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文档简介

水体污染原位修复技术

——化学修复方法组员:王星、王志国、张宝中、张倬玮水体污染原位修复技术

——化学修复1主要内容4.1污染水体的化学修复技术4.2化学修复技术在污染水体中的应用4.3化学修复技术的前景和展望主要内容4.1污染水体的化学修复技术2关于化学修复污水的化学处理是利用化学反应去除水中的杂质。处理对象主要是污水中无机的或有机的(难生物降解的)溶解物质或胶体物质。化学修复技术是指通过化学手段,利用化学反应,处理被污染的水体以达到去除水体中污染物的一种方法。突出特点:见效快、方法简单、易操作。在某些特殊的条件下对污染严重的城市河流运用化学处理法,能够起到控制和缓解污染的作用。关于化学修复污水的化学处理是利用化学反应去除水中的杂质。34.1污染水体的化学修复技术4.1.1投加杀藻剂4.1.2化学絮凝处理技术4.1.3天然矿物絮凝法4.1.4重金属的化学固定4.1.5化学氧化技术4.1.6可渗透反应墙4.1.7电动力学修复4.1污染水体的化学修复技术4.1.1投加杀藻剂44.1.1投加杀藻剂水华(赤潮):淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象,是水体富营养化的一种特征。由于生活及工农业生产中含有大量的氮、磷、钾废水进入水体后,使藻类大量繁殖。另外在海水中出现这种现象,称为赤潮。能杀死水华(或赤潮)生物的化学药剂主要有:硫酸铜、含有铜的有机螯合物、高锰酸钾、次氯酸钠、氯气、过氧化氢、臭氧、过碳酸钠、西玛三嗪等。其中由于蓝藻对硫酸铜特别敏感,含铜类药剂是研究和应用较早和较多的杀藻药品。4.1.1投加杀藻剂水华(赤潮):淡水水体中藻类大量繁殖的54.1.1投加杀藻剂硫酸铜改进的含铜化合物杀藻:晶体硫酸铜:CuSO4·5H2O俗称胆矾或铜矾。杀藻原理:1、晶体硫酸铜在水中分解的Cu2+与藻体中蛋白质结合,使得藻体中蛋白质变性死亡。Cu2+在水中被吸附或形成了有机物沉淀,下沉至池底。2、Cu2+作为重金属离子,能超过Mg2+、Na+等更快与藻类植物当中的叶绿体结合,导致叶绿体重金属中毒,失去光合作用,导致藻类死亡,沉淀至池底。4.1.1投加杀藻剂硫酸铜改进的含铜化合物杀藻:64.1.1投加杀藻剂杀藻剂应用弊端:1、需要连续投加,使得控制水华成本增大。2、在杀除有害藻类的同时也杀死了大量非水华藻类,破坏生态平衡。3、硫酸铜杀死藻类后,实体腐败分解消耗大量氧气,导致鱼类、浮游生物、底栖动物等非靶标生物缺氧死亡。4、杀藻剂杀死的藻类依然会存留在水体中,不仅无法将氮磷带出水体,还会产生恶臭和藻毒素,造成二次污染,使富营养化程度不仅没有降低反而继续恶化,并未解决根源问题。结论投加杀藻剂需要科学的评估其风险,除非应急和健康安全许可,一般不宜采用。4.1.1投加杀藻剂杀藻剂应用弊端:74.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术是:通过投加化学药剂,利用物质的胶体化学性质,应用絮凝原理,使水华生物凝聚沉淀到水体底部或加以回收以去除水体中污染物,从而达到改善水质的污水处理技术。关于混凝剂:现在国际上使用的混凝剂主要为铝铁系无机混凝剂(如硫酸亚铁、氰化亚铁。硫酸铝、碱式氯化铝。明矾)以及表面活性剂等。此外聚氯化铝(PAC),聚丙烯酰胺(PAM)等高分子混凝剂在市场上也占有很重要的地位。4.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术是:通过投加化学84.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术修复水体是:通过投加絮凝剂,使其与水中的磷结合,可使絮凝沉淀进入底泥。而当水体底部缺氧时,底泥中的有机物被厌氧分解,形成的酸性环境又易使沉淀的磷重新溶解进入水中。若加入适量的石灰则可以增加磷酸钙的稳定度,同时调节底泥的pH值为7.0-7.5,可达到脱氮的目的。若加入足量的硫酸铝,底泥表层会附着一层厚3-6cm富含氢氧化铝的污泥层,钝化底泥中的磷。若湖外营养物质输送当中的磷含量明显降低,或者湖水的pH高DO低时,底泥当中的磷都会释放到水层中,成为湖水中磷的重要来源,这些磷转移到湖泊上层就会刺激水华的发展。4.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术修复水体是:94.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术的优缺点:混凝剂沉淀法在水华生物密集时极为有效,作用时间短,对非水华生物的影响也比杀藻剂小,同时还可以消除水体中其他的悬浮物质,净化水质。