第七章 环境修复过程的化学问题ppt

1、第七章第七章 环境修复过程的化学问题环境修复过程的化学问题修复修复是指采取人为或自然过程，使环是指采取人为或自然过程，使环境介质中的污染物去除或无害化，使境介质中的污染物去除或无害化，使受污染场址恢复原有功能的技术。它受污染场址恢复原有功能的技术。它是当今环境科学的热点领域，也是最是当今环境科学的热点领域，也是最具有挑战性的研究方向之一，与环境具有挑战性的研究方向之一，与环境化学研究领域互有交叉，可以作为环化学研究领域互有交叉，可以作为环境化学的一个重要分支。境化学的一个重要分支。 3 主要内容主要内容微生物修复技术微生物修复技术 植物修复技术植物修复技术 化学氧化技术化学氧化技术 电动力修复

2、电动力修复 地下水修复的可渗透反应格栅技术地下水修复的可渗透反应格栅技术 表面活性剂及共溶剂淋洗技术表面活性剂及共溶剂淋洗技术4第一节第一节 微生物修复技术微生物修复技术&概念：微生物修复技术是指通过微生物概念：微生物修复技术是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然和人使污染物无害化的过程。它包括自然和人为条件下的降解和无害化过程。为条件下的降解和无害化过程。 5从生物修复实施的场址，可以将微生物修复分从生物修复实施的场址，可以将微生物修复分为为原位生物修复和异位生物修复原位生物修复和异位生物修复。前者在污染

3、。前者在污染源的原点进行，不挖出或抽取需要修复的土壤源的原点进行，不挖出或抽取需要修复的土壤及地下水，采用一定的工程措施，利用生物通及地下水，采用一定的工程措施，利用生物通气、生物冲淋等一些方式进行。异位生物修复气、生物冲淋等一些方式进行。异位生物修复需要挖掘土壤或抽取地下水，将污染物移到临需要挖掘土壤或抽取地下水，将污染物移到临近地点或反应器内进行。近地点或反应器内进行。6生物修复的优缺点生物修复的优缺点（1 1）生物修复可现场进行，这样减少了运输费用和人类直接接触）生物修复可现场进行，这样减少了运输费用和人类直接接触污染物的的机会；污染物的的机会；（2 2）常以原位方式进行，这样可使对污染

4、位点的干扰和破坏达到）常以原位方式进行，这样可使对污染位点的干扰和破坏达到最小；最小；（3 3）生物修复使有机物分解为二氧化碳和水，可以永久地消除污）生物修复使有机物分解为二氧化碳和水，可以永久地消除污染物和长期的隐患，无二次污染，不会使污染转移；染物和长期的隐患，无二次污染，不会使污染转移；（4 4）生物修复可与其他处理技术结合，处理复合污染；）生物修复可与其他处理技术结合，处理复合污染；（5 5）降解过程迅速，处理费用低。）降解过程迅速，处理费用低。7 生物修复的优缺点生物修复的优缺点（1 1）不是所有污染物都适用于生物修复；）不是所有污染物都适用于生物修复；（2 2）有些化学品经微生物分

5、解后，其产物的毒性和移动性比）有些化学品经微生物分解后，其产物的毒性和移动性比母体化合物反而增加；母体化合物反而增加；（3 3）生物修复是一种科技含量较高的的处理方法，它的运作）生物修复是一种科技含量较高的的处理方法，它的运作必须符合污染地的特殊条件；必须符合污染地的特殊条件；8植物修复技术直接利用各种活体植物、通过提取、降植物修复技术直接利用各种活体植物、通过提取、降解和固定等过程清楚环境中的污染物，或消除污染物解和固定等过程清楚环境中的污染物，或消除污染物的毒性，可以用于受污染的地下水、沉积物和土壤的的毒性，可以用于受污染的地下水、沉积物和土壤的原位处理。原位处理。植物修复去除污染物的方式

6、有四种：植物修复去除污染物的方式有四种：（1 1）植物提取；（）植物提取；（2 2）植物降解）植物降解；（3 3）植物稳定；（）植物稳定；（4 4）植物挥发。）植物挥发。第二节第二节 植物修复技术植物修复技术9植物修复重金属污染的主要过程植物修复重金属污染的主要过程根据其作用过程和机理，重金属污染土壤的植物修复根据其作用过程和机理，重金属污染土壤的植物修复技术可分为三种类型。技术可分为三种类型。（1 1）植物提取）植物提取 植物提取是利用重金属超积累植植物提取是利用重金属超积累植物从土壤中吸取一种或几种重金属，并将其转移、储物从土壤中吸取一种或几种重金属，并将其转移、储存到地上部分，随后收割地

