实施时间一般为3-6 个月, 具体应视修复目标值、待处理土壤体积、污染物浓度分布情况及地下土壤特性等因素而定。根据美国超基金项目的运行情况,该技术所需的处理费用一般为345美元/m3左右,案例：,美国威斯康星州德马尼托沃克河的一段受多环芳烃和重金属严重污染的底
8、泥曾采用原位固化/稳定化修复技术 该河段水深6m。工程采用长7.6m,直径1.8m的空心钢管为混合器和泥浆注射管。钢管深入沉积层1.5m，矿渣水泥灰浆通过钢管注入底泥与之混合。 但是出现了问题，什么问题呢？,搅拌导致底泥中大量油类和其他液态污染物进入上层水体,大量泥浆注入导致钢管内沉积层上升1-1.2m，并处于半固化状态,大量底泥悬浮上升导致需要长时间沉降,北京化工三厂作为化工生产基地近五十年，土壤中含有四丁基锡、邻苯二甲酸二辛酯、滴滴涕和重金属铅、镉等大量有害化学物质。2005年根据北京市规划委员会文件2005规意选字0356号，该场地被规划为宋家庄经济适用房项目建设用地 修复后的北京化工三
9、厂土壤各项指标经北京市环保局检测，均符合居民土壤健康风险评价建议值标准，该工程为国内首例污染土壤修复项目。,案例：,项目时间：2007年 地点：北京市丰台区宋家庄 土壤类型：化工污染土壤 主要污染物：四丁基锡、邻苯二甲酸二辛酯、滴滴涕、重金属铅、镉等有害化学物质 主要修复技术：水泥窑焚烧固化处理技术、阻隔填埋处理技术 处理规模：6.5万m3 处理目标：居住用地标准,北京建工环境修复有限责任公司,玻璃化,输入高强度能量，使污染土壤熔化，将含有挥发性污染物的蒸汽回收处理，同时污染土壤冷却后成玻璃状团块固定。 原位： 异位：,该技术通常可在 6-24 个月完成,适用于修复含水量较低、污染物埋深不超过
10、6m 的土壤,处理对象包括放射性物质、有机物、无机物等多种干湿污染物,但不适于处理可燃有机物含量超过5%-10%的土壤。该技术所需的处理费用较高,据中东地区的研究表明,所需处理费用一般为 350 美元/m3左右, 且土壤高含水量会增加处理成本。,原位玻璃化技术,(1) 在土壤两端插上电极电流通过土壤形成环路, 土壤温度上升并熔化。 (2) 在自然冷却过程中, 土壤凝固形成玻璃样土块。 (3) 在土块上覆盖一层干净土壤。 这一技术已经实 际应用于铅污染土壤的修复。,异位玻璃化技术,使用等离子体、电流等加热高温熔解土壤及其中的污染物。 气体收集系统收集水汽、有机废气,熔化物冷却后形成的玻璃体将无机
11、污染物包覆起来,使其失去迁移性。该技术可用于破坏、去除污染土壤、污泥等泥土类物质中的有机物和大部分无机污染物,但实施时,需控制尾气中的有机物及一些挥发性重金属, 且需进一步处理玻璃化后的残渣。另外, 所需的处理费用较高,约为 650-1350美元/m3。,玻璃化技术优缺点,缺点：工程量大、费用昂贵 优点：见效快、能从根本上消除污染,4、SVE,土壤蒸汽浸提技术是降低土壤空气蒸汽压，利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯度，在气压降低的情况下，将其转化为气态污染物排除土壤外的过程。 Advantages: Proven performance; readily available equipmen
12、t; easy installation. Minimal disturbance to site operations. Short treatment times (usually 6 months to 2 years under optimal conditions). Cost competitive: $20-50/ton of contaminated soil. Can be applied at sites with free product, and can be combined with other technologies.,SVE,影响异位土壤浸提技术发挥有效性的主
