电动力学修复污染土壤的改进技术PPT课件.ppt

电动力学修复污染土壤的改进技术 2020 3 19 1 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 章节设置 总结与展望 电动力学修复技术改进 电动力学修复机理 2020 3 19 2 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 电动力学修复机理 图1 1电动力学修复机理示意图 将电极插入土壤中 加上直流电压后形成电场 引起土壤空隙水中带有电荷的离子和土壤颗粒在电场中产生各种电动力学效应 使污染物在土壤中定向迁移 并富集在电极区域 再通过一系列后处理将其去除 2020 3 19 3 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 电动力学修复机理 电迁移 电渗析 电解反应 电泳 2020 3 19 4 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 1 电解反应 电解反应主要是电极两端水的电解 在电场作用下 阴 阳极发生如下反应 2H2O 4e O2 4H 阳极 4H2O 4e 2H2 4OH 阴极 由式阴 阳极反应可见 电极反应在阴 阳极分别产生大量的OH 和H 会导致电极附近的pH值相应地升高和下降 2020 3 19 5 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 2 电渗析 电渗析作用是由于土壤孔隙表面带有负电荷 可以与空隙水的离子形成双电层 从而引起空隙水溶液沿电场从阴极向阳极流动的现象 空隙水的电渗析流速u与空隙水的介电常数 土壤表面的平均zeta电位 电场强度E成正比 与空隙水的粘度 成反比 可用以下方程表示 由于zeta电位受到pH的影响 当土壤的表面电荷零电位点 pointofzerocharge PZC 位于pH时 表面电荷为负值 电渗析方向为由正极流向负极 而当PZC大于pH时 表面电荷变为正值 电渗析方向相应变相反方向 所以在实际修复过程中控制pH有助于提高电渗析流速 2020 3 19 6 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 3 电迁移 电迁移是指直流电场中正离子向阳级迁移 负离子向阴极迁移的过程 电动力学过程中 阴 阳极电解反应产生的OH 形成的碱性带和H 形成的酸性带会同时朝对向土壤区域迁移 而H 迁移速率约为OH 的1 8倍 导致土壤中大部分区域的pH下降 当酸性带同碱性带相遇时 土壤的pH会发生剧变 土壤pH的变化会影响污染物在土壤上的吸附 解吸行为 从而改变污染物的可移动性和可利用性 影响土壤的修复效果 2020 3 19 7 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 4 电泳 电泳描述的是土壤中带电胶体粒子的迁移过程 吸附在土壤胶体粒子的污染物质通过随胶体粒子的迁移 达到去去除效果 电泳的运动方向和大小取决于电场和毛细孔隙的直径等 所以在密实型的土壤中 表现出的电泳作用并不明显 2020 3 19 8 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 大量的实验室实验和现场试验已经证明 电动力学技术可高效地去除土壤中的重金属离子和有机污染物 其中重金属离子包括铬 铜 铅 汞 氟 锌 锰等 有机污染物包括苯酚 苯 菲类 酚类等 在实验和实际应用中电动力学技术还存在着一些不可忽视的问题 如工作液和土壤pH值变化大严重影响电动力学修复 污染物的溶解性差和脱附能力弱 不利于去除 需要后处理 以及耗能量较高等 这些都限制了该技术的有效应用 2020 3 19 9 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 为了进一步提高电动力学技术对土壤中污染物的去除率 国内外许多学者对其进行了一些改进 研究较多的技术改进主要有 工作液性质状态的改进 电场分布的改进 土壤掺杂 联用技术 降低能耗的改进 2020 3 19 10 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 电动力学修复技术改进 电场分布的改进 工作液pH值调节 土壤掺杂 极化问题的缓解 电动力学联合修复技术 降低能耗的改进 2020 3 19 11 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 1 极化问题的缓解 提高电动力学修复的效率常采用的方法有 实验装置设计中在电极室附近添加循环系统 当电渗析流很慢时用冲洗液或直接用自来水冲刷电极 减少气泡和惰性白色膜的影响 弄清楚受污染土壤的缓冲能力 并通过改换冲洗液以控制土壤的pH值在一定的范围内 电动力学修复过程中会出现极化问题 主要包括活化极化 电阻极化和浓差极化 活化极化 指电极反应产生的气体 阳极氧气和阴极氢气 会附着在电极表面增加电阻 减小土壤区域的有效电位梯度 电阻极化 指电解过程中阴极电极表面会附着一层惰性白色膜 降低电极的导电性能 从而降低电流 浓差极化 是由于电动力学修复过程中H 向阴极迁移速率和OH 向阳极迁移速率总小于离子在电极上放电的速率 从而引起电极表面的离子浓度小于周围溶液中的离子浓度 酸碱没有及时被中和将会导致电流下降 2020 3 19 12 2020 3 19 13 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 2 电场分布的改进 电极的形状 大小 排列以及极距都会影响电动力修复效果 传统的电动力学修复装置中使用的是两块大小形状完全相同的电极板 得到均匀电场 罗启仕等利用柱状电极代替片状电极开发了一种非均匀电动力学修复技术 并利用非均匀电场对土壤中无机离子 NO3 和SO42 2 4 二氯酚的迁移性进行了研究 结果表明 在1 0V cm电压梯度下不饱和沙壤土中NO3 和SO42 的电迁移速率分别高达22 0cm d和16 5cm d 非均匀电动力学过程能有效地促进土壤中2 4 二氯酚的解吸和迁移 采用合适的运行方式和运行参数 可以最大限度地保护土壤原有的特征 降低能量消耗 具有潜在的应用前景 在改进电场分布加快土壤修复速率 