环境污染的物理修复

环境污染的物理修复第1页，共69页，2023年，2月20日，星期日1物理修复概述1.1物理修复定义利用污染物与环境中其它要素的物理学特性的差异，将污染物从环境中去除、分离1.2物理修复特点优点：快捷、操作简便、对周围环境干扰少、对污染物的性质和浓度不敏感等缺点：修复效果不尽人意、投资大、有可能造成二次污染第2页，共69页，2023年，2月20日，星期日1.3物理修复技术类型根据处理对象的位置是否改变分为：

原位物理修复

对污染物就地处置，使之从环境中分离；

异位物理修复将被污染的环境要素或整体输送到特定地点处理，去除或分离其中的污染物；根据修复技术：基本物理分离修复、蒸气浸提修复、固定/稳定化修复、电动力学修复及热力学修复第3页，共69页，2023年，2月20日，星期日2基本物理分离修复2.1物理分离修复概述目的：将待处理对象初步的分离，降低对象的体积定义：借助物理方法，将环境中污染物分离开来的技术类型：依据介质及污染物的物理特征分为过滤或筛分：依据粒径大小；沉淀或离心：依据分布、密度大小；磁分离：依据磁性有无或大小；浮选：根据表面特性第4页，共69页，2023年，2月20日，星期日2.2物理分离修复原理依据污染物的密度、形状、大小、磁性、表面电极性等物理性质，利用相关的物理技术将其从环境中提取、分离第5页，共69页，2023年，2月20日，星期日2.3物理分离修复技术2.3.1粒径分离法

