污染土壤的物理修复-课件

第三章污染土壤的物理修复1ppt课件第三章污染土壤的物理修复1ppt课件主要内容物理分离修复技术土壤蒸汽浸提修复技术固定/稳定化土壤修复技术玻璃化修复技术热力学修复技术热解吸修复技术电动修复技术冰冻修复技术2ppt课件主要内容物理分离修复技术2ppt课件一、物理分离修复技术

借助物理手段将污染物从土壤胶体上分离开来的技术。1.1技术原理与过程1.1.1技术原理依据粒径的大小，采用过滤或微过滤的方法进行分离依据分布、密度大小、采用沉淀或离心分离依据磁性有无或大小，采用磁分离手段根据表面特征，采用浮选法进行分离3ppt课件一、物理分离修复技术借助物理手段将污染物从土壤胶体上分离物理分离技术的主要属性4ppt课件物理分离技术的主要属性4ppt课件物理分离技术要考虑的一些因素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筛分干污染物时会产生粉尘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5ppt课件物理分离技术要考虑的一些因素5ppt课件1.1.2物理分离过程主要包括：针对不同土壤颗粒粒级（如粗砂、细砂和粘粒等）、粒径或形状，可通过不同大小、形状网格的筛子进行分离依据颗粒水动力学原理，将不同密度的颗粒，通过其重力作用导致的不同沉降、沉淀速率进行分离根据颗粒表面特征的不同，采用浮选法，将其中一些颗粒吸引到目标泡沫上进行分离一些物质具有磁性，或者污染物本身具有磁感应效应，尤其是一些重金属6ppt课件1.1.2物理分离过程6ppt课件7ppt课件7ppt课件1.2物理分离修复方法1.2.1粒径分离：根据颗粒直径的大小分离固体干筛分：能成功处理大或中等的土壤颗粒，处理小于0.06~0.09m粒级比较难湿筛分：易产生一定量的污水，湿的土壤使下一步的化学处理比较难摩擦-洗涤：摩擦洗涤器不是真正的颗粒分离设备，但能够打碎土壤团聚体结构，将氧化物或其它胶膜从土壤胶体上洗下来8ppt课件1.2物理分离修复方法8ppt课件采用湿分离技术要遵循的原则当大量重金属以颗粒状存在时，特别推荐采用湿筛分方式如果接下来的化学处理需要水，如采用土壤清洗或土壤淋洗技术，也采用湿筛分如果处理得到的重金属可以循环再利用或废液不需要很多的化学处理试剂，也采用湿筛分9ppt课件采用湿分离技术要遵循的原则9ppt课件1.2.2水动力学分离也称粒度分级，基于颗粒在流体中的移动速度将其分成两部分或多部分的分离技术。颗粒在流体中的移动速度取决于颗粒大小、密度和形状。可以通过强化流体在与颗粒运动方向相反的方向上运动，提高分离效率。主要仪器：淘选机、机械粒度分级机、水力旋风分离器等10ppt课件1.2.2水动力学分离10ppt课件11ppt课件11ppt课件螺旋分级的工作过程示意图12ppt课件螺旋分级的工作过程示意图12ppt课件1.2.3密度（或重力）分离基于物质密度，采用重力富集方式分离颗粒。在重力和其他一种或多种与重力方向相反的作用力的同时作用下，不同密度的颗粒产生的运动行为也有所不同。重力分离对粗糙颗粒比较有效主要仪器：振动筛、螺旋富集器、摇床、比目床13ppt课件1.2.3密度（或重力）分离13ppt课件尾渣进料水振动筛网浓缩物排放水上下运动箱体震动筛设备及其原理示意图14ppt课件尾渣进料水振动筛网浓缩物排放水上下运动箱体震动筛设备及其原理15ppt课件15ppt课件16ppt课件16ppt课件1.2.4脱水分离