也有局限性,许多混凝剂,如聚铁本身显色,投药后水体变色,且铁盐又为水华生物繁殖的促进物质,铝盐则被证明存在一定的生物毒性。4.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术的优缺点:104.1.3天然矿物絮凝法天然矿物絮凝法:利用粘土矿物(如蒙脱土、高岭土、伊利土)治理赤潮。黏土矿物具有离子交换、吸附、催化等性能,改性过后的黏土物理化学性能发生极大改变,提高了粘土的絮凝藻的能力,对赤潮生物起到絮凝作用。天然矿物絮凝法缺点:由于黏土无法分解藻毒素,毒藻只是从表层水中转移到水底并未被消除,这不仅对水底生物产生污染也对水体造成二次污染。4.1.3天然矿物絮凝法天然矿物絮凝法:利用粘土矿物(如蒙114.1.4重金属的化学固定原理:河流底泥中的重金属在一定条件下会以离子态或某种化合态进入水体,如果能将重金属结合在底泥中抑制重金属的释放,则可降低其对河流生态系统的影响。调高pH是将重金属结合在底泥中的主要化学方法。作用机理:在较高pH环境下,重金属会形成硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物等难溶性沉淀物。加入碱性物质将底泥的pH控制在7-8可以抑制重金属以溶解态进入水体。常用的碱性物质:石灰、硅酸钙炉渣、钢渣等,还可以配施钙镁磷肥、硅肥等碱性肥料4.1.4重金属的化学固定原理:河流底泥中的重金属在一定条124.1.4重金属的化学固定投加量:根据底泥中重金属的种类、含量及pH的高低而定。但施用量不应太多,以免对水生生态系统产生不良影响。对于重金属含量虽超过《土壤环境质量标准》二级标准,但各项指标均未超过《农用污染中污染物控制标准》的底泥,仍可以作为肥料施于农田。一般每年每公顷施用量不超过3万kg(以干污泥计),在施用底泥的同时,也必须同时施用碱性物质以中和土壤酸性。4.1.4重金属的化学固定134.1.5化学氧化技术基本原理:将化学氧化剂引入地下,通过氧化还原作用来去除地下水中的污染物。氧化剂:二氧化氯、芬顿试剂、高锰酸盐、过氧化物、过硫酸盐、臭氧和过氯化物等。特点:修复的时间短,而且作用面积的分布较广。但是,氧化剂的使用量的多少会存在一定的风险性,可能会造成二次污染等。在修复之后产生的残余污染物进行清除。比如,运用物理方法清淤泥。可作为生物修复和自然修复降解之前的一项经济而有效的预处理方法4.1.5化学氧化技术基本原理:将化学氧化剂引入地下,通过144.1.6可渗透反应墙(格栅)原理:可渗透反应墙是一个填充有活性反应介质的被动反应区,当污染地下水通过时,污染物能被降解或吸附。过程:污染物靠自然水力传输通过预先设计好的介质时,溶解的有机物、金属、核素等污染物被降解、吸附、沉淀或去除,墙体中含有降解挥发性有机物的还原剂、固定金属的络(鳌)合剂或其他试剂。去除机理:吸附、沉淀、氧化还原和生物降解。4.1.6可渗透反应墙(格栅)原理:可渗透反应墙是一个填充154.1.6可渗透反应墙根据格栅的填充介质不同可分为:化学沉淀反应格栅:介质为沉淀剂(如经基磷酸盐、CaCO3等),可使水中的微量金属产生沉淀。吸附反应格栅:介质为吸附剂,如沸石、颗粒活性炭、铁的氢氧化物、粘土矿物等。生物降解反应格栅:介质主要分为含释氧化合物(如MgO2、CaO:等固态过氧化物)的混凝土颗粒和含NO3-的混凝土颗粒。前者使有机物在好氧条件下,以氧气作为电子受体被氧化分解,后者则是使有机物在反硝化条件下,以NO3-作为电子受体被厌氧降解。氧化还原反应格栅。介质为还原剂,目前主要集中于零价铁(Fe0),Fe(II)矿物及双金属。4.1.6可渗透反应墙根据格栅的填充介质不同可分为:164.1.6可渗透反应墙设计考虑的问题:一个是PRB能嵌进隔水层或弱透水层中,防止地下水透过格栅边部而不能被截留;另一个是确保地下水在反应材料中有足够的水力停留时间。安装:地下蓄水层,垂直于地下水流方向,防止污染羽状体扩散。随着污染地下水流经此反应设施,在反应介质的作用下,污染物浓度降低。4.1.6可渗透反应墙设计考虑的问题:一个是PRB能嵌进隔174.1.6可渗透反应墙目前PRB主要有两种类型:连续格栅结构:结构简单,但若污染区域或者蓄水层厚度较大,则连续格栅的面积将很大,造价也较高。漏斗—通道结构:通过使用低渗透性的板桩或者泥浆墙来引导污染水流流向可渗透的处理通道。可以根据不同类型的污染物利用多通道反应系统,即选择不同的反应介质,在漏斗—通道系统内形成多个反应区,由于反应区较小,因此当墙体活性材料消耗殆尽或者是出现堵塞等问题后可以比较方便地清除和更换。所以该结构更易于在现场实现。