浙江大学《污染环境的物理修复》

1、污染环境的物理修复污染环境的物理修复污染物理修复主要是利用物理分离、电磁分离、蒸汽抽提、物理固定等物理方法将环境中的污染物进行分离或固定。1.物理分离2.翻土和客土3.固化/稳定化4.蒸汽抽提5.多相浸提6.玻璃化技术7.热解吸技术8.水泥窑协同处置技术9.电动力学技术1. 物理分离粒径分离（筛分或过滤）密度分离（沉淀或离心）浮选分离（表面特性）磁分离（磁感应效应）2. 翻土和客土3. 固化/稳定化技术固化/稳定化：是指向污染土壤中加入某一类或几类固化稳 定化药剂，通过物理、化学过程防止或降低土壤中污染物释 放的一种技术。固化：是通过添加药剂将土壤中的污染物包裹起来，形成相 对稳定的形态，限制

2、土壤污染物向环境的释放。稳定化：是在土壤中添加稳定化药剂，通过对污染物的吸附、 沉淀（共沉淀）、络合等作用来降低污染物在土壤中的迁移 性和生物有效性。水泥等筛分大块物料粉粒状土壤物料污染土壤破 碎固化添加剂固化注模、成型固化体养护固化体样品抽检固化体表面护层涂覆固化体最终处置固化/稳定化处理工艺流程图水泥、石灰、粉煤灰等无机材料固化（最广泛）沥青、聚乙烯等热塑性有机材料和脲甲醛、聚酯等热固性 有机材料固化硫酸亚铁、磷酸盐、氢氧化钠、高分子有机物等药剂稳定化药剂：以MgO为主，并含Ca、Si、Al等成分的稳定化药剂石灰水泥粉煤灰固化/ 稳定剂类型固化/ 稳定剂类型关键技术参数关键技术参数技术参数

3、内容固化/稳定剂种类 及添加量通过试验确定固化/稳定剂的配方和添加量污染物组成不同污染物需添加的固化剂/稳定化剂污染介质组成可溶性盐类、水分含量、有机污染物等土壤破碎程度一般要求土壤颗粒最大尺寸不大于5cm土壤与固化/稳定剂 混匀程度混合越均匀固化/稳定化效果越好固化/稳定化处理 效果评价浸出液浓度、无侧限抗压强度、渗透系数等修复周期与成本修复周期与成本修复周期：一般为3-6个月。具体视修复目标值、工程大小、 待处理土壤体积、污染物化学性质及其浓度分布情况及地 下土壤特性等因素而定。修复成本：根据美国EPA 数据显示，应用于浅层污染介质 修复成本约为50-80 美元/m3，对于深层修复成本约为

4、195- 330 美元/m3。固化/稳定化技术优缺点优点：作为普遍使用的污染土壤修复技术，成熟 可靠；可用于原位及异位修复，适用范围广；无 需设置长期运行的修复设施；修复周期短缺点：未彻底修复污染土壤，存在二次污染风险原位固化/稳定化技术原位固化/稳定化技术直接将修复物质注入污染土壤中进行混合，需要用到大型的螺旋搅拌装置或者钻头，处理后的土壤留在原地，用无污染的土壤进行覆盖。异位固化/稳定化技术异位固化/稳定化技术土壤挖掘异位搅拌浇注运输填埋土壤类型：土壤成分较为单一，水分和有机物含量不宜过高，便于固化剂混合均匀。污染物类型：无机类污染物适用范围4、蒸气抽提技术（SVE)蒸气抽提是指通过降低土

5、壤孔隙蒸汽压，把土壤中污染物转化 为蒸气形式而加以去除的技术，该技术适用于高挥发性化学污 染土壤修复，如汽油、苯和四氯乙烯等挥发性有机物污染土壤。蒸气抽提技术的应用条件项目有利条件不利条件污染物存在形态气态或蒸发态被土壤强烈吸附或呈固态水溶解度100mg/L100mg/L蒸汽压1.33104Pa 1.33104Pa土壤温度20oC 10oC湿度10% 10%组成均一不均一空气传导率104cm/s106cm/s地下水位20m1 m蒸气抽提站尾气处理站蒸气抽提技术的优缺点优点：适用于挥发性有机物去除，去除率高，费 用较低缺点：需要尾气处理5、多相抽提技术(MPE)原理：通过真空提取手段，抽取地下污

6、染区域的土壤气体、地下水和浮油 层到地面进行相分离及处理，以控制和修复土壤与地下水中的有机污染物。 可处理污染物：适用于易挥发、易流动的NAPL（非水相液体）（如汽油、 柴油、有机溶剂等)。应用限制条件：不宜用于渗透性差或者地下水水位变动较大的场地。多相抽提技术的修复周期及成本修复周期：通常应用该技术清理污染源区的速度相对较快， 一般需要1-24 月的时间。修复成本：根据国内中试工程案例，每处理1千克LNAPL（低密度非水相液体）的成本约为385元。蒸气抽提站尾气处理站异位气相抽提异位气相抽提6、热脱附修复技术原理：通过直接或间接加热（低温150-315 oC；高温315-540 oC），将污