一般采用的脱水方法有过滤、压滤、离心和沉淀17ppt课件1.2.4脱水分离17ppt课件常见脱水分离修复技术的主要技术特点18ppt课件常见脱水分离修复技术的主要技术特点18ppt课件采用物理分离技术的适用粒度范围19ppt课件采用物理分离技术的适用粒度范围19ppt课件应用实例分析20ppt课件应用实例分析20ppt课件射击场污染土壤物理分离修复方案21ppt课件射击场污染土壤物理分离修复方案21ppt课件二、土壤蒸气浸提修复技术2.1概念土壤蒸气浸提修复技术（Soilvapourextraction，SVE）是指通过降低土壤空隙的蒸气压，把土壤中的污染物转化为蒸气形式而加以去除的技术，是利用物理方法去除不饱和土壤中挥发性有机组分（VOCs）污染的一种修复技术，该技术适用于高挥发性化学污染土壤的修复，如汽油、苯和四氯乙烯等污染的土壤SVE,alsoknownassoilventingorvacuumextraction,isaninsituremedialtechnologythatreducesconcentrationsofvolatileconstituentsinpetroleumproductsadsorbedtosoilsintheunsaturated(vadose)zone.22ppt课件二、土壤蒸气浸提修复技术22ppt课件2.2土壤蒸气浸提修复技术的基本原理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23ppt课件2.2土壤蒸气浸提修复技术的基本原理23ppt课件24ppt课件24ppt课件25ppt课件25ppt课件26ppt课件26ppt课件2.3土壤蒸汽浸提技术种类原位土壤蒸汽浸提技术异位土壤蒸汽浸提技术多相浸提技术（两相浸提技术、两重浸提技术）生物通风技术27ppt课件2.3土壤蒸汽浸提技术种类原位土壤蒸汽浸提技术27ppt课原位土壤蒸气浸提技术利用真空通过布置在不饱和土壤层中的提取井向土壤中导入气流，气流经过土壤时，挥发性和半挥发性的有机物挥发，随空气进入真空井，气流经过后，土壤得到了修复。主要用于挥发性有机卤代物或非卤代物的修复，有时也应用于去除土壤中的油类、重金属及其有机物、多环芳烃或二恶英等污染物28ppt课件原位土壤蒸气浸提技术利用真空通过布置在不饱和土壤层中的提取井29ppt课件29ppt课件30ppt课件30ppt课件气体抽排井的分布、形状、深度、口径大小等需根据污染区的地质条件、地下水水位、污染范围等决定抽气管道的铺设基本分两种情况：竖直和水平31ppt课件气体抽排井的分布、形状、深度、口径大小等需根据污染区的地质条32ppt课件32ppt课件33ppt课件33ppt课件原位土壤蒸气浸提技术的应用条件34ppt课件原位土壤蒸气浸提技术的应用条件34ppt课件35ppt课件35ppt课件原位土壤蒸气浸提技术的成本估算项目36ppt课件原位土壤蒸气浸提技术的成本估算项目36ppt课件异位土壤蒸汽浸提技术是指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土壤中引入气流，促使挥发性和半挥发性的污染物挥发进入土壤中的清洁空气流，进而被提取脱离土壤。同时，这项技术还包括尾气处理系统主要用于处理挥发性有机卤代物和非卤代污染物污染土壤的修复37ppt课件异位土壤蒸汽浸提技术是指利用真空通过布置在堆积着的污染土壤中38ppt课件38ppt课件异位土壤蒸汽浸提技术与原位土壤蒸汽浸提技术相比的优点：挖掘过程可以增加土壤中的气流通道浅层地下水位不会影响处理过程使泄漏收集变得可能监测过程变得容易进行39ppt课件异位土壤蒸汽浸提技术与原位土壤蒸汽浸提技术相比的优点：39p影响该技术发挥有效性的主要因素挖掘和物料处理过程中容易出现气体泄漏运输过程中有可能导致挥发性物质释放占地空间要求较大处理之前直径大于60mm的块状碎石需提前去除黏质土壤影响修复效率腐殖质含量过高会抑制挥发过程40ppt课件影响该技术发挥有效性的主要因素40ppt课件多相浸提技术

多相浸提技术（muti-phaseextraction）是土壤蒸汽浸提技术进行革新基础上发展起来的，是蒸汽浸提技术的强化，可以同时对地下水和土壤蒸汽进行提取。主要用于处理中、低渗透性地层中的VOCs及其他污染物。多相浸提技术可具体细分为两相（TPE）和两重浸提（DPE）两种方法41ppt课件多相浸提技术多相浸提技术（muti-phas42ppt课件42ppt课件43ppt课件43ppt课件