4.1.6可渗透反应墙目前PRB主要有两种类型:184.1.6可渗透反应墙4.1.6可渗透反应墙194.1.6可渗透反应墙PRB的影响因素自然因素:地形地貌、地下水埋深、含水层厚度、地下水流向、含水层的渗透性等地质和水文情况、温度、压力、氧化还原电位以及污染物的种类和浓度、污染羽状体的范围及形状等。水力停留时间和渗透性。水力停留时间越长,则反应介质与污染物接触的时间也越长,修复效果自然越好。反应介质的渗透系数要大于周围含水层介质的渗透系数,一般要求墙体的渗透性是含水层的两倍,目的是防止反应介质渗透系数过低或反应介质堵塞而引起格栅上游的地下水位升高,而改变水动力场,降低处理的有效性。4.1.6可渗透反应墙PRB的影响因素204.1.6可渗透反应墙反应介质:不同的反应介质对于不同的污染物去除效率是不同的。用被垃圾渗滤液污染的地下水为研究对象,分别用零价铁、零价铁和活性炭、零价铁和沸石的混合物作为反应介质进行实验,结果表明:3种不同介质对COD的去除率分别达到80%,90%,70%以上,零价铁和沸石对Mn离子、Zn离子的去除率分别达到90%,80%和81%污染物种类:地下水的污染物一般比较复杂,不仅仅为一种,不同的污染物对应于相同的反应介质,其去除效果也不相同。澳大利亚被石油溶剂污染的地下水,对单环芳烃的处理效率在63%-96%之间,而对C29-C36烃的平均去除率仅达到54%。4.1.6可渗透反应墙反应介质:不同的反应介质对于不同的污21原理:将电极插入受污染土壤及地下水区域,施加直流电形成电场,利用直流电场产生的各种电动力学效应(包括电渗析、电迁移和电泳等),引起土壤孔隙水及水中的离子和颗粒物质沿电场方向进行定向运动,污染物在此过程中迁移至设定的处理区进行集中去除(包括电镀、沉淀、吸附、离子交换、生物降解等)的一种技术。其实际的操作系统可能包括:阴极、阳极、电源、收集井(一般在阳极一侧)、注入井以及循环液罐等。4.1.7电动力学修复原理:将电极插入受污染土壤及地下水区域,施加直流电形成电场,224.1.6电动力学修复4.1.6电动力学修复234.1.7电动力学修复电化学动力修复技术主要应用于土壤和地下水的修复,主要以土壤的修复为主。电动力修复技术既克服传统技术中严重影响土壤的结构和地下所处生态环境的缺点,又可以克服现场生物修复过程非常缓慢、效率低的缺点,而且该技术安装和运行简单,成本较低,许多国家已逐渐将该技术作为一种主流环境技术项目。4.1.7电动力学修复电化学动力修复技术主要应用于土壤和地244.2化学修复技术在污染水体中的应用4.2.1地下水修复4.2.2湖泊水库修复4.2.3河流修复4.2.4海水修复4.2化学修复技术在污染水体中的应用4.2.1地下水修复254.2.1地下水修复地下水是相对于地表水而言的,是处于地表以下的水,与地表水一起共同组成了地球上的淡水资源。地下水现状:由于我国人口增长、经济快速发展、城市化进程加快,地下水面临严重的危机。地下水资源过度开采使得地下水污染加重。全国有97%的城市地下水受到了不同程度的污染,40%的城市地下水污染趋势加重。有些地区,地下水污染已经造成了严重的危害,危及供水安全。目前已发现地下水污染物主要有180多种,其中包括芳香烃类、卤代烃类及农药类等。并且数量和种类还在不断增加,所以修复地下水已成为当务之急。4.2.1地下水修复地下水是相对于地表水而言的,是处于地表264.2.1地下水修复4.2.1地下水修复274.2.1地下水修复地下水修复实例:1、在山东淄博,因某石化公司快速发展及城市化进程加快,工业及居民用水量日益增加,地下水被大量开采。另外由于该公司的一些生产车间建立在地下水源上,在生产过程中跑、冒、漏等现象时有发生,加之生产污水的排放以及部分不合格农灌水的使用,使地下水受到不同程度的污染,其油类污染物达到1.0mg/L。在对地下水油类污染物去除时使用二氧化氯做氧化剂,氧化前检测出的14种毒性、致癌物中已经有5种致癌物被去除。处理前后的水质变化经色-质联机分析,总油量下降了50%左右,在氧化过程中产生了一些次产物,但没有一种有毒。4.2.1地下水修复地下水修复实例:284.2.1地下水修复淄博含油污水层治理的治理方法:联合治理4.2.1地下水修复淄博含油污水层治理的治理方法:联合治理294.2.1地下水修复2、PRB可以去除地下水中的有机物、重金属等物质。在北美和欧洲已经进行了大量技术研究和商业应用,建造安装超过了120座PRB。美国北卡罗来纳州伊丽莎白东南5km处受到铬和三氯乙烯的严重污染,现场土层铬含量达到1450mg/L。1996年该地区建立一个PRB反应池,地下水通过PRB反应池后,铬浓度由上游的10mg/L降至0.01mg/L,三氯乙烯的浓度由6mg/L降为0.005mg/L,低于规定的最大浓度水平。