13、要因素包括： 挖掘和物料处理的过程中容易出现气体泄漏； 运输过程中有可能导致挥发性物质释放； 占地空间大； 处理前直径大的块状碎石需提前去除； 黏质土壤影响修复效果； 腐殖质含量过高会抑制挥发过程,多相浸提技术,为了强化蒸汽浸提技术，出现了多相浸提技术，该技术同时对土壤和地下水蒸汽进行提取。随着地下水位的降低，浸提过程就可以应用到新露出的土壤层中。 该技术特别适用于处理中、低渗透性地层及地下水中的挥发性有机卤化物污染物，对于非卤化挥发性有机卤化物和石油烃化合物的修复技术也不错。,所需设备一般有：鼓风机、浸提井、真空系统、监测井和气体处理系统多相浸提技术修复土壤的时间可由几个月至几年不等。,So
14、il Vapor Extraction,Apply conditions:,groundwater table located less than 3 feet below the land surface,factors that determine the effectiveness of SVE are: permeability of the soil, soil structure and stratification, soil moisture, depth to groundwater.,适于：土壤均一、高渗透性、大孔隙度、不均匀的颗粒分布,工程实施时, 往往需要在地表面覆盖地
15、形膜,以防止发生短路, 并可增加抽气井的作用范围,该技术所需的实施时间为6-12个月, 所需费用约为26-78美元/m3,Air sparging+SVE (AS/SVE),SVE enhancement with steam injection,案例,2010年4月20日，由杭州大地环保工程有限公自主设计的国内第一套异位气相抽提（SVE）系统成功运行。采用该套系统，在2个月时间内，成功完成10000t被苯和甲苯等污染的土壤的处置。 挖掘后处置后土壤中的苯30g/kg，甲苯30g/kg，远远低于预期目标。此工程为国内第一个规模规模化SVE修复工程。,5、 thermal treatment,w
16、aste treatment technology that involves high temperatures in the processing of the waste feedstock.,污染土壤的原位加热修复即热力强化蒸汽抽提技术, 指利用热传导(如热井)或辐射(如无线电波)的方式加热土壤,以促进半挥发性有机物的挥发,从而实现对污染土壤的修复,包括高温(100)和低温(100) 加热修复技术。,通常热力强化蒸汽抽提系统所需的总处理费用为30-130美元/m3,可在3-6个月完成修复。主要用于处理卤代有机物、非卤代的半挥发性有机物、多氯联苯( PCBs)以及高浓度的疏水性液体(DN
17、APL)等污染物。,高温加热修复,热毯系统采用覆盖在土壤表层的标准组件加热毯进行加热。土壤加热，电热毯地下面的抽风机造成负压，使得污染物蒸发，气化迁移到土壤层中，再利用管道将气态的污染物引至热处理设施进行氧化处理。 热井系统将电子元件埋藏在间隔23m的竖直加热井中，加热井升温至1000，其他与热毯相似。井中安装了有孔的筛网，所有加热井的上部都连接到一个总管，利用真空将气流引入处理设施。,利用加热井加热土壤，温度可达100，蒸发污染物，使非水质液体进入提取井，再利用潜水泵收集流体，真空泵收集气体，送至处理设施处理。,低温加热修复,thermal treatment直接加热使污染物挥发或分解，间接
18、加热使污染物挥发；针对高浓度土壤污染。対象：VOCs、水银、农药、油等；优点：可使VOCs完全实现无害化；日处理能力可达200t。,实际工程,污染土壤,外热装置,修复土壤,焚烧装置,烟囱,热交换,填埋,热 解 气 体,化 学 试 剂,热处理典型流程：,高温热解法修复Hg污染的土壤,步骤： Hg polluted soil 取出破碎 加入特定添加剂（利于分解汞化合物，又可吸收处理过程中产生的有害气体） 加热 低温阶段（88100）除去水分和其他易挥发物质 高温阶段（538650）从干燥土壤中分解汞化合物并使汞气化 凝结成为纯度99%的金属Hg 收集。 Hg的去除率是随土壤温度的增加而增加的。但是