两相浸提技术（two-phaseextraction），是指利用蒸汽浸提或者生物通风技术向不饱和土壤输送气流，以修复挥发性有机物和油类污染物污染土壤的过程气流同时也可以将地下水提到地上进行处理，两相提取井同时位于土壤饱和层和土壤不饱和层，施以真空后进行提取44ppt课件两相浸提技术（two-phaseextract45ppt课件45ppt课件46ppt课件46ppt课件47ppt课件47ppt课件

两重浸提技术（dual-phaseextraction）既可以在高真空下也可以在低真空条件下使用潜水泵或者空气泵工作48ppt课件两重浸提技术（dual-phasee49ppt课件49ppt课件50ppt课件50ppt课件限制因素两相或多相浸提技术修复土壤的时间由6个月至几年不等，主要决定于以下因素：修复目标要求；原位处理量；污染物浓度及分布；现场特性如渗透性、各项异质性；地下水抽取影响半径；地下水抽取速率51ppt课件限制因素51ppt课件两重和两相浸提技术的优缺点52ppt课件两重和两相浸提技术的优缺点52ppt课件

两篇文献Remediationefficiencyofvapourextractionofsandysoilscontaminatedwithcyclohexane:Influenceofairflowrate,waterandnaturalorganicmattercontent

EnvironmentalPollution,

2006,

143：146-152

Experimentalinvestigationofpneumaticsoilvaporextraction

JournalofContaminantHydrology,

2007,

89：29-4753ppt课件

54ppt课件54ppt课件压裂修复技术

压裂技术（fracture）是指利用某种力量使地下的岩石或者大密度土壤（黏土、胶泥）爆裂的技术，本身不是一种独立的污染土壤修复技术，它只是用来使地层压裂促进其他修复技术的修复效果，产生的裂痕，为需要去除或分解的有害化学物质提供了逸出的通道55ppt课件压裂修复技术压裂技术（fracture）是指利用主要有水力压裂：高压水注射进入注射井底部，作为压裂开始点，然后将沙石及浓胶混合物高压泵入压裂区域气动压裂：利用空气爆裂土壤、沉积物，将高压气体注入密实的污染土壤或沉积物中以扩大、增加裂痕等，增强其渗透性、加速汽提、生物修复和热处理去除土壤或沉积物中污染物的过程爆炸强化压裂：利用爆炸性物质，如炸药等使土壤、岩石爆裂56ppt课件主要有56ppt课件57ppt课件57ppt课件生物通风

生物通风(bioventing)即BV法，结合了土壤通风的物理过程和增强的生物降解过程，而成为一种应用广泛的革新性原位修复技术，是土壤蒸汽浸提技术的衍生58ppt课件生物通风生物通风(bioventing)即BV法59ppt课件59ppt课件60ppt课件60ppt课件渗透性61ppt课件渗透性61ppt课件62ppt课件62ppt课件生物通风系统使用与SVE相同的设施，但系统结构与设计目的有很大不同SVE系统井被放在被污染区域的中心，而生物通风操作中井放在被污染区的边缘往往更有效SVE在修复污染物时空气抽提速率一般较大，利用挥发性去除污染物，生物通风的目的是创造好氧条件来促进原位生物降解，因此生物通风相对较低的空气速率，以使气体在土壤中的停留时间增长63ppt课件生物通风系统使用与SVE相同的设施，但系统结构与设计目的有很生物通风应用范围较宽，Michael(1995)已经通过实施研究证明了，生物通风不仅能成功用于轻组分有机物，如汽油和柴油，还能用于重组分有机物，如燃料油等，另外也可用于其它的挥发或半挥发组分。生物通风的另一个显著优点是，与SVE比较它的操作费用更低。在SVE操作中抽出的废气不能直接放入空气中，需要后续处理工艺(一般是活性碳吸咐和催化燃烧)，这有时甚至要占整个费用的50％左右，生物通风省去了此步骤，因此操作成本下降。生物通风比较其它土壤修复技术，其主要缺点是它的操作时间长，受到土著微生物种类的限制64ppt课件生物通风应用范围较宽，Michael(1995)已经通过实施生物通风影响因素和强化技术的研究