3、美国科罗拉多州空军基地受三氯乙烯严重污染,该基地采用铁屑作为活性材料,构建了由两个4.3米的障碍墙和一个1.5米深3米厚的反应室组成的隔水漏斗-导水门处理系统,经该系统处理后,地下水采样分析表明,三氯乙烯在反应墙表面前0.6米就已经完全降解,达到修复目的。4.2.1地下水修复2、PRB可以去除地下水中的有机物、重304.2.1地下水修复4、臭氧是一种强氧化剂,可与水中存在的各种形态的物质起反应,将水中不同的复杂物质转化为简单物质,使污染物的极性、生物降解性、亲水性、毒性发生改变,对受石油污染的地下水也具有较好的处理效果。金彪等利用臭氧对淄博市受石油污染的地下水进行了氧化处理。山东淄博堠皋3#井地下水含油量为4-8mg/L,经臭氧处理后,油的平均质量浓度由6.51mg/L降低到2.67mg/L,平均去除率为59.0%,同时采用色-质联机方法,分析了臭氧单元进出水中有机物质组分的变化,有机物种类由25种减少到17种。4.2.1地下水修复4、臭氧是一种强氧化剂,可与水中存在的314.2.1地下水修复4.2.1地下水修复324.2.1地下水修复结论:臭氧能够氧化地下水中的石油化工类污染物。对于水中有机污染物的去除转化效果明显。试验证明,在动态试验中去除石油类污染物的最佳条件为:pH值为中性或碱性,接触反应时间20min,臭氧投加倍数为112~115倍。经臭氧化处理后,有机物种类由进水的17种减少到出水的6种,臭氧对稠环芳烃类污染物质去除效果十分明显,并具有降低中间产物原有毒性的趋势。4.2.1地下水修复结论:334.2.3湖泊水修复湖泊是重要的淡水资源之一,它与经济可持续发展以及人们的生活息息相关。近年来,由于许多自然因素和人为因素的影响,排入湖泊水库的氮磷等营养物质不断增加,致使水体富营养化状况加剧,导致各地水华的爆发越来越频繁,规模也越来越大。严重的水华覆盖到水面上,阻止水体中生物的光合作用,使水中DO迅速降低,造成水生动植物死亡以及周边生态环境的破坏。4.2.3湖泊水修复湖泊是重要的淡水资源之一,它与经济可持344.2.3湖泊水修复湖泊水库水修复实例:1、美国的多个湖泊水库外界磷的大量排入,导致蓝藻水华发生。通常向水库中投加铁盐或者铝盐,将水中溶解的无机磷转化为不溶性的磷酸化合物沉淀,从而抑制蓝藻的繁殖。比如布拉克曼水库利用该方法向湖水中加入7mg/L的Fe2+后,蓝藻消失,马蹄湾湖利用该方法在水面下60cm处加入10mg/L的铝盐后,总磷年平均质量浓度由250mg/L降低到50mg/L,低水温层磷的质量浓度降低幅度更大,且在冬季DO含量增加;斯内克湖向水中投加12mg/L的铝盐和铝酸钠溶液处理一年半后TP浓度由0.15-0.5mg/L降低到0.03-0.13mg/L,且冬季DO含量增加。该方法不论水中DO高低,都能去除水中的磷且不会因加入絮凝剂而产生毒性或破坏环境。4.2.3湖泊水修复湖泊水库水修复实例:354.2.3湖泊水修复2、利用改性黏土治理水华在我国湖泊治理上也取得了成功。2005年9月-10月,第十届全国运动会和中国首届绿色博览会在南京玄武湖举行。但是入夏以来蓝藻大量繁殖覆盖在水面上,散发着恶臭,不仅影响玄武湖水质而且影响附近居民的生活。俞志明课题组根据水华特点将改性黏土技术应用于玄武湖水华治理,成功的清除了玄武湖水面的水华,有效的改善了水质,综合污染指数、富营养化程度均有不同程度的下降,水体透明度升高。4.2.3湖泊水修复2、利用改性黏土治理水华在我国湖泊治理36第4章化学修复最终版课件37第4章化学修复最终版课件38第4章化学修复最终版课件394.2.4河流修复目前,全世界每年约有4200亿m3的污水排入江河湖海,污染了55000亿m3的淡水,相当于全球径流总量的14%以上。我国国内的江河流域污染普遍比较严重,且城市河流污染日趋恶劣。所以对河流的修复当务之急。4.2.4河流修复目前,全世界每年约有4200亿m3的污水404.2.4河流修复河流修复实例:天然硅藻土的主要成分为二氧化硅和三氧化二铝,其余为氧化铁、氧化钙、氧化镁等。硅藻土经活化改性后表面积增大,硅藻土中的铁、铝等氧化物与酸反应可生成可溶性盐类,在水中可形成混凝作用很强的聚合物。2003年有关人士在上海、苏州选择了三条特征不同的支河流,以硅藻土为混凝剂进行污染河水的强化混凝实验,发现污染河水水质对混凝效果有显著影响,磷的去除率可达90%,当河水COD小于80%mg/L时,处理水可达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)中的Ⅴ类水质指标。另外,北京开发了“浮船式移动型絮凝-气浮水质净化船,确定PAC、PAM为最佳絮凝剂,对北京西土城沟、什刹海进行处理实验,处理后COD由以前的超Ⅴ类地表水改善为Ⅲ地表水。4.2.4河流修复河流修复实例:414.2.5海水修复海洋的污染主要发生在靠近大陆的海湾。