第8章土壤污染修复的物理方法

1、第第8 8章章 物理修复物理修复 应用物理的手段对污染环境进行修复的技应用物理的手段对污染环境进行修复的技术称术称Physical remediation。 土壤污染的土壤污染的PR包括包括 物理分离修复，物理分离修复， 蒸汽浸提修复，蒸汽浸提修复， 固定固定/稳定化修复，稳定化修复， 玻璃化修复，玻璃化修复， 低温冰冻修复，低温冰冻修复， 热力学修复热力学修复, 电动力学修复等技术。电动力学修复等技术。 水体污染的物理修复技术水体污染的物理修复技术 强化混凝技术强化混凝技术 吸附除污技术吸附除污技术 反渗透除污技术反渗透除污技术 纳滤膜、超滤膜、微滤膜纳滤膜、超滤膜、微滤膜 电吸附技术电吸附

2、技术 第一节第一节 物理分离修复技术物理分离修复技术 定义：污染土壤的物理分离修复技术是一定义：污染土壤的物理分离修复技术是一项借助物理手段将重金属颗粒从土壤胶体项借助物理手段将重金属颗粒从土壤胶体上分离开来的技术，工艺简单，费用低。上分离开来的技术，工艺简单，费用低。 特点：分离方法没有高度的选择性。特点：分离方法没有高度的选择性。注意：注意： （1）物理分离技术作为初步分选，以减物理分离技术作为初步分选，以减少待处理土壤的体积，优化以后的系列少待处理土壤的体积，优化以后的系列处理工作。处理工作。 （2）物理分离技术并不能完全达到土壤）物理分离技术并不能完全达到土壤修复的修复的 目的。目的。

3、基本方法基本方法 1 根据粒径大小，采用过滤（筛）方法根据粒径大小，采用过滤（筛）方法 2 根据分布、密度大小，采用沉淀或离心根据分布、密度大小，采用沉淀或离心 3 根据磁性有无或大小，采用磁分离根据磁性有无或大小，采用磁分离 4 根据表面特性，采用浮选法根据表面特性，采用浮选法影响因素（缺点）影响因素（缺点） 1 要求污染物具有较高浓度，并且存在于要求污染物具有较高浓度，并且存在于具有不同物理特征的相介质中；具有不同物理特征的相介质中； 2 筛分时会产生粉尘筛分时会产生粉尘 3 固体基质中的细粒径部分和废液中的污固体基质中的细粒径部分和废液中的污染物需要进行再处理。染物需要进行再处理。 常用

4、物理分离方法 1. 粒径分离粒径分离 （1）干筛分）干筛分 （2）湿筛分）湿筛分 2 水动力学分离水动力学分离 （1）淘选机）淘选机 （2）机械粒度分级）机械粒度分级 （3）水力旋风分离机）水力旋风分离机常用物理分离方法 3 密度或重力分离密度或重力分离 （1）振动筛）振动筛 （2）摇床）摇床 4 脱水分离脱水分离 5 泡沫浮选泡沫浮选 6 磁分离磁分离 应用实例应用实例 小射击场污染土壤物理分离修复小射击场污染土壤物理分离修复 问题：射击场土壤中有大量的残留子弹，问题：射击场土壤中有大量的残留子弹，铅和铜的残留粹片和氧化物。铅和铜的残留粹片和氧化物。 物理分离技术最适宜于处理小射击场污染物理

5、分离技术最适宜于处理小射击场污染的土壤。的土壤。第二节第二节 土壤蒸汽浸提修复技术土壤蒸汽浸提修复技术 定义：土壤蒸汽浸提技术定义：土壤蒸汽浸提技术(soil vapour extraction, SVE)通过降低土壤孔隙的蒸汽压，通过降低土壤孔隙的蒸汽压，把土壤中的污染物转化为蒸汽形式而加以去把土壤中的污染物转化为蒸汽形式而加以去除的技术，是利用物理方法去除除的技术，是利用物理方法去除不饱和土壤不饱和土壤中挥发性有机组分中挥发性有机组分(VOCs)污染的一种修复技污染的一种修复技术。术。 该技术适应于高挥发性化学污染土壤的修复，该技术适应于高挥发性化学污染土壤的修复，如汽油，苯和四氯乙烯等污

6、染的土壤。如汽油，苯和四氯乙烯等污染的土壤。基本原理基本原理 在污染土壤内引入清洁空气产生驱动力，在污染土壤内引入清洁空气产生驱动力，利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯度，在气压降低的情况下，将其转化为气度，在气压降低的情况下，将其转化为气态的污染物排出土壤外的过程。态的污染物排出土壤外的过程。 土壤蒸汽浸提利用真空泵产生负压驱使空土壤蒸汽浸提利用真空泵产生负压驱使空气流过污染的土壤孔隙而解吸并夹带有机气流过污染的土壤孔隙而解吸并夹带有机组分流向抽取井，并最终与地上进行处理。组分流向抽取井，并最终与地上进行处理。原位土壤蒸汽浸提技术原位土壤蒸汽浸提技术特点