添加营养物：实验和现场应用都表明，适当添加营养物可以促进生物降解。Lindhardt等在实验研究中增加了氮和磷酸盐以有利于生物通风操作，Breedreld等在实验室土柱及现场规模下研究了加入营养物对生物通风的影响，证实了添加营养物对生物降解的促进作用。Bulman和Newland在一个柴油污染基地设计了生物通风系统，通风操作6个月，比起始总有机物浓度减少了10％-30％，去除深度达3m，通风中加入营养物后导致在下面的6个月中，又有30％的污染物被去除，去除深度达到了3.5m。65ppt课件生物通风影响因素和强化技术的研究65ppt课件

氧源：氧的供应经常成为生物通风的限制因素。为解决此问题，土壤治理中，除了用空气提供氧气外，还可用H202或纯氧作为氧源。土壤湿度：实验室中的研究表明，土壤湿度大，则生物转化率高。在生物通风现场却有两种不同的结论：有的报道说增加湿度使通风现场的生物降解速率增加，但另有结果表明，湿度增加，效果并不明显，甚至由于阻止了氧气的传递而使生物通风特性消失66ppt课件氧源：氧的供应经常成为生物通风的限制因素。为解决此问题，土温度：在寒冷地区，土壤温度成为主要限制因素，增加土壤温度后可提高生物降解的活性，加热方法主要有热空气注射、蒸汽注射、电加热和微波加热加入优势菌：土壤中石油污染物的生物降解与土壤中可降解菌的含量有密切关系，土壤中加入石油降解优势菌能大大提高生物降解速度，如白腐真菌对许多有机污染物都有很好的降解效果。Gruiz等将生物通风与高效菌应用相结合，效果十分明显67ppt课件温度：在寒冷地区，土壤温度成为主要限制因素，增加土壤温度后可

电子受体：一般认为提出限制生物修复成功的最关键因素是缺乏合适的电子受体。许多种电子受体都可以被土壤中微生物利用来完成有机污染物的氧化，这包括氧、硝酸盐、硫酸盐、二氧化碳和有机碳。其中氧能提供给微生物的能量最高，几乎是硝酸盐的两倍，比硫酸盐、二氧化碳和有机碳所释放的能量多出一个数量级，其次，土壤环境中利用氧的微生物非常普遍，并且，从工程观点上，加速的生物降解大部分发生在好氧条件下而非厌氧条件下，因此，氧是最好的电子受体68ppt课件电子受体：一般认为提出限制生物修复成功的最关键因素是缺乏合69ppt课件69ppt课件70ppt课件70ppt课件71ppt课件71ppt课件空气喷射(airsparging，AS)AS，也有人称为空气注射，是去除饱和区土壤有机污染物的土壤原位修复技术。AS的目的是去除潜水位以下的地下水中溶解的有机污染物质，通过将新鲜空气喷射进饱和区土壤中，产生的悬浮羽状体逐步向原始水位上升，从而达到去除化学物质的目的。喷射进入含水层的空气能提供氧气来支持生物降解，也能将挥发性污染物从地下水转移到不饱和区，在那里污染物能够用SVE或BV来进行处理72ppt课件空气喷射(airsparging，AS)AS，也有人称为空73ppt课件73ppt课件74ppt课件74ppt课件75ppt课件75ppt课件AS的影响因素土壤的特性：土壤特性对AS的影响主要包括土壤的类型、土壤的均匀性和土壤粒径大小。土壤的非均匀性导致其在各方向都存在不同的粒径分布和渗透率。Ji等在实验中观察到：对于均质土壤，无论何种空气流动方式，其流动区域都是通过喷射点垂直轴对称的。而非均质土壤，空气流动不是轴对称的，这说明空气通道对土壤的非均匀性很敏感。因此，在AS过程中，喷射空气可能会沿阻力较小的路径通过饱和区土壤，根本就不经过渗透率较低的土壤区域，从而影响污染物的去除效果。Reddy等实验研究发现，土壤粒径极大地影响AS去除有机污染物的效率。当有效粒径超过边界值0.2mm时，AS去除有机物的效率和粒径为线性关系；当有效粒径低于0.2mm时，AS去除有机物所需的时间将大大增加。76ppt课件AS的影响因素76ppt课件