19、土壤温度过高（600以上）时，土壤的理化性和矿物学组分发生显著变化，因此目前也采用350400处理后，将土壤返回原处，再加入氯化铁等作为催化剂来加速去除土壤中的汞。,等离子体高温热解处理垃圾后的排放物金属,6、热解吸,解吸技术利用热交换，有选择的使污染物去除的技术。根据土壤和沉积物的加热温度可分为高温解吸（315-540）和低温解吸（150-315）。根据给料方式可将热解吸系统分为连续给料和批量给料系统，连续给料系统采用异位修复的方式，将污染土壤挖出后经过预处理后方可加入处理系统，代表性的该类处理系统有旋风干燥机和热螺旋。批量给料系统可以是异位修复，如加热灶和热空气浸提热解吸系统；也可以是原位
20、修复，如热毯、热井系统和土壤气体抽屉系统。热解吸修复技术可以用在广泛意义上的挥发态有机物（VOCs）、半挥发态有机物（SVOCs）、农药，甚至高沸点氯代化合物如多氯联苯、二噁英和呋喃类污染土壤的治理和修复上。但不可应用于含腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原剂污染的土壤处理和修复上。,并不发生氧化、 分解等化学反应,本技术基本上分为2个单元，第一为加热单元，用以加热待处的物质，将物质中有机污染物挥发成气态后分离；另一单元为气态污染物处单元，本处单元能将含有污染物的气体处至法规标准后排放至大气。,Thermal Desorption,案例：,案例,北京染料厂主要生产各种染颜料产品，厂区土壤受到不同程度
21、的污染。在政协北京市第十届委员会第三次会议委员提案（第1024号）的推动下，厂区进行生态修复，用于商业开发。 承建时间：2008年 地点：北京市朝阳区垡头工业区 土壤类型：染颜料土壤污染 主要污染物：重金属、半挥发化学有机物 主要技术：热解吸、水泥窑焚烧固化处理技术 处理规模：5.2万m3 处理目标：居住用地标准,7、Electric Current Technologies电动力学,把电极插入受污染的土壤并通入直流电,发生土壤孔隙水和带电离子的迁移.土壤中的污染物质在外加电扬作用下发生定向移动并在电极附近累积,抽出处理从而被除去.,电动力学技术原理,电动力学修复技术的基本原理类似电池，利用插
22、入土壤或地下水中的两个电极在污染土壤或地下水两端加上低压直流电场，在低强度直流电的作用下，水溶的或者吸附在土壤颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动：阳极附近的酸开始向土壤毛隙孔移动，打破污染物与土壤的结合键，此时，大量的水以电渗透方式在土壤中流动，土壤毛隙孔中的液体被带到阳极附近，这样就将溶解到土壤溶液中的污染物吸收至土壤表层而得以去除。,机理,污染物的去除过程主要涉及4种电动力学现象：电迁移（electromigration）、电渗析（electroosmosis）、电泳（electrophoresis）和酸性迁移（pH梯度）带。,Permeable Reactive
23、 Barriers,可渗透反应墙可用于截留或原位处理迁移态的污染物,是指挖出土壤后,代以反应材料而形成的物理墙,墙体一般由天然材料和一种或多种活性材料混合而成。当污染物质随地下水向下游迁移并流经处理墙时,墙体中的活性物质将与其发生作用,导致污染物的降解或被截留固定。无机和有机污染物,均可以通过不同活性材料组成的反应墙得以固化或降解,包括有机物、重金属、放射性元素等。但该技术不能保证所有扩散出来的污染物完全按处理的要求予以拦截和捕获, 且外界环境条件的变化可能导致污染物重新活化。该技术目前还仅用于浅层污染土壤(3-12m)的修复。,优点,1.对现有景观、建筑和结构等的影响最小，不破坏原有的自然环
24、境，能够在进行环境修复的同时，最大限度地保护原有的生态环境； 2. 与酸浸技术不同，电动力学技术改变土壤中原有成分的pH使金属离子活化，这样土壤本身的结构不会遭到破坏，且该过程不受土壤低渗透性的影响； 3. 与化学稳定方法不同，电动力学技术使金属离子完全被去除，而不是通过向土壤中引入新的物质与金属离子结合产生沉淀物得以去除； 4. 对于不能原位修复的现场，可以采用异位修复的方法； 5. 非常适合作为一项现场修复技术，安装和操作容易，不受深度限制，对饱水带和非饱和带都有效； 6. 较适合水力传导性较低特别是粘土含量高的土壤； 7. 对有机和无机污染物都有效果； 8. 与化学清洗法、化学还原法相比