减少修复时间 降低耗能等方面还需要进一步研究 2020 3 19 14 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 2 电场分布的改进 电极的形状 大小 排列以及极距都会影响电动力修复效果 传统的电动力学修复装置中使用的是两块大小形状完全相同的电极板 得到均匀电场 罗启仕等利用柱状电极代替片状电极开发了一种非均匀电动力学修复技术 并利用非均匀电场对土壤中无机离子 NO3 和SO42 2 4 二氯酚的迁移性进行了研究 结果表明 在1 0V cm电压梯度下不饱和沙壤土中NO3 和SO42 的电迁移速率分别高达22 0cm d和16 5cm d 非均匀电动力学过程能有效地促进土壤中2 4 二氯酚的解吸和迁移 采用合适的运行方式和运行参数 可以最大限度地保护土壤原有的特征 降低能量消耗 具有潜在的应用前景 在改进电场分布加快土壤修复速率 减少修复时间 降低耗能等方面还需要进一步研究 2020 3 19 15 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 3 土壤掺杂 修复过程中由于电渗析作用 土壤水分发生迁移导致部分土壤板结 电阻率增加 从而导致电流减小 针对溶解性差和脱附能力弱污染物 一些研究者采用添加表面活性剂或助溶剂的方法增强电动力学修复 其作用原理是将表面活性剂或助溶剂添加到土壤中 与土壤污染物相互作用形成迁移态化合物 通过电动力学技术将迁移态化合物迁移至收集区域作进一步处理 土壤中添加表面活性剂 助溶剂的电动力学修复技术已用于酚类 烷烃类 卤代烃类 多环芳烃类 苯系物 硝基苯类和多氯联苯等污染的土壤处理 该方法的优点有 适用对象广 可用于各种溶解于表面活性剂或助溶剂中的污染物 操作简便 高渗透 费用合理等但是目前对于如何降低助溶剂 表面活性剂的毒性及其与土壤颗粒的吸附作用 提高它们的提取效率等问题仍需进一步研究 2020 3 19 16 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 4 工作液pH值调节 电解反应产生的H 和OH 使得土壤中形成酸性带和碱性带 如果对此不加以限制 就会向土壤中迁移改变土壤性质 并且酸性带随着电渗析流的流动会导致电位降低 甚至使电位方向反转 从而减弱电渗析流 这种现象也导致操作电压的升高和能耗的增加 影响电动力学修复效果 王守忠等采用置空pH值突越区的方法 通过注入醋酸溶液 降低突跃区的pH值 避免了重金属离子在pH值突越区内的沉积 路平等人利用交换电极的方法控制pH值在中性范围内 使得土壤中铬的去除率由59 04 提高到86 10 2020 3 19 17 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 5 降低能耗的改进 实验修复中 一般采用电流强度范围约为10 100mA cm2 电压梯度约为0 5V cm 电能耗与电流的平方成正比 耗能高 处理费用也就相应增加 这成为电动力学技术在实际中应用的重要问题 据美国地下水修复技术分析中心对几个主要电动力学技术公司的土壤处理费用的统计 各公司的处理成本在80美元 m3左右 为了解决耗能高的问题 吴婵等提出了铁和碳组成的原电池在某些场合可以代替电源 实现污染土壤和沉积物的电动力学修复 该原电池产生的电场可以驱动污染高岭土中镉发生电迁移 镉的去除率达77 9 2020 3 19 18 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 6 电动力学修复联合技术 目前 相关的研究更倾向于将电动技术与其他技术进行联合 用以去除土壤中的污染物 联合技术可以避免或减少污染物的后处理过程 实现原位迁移和降解过程 现有联合技术包括 电动技术 化学技术联合 电动技术 超声波技术联合 电动技术 生物技术联合最近几年 经过研究者们对电动力学技术不断地的研究 对重金属污染土壤 某一种有机物污染土壤的修复已经比较成熟 对原油污染土壤的修复也有了一定研究 但仍是在实验室里进行 实际生产中还未得到应用 2020 3 19 19 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 总结与展望 电动力学技术修复污染土壤作为一种新的原位修复技术具有诸多优点 利用改进的电动力学修复污染土壤现在尚处于实验室和小规模的探索性试验阶段 虽然国内外的研究报道不少 但大多集中在电动力学技术处理条件 如土壤pH 电场强度 含水率 反应时间等 其他技术联合对电动力学修复效果的影响 实际应用的案例及其中反应的机理的研究比较少 为了使电动力学技术成为一种更实用的污染土壤修复技术需要从以下几个方面不断改进和研究 2020 3 19 20 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 电动力学修复污染土壤的修复机理非常复杂 涉及了物理 污染传输动学 土壤化学 环境化学 电路化学等多方面知识 进一步研究电动力学修复污染土壤机理 分析污染物迁移过程对此技术应用于实际至关重要 2020 3 19 21 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 根据不同污染区域土壤性质 进一步的探究改善电动力学修复的工序 建立一套去除效率高 环保节能的电动力学修复技术体系 2020 3 19 22 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 尽量在较少破坏土壤结构和有机质情况下 探讨土壤污染物预处理方法 更经济 有效地从土壤中解析出污染物 并研制出能应用于实际的大型电动力学修复污染土壤的设备 2020 3 19 23 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 加大对电动力学与其他技术的联合修复技术的研究 通过构建污染物处理数学模型 寻求联合技术的最佳耦合点 来模拟污染物的去除过程并进行预测 2020 3 19 24 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 参考文献 1 陈学军 申哲民 句柄新 等 模拟镉污染土壤的电动力学修复研究 J 环境化学 2005 24 6 666 668 2 徐卫星 发