空气的流量和压力：空气喷入土壤中需要一定的压力，压力的大小对于AS去除有机污染物的效率有一定程度的影响。空气喷射压力越大，所形成的空气通道就越密。一方面，空气流量的大小将直接影响土壤中水和空气的饱和度，影响气液两相间的传质，从而影响土壤中有机污染物的去除。另一方面，空气流量的大小决定了可向土壤提供的氧含量，决定了有机物的有氧生物降解过程。空气流量的增加将有助于增加有机物和氧的扩散梯度，有利于有机物的去除。77ppt课件空气的流量和压力：空气喷入土壤中需要一定的压力，压力的大地下水的流动：在渗透率较高的土壤中，如粗砂和砂砾，地下水的流率一般较高，影响空气的流动，从而破坏污染物羽状体的形状和大小。反之，空气喷人土壤中不仅造成有机污染物的挥发，而且影响通过羽状体的地下水的流动。这两种流体(空气和水)的相互作用可能对AS过程不利。78ppt课件地下水的流动：在渗透率较高的土壤中，如粗砂和砂砾，地下水的流生物注射法：Biosparging(BS)isanin-situremediationtechnologythatusesindigenousmicroorganismstobiodegradeorganicconstituentsinthesaturatedzone.生物通气法：Bioventingisanin-situremediationtechnologythatusesindigenousmicroorganismstobiodegradeorganicconstituentsadsorbedtosoilsintheunsaturatedzone.79ppt课件生物注射法：Biosparging(BS)isani80ppt课件80ppt课件81ppt课件81ppt课件82ppt课件82ppt课件小结土壤蒸汽浸提技术及衍生技术不饱和区土壤原位修复技术（SVE，BV）饱和区土壤原位修复技术（AS，BS）83ppt课件小结土壤蒸汽浸提技术及衍生技术83ppt课件第三章污染土壤的物理修复(二）84ppt课件第三章污染土壤的物理修复(二）84ppt课件三、固化/稳定化土壤修复技术3.1概念：固化/稳定化（Solidification/Stabilization）是指防止或者降低污染土壤释放有害化学物质过程的一组修复技术，通常用于重金属和放射性物质污染土壤的无害化处理，可以是原位也可以是异位。固化是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状态。稳定化是指将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性变小的状态和形式，即通过降低污染物的生物有效性，实现其无害化或者降低其对生态系统危害性的风险85ppt课件三、固化/稳定化土壤修复技术3.1概念：固化/稳定化（So3.2原理：固化/稳定化技术一般常采用的方法为:先利用吸附质如黏土、活性炭和树脂等吸附污染物，浇上沥青，然后添加某种凝固剂或黏合剂，使混合物成为一种凝胶，最后固化为硬块。86ppt课件3.2原理：固化/稳定化技术一般常采用的方法为:先利用吸87ppt课件87ppt课件3.3固化/稳定化技术具有以下一些特点：需要污染土壤与固化剂/稳定剂等进行原位或异位混合，与其他固定技术相比，无需破坏无机物质，但可能改变有机物质的性质稳定化可能与封装等其它固定技术联合应用，并可能增加污染物的总体积固化/稳定化处理后的污染土壤应当有利于后续处理现场应用需要安装下面全部或部分设施：原位修复所需的螺旋钻井和混合设备；集尘系统；挥发性污染物控制系统；大型储存池。88ppt课件3.3固化/稳定化技术具有以下一些特点：88ppt课件3.4固化/稳定化技术优势可以处理多种复杂金属废物费用低廉加工设备容易转移所形成的固体毒性降低，稳定性增强凝结在固体中的微生物很难生长，不致破坏结块结构89ppt课件3.4固化/稳定化技术优势89ppt课件3.5固化/稳定化技术影响因素物理机制：水分及有机污染物含量过高，部分潮湿土壤或者废物颗粒与粘结剂接触粘合，而另一部分未经处理的土壤团聚体或结块，最后形成处理土壤与粘结剂混合不均匀；亲水有机物对养护水泥或者矿渣水泥混合物的胶体结构有破坏作用；干燥或粘性土壤或废物容易导致混合不均化学机制：化学吸附/老化过程；沉降/沉淀过程；结晶作用其他因素：含油或油脂的污染土壤固化/稳定化后，其稳定性较差；污染土壤本身某些固定组分90ppt课件3.5固化/稳定化技术影响因素90ppt课件3.6异位固化/稳定化91ppt课件3.6异位固化/稳定化91ppt课件92ppt课件92ppt课件3.6.1异位固化/稳定化限制因素最终处理时的环境条件可能会影响污染物的长期稳定性一些工艺可能会导致污染土壤或固废体积显著增大有机物质的存在可能会影响黏结剂作用的发挥VOCs通常很难固定对于成分复杂的污染土壤或固体废物还没有发现很有效的粘合剂石块或碎片比例太高会影响粘结剂的注入和与土壤的混合93ppt课件3.6.1异位固化/稳定化限制因素最终处理时的环境条件可能3.7原位固化/稳定化混合尾气处理（可选）尾渣处理固化/稳定化介质固化/稳定化药剂水94ppt课件3.7原位固化/稳定化混合尾气处理（可选）尾渣处理固化/稳95ppt课件95ppt课件3.7.1原位固化/稳定化的影响因素许多污染物/过程相互复合作用的长期效应尚未有现场实际经验可以参考污染物埋藏深度会影响、限制一些具体的应用过程必须控制好粘结剂的注射和混合过程，防止污染物扩散进入清洁土壤与水的接触或者结冰/解冻循环过程会降低污染物的固定化效果粘结剂的输送和混合要比异位固化过程困难，成本相对也高96ppt课件3.7.1原位固化/稳定化的影响因素许多污染物/过程相互复3.8设计需要注意的问题安全性问题不同介质间的污染问题其它问题：防范措施、有毒气体的处理、设备的检查等97ppt课件3.8设计需要注意的问题安全性问题97ppt课件4、玻璃化修复技术（Vitrificationremediation）