密集的人口和大量的工业废水和固体废物倾入海水,加上海岸曲折造成水流交换不畅,使得海水的温度、PH、含盐量、透明度、生物种类和数量等性状发生改变,对海洋的生态平衡构成了危害。目前海洋污染突出表现为石油污染、赤潮、有毒物质积累、塑料污染和核污染几个方面4.2.5海水修复海洋的污染主要发生在靠近大陆的海湾。密集424.2.5海水修复修复实例:2010年墨西哥湾钻井平台爆炸,泄露入海的油污需要用5年时间才能清理干净,造成了严重的生态污染。除了收集泄露的原油,清除水体内的原油也是非常困难的。这次事故使用了大量墨西哥湾沿岸各基地的消油剂,还使用了美国政府各机构和英国石油公司从世界其他地方调集的消油剂(防止油水合二为一的唯一选择就是喷消油剂,消油剂可以使原油快速分解,形成能消散在水中的微小球状物)。4.2.5海水修复修复实例:434.2.5海水修复化学消油剂的作用机理:化学消油剂中的主要成分是由亲油基和亲水基团两部分组成的表面活性剂,由于表面活性剂对油和水都产生亲和力,改变了油、水界面间的作用并极大地降低了油膜的表面张力。消油剂通过亲油基团和亲水基团把油和水连接起来,经机械搅拌混合和波浪的作用,使溢油分散成一个个水包油浮化粒子,随着水体的自然运动扩散于水体之中,大大增加了油水的接触面积,使油易于被微生物降解,从而加速了溢油的自然净化。但是消油剂的作用只是把海面溢油分散成小油粒扩散于海水中,而不是使溢油从海上消失。溢油最终彻底消除靠的还是海洋的自净能力。4.2.5海水修复化学消油剂的作用机理:444.3技术展望化学修复技术见效快,但因使用的是化学药剂所以成本高,还容易造成二次污染,对周围环境造成威胁。所以只能应急使用,不可作为长效治理。高效、廉价的安全药剂(混凝剂、杀藻剂、x磷剂等)研制以及与生物技术(微生物、植物等)结合来处理污染水体是化学修复技术的发展方向,具有广阔的应用前景。总之,物理方法、化学方法、与生物方法三者相结合来治理水体污染将是今后研究的重点,也为水污染治理指明了新的方向。4.3技术展望化学修复技术见效快,但因使用的是化学药剂所以45谢谢观看谢谢观看46水体污染原位修复技术

——化学修复方法组员:王星、王志国、张宝中、张倬玮水体污染原位修复技术

——化学修复47主要内容4.1污染水体的化学修复技术4.2化学修复技术在污染水体中的应用4.3化学修复技术的前景和展望主要内容4.1污染水体的化学修复技术48关于化学修复污水的化学处理是利用化学反应去除水中的杂质。处理对象主要是污水中无机的或有机的(难生物降解的)溶解物质或胶体物质。化学修复技术是指通过化学手段,利用化学反应,处理被污染的水体以达到去除水体中污染物的一种方法。突出特点:见效快、方法简单、易操作。在某些特殊的条件下对污染严重的城市河流运用化学处理法,能够起到控制和缓解污染的作用。关于化学修复污水的化学处理是利用化学反应去除水中的杂质。494.1污染水体的化学修复技术4.1.1投加杀藻剂4.1.2化学絮凝处理技术4.1.3天然矿物絮凝法4.1.4重金属的化学固定4.1.5化学氧化技术4.1.6可渗透反应墙4.1.7电动力学修复4.1污染水体的化学修复技术4.1.1投加杀藻剂504.1.1投加杀藻剂水华(赤潮):淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象,是水体富营养化的一种特征。由于生活及工农业生产中含有大量的氮、磷、钾废水进入水体后,使藻类大量繁殖。另外在海水中出现这种现象,称为赤潮。能杀死水华(或赤潮)生物的化学药剂主要有:硫酸铜、含有铜的有机螯合物、高锰酸钾、次氯酸钠、氯气、过氧化氢、臭氧、过碳酸钠、西玛三嗪等。其中由于蓝藻对硫酸铜特别敏感,含铜类药剂是研究和应用较早和较多的杀藻药品。4.1.1投加杀藻剂水华(赤潮):淡水水体中藻类大量繁殖的514.1.1投加杀藻剂硫酸铜改进的含铜化合物杀藻:晶体硫酸铜:CuSO4·5H2O俗称胆矾或铜矾。杀藻原理:1、晶体硫酸铜在水中分解的Cu2+与藻体中蛋白质结合,使得藻体中蛋白质变性死亡。Cu2+在水中被吸附或形成了有机物沉淀,下沉至池底。2、Cu2+作为重金属离子,能超过Mg2+、Na+等更快与藻类植物当中的叶绿体结合,导致叶绿体重金属中毒,失去光合作用,导致藻类死亡,沉淀至池底。4.1.1投加杀藻剂硫酸铜改进的含铜化合物杀藻:524.1.1投加杀藻剂杀藻剂应用弊端:1、需要连续投加,使得控制水华成本增大。2、在杀除有害藻类的同时也杀死了大量非水华藻类,破坏生态平衡。3、硫酸铜杀死藻类后,实体腐败分解消耗大量氧气,导致鱼类、浮游生物、底栖动物等非靶标生物缺氧死亡。4、杀藻剂杀死的藻类依然会存留在水体中,不仅无法将氮磷带出水体,还会产生恶臭和藻毒素,造成二次污染,使富营养化程度不仅没有降低反而继续恶化,并未解决根源问题。