7、上部分并集中处理，连续存到地上部分，随后收割地上部分并集中处理，连续种植这种植物，即可使土壤中重金属含量降低到可接种植这种植物，即可使土壤中重金属含量降低到可接受的水平。受的水平。As-As-蜈蚣草蜈蚣草10（2 2）植物稳定）植物稳定 植物稳定是利用耐重金属植物的根际的一些分植物稳定是利用耐重金属植物的根际的一些分泌物，增加土壤中有毒金属的稳定性，从而减少重金泌物，增加土壤中有毒金属的稳定性，从而减少重金属向作物的迁移，以及被淋滤到地下水或通过空气扩属向作物的迁移，以及被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。其中包括沉淀、螯合、散进一步污染环境的可能性。其中包括沉淀、螯合、氧化还

8、原等多种过程。氧化还原等多种过程。印度芥菜印度芥菜-六价铬还原为低毒的三价铬六价铬还原为低毒的三价铬11（3 3）植物挥发）植物挥发 植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发而植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发而减少土壤中一些挥发性污染物，即植物将污染物吸收减少土壤中一些挥发性污染物，即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质，释放到大气中，目前到体内后将其转化为气态物质，释放到大气中，目前这方面研究最多的是重金属元素汞和非金属元素硒。这方面研究最多的是重金属元素汞和非金属元素硒。植物修复案例植物修复案例沈阳张士灌区，由于常年污水灌溉，致使土沈阳张士灌区，由于常年污水灌溉，致使土壤镉污染严重，

9、采取农作物、能源高粱、经壤镉污染严重，采取农作物、能源高粱、经济作物和乔木、灌木、草本植物相结合的复济作物和乔木、灌木、草本植物相结合的复合生态结构，逐步使土壤得到净化。木本植合生态结构，逐步使土壤得到净化。木本植物对土壤镉具有较强的耐性。旱柳幼树在物对土壤镉具有较强的耐性。旱柳幼树在50mg/kg50mg/kg镉污染土壤中生长，生物量未受到影镉污染土壤中生长，生物量未受到影响响. .植物修复案例植物修复案例龙玉堂等通过种植苎麻来净化稻田中的汞，龙玉堂等通过种植苎麻来净化稻田中的汞，收 到 了 很 好 的 效 果 。 土 壤 含 汞 量 在收 到 了 很 好 的 效 果 。 土 壤 含 汞 量

10、 在 5 -5 -130mg/kg130mg/kg范围内，对苎麻产量和品质仍未造范围内，对苎麻产量和品质仍未造成影响。麻对土壤汞的年净化率高达成影响。麻对土壤汞的年净化率高达41%41%，土，土壤的自净恢复年限比种植水稻缩短壤的自净恢复年限比种植水稻缩短8.58.5倍。倍。植物修复案例植物修复案例目前发现很多镍的超积累植物，干叶中镍的含目前发现很多镍的超积累植物，干叶中镍的含量达量达1%1%，叶灰分中镍的含量达，叶灰分中镍的含量达23%23%以上。正常以上。正常植物忍受镍的含量范围为植物忍受镍的含量范围为5-300mg/kg5-300mg/kg，而镍，而镍超积累植物的叶面镍含量高达超积累植物的

11、叶面镍含量高达19000mg/kg19000mg/kg。15化学氧化修复技术是利用氧化剂的氧化性能，化学氧化修复技术是利用氧化剂的氧化性能，使污染物氧化分解，转变成无毒或毒性较小的使污染物氧化分解，转变成无毒或毒性较小的物质，从而消除土壤和环境水体中的污染。氧物质，从而消除土壤和环境水体中的污染。氧化剂能使污染物转化或分解成毒性、迁移性或化剂能使污染物转化或分解成毒性、迁移性或环境有效性较低的形态。环境有效性较低的形态。常用于修复的化学氧常用于修复的化学氧化剂包括高锰酸钾、臭氧、过氧化氢和化剂包括高锰酸钾、臭氧、过氧化氢和FentonFenton试剂，试剂，它们已在修复过程中被广泛应用。它们已

12、在修复过程中被广泛应用。 第三节第三节 化学氧化技术化学氧化技术目前，治理土壤中重金属污染的途径主要有三种：目前，治理土壤中重金属污染的途径主要有三种：一一稀释法，降低土壤中重金属的浓度；稀释法，降低土壤中重金属的浓度；二二改变重金属在土壤中存在的形态，使其固定，改变重金属在土壤中存在的形态，使其固定， 降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；三三. 从土壤中去除重金属。从土壤中去除重金属。重金属污染修复重金属污染修复客土法客土法：在被污染的土壤上覆盖上非污染土：在被污染的土壤上覆盖上非污染土壤；壤；换土法换土法：部分或全部挖除污染土壤而换上非：部分或全部挖