包括原位和异位技术

原位玻璃化技术的发展起源于20世纪五六十年代核废料的玻璃化处理技术，近年来推广到土壤修复98ppt课件4、玻璃化修复技术（Vitrificationremedi

4.1原位玻璃化技术是指通过向污染土壤插入电极，对污染土壤固相组分给予1600~2000度的高温处理，使有机污染物和一部分无机化合物如硝酸盐、硫酸盐和碳酸盐等得以挥发或热解从而从土壤中去除的过程。其中，有机污染物热解产生的水分和热解产物由气体收集系统进行进一步处理。熔化的污染土壤冷却后形成化学惰性的、非扩散的整块坚硬玻璃体，有害无机离子得到固定。此技术适用于含水量较低、污染物深度不超过6M的土壤99ppt课件4.1原位玻璃化技术是指通过向100ppt课件100ppt课件4.1.1原位玻璃化技术的影响因素埋设的导体通路质量分数超过20%的砾石土壤加热引起的污染物向清洁土壤的迁移易燃易爆物质的累积土壤或者污泥中可燃有机污染物的质量分数超过5%~10%固化的物质可能会妨碍今后现场的土地利用与开发低于地下水位的污染修复需要采取措施防止地下水反灌湿度太高会影响成本101ppt课件4.1.1原位玻璃化技术的影响因素埋设的导体通路101pp4.1.2原位玻璃化技术应用的成本估算102ppt课件4.1.2原位玻璃化技术应用的成本估算102ppt课件4.2异位玻璃化技术