25、，电修复具有耗费人工少，接触毒害物质少，经济效益高等优点。,电动力学修复工艺,（一）Lasagna技术工艺 其处理设施由几个平行的渗透反应区组成，在渗透反应区的整个土壤基质中加入吸附剂、接触反应剂、缓冲液和氧化剂等，然后通电产生电场，将污染物迁移到事先已设置好的处理区。污染物处理区的设置方式有两种，视修复场地的具体要求而定：修复浅层土（15m以内）时一般采用垂直方式，修复深层土时多用水平方式。主要装置包括：通直流电的电极，利用电场促使水和可溶性污染物迁移；加有试剂的修复区，使可溶性有机污染物分解或者将无机污染物固定然后进行去除及处理；一个水循环系统，使在阴极积聚的水（高pH）循环至阳极（低pH
26、 ）进行酸碱中和。,二）Electro-KleanTM技术工艺 其原理是将通有直流电的两电极插入土壤层，并向土壤层中加入清洗液（一般为酸性的）以提高污染土壤的修复效果。该技术能够去除饱和或非饱和的砂土、淤泥、细密的粘性土和沉渣中的重金属、放射性元素以及特殊的挥发性有机污染物。缺点是处理缓冲能力强、多种高浓度污染物共存的土壤时，修复周期较长，成本较高。,（三）电动力学生物修复技术工艺 电动力学生物修复技术（Electrokinetic bioremediation）原理是通过电动力学技术向土壤中的活性微生物和其它生物输入营养物，由于微生物对外界供给的电化学能量有接受的本性，添加的营养物能有效地增
27、加微生物群体活性，促进其生长、繁殖，提高对污染物的降解能力。具体操作过程是将营养物注入电极室，在外加电场的作用下使营养物均一分散于污染土壤中或直接输送到指定的修复区，以避免微生物在细密土壤层中的运移。其优点在于应用时不需要外加微生物群；缺点是若土壤中的污染物毒性超过微生物的耐受极限，则不利于微生物的生长繁殖。另外，修复时间较长。,（四）电化学自然氧化技术工艺 电化学自然氧化技术（Electrochemical geoxidation）原理是利用电极向土壤中通入电流，在电极之间产生氧化还原反应，这样可以促使电极之间土壤中无机离子的稳定和有机离子的矿化。其优点是由于土壤中本身含有铁、镁、钛和碳等可
28、起催化作用的元素，因而无需在污染土壤修复时外加催化剂；对于不同的具体情况，电化学自然氧化技术可能花费的时间为60d到120d，因此处理时间较长。,（五）电化学离子交换技术工艺 电化学离子交换技术（Electrochemical ionexchange）将电动力学修复技术和离子交换技术相结合。其原理是向土壤中插入一系列包裹着多孔外套的电极，并向周围提供电解液以抽提土壤中的污染物，含有污染物的电解液连续用泵抽提至地面，经离子交换器后回至电极周围以循环利用。该技术能够去除土壤中的重金属、卤化物和特定的有机污染物。但由于处理低污染土壤时修复成本较高，因而在实际应用中受到一定的限制。,（六）电动力学吸附
29、技术工艺,电动力学吸附技术（ElectrosorbTM）其原理是利用高分子材料与电极组成的复合电极实现对土壤中污染物的清洗以及在电极高分子材料上富集。其具体操作是将包有聚合体高分子材料的圆柱形电极插入土壤中，土壤孔隙液中的离子在电场作用下向电极方向迁移时被捕捉于高分子材料的基质上而去除。其主要部分和普通的电动力学装置一样，不同之处是电极外面包着一层特殊的聚合体材料。聚合体材料中充满调节pH的化学物质，这样可以防止pH的跃变。另外，聚合体中可以加入离子交换树脂或其他吸附剂来吸附污染物质。,电渗析：,土壤处理槽,电极槽,点源,絮凝 沉淀,回收,给水,给水泵,给水塔,抽水泵,测试,空气喷射+后续尾气处理(活性碳吸附、催化氧化等),热力强化蒸汽抽提(SVE) +微生物修复,挖土+化学脱卤+土壤淋洗,土壤冲洗+微生物修复,电动学修复+植物修复,挖土+异位玻璃化处理,挖土+微生物修复,热解吸+异位固化/稳定化处理,蒸汽抽提+生化堆处理+ 水泥固化,本次课结束，谢谢大家！,