根据颗粒直径，将环境要素通过特定大小网格的编织筛，即由于颗粒粒级（如粗砂、细砂和薪粒等）、粒径或形状的不同，可通过筛子的网格大小、形状不同（如格筛、振动筛），进而将不同颗粒分离第6页，共69页，2023年，2月20日，星期日干筛分：处理干燥对象，大型及中型颗粒效果明显第7页，共69页，2023年，2月20日，星期日污染土壤的干筛分修复过程第8页，共69页，2023年，2月20日，星期日湿筛分：当大量重金属以颗粒状态存在、需采用清洗或淋洗技术、处理得到的重金属可再利用、废液不需进一步处理时，采用该技术筛分前的预处理：摩擦－洗涤摩擦洗涤器能够打碎土壤团聚体结构，将污染物从土壤胶体上洗脱第9页，共69页，2023年，2月20日，星期日跳汰式湿筛分工艺示意图第10页，共69页，2023年，2月20日，星期日2.3.2水动力学分离法（粒度分级法）依据不同颗粒在流体中的移动速度不同，将颗粒分离的技术、颗粒在流体中的移动速度取决于颗粒大小、密度和形状与湿筛分的区别：颗粒直径<200um;本方法即依赖于颗粒大小，同时依赖于颗粒的密度第11页，共69页，2023年，2月20日，星期日湿粒度分级：常用螺旋分级机或“沙螺旋”的工作原理示意图第12页，共69页，2023年，2月20日，星期日水力旋风除尘器示意图第13页，共69页，2023年，2月20日，星期日2.3.3密度分离法（重力分离法）在重力和其它一种或多种与重力方向相反的作用力的同时作用下，不同密度的颗粒的运动行为不同；密度不同是重力分离的主要标准，一般情况下，重力分离对粗颗粒有效第14页，共69页，2023年，2月20日，星期日技术：振动第15页，共69页，2023年，2月20日，星期日2.3.4泡沫浮选分离法污染物颗粒表面性质可分为极性与非极性。非极性颗粒表面吸附的水分子稀疏，水化膜薄易破裂，表面为疏水性而易与气泡结合。极性颗粒表面吸附的水分子密集，水化膜厚而难破裂，表现为亲水性而难与气泡结合。通过向待处理对象中加入适当的化学试剂，改变污染物颗粒表面的极性，使其易于向气泡附着第16页，共69页，2023年，2月20日，星期日机械搅拌式浮选机构造及工作原理示意图第17页，共69页，2023年，2月20日，星期日2.3.5磁分离法污染物颗粒的磁性存在差异，通过磁场时运动的形式不同悬挂式磁选机工作原理示意图第18页，共69页，2023年，2月20日，星期日2.3.6电分离法污染物颗粒的导电性的不同，在同一电场中的运动形式不同静电鼓式分选机工作原理示意图第19页，共69页，2023年，2月20日，星期日2.3.7脱水分离除去干筛分技术，许多物理分离技术需要水，该法可实现水的循环再利用；技术包括过滤、压滤、离心和沉淀第20页，共69页，2023年，2月20日，星期日脱水分离技术的主要技术特征比较第21页，共69页，2023年，2月20日，星期日第22页，共69页，2023年，2月20日，星期日第23页，共69页，2023年，2月20日，星期日2.3.8物理分离修复技术的主要属性小结（一）第24页，共69页，2023年，2月20日，星期日物理分离修复技术的主要属性小结（二）第25页，共69页，2023年，2月20日，星期日2.4物理分离修复技术应用范围：主要应用于污染土壤中无机污染物的修复，适合从小范围被污染的土壤、沉积物、废渣中分离重金属，清洁土壤、恢复土壤正常功能优点：大多数相关技术设备简单，费用低廉，可持续高产出第26页，共69页，2023年，2月20日，星期日2.5物理分离修复技术局限局限：只能在污染范围较小时应用局限因素：一般需要特定的设备第27页，共69页，2023年，2月20日，星期日3蒸气浸提修复3.1蒸气浸提修复概述目的：清除污染环境中挥发性污染物定义：降低污染环境空隙的蒸气压，把环境中的污染物转化为蒸气的形式而加以去除类型：原位蒸气浸提异位蒸气浸提第28页，共69页，2023年，2月20日，星期日3.2蒸气浸提修复的原理利用可挥发性污染物在固相、液相和气相介质之间的浓度梯度，在形成气压差的条件下，将污染物转化为气态后排出环境。基础是污染物的挥发性，被污染环境与大气之间的气压差可由负压引导形成或正压形成第29页，共69页，2023年，2月20日，星期日3.2蒸气浸提修复技术3.2.1原位蒸气浸提法通过在被污染环境中布设提取井向环境中导入气流，使挥发性和半挥发性的有机物随空气进入真空井后排出，这项技术还包括尾气处理系统第30页，共69页，2023年，2月20日，星期日原位土壤蒸气浸提修复系统的技术示意图第31页，共69页，2023年，2月20日，星期日3.2.2异位蒸气浸提法通过布置在堆积的污染环境中开有狭缝的管道网络，向其中引入气流，促使挥发性和半挥发性的污染物随气流排出，这项技术还包括尾气处理系统第32页，共69页，2023年，2月20日，星期日异位土壤蒸气浸提修复系统的技术示意图第33页，共69页，2023年，2月20日，星期日3.3蒸气浸提修复技术应用范围：浸提技术主要用于挥发性有机卤代物和非卤代物的修复，也应用于去除环境中的油类、重金属及其有机物、多环芳烃等污染物优点：能够原位操作，比较简单，对环境的干扰小，系统容易安装和转移，容易与其他技术组合使用第34页，共69页，2023年，2月20日，星期日土壤蒸气浸提（SVE）利用真空泵产生负压驱使空气渡过污染的土壤孔隙，解吸并夹带有机组分流向提取井，最终于地上进行尾气处理。为增加压力梯度和气流速度，在土壤中也安装空气注射井SVE操作系统示意图第35页，共69页，2023年，2月20日，星期日原位空气注射技术对地下水有机污染的修复。操作上用空气注入地下水，空气上升后对地下水分饱和层土壤中有机污染物产生挥发及解吸作用，之后空气流将携带有机染污物上升到不饱和层土壤，在那里通过常规的SVE系统回收有机污染物第36页，共69页，2023年，2月20日，星期日3.5蒸气浸提修复技术局限局限：渗透性较差的环境介质（如黏土、有机土壤）受限限制因素：被污染环境的异质性引起气流分配的不均匀；低渗透性的被污染环境阻碍气流通过；被污染环境的地下水位太高（地下1-2m)；被污染环境中存在对挥发性污染物吸附性强的要素第37页，共69页，2023年，2月20日，星期日上节内容回顾1.环境修复：概念、三个方面活动的关系2、环境污染（物）3、环境修复和环境净化的关系4、各基本物理分离修复技术的原理5、蒸气浸提修复的概念、原理、局限第38页，共69页，2023年，2月20日，星期日4固化/稳定化修复4.1固化/稳定化修复概述目的：清除污染环境中无机污染物定义：通过向被污染环境中添加物质，使其与污染物发生化学或物理反应，进而降低污染物的活性类型：原位固化/稳定化异位固化/稳定化第39页，共69页，2023年，2月20日，星期日4.2固化/稳定化修复原理固化/稳定化是用物理－化学方法将污染物固定或包封在惰性材料中，进而使其稳定化；可使污染物固化/稳定的试剂称为稳定剂或固定剂。固化指将污染物包被起来，使之呈颗粒状或大块状存在，进而使污染物处于相对稳定的状态。一般是将污染物封装在结构完整的固态物质中，使被污染环境中的污染物转化成固态形式，进而使含有污染物的环境介质密封隔离，或者降低污染物暴露的表面积，控制污染物活性。第40页，共69页，2023年，2月20日，星期日稳定化指将污染物转化为不易溶解、迁移能力低或毒性小的状态和形式，进而实现污染物无害化或者降低其对环境系统的危害性第41页，共69页，2023年，2月20日，星期日4.3固化/稳定化修复技术4.3.1原位固化/稳定化法将固化剂或稳定剂等化学试剂投掷于污染环境原位，使其与污染物的混合第42页，共69页，2023年，2月20日，星期日原位固化/稳定化修复污染土壤示意图第43页，共69页，2023年，2月20日，星期日4.3.2异位固化/稳定化法将被污染环境（如土壤和沉积物等）隔离、提取或挖掘出来，在地面混合后，投放到适当形状的模具中或放置到空地，进行稳定化处理第44页，共69页，2023年，2月20日，星期日异位固化/稳定化修复污染土壤示意图第45页，共69页，2023年，2月20日，星期日4.4固化/稳定化修复技术应用范围：主要清除环境中重金属和放射性物质优点：可以处理多种复杂金属废物，不改变环境中无机物质的性质，费用低廉，设备容易转移，所形成的固化毒性低、稳定性强，凝结在固体中的微生物很难生长，不致破坏结块结构。第46页，共69页，2023年，2月20日，星期日一般技术步骤：①中和过量的酸碱度；②破坏金属络合物；③控制金属的氧化还原状态；④转化为不溶性的稳定形态；⑤采用固化剂形成稳定的固体形态物质第47页，共69页，2023年，2月20日，星期日4.5固化/稳定化修复技术局限局限：对于受挥发性，半挥发性的有机物质污染的情况效果差，可能改变环境中有机物质的性质限制因素：☆有机污染物含量过高，使处理环境中污染物与固定剂或稳定剂混合不均匀；☆亲水有机物对胶体结构的破坏作用；☆稳定剂或固定剂的化学吸附/老化，沉降/沉淀，结晶