13、除污染土壤而换上非污染土壤。污染土壤。换土的厚度愈大，降低作物中重金属含量的换土的厚度愈大，降低作物中重金属含量的效果愈明显。效果愈明显。客土法或换土法所需花费的人力和财力巨大客土法或换土法所需花费的人力和财力巨大，只适用于小面积严重污染土壤的治理。，只适用于小面积严重污染土壤的治理。一一 客土法、换土法客土法、换土法n台湾，台湾，20002000年初实行年初实行土壤及地下水污染整土壤及地下水污染整治法治法，加大了土壤与地下水污染的稽查力，加大了土壤与地下水污染的稽查力度，一旦发现污染，立即采取措施。如若发度，一旦发现污染，立即采取措施。如若发现农田存在某种污染，立即公告，要求休耕，现农田存在

14、某种污染，立即公告，要求休耕，并给农民休耕补贴。并给农民休耕补贴。二二 稀释法稀释法n台湾地区近年连续发生镉米污染事件，曾采台湾地区近年连续发生镉米污染事件，曾采用不同方法减低危害，本案例将表层用不同方法减低危害，本案例将表层3030公分公分受污染土壤与下层土受污染土壤与下层土30-15030-150公分加以混合，公分加以混合，即以即以5 5倍土壤稀释，对桃圆县芦竹乡中镉和铅倍土壤稀释，对桃圆县芦竹乡中镉和铅污染地区进行了修复，通过稀释，原来中低污染地区进行了修复，通过稀释，原来中低污染浓度的镉（污染浓度的镉（1mg/kg-5mg/Kg1mg/kg-5mg/Kg）和铅）和铅（40mg/kg-2

15、00mg/kg40mg/kg-200mg/kg） ，可稀释至标准以下，可稀释至标准以下，镉（镉（1mg/kg1mg/kg）和铅（）和铅（40mg/kg)40mg/kg)。并连续四。并连续四期水稻试种，米中镉的含量均符合卫生安全期水稻试种，米中镉的含量均符合卫生安全标准，可恢复为农地使用。标准，可恢复为农地使用。1 1 加入石灰加入石灰A.A. 可提高土壤可提高土壤pHpH，使金属形成氢氧化物沉淀；，使金属形成氢氧化物沉淀；B.B. 施用石灰可视为酸性土壤的改良剂，适合于酸度较高的施用石灰可视为酸性土壤的改良剂，适合于酸度较高的湿润地区的土壤。施用石灰不仅能提高土壤的湿润地区的土壤。施用石灰不仅

16、能提高土壤的pHpH值，而值，而且可使土壤富集钙，钙可促进土壤胶体的凝聚，引起金且可使土壤富集钙，钙可促进土壤胶体的凝聚，引起金属的共沉淀；属的共沉淀；C.C. 增加土壤的团聚性，降低重金属的移动性；增加土壤的团聚性，降低重金属的移动性；D.D. 还可间接影响氧化还原电位，加速氧化过程。还可间接影响氧化还原电位，加速氧化过程。E. E. 钙的增加还可对一些金属的生物吸收产生拮抗作用。钙的增加还可对一些金属的生物吸收产生拮抗作用。三三 加入改良剂，提高金属的固定性加入改良剂，提高金属的固定性2 2 加入有机肥料加入有机肥料 有机肥料上含有多种有机官能团，是重金属的有机肥料上含有多种有机官能团，是

17、重金属的有效吸附剂，适当施用可提高土壤的缓冲能力，降有效吸附剂，适当施用可提高土壤的缓冲能力，降低金属的毒性；有机肥料被氧化的过程中，可使某低金属的毒性；有机肥料被氧化的过程中，可使某些重金属形成硫化物沉淀，使六价铬转化为三价铬些重金属形成硫化物沉淀，使六价铬转化为三价铬；下表列出了不同有机质含量对六价铬还原速度和；下表列出了不同有机质含量对六价铬还原速度和程度的影响。程度的影响。 土壤中六价铬的还原速率与时间的关系土壤中六价铬的还原速率与时间的关系有机有机质含质含量量(%) 还原率还原率(%)3天天6天天9天天12天天15天天18天天0.96160.6063.1465.2967.0068.1

18、068.431.51563.3369.8974.8877.6879.2280.64土壤的氧化还原电位，与土壤的水份成密切相关关土壤的氧化还原电位，与土壤的水份成密切相关关系，可以通过调节土壤水份来控制土壤中重金属行系，可以通过调节土壤水份来控制土壤中重金属行为。研究表明，生长在氧化条件下（不淹水）的水为。研究表明，生长在氧化条件下（不淹水）的水稻，含镉量比生长在还原状态下（淹水）的高得多。稻，含镉量比生长在还原状态下（淹水）的高得多。也有直接建立氧化还原电位与稻米含镉量之间的数也有直接建立氧化还原电位与稻米含镉量之间的数据，当氧化还原电位为据，当氧化还原电位为416mv416mv时，糙米含镉量