指使用等离子体、电流或其他热源在1600~2000度的高温熔化土壤及其中的污染物，使有机污染物在高温下被热解或蒸发去除，有害无机离子则得以固定化，产生的水分和热解产物由气体收集系统进行进一步处理。熔化的污染土壤冷却后形成化学惰性的、非扩散的整块坚硬玻璃体，有害无机离子得到固定。103ppt课件4.2异位玻璃化技术指使用等离子体4.2.1异位玻璃化技术影响因素需要控制尾气中的有机污染物以及一些挥发的重金属蒸汽需要处理玻璃化后的残渣湿度太高会影响成本104ppt课件4.2.1异位玻璃化技术影响因素需要控制尾气中的有机污染物105ppt课件105ppt课件106ppt课件106ppt课件五、热力学修复技术（Thermodynamicremediation）利用热传导（如热井和热墙）或辐射（如无线电波加热）实现对污染土壤的修复包括高温（>100℃）原位修复技术、低温（<100℃）原位修复技术和原位电磁波加热修复技术107ppt课件五、热力学修复技术（Thermodynamicremedi5.1高温原位加热修复技术利用气提井和鼓风机将水蒸汽和污染物收集起来，通过热传导加热，可以通过加热毯从地表进行加热，也可以通过安装在加热井中的加热器件进行。高温原位加热修复技术主要用于半挥发性的卤代有机物和非卤代化合物、多氯联苯以及密度较高的非水质液体有机物等108ppt课件5.1高温原位加热修复技术利用气提井和鼓风机将水蒸汽和污染109ppt课件109ppt课件110ppt课件110ppt课件5.1.1高温原位加热修复技术的影响因素地下土壤的异质性会影响原位修复处理的均匀程度提取挥发性弱一些的有机物的效果，取决于处理过程所选择的最高温度加热和蒸汽收集系统必须严格设计、严格操作、以防止污染物扩散进入清洁土壤经过修复的土壤结构，可能会由于高温而发生变化如果处理饱和层土壤，需要高能来将水加热，会大幅度提高成本含有大量粘性土壤及腐殖质的土壤，由于对挥发性有机物具有较高吸附性，会导致去除速率降低需要尾气收集处理系统111ppt课件5.1.1高温原位加热修复技术的影响因素111ppt课件5.1.2高温原位加热修复技术应用的成本估算112ppt课件5.1.2高温原位加热修复技术应用的成本估算112ppt课5.2低温原位加热修复技术利用蒸汽井加热，包括蒸汽注射钻头、热水浸泡或者电阻加热产生蒸汽加热，可以将土壤加热到100度主要用于处理的污染物是半挥发性卤代物和非卤代物及浓的非水溶性液态物质。113ppt课件5.2低温原位加热修复技术利用蒸汽井加热，包括蒸汽注射钻头114ppt课件114ppt课件5.2.1主要的影响因素地下土壤的异质性，会影响修复处理的均匀程度渗透性能低的土壤难以处理在不考虑重力的情况下，会引起蒸汽绕过非水溶性液态稠密污染物地下埋藏的导体，会影响电阻加热的应用效果流体注射和蒸汽收集系统，必须严格设计、严格操作，以防止污染物扩散进入清洁土壤蒸汽、水和有机液体必须回收处理需要尾气收集处理系统115ppt课件5.2.1主要的影响因素115ppt课件5.2.2低温原位加热修复技术应用的成本估算116ppt课件5.2.2低温原位加热修复技术应用的成本估算116ppt课5.3原位电磁波加热修复技术也属于高温原位加热技术，利用高频电压产生的电磁波能量对现场土壤进行加热，利用热量强化土壤蒸汽浸提技术，使污染物在土壤颗粒内解吸而达到污染土壤的修复目的。无线电波加热主要利用无线电波中的电磁能量进行加热，过程无需土壤的热传导。能量由埋在钻孔中的电极导入土壤介质，加热机制类似于微波炉加热。正常的加热系统包括：无线电能量辐射布置系统；无线电能量发生、传播和监控系统；污染物蒸汽屏蔽包容系统；污染物蒸汽回收处理系统117ppt课件5.3原位电磁波加热修复技术也属于高温原位加热技术，利用高118ppt课件118ppt课件119ppt课件119ppt课件5.3.1影响因素含水量高于25%的土壤能耗很大，水的蒸发降低了系统的效率对非挥发性有机物、无机物、金属及重油无效深入15米的地下土层，某些特定的电磁波加热技术的运用效果不理想粘性土壤吸附的污染物难于去除，会降低电磁波加热系统性能120ppt课件5.3.1影响因素120ppt课件六热解吸修复技术（Thermal-desorptionremediation）是通过直接或间接热交换，将污染介质及其所含的有机污染物加热到足够的温度（通常被加热到150~540度），以使有机污染物从污染介质上得以挥发或分离的过程分为两类：土壤或沉积物加热温度为150-315度的技术为低温热解吸技术和温度达到315-540度的高温热解吸技术121ppt课件六热解吸修复技术（Thermal-desorptionr