结论投加杀藻剂需要科学的评估其风险,除非应急和健康安全许可,一般不宜采用。4.1.1投加杀藻剂杀藻剂应用弊端:534.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术是:通过投加化学药剂,利用物质的胶体化学性质,应用絮凝原理,使水华生物凝聚沉淀到水体底部或加以回收以去除水体中污染物,从而达到改善水质的污水处理技术。关于混凝剂:现在国际上使用的混凝剂主要为铝铁系无机混凝剂(如硫酸亚铁、氰化亚铁。硫酸铝、碱式氯化铝。明矾)以及表面活性剂等。此外聚氯化铝(PAC),聚丙烯酰胺(PAM)等高分子混凝剂在市场上也占有很重要的地位。4.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术是:通过投加化学544.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术修复水体是:通过投加絮凝剂,使其与水中的磷结合,可使絮凝沉淀进入底泥。而当水体底部缺氧时,底泥中的有机物被厌氧分解,形成的酸性环境又易使沉淀的磷重新溶解进入水中。若加入适量的石灰则可以增加磷酸钙的稳定度,同时调节底泥的pH值为7.0-7.5,可达到脱氮的目的。若加入足量的硫酸铝,底泥表层会附着一层厚3-6cm富含氢氧化铝的污泥层,钝化底泥中的磷。若湖外营养物质输送当中的磷含量明显降低,或者湖水的pH高DO低时,底泥当中的磷都会释放到水层中,成为湖水中磷的重要来源,这些磷转移到湖泊上层就会刺激水华的发展。4.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术修复水体是:554.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术的优缺点:混凝剂沉淀法在水华生物密集时极为有效,作用时间短,对非水华生物的影响也比杀藻剂小,同时还可以消除水体中其他的悬浮物质,净化水质。也有局限性,许多混凝剂,如聚铁本身显色,投药后水体变色,且铁盐又为水华生物繁殖的促进物质,铝盐则被证明存在一定的生物毒性。4.1.2化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术的优缺点:564.1.3天然矿物絮凝法天然矿物絮凝法:利用粘土矿物(如蒙脱土、高岭土、伊利土)治理赤潮。黏土矿物具有离子交换、吸附、催化等性能,改性过后的黏土物理化学性能发生极大改变,提高了粘土的絮凝藻的能力,对赤潮生物起到絮凝作用。天然矿物絮凝法缺点:由于黏土无法分解藻毒素,毒藻只是从表层水中转移到水底并未被消除,这不仅对水底生物产生污染也对水体造成二次污染。4.1.3天然矿物絮凝法天然矿物絮凝法:利用粘土矿物(如蒙574.1.4重金属的化学固定原理:河流底泥中的重金属在一定条件下会以离子态或某种化合态进入水体,如果能将重金属结合在底泥中抑制重金属的释放,则可降低其对河流生态系统的影响。调高pH是将重金属结合在底泥中的主要化学方法。作用机理:在较高pH环境下,重金属会形成硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物等难溶性沉淀物。加入碱性物质将底泥的pH控制在7-8可以抑制重金属以溶解态进入水体。常用的碱性物质:石灰、硅酸钙炉渣、钢渣等,还可以配施钙镁磷肥、硅肥等碱性肥料4.1.4重金属的化学固定原理:河流底泥中的重金属在一定条584.1.4重金属的化学固定投加量:根据底泥中重金属的种类、含量及pH的高低而定。但施用量不应太多,以免对水生生态系统产生不良影响。对于重金属含量虽超过《土壤环境质量标准》二级标准,但各项指标均未超过《农用污染中污染物控制标准》的底泥,仍可以作为肥料施于农田。一般每年每公顷施用量不超过3万kg(以干污泥计),在施用底泥的同时,也必须同时施用碱性物质以中和土壤酸性。4.1.4重金属的化学固定594.1.5化学氧化技术基本原理:将化学氧化剂引入地下,通过氧化还原作用来去除地下水中的污染物。氧化剂:二氧化氯、芬顿试剂、高锰酸盐、过氧化物、过硫酸盐、臭氧和过氯化物等。特点:修复的时间短,而且作用面积的分布较广。但是,氧化剂的使用量的多少会存在一定的风险性,可能会造成二次污染等。在修复之后产生的残余污染物进行清除。比如,运用物理方法清淤泥。可作为生物修复和自然修复降解之前的一项经济而有效的预处理方法4.1.5化学氧化技术基本原理:将化学氧化剂引入地下,通过604.1.6可渗透反应墙(格栅)原理:可渗透反应墙是一个填充有活性反应介质的被动反应区,当污染地下水通过时,污染物能被降解或吸附。