7、特点 可操作性强，处理污染物的范围宽，可由可操作性强，处理污染物的范围宽，可由标准设备操作，不破坏土壤结构以及对回标准设备操作，不破坏土壤结构以及对回收利用废物有潜在价值等。因其具有巨大收利用废物有潜在价值等。因其具有巨大的潜在价值而很快应用于商业实践。的潜在价值而很快应用于商业实践。 注意：蒸汽浸提技术用于地下含水层注意：蒸汽浸提技术用于地下含水层以上的土壤层中。以上的土壤层中。 原位土壤蒸汽浸提原位土壤蒸汽浸提主要用于挥发性有机卤主要用于挥发性有机卤代物或非卤代物的处理修复，代物或非卤代物的处理修复，通常应用的通常应用的污染物是那些亨利系数（单位摩尔浓度有污染物是那些亨利系数（单位摩尔浓度

8、有机物的平衡分压）大于机物的平衡分压）大于0.01或者蒸汽压大或者蒸汽压大于于66.66Pa的挥发性有机化合物。的挥发性有机化合物。 原位土壤蒸汽浸提修复技术的运行和维护原位土壤蒸汽浸提修复技术的运行和维护所需时间所需时间6-12月不等。月不等。 应用例子 与意大利合作技术 空气注射20修复场地状况场地注汽设备场地注汽设备 根据场地地质条件以及污染物的性质，决定采用蒸汽注入和土壤气体抽提对污染土壤进行修复；同时利用两口抽水井进行水力控制，将部分向下移动的冷凝水及携带的污染物，利用两口抽水井抽到地面上处理。安全第一！场地注汽设备场地注汽设备整个修复系统包括10组蒸汽注入井；15组土壤气体抽提井；

9、2个地下水水力控制抽水井。浅层土壤温度变化曲线 深层土壤温度变化曲线Figure 5: 累计运行时间与累计抽取累计运行时间与累计抽取TPH浓度曲线浓度曲线Client:Location: Job Code:Shanghai OfficeHarbor Ring Plaza18 Xi Zang Zhong RoadShanghai, 200001China+(86-21) 5385 3050+(86-21) 6469 2185 (Fax)易位土壤蒸汽浸提修复技术易位土壤蒸汽浸提修复技术 易位修复：易位修复： 利用真空通过布置在堆积着的污染土壤利用真空通过布置在堆积着的污染土壤中开有狭缝的管道网络向

10、土壤引入气流，中开有狭缝的管道网络向土壤引入气流，促使挥发性或半挥发性的污染物挥发进促使挥发性或半挥发性的污染物挥发进入土壤中的清洁空气流，进而被提取脱入土壤中的清洁空气流，进而被提取脱离土壤。离土壤。易位土壤蒸汽浸提修复技术易位土壤蒸汽浸提修复技术优点：优点： 1. 挖掘过程可以增加土壤中的气流通道；挖掘过程可以增加土壤中的气流通道； 2. 浅层地下水位不会影响处理过程浅层地下水位不会影响处理过程 3. 使泄露收集成为可能使泄露收集成为可能 4. 使监测过程变得容易。使监测过程变得容易。影响因素：影响因素： 挖掘、运输过程中易出现气体泄漏挖掘、运输过程中易出现气体泄漏 占地空间大、处理前需进

11、行前处理（去占地空间大、处理前需进行前处理（去除石块）除石块） 粘土或高腐殖质含量影响修复效率粘土或高腐殖质含量影响修复效率压裂修复技术压裂修复技术 压裂技术（压裂技术（fracture）是利用某种力量使）是利用某种力量使地下的岩石或者大密度土壤（粘土或胶泥）地下的岩石或者大密度土壤（粘土或胶泥）爆裂的技术。它用来促进其他修复技术的爆裂的技术。它用来促进其他修复技术的修复效果。修复效果。 使用方式：水，空气，爆炸使用方式：水，空气，爆炸 压裂技术可以配合微生物修复技术、化学压裂技术可以配合微生物修复技术、化学修复技术及物理修复技术同时进行。修复技术及物理修复技术同时进行。第三节第三节 固定固定

12、/稳定化土壤修复技术稳定化土壤修复技术solidification/stabilization 固定固定/稳定技术是防止或降低污染土壤释放有稳定技术是防止或降低污染土壤释放有害化学物质过程的一组修复技术。通常用于重害化学物质过程的一组修复技术。通常用于重金属或放射性物质污染土壤的无害化处理。金属或放射性物质污染土壤的无害化处理。 分为原位和易位处理分为原位和易位处理 固化：转变成固体或封装固化：转变成固体或封装 稳定化：降低污染物的生物有效性。通常磷酸稳定化：降低污染物的生物有效性。通常磷酸盐、硫化物、和碳酸盐等都可以作为污染物的盐、硫化物、和碳酸盐等都可以作为污染物的稳定化处理的反应剂。稳定