7、染土壤加热至目标污染物沸点以上，通过控制系统温度和物料停留时间有选择地促使污染物气化挥发，使目标污 染物与土壤颗粒分离去除。可处理污染物：挥发及半挥发性有机污染物（如石油烃、农药、多 环芳烃、多氯联苯）和汞。应用限制条件：不适用于无机物污染土壤（汞除外），也不适用于 腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原剂含量较高的土壤。异位热脱附典型流程关键技术参数技术参数内容土壤特性土壤质地水分含量沙土质疏松，对液体物质的吸附力及保水能力弱， 受热易均匀，故易热解吸；粘土颗粒细，性质正 好相反，不易热解吸水分受热挥发会消耗大量的热量。为保证热解吸 的效能，进料土壤的含水率宜低于25%土壤粒径分布最大土壤粒径不应超

8、过5cm污染物特 性污染物浓度排气中有机物浓度要低于爆炸下限25%沸点范围二噁英的形成低温热解吸：150-315；高温热解吸：315- 540在废气燃烧破坏时需要特别的急冷装置，使高温 气体的温度迅速降低至200，防止二噁英的生 成。修复周期：处理周期可能为几周到几年修复成本：国外对于中小型场地（2 万吨以下）处理成本约 为100-300美元/m3，对于大型场地（大于2 万吨）处理成本 约为50 美元/ m3。根据国内生产运行统计数据，污染土壤热 脱附处置费用约为600-2000 元/吨。修复周期及成本热脱附修复技术的优缺点优点：适用于有机污染的去除，效果好，费用中等缺点：二次污染控制，场地和

9、土壤性质限制应用案例7、玻璃化技术原理：土壤玻璃化修复技术是指通过向污染土壤插入电极，对污染土壤 固体组分给予1600-2000oC的高温处理，使有机污染物和一部分无机化合 物如硝酸盐、硫酸盐和碳酸盐得以挥发或热解，或将土壤烧结为稳定的 玻璃态，从而将污染物进行固定的过程。能量传输蒸汽收集尾气处理直流高 压电源污染土壤玻璃化修复直流高压站被玻璃化的土块玻璃化修复技术的优缺点优点：适用于重金属、有机污染物、放射性物质等处理，效果好缺点：费用高，尾气污染控制，如Hg8、水泥窑协同处置技术原理：利用水泥回转窑内的高温、气体长时间停留、 热容量大、热稳定性好、碱性环境、无废渣排放等特 点，在生产水泥熟

10、料的同时，焚烧固化处理污染土壤可处理污染物：有机污染物及重金属应用限制条件：不宜用于汞、砷、铅等重金属污染较 重土壤工艺流程图关键技术参数技术参数内容水泥回转窑系统配置采用配备完善的烟气处理系统和烟气在线监测设备的新 型干法回转窑，单线设计熟料生产规模不小于2000 吨/天土壤中碱性物质含量污染土壤提供了硅质原料，但污染土壤中K2O、Na2O 含 量高，影响水泥品质重金属污染物初始浓度入窑配料中重金属污染物的浓度应满足水泥窑协同处 置固体废物环境保护技术规范（HJ622）的要求土壤中氯和氟元素含量入窑物料中氟元素含量不应大于0.5%，氯元素含量不应 大于0.04%。土壤中硫元素含量配料后的物料

11、中硫化物硫与有机硫总含量不应大于0.014%。高温区投加的全硫与配料系统投加的硫酸盐硫 总投加量不应大于3000mg/kg。污染土壤添加量应根据污染土壤中的碱性物质含量、重金属含量、氯、 氟、硫元素含量及污染土壤的含水率，综合确定投加量。运行周期及成本修复周期：处理周期与水泥生产线的生产能力及污染土壤 投加量相关，一般通过计算确定污染土壤的添加量和处理 周期，添加量一般低于水泥熟料量的4% 。修复成本：水泥窑协同处置污染土壤在国内的工程应用成 本为800-1000元/m。优点：废气中的二噁英基本杜绝或避免产生，焚烧炉灰渣 直接进入回转窑作为水泥原料混合加以利用，不外排。重 金属离子随物料固化在

12、熟料中，避免了重金属二次污染。缺点：运行费用较高，可能影响水泥质量水泥窑协同处置技术的优缺点国外应用案例9、 电动修复技术重金属污染土壤修复：在土壤/场地中施加直流电，使两电 极之间形成直流电场，驱动重金属离子沿电场方向迁移，从而 将污染物富集至阴极区，然后再通过电沉积、离子交换等方法 予以分离，进而达到修复目标。有机污染土壤修复：利用电场产生的各种电动效应和电化学 反应，或增强土壤污染物生物可利用性；或加快有机污染物氧 化进程；或改善功能微生物的代谢条件；或提供生物-化学反 应所需外部参数，如适宜温度、氧气、pH和传质环境等。电动修复设备电动修复装置主要包括：提供直流电压DC电源，阴、阳极电

13、解 池和阴、阳电极，处理导出污染液体的处理装置等。电解池通常设有气体出口，用来分别导出阴、阳两极产生的氢 气和氧气。电极可选择铂电极、钛合金电极，也可采用较便宜易 得的石墨电极等。电动修复示意图土壤处理槽电极槽电源絮凝 沉淀回收给水给水泵给水塔抽水泵排水电迁移指带电离子在土壤溶液中朝向带相反电荷电极方向 的运动。电渗流指土壤微孔中的液体在电场作用下由于其带电双电 层与电场的作用而作相对于带电土壤表层的移动。电泳指土壤溶液中带电胶体微粒(细小土壤颗粒、腐殖质和 微生物细胞）在电场作用下发生的迁移。扩散是指由于浓度梯度而导致的化学物质运动。水平对流是由溶液的流动而引起物质的对流运动电动修复的污染物运动机制电动修复的化学反应电极两端化学反应主要是水的电解电极反应导