19、为时，糙米含镉量为168mv168mv时的时的12.512.5倍。这是因为，土壤处于还原状态倍。这是因为，土壤处于还原状态下时，下时，FeFe（3+3+）还原为）还原为FeFe（2+2+）；）；MnOMnO2 2还原为还原为MnMn（2+2+）；）；SOSO4 4（2-2-）还原为）还原为S S（2-2-），因此可生成），因此可生成FeSFeS， MnSMnS，CdSCdS共沉淀。共沉淀。当土壤中含硫较少时，适当加入含硫试剂。当土壤中含硫较少时，适当加入含硫试剂。三三 调节土壤的氧化还原电位调节土壤的氧化还原电位在砷污染的土壤中，氧化还原条件的影响正在砷污染的土壤中，氧化还原条件的影响正相反，

20、在氧化条件下，砷酸根是稳定态，在相反，在氧化条件下，砷酸根是稳定态，在还原条件下，亚砷酸根是主要形态，而亚砷还原条件下，亚砷酸根是主要形态，而亚砷酸根对植物的毒性要比砷酸根大的多。所以酸根对植物的毒性要比砷酸根大的多。所以当出现砷与其它金属复合污染时，采取调节当出现砷与其它金属复合污染时，采取调节土壤氧化还原电位的方法是不可取的。土壤氧化还原电位的方法是不可取的。四四 水洗法水洗法采用清水灌溉稀释或洗去重金属离子，使重金采用清水灌溉稀释或洗去重金属离子，使重金属离子迁移至较深土层中，以减少表土中重金属离子迁移至较深土层中，以减少表土中重金属离子的浓度；或者将含重金属离子的水排出属离子的浓度；或

21、者将含重金属离子的水排出田外。但采用此法也应遵守防止次生污染的原田外。但采用此法也应遵守防止次生污染的原则，要将毒水排入一定的储水池或特制的净化则，要将毒水排入一定的储水池或特制的净化装置中，进行净化处理，切忌直接排入江河或装置中，进行净化处理，切忌直接排入江河或鱼塘中。此法也只适用于小面积严重污染土壤鱼塘中。此法也只适用于小面积严重污染土壤的治理。的治理。五五 电动力学法电动力学法在土壤中加入电极，电流接通后，阳极附近的在土壤中加入电极，电流接通后，阳极附近的氢离子就会向土壤毛细孔移动，并将重金属溶氢离子就会向土壤毛细孔移动，并将重金属溶解出来，随水溶液流回阳极，得以去除。电流解出来，随水溶

22、液流回阳极，得以去除。电流可以打破所有金属可以打破所有金属- -土壤键。对于渗透性较高，土壤键。对于渗透性较高，传导性较差的沙土，此法不适用。此法曾应用传导性较差的沙土，此法不适用。此法曾应用到铬和砷的去除。到铬和砷的去除。六六 联用技术联用技术与化学法联用与化学法联用 在修复有机污染物，在修复有机污染物，在处理带中可以加入在处理带中可以加入FentonFenton试剂，以提高土试剂，以提高土壤修复效率。该技术应壤修复效率。该技术应用于美国用于美国9191号废物控制号废物控制区区TCE(TCE(三氯乙烯三氯乙烯) )污染污染土壤的修复，成功地使土壤的修复，成功地使土壤中土壤中TCETCE的平均

23、浓度的平均浓度由由84 mgkg84 mgkg-1-1降低为降低为0.38 mgkg0.38 mgkg-1-1。 FentonFenton试剂试剂: :指在天然或人为添加的指在天然或人为添加的亚铁离子时亚铁离子时, ,与过氧化氢与过氧化氢发生作用发生作用, ,能够产生高反能够产生高反应活性的羟基自由基。应活性的羟基自由基。 随着我国工业化进程的发展，机械、军随着我国工业化进程的发展，机械、军事、皮革以及其他相关行业对铬的需求不断事、皮革以及其他相关行业对铬的需求不断增多，促使铬化学工业规模逐年扩大。近几增多，促使铬化学工业规模逐年扩大。近几年，中国铬盐的消费年增长率一直保持在年，中国铬盐的消费年增长率一直保持在1010以上，高于同期国民经济的增长速度，中以上，高于同期国民经济的增长速度，中国已经成为世界铬盐生产大国。中国铬盐生国已经成为世界铬盐生产大国。中国铬盐生产普遍采用有钙焙烧的落后工艺技术，每生产普遍采用有钙焙烧的落后工艺技术，每生产产1 1吨产品，会产生吨产品，会产生2.52.53 3吨铬渣。因此，全吨铬渣。因此，全国每年实际产生约国每年实际产生约75759090万吨含铬的新生有万吨含铬的新生有害废渣。常年积累，形成了行业特有污染害废渣。常年积累，形成了行业特有污染铬渣山。一般铬渣中含有铬