13、化处理的反应剂。一般方法一般方法 先利用吸附质如粘土、活性炭或树脂等先利用吸附质如粘土、活性炭或树脂等等吸附污染物，浇上沥青，然后添加某等吸附污染物，浇上沥青，然后添加某种凝固剂或粘合剂，使混合物成为一种种凝固剂或粘合剂，使混合物成为一种凝胶，最后固化为硬块。凝胶，最后固化为硬块。原位固定原位固定/稳定稳定 底泥污染修复底泥污染修复第四节第四节 玻璃化修复技术玻璃化修复技术 在污染物介质中插入电极，给于在污染物介质中插入电极，给于1600-2000C高温处理。使有机物和一部分无机高温处理。使有机物和一部分无机物如硝酸盐、硫酸盐和碳酸盐等得以挥物如硝酸盐、硫酸盐和碳酸盐等得以挥发或热解。发或热解

14、。 同时使一些无机污染物和放射性物质得同时使一些无机污染物和放射性物质得以固化。以固化。原位玻璃化技术原位玻璃化技术易位玻璃化技术易位玻璃化技术第五节第五节 热力学修复技术热力学修复技术 三、原位电磁波加热修复技术三、原位电磁波加热修复技术 第六节第六节 热解吸修复技术热解吸修复技术 将污染介质及其所含的有机污染物加热将污染介质及其所含的有机污染物加热到足够的温度（通常到足够的温度（通常150-540C）,使有机使有机污染物挥发或分离的技术。污染物挥发或分离的技术。 分为低温热解技术（分为低温热解技术（150-315C） 高温热解技术高温热解技术(315-540C)第七节第七节 电动修复技术电

15、动修复技术 第八节 水体污染的物理修复技术强化混凝强化混凝(Enhanced coagulation, 简称简称)是指是指投加过量的混凝剂、新型混凝剂或助凝剂或者投加过量的混凝剂、新型混凝剂或助凝剂或者是其他的药剂并控制一定的值是其他的药剂并控制一定的值, 通过加强通过加强混凝与絮凝作用混凝与絮凝作用,从而提高常规处理中天然有机从而提高常规处理中天然有机物物()的去除效果的去除效果,最大限度地去除消毒副最大限度地去除消毒副产物的前体物产物的前体物(), 保证水消毒副产物保证水消毒副产物符合水标准的方法符合水标准的方法.强化常规水处理具有投资省、不需建造新的构造强化常规水处理具有投资省、不需建造

16、新的构造物、不占土地以及经常运行费用低等优点物、不占土地以及经常运行费用低等优点,机理 其作用机理其作用机理 : 胶体稳定性的增加是由于大分胶体稳定性的增加是由于大分子天然有机物在无机胶体颗粒表面形成有机保子天然有机物在无机胶体颗粒表面形成有机保护层护层,造成空间位阻或双电层排斥作用造成空间位阻或双电层排斥作用.混凝的混凝的主要作用是去除水中悬浮颗粒和胶体微粒主要作用是去除水中悬浮颗粒和胶体微粒. 一般认为混凝过程是混凝剂水解产物对水中胶一般认为混凝过程是混凝剂水解产物对水中胶体进行电中和、使其脱稳体进行电中和、使其脱稳,从而形成细小的颗粒从而形成细小的颗粒,继而絮凝为大而密实的矾花继而絮凝为

17、大而密实的矾花,并通过吸附架桥或并通过吸附架桥或网捕作用使脱稳的胶体生成粒度较大的絮凝体网捕作用使脱稳的胶体生成粒度较大的絮凝体,再通过沉淀与过滤进行分离去除再通过沉淀与过滤进行分离去除. 而水中分子质量较小、溶解度较大的有机物(主要是腐殖酸类中的富里酸等)在一般混凝条件下去除率很低. 主要原因是由于其具有良好的亲水性而不易被混凝剂的水解产物金属氢氧化物所吸附,有机物不但增加了胶体表面电荷,而且造成空间位阻效应.但是,如果通过改善混凝处理条件,即在低、高混凝剂用量的强化混凝条件下形成大量金属氢氧化物,改善混凝剂水解产物的形态且使其正电荷密度上升,同时低条件会影响有机物离解度和改变水中有机物存在

18、形态.有机物质子化程度提高,电荷密度降低,进而降低其溶解度及亲水性,成为较易被吸附的形态 Randke认为强化混凝去除有机物的机理主要包括胶体状自然有机物()的电中和作用,腐殖酸和富里酸聚合体的沉淀作用,以及吸附于金属氢氧化物表面上的共沉淀作用.对水中溶解性的有机物而言,依靠后一种作用即吸附于混凝剂的金属沉淀物上而去除. 吸附除污技术 常用的吸附剂有活性氧化铝、活性炭和天然沸石等。 铁盐水解产生的无定形水合氧化铁（HFO）对于As（V）和As（III）均有极强的亲和力。 As（V）和As（III）通过共价键的形式有选择性地固定在其表面，与之形成双核桥式内层表面配位体，即，FeOAsO(OH)OFe及 FeOAs(OH)OFe。 Haque等研究表明，高粱纤维可以作为一种金属吸附剂。 Sanghamtra Kundu等发现在铁的氧化物上涂上一层水泥对三价