过程:污染物靠自然水力传输通过预先设计好的介质时,溶解的有机物、金属、核素等污染物被降解、吸附、沉淀或去除,墙体中含有降解挥发性有机物的还原剂、固定金属的络(鳌)合剂或其他试剂。去除机理:吸附、沉淀、氧化还原和生物降解。4.1.6可渗透反应墙(格栅)原理:可渗透反应墙是一个填充614.1.6可渗透反应墙根据格栅的填充介质不同可分为:化学沉淀反应格栅:介质为沉淀剂(如经基磷酸盐、CaCO3等),可使水中的微量金属产生沉淀。吸附反应格栅:介质为吸附剂,如沸石、颗粒活性炭、铁的氢氧化物、粘土矿物等。生物降解反应格栅:介质主要分为含释氧化合物(如MgO2、CaO:等固态过氧化物)的混凝土颗粒和含NO3-的混凝土颗粒。前者使有机物在好氧条件下,以氧气作为电子受体被氧化分解,后者则是使有机物在反硝化条件下,以NO3-作为电子受体被厌氧降解。氧化还原反应格栅。介质为还原剂,目前主要集中于零价铁(Fe0),Fe(II)矿物及双金属。4.1.6可渗透反应墙根据格栅的填充介质不同可分为:624.1.6可渗透反应墙设计考虑的问题:一个是PRB能嵌进隔水层或弱透水层中,防止地下水透过格栅边部而不能被截留;另一个是确保地下水在反应材料中有足够的水力停留时间。安装:地下蓄水层,垂直于地下水流方向,防止污染羽状体扩散。随着污染地下水流经此反应设施,在反应介质的作用下,污染物浓度降低。4.1.6可渗透反应墙设计考虑的问题:一个是PRB能嵌进隔634.1.6可渗透反应墙目前PRB主要有两种类型:连续格栅结构:结构简单,但若污染区域或者蓄水层厚度较大,则连续格栅的面积将很大,造价也较高。漏斗—通道结构:通过使用低渗透性的板桩或者泥浆墙来引导污染水流流向可渗透的处理通道。可以根据不同类型的污染物利用多通道反应系统,即选择不同的反应介质,在漏斗—通道系统内形成多个反应区,由于反应区较小,因此当墙体活性材料消耗殆尽或者是出现堵塞等问题后可以比较方便地清除和更换。所以该结构更易于在现场实现。4.1.6可渗透反应墙目前PRB主要有两种类型:644.1.6可渗透反应墙4.1.6可渗透反应墙654.1.6可渗透反应墙PRB的影响因素自然因素:地形地貌、地下水埋深、含水层厚度、地下水流向、含水层的渗透性等地质和水文情况、温度、压力、氧化还原电位以及污染物的种类和浓度、污染羽状体的范围及形状等。水力停留时间和渗透性。水力停留时间越长,则反应介质与污染物接触的时间也越长,修复效果自然越好。反应介质的渗透系数要大于周围含水层介质的渗透系数,一般要求墙体的渗透性是含水层的两倍,目的是防止反应介质渗透系数过低或反应介质堵塞而引起格栅上游的地下水位升高,而改变水动力场,降低处理的有效性。4.1.6可渗透反应墙PRB的影响因素664.1.6可渗透反应墙反应介质:不同的反应介质对于不同的污染物去除效率是不同的。用被垃圾渗滤液污染的地下水为研究对象,分别用零价铁、零价铁和活性炭、零价铁和沸石的混合物作为反应介质进行实验,结果表明:3种不同介质对COD的去除率分别达到80%,90%,70%以上,零价铁和沸石对Mn离子、Zn离子的去除率分别达到90%,80%和81%污染物种类:地下水的污染物一般比较复杂,不仅仅为一种,不同的污染物对应于相同的反应介质,其去除效果也不相同。澳大利亚被石油溶剂污染的地下水,对单环芳烃的处理效率在63%-96%之间,而对C29-C36烃的平均去除率仅达到54%。4.1.6可渗透反应墙反应介质:不同的反应介质对于不同的污67原理:将电极插入受污染土壤及地下水区域,施加直流电形成电场,利用直流电场产生的各种电动力学效应(包括电渗析、电迁移和电泳等),引起土壤孔隙水及水中的离子和颗粒物质沿电场方向进行定向运动,污染物在此过程中迁移至设定的处理区进行集中去除(包括电镀、沉淀、吸附、离子交换、生物降解等)的一种技术。其实际的操作系统可能包括:阴极、阳极、电源、收集井(一般在阳极一侧)、注入井以及循环液罐等。4.1.7电动力学修复原理:将电极插入受污染土壤及地下水区域,施加直流电形成电场,684.1.6电动力学修复4.1.6电动力学修复694.1.7电动力学修复电化学动力修复技术主要应用于土壤和地下水的修复,主要以土壤的修复为主。电动力修复技术既克服传统技术中严重影响土壤的结构和地下所处生态环境的缺点,又可以克服现场生物修复过程非常缓慢、效率低的缺点,而且该技术安装和运行简单,成本较低,许多国家已逐渐将该技术作为一种主流环境技术项目。4.1.7电动力学修复电化学动力修复技术主要应用于土壤和地704.2化学修复技术在污染水体中的应用4.2.1地下水修复4.2.2湖泊水库修复4.2.3河流修复4.2.4海水修复4.2化学修复技术在污染水体中的应用4.2.1地下水修复714.2.1地下水修复地下水是相对于地表水而言的,是处于地表以下的水,与地表水一起共同组成了地球上的淡水资源。