第48页，共69页，2023年，2月20日，星期日5电动力学修复5.1电动力学修复概述目的：提取污染环境中重金属、无机污染物与有机污染物定义：通过电化学和电动力学的复合作用，污染环境中带电颗粒在电场内作定向移动，使污染物在电极附近富集后被回收类型：电动力学强化技术电动力学生物强化技术第49页，共69页，2023年，2月20日，星期日5.2电动力学修复原理

利用插入污染环境中的正负电极，使污染环境具备低压直流电场，水溶性的或吸附在固体颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同向不同的电极方向运动：阳离子与水向阴极附近移动、而阴离子向阳极移动，进而打破污染物与介质的结合键后，水流携带污染物到阴极附近，就将溶解到的污染物吸收至表层得以去除。主要涉及电迁移、电渗析、电泳和酸性迁移第50页，共69页，2023年，2月20日，星期日第51页，共69页，2023年，2月20日，星期日电迁移：带电离子在电场中的迁移运动，以电迁移量表征，该量与离子浓度和电位梯度成正比关系，受带电离子的淌度（在单位电场梯度中的迁移速度）影响第52页，共69页，2023年，2月20日，星期日电渗析：污染环境介质孔隙表层带有负电荷，与孔隙水中的离子形成双电导，扩散双电导引起孔隙水沿电场从阳极向阴极方向流动的过程。孔隙水流动速度与水流所携带的电流成正比，而与水流中电解质的浓度关系不大第53页，共69页，2023年，2月20日，星期日土壤孔隙水的电渗析流动与水力流动比较

水流均匀，流向易控制；水流渗透率高；第54页，共69页，2023年，2月20日，星期日电泳：污染环境中带电胶体颗粒的迁移运动，例如细小土壤颗粒、腐殖质和大分子物质等。运动的方向和速度、距离取决于电场和毛细孔隙的直径等因素第55页，共69页，2023年，2月20日，星期日酸性迁移：电解反应导致阴极附近溶液呈酸性、pH低至2，带正电的氢离子向阴极迁移；而阳极附近的呈酸性、pH高至12，带负电的氢氧离子向阳极迁移。氢离子因半径小，迁移速度高，形成酸性迁移带后将沉淀的金属重新离解为离子后共同迁移第56页，共69页，2023年，2月20日，星期日电动力学修复技术的基本原理示意图第57页，共69页，2023年，2月20日，星期日5.3电动力学修复技术5.3.1电动力学生物强化法用以现场降解和去除土壤和地下水中的有机污染物。其可克服水力输送的缺点，并将营养物质或微生物输送至土壤孔隙中，从而促进微生物的生长，提高降解效率第58页，共69页，2023年，2月20日，星期日电动力学生物强化修复原理示意图第59页，共69页，2023年，2月20日，星期日5.4电动力学修复技术应用范围：主要清除环境中重金属和有机物质。在施加直流电场后，带正电荷的重金属离子开始向阴极迁移，金属离子的迁移速度与离子半径有关。离子尺寸愈小，迁移速度愈快，例如，Na>K>Ca>Ni优点：可修复低渗透性污染环境第60页，共69页，2023年，2月20日，星期日5.5电动力学修复技术局限局限：成本高；应用范围不大限制因素：需要特殊的设备第61页，共69页，2023年，2月20日，星期日6热力学修复6.1热力学修复概述目的：提取污染环境中挥发性较低以及密度较高的污染物定义：利用热传导或辐射将污染环境中的污染物蒸发，并随气流排出环境，实现对污染环境的修复类型：高温原位加热修复低温原位加热修复原位电磁波加热修复第62页，共69页，2023