地下水现状:由于我国人口增长、经济快速发展、城市化进程加快,地下水面临严重的危机。地下水资源过度开采使得地下水污染加重。全国有97%的城市地下水受到了不同程度的污染,40%的城市地下水污染趋势加重。有些地区,地下水污染已经造成了严重的危害,危及供水安全。目前已发现地下水污染物主要有180多种,其中包括芳香烃类、卤代烃类及农药类等。并且数量和种类还在不断增加,所以修复地下水已成为当务之急。4.2.1地下水修复地下水是相对于地表水而言的,是处于地表724.2.1地下水修复4.2.1地下水修复734.2.1地下水修复地下水修复实例:1、在山东淄博,因某石化公司快速发展及城市化进程加快,工业及居民用水量日益增加,地下水被大量开采。另外由于该公司的一些生产车间建立在地下水源上,在生产过程中跑、冒、漏等现象时有发生,加之生产污水的排放以及部分不合格农灌水的使用,使地下水受到不同程度的污染,其油类污染物达到1.0mg/L。在对地下水油类污染物去除时使用二氧化氯做氧化剂,氧化前检测出的14种毒性、致癌物中已经有5种致癌物被去除。处理前后的水质变化经色-质联机分析,总油量下降了50%左右,在氧化过程中产生了一些次产物,但没有一种有毒。4.2.1地下水修复地下水修复实例:744.2.1地下水修复淄博含油污水层治理的治理方法:联合治理4.2.1地下水修复淄博含油污水层治理的治理方法:联合治理754.2.1地下水修复2、PRB可以去除地下水中的有机物、重金属等物质。在北美和欧洲已经进行了大量技术研究和商业应用,建造安装超过了120座PRB。美国北卡罗来纳州伊丽莎白东南5km处受到铬和三氯乙烯的严重污染,现场土层铬含量达到1450mg/L。1996年该地区建立一个PRB反应池,地下水通过PRB反应池后,铬浓度由上游的10mg/L降至0.01mg/L,三氯乙烯的浓度由6mg/L降为0.005mg/L,低于规定的最大浓度水平。3、美国科罗拉多州空军基地受三氯乙烯严重污染,该基地采用铁屑作为活性材料,构建了由两个4.3米的障碍墙和一个1.5米深3米厚的反应室组成的隔水漏斗-导水门处理系统,经该系统处理后,地下水采样分析表明,三氯乙烯在反应墙表面前0.6米就已经完全降解,达到修复目的。4.2.1地下水修复2、PRB可以去除地下水中的有机物、重764.2.1地下水修复4、臭氧是一种强氧化剂,可与水中存在的各种形态的物质起反应,将水中不同的复杂物质转化为简单物质,使污染物的极性、生物降解性、亲水性、毒性发生改变,对受石油污染的地下水也具有较好的处理效果。金彪等利用臭氧对淄博市受石油污染的地下水进行了氧化处理。山东淄博堠皋3#井地下水含油量为4-8mg/L,经臭氧处理后,油的平均质量浓度由6.51mg/L降低到2.67mg/L,平均去除率为59.0%,同时采用色-质联机方法,分析了臭氧单元进出水中有机物质组分的变化,有机物种类由25种减少到17种。4.2.1地下水修复4、臭氧是一种强氧化剂,可与水中存在的774.2.1地下水修复4.2.1地下水修复784.2.1地下水修复结论:臭氧能够氧化地下水中的石油化工类污染物。对于水中有机污染物的去除转化效果明显。试验证明,在动态试验中去除石油类污染物的最佳条件为:pH值为中性或碱性,接触反应时间20min,臭氧投加倍数为112~115倍。经臭氧化处理后,有机物种类由进水的17种减少到出水的6种,臭氧对稠环芳烃类污染物质去除效果十分明显,并具有降低中间产物原有毒性的趋势。4.2.1地下水修复结论:794.2.3湖泊水修复湖泊是重要的淡水资源之一,它与经济可持续发展以及人们的生活息息相关。近年来,由于许多自然因素和人为因素的影响,排入湖泊水库的氮磷等营养物质不断增加,致使水体富营养化状况加剧,导致各地水华的爆发越来越频繁,规模也越来越大。严重的水华覆盖到水面上,阻止水体中生物的光合作用,使水中DO迅速降低,造成水生动植物死亡以及周边生态环境的破坏。4.2.3湖泊水修复湖泊是重要的淡水资源之一,它与经济可持804.2.3湖泊水修复湖泊水库水修复实例:1、美国的多个湖泊水库外界磷的大量排入,导致蓝藻水华发生。通常向水库中投加铁盐或者铝盐,将水中溶解的无机磷转化为不溶性的磷酸化合物沉淀,从而抑制蓝藻的繁殖。比如布拉克曼水库利用该方法向湖水中加入7mg/L的Fe2+后,蓝藻消失,马蹄湾湖利用该方法在水面下60cm处加入10mg/L的铝盐后,总磷年平均质量浓度由250mg/L降低到50mg/L,低水温层磷的质量浓度降低幅度更大,且在冬季DO含量增加;斯内克湖向水中投加12mg/L的铝盐和铝酸钠溶液处理一年半后TP浓度由0.15-0.5mg/L降低到0.03-0.13mg/L,且冬季DO含量增加。

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