122ppt课件

热解吸技术可以分为两步：1、加热被污染的物质使其中的有机污染物挥发；2、处理废气，防止挥发污染物扩散到大气可以分为直接接触加热（火焰辐射直接加热或燃气对流直接加热）和间接接触加热（通过物理隔离，如钢板，将热源与被加热污染物分开）两种热解吸系统可以进一步分为两类：连续给料系统和批量给料系统123ppt课件热解吸技术可以分为两步：1、加热被污染的物质使其中的有机污染连续给料系统采用异位处理方式，即污染物必须从原地挖出，经过一定处理后加入处理系统。连续给料系统既可采用直接加热方式，也可采用间接火焰加热方式。代表性的连续给料热解吸系统包括：直接接触热解吸系统-旋转干燥机；间接接触热解吸系统-旋转干燥机和热旋转。批量给料系统既可以是原位修复，如热毯系统、热井和土壤气体抽提设备，也可以是异位修复，如加热灶和热气抽提设备。124ppt课件连续给料系统采用异位处理方式，即污染物必须从原地挖出，经过一6.1直接接触热解吸系统6.1.1经历了3个发展阶段旋转干燥机织物滤尘器喷射引擎再燃装置760-980℃

<230℃土壤处理土壤150-200℃空气第一代直接接触热解吸系统流程图125ppt课件6.1直接接触热解吸系统6.1.1经历了3个发展阶段旋转干旋转干燥机织物滤尘器喷射引擎再燃装置760-980℃<232℃土壤处理土壤260-540℃空气第二代直接接触热解吸系统流程图气体冷却装置126ppt课件旋转干燥机织物滤尘器喷射引擎<232℃土壤处理土壤空气第二旋转干燥机织物滤尘器喷射引擎再燃装置760-980℃<232℃土壤处理土壤260-650℃空气第三代直接接触热解吸系统流程图气体冷却装置湿气体清洗器废水处理与排放127ppt课件旋转干燥机织物滤尘器喷射引擎<232℃土壤处理土壤空气第三第一代直接接触热解吸系统只适用于低沸点（低于260~315

℃）的非氯代污染物的修复处理。整个系统加热温度大致为150~200

℃第二代直接接触热解吸系统在原来的基础上，扩大了可应用范围，对高沸点（大于315

℃）的非氯代污染物也适用。第三代直接接触热解吸系统用来处理高沸点氯代污染物。比第二代系统多了酸性气体中和装置，以控制盐酸向大气的释放以及一个利用富含化学降解剂的水喷淋设备，湿的气体清洗器是最常用到的气体控制系统128ppt课件第一代直接接触热解吸系统只适用于低沸点（低于260~3156.2间接接触热解吸系统包括两个阶段：污染物被解吸下来，也就是在相对低的温度下使污染物与污染土壤相分离；他们被浓缩成浓度较高的液体形式，适合运送到特定地点的工厂进行进一步的传统处理包括间接接触旋转-干燥热解吸系统和间接接触热螺旋解吸系统129ppt课件6.2间接接触热解吸系统包括两个阶段：污染物被解吸下来，也130ppt课件130ppt课件131ppt课件131ppt课件6.3热空气浸提热解吸系统（HAVE）是异位处理过程132ppt课件6.3热空气浸提热解吸系统（HAVE）是异位处理过程1326.4热毯和热井热毯的温度可达1000度，并且通过与污染物的直接接触式热传导，将地表下1米深土层中的污染物变成气态。热井技术是将电子浸透加热元件埋入地下2-3米深的土层，修复从地下1米到地下水位线深度污染区域的土壤133ppt课件6.4热毯和热井热毯的温度可达1000度，并且通过与污染物134ppt课件134ppt课件135ppt课件135ppt课件136ppt课件136ppt课件6.5系统设计及其考虑因素6.5.1修复处理过程：土壤性质、温度、气流6.5.2系统设计及性能：各处理单元参数137ppt课件6.5系统设计及其考虑因素6.5.1修复处理过程：土壤性138ppt课件138ppt课件139ppt课件139ppt课件140ppt课件140ppt课件141ppt课件141ppt课件（热解吸技术分为两个大类：连续给料技术和批量给料技术）：第一层可行性实验：为了证实热解吸技术对某一土壤类型及污染物混合体的有效性。小批量的污染介质在一个静态的马弗炉中，在较宽的温度范围内加热，并开展较长时间的试验，以发现土壤处理的最低温和达到污染物处理标准所需的停留时间。目的是确定热解吸技术对欲修复土壤类型是否适用。第二层可行性实验：通过在实验室的条件下，模仿全方位系统操作，以少量污染土壤为研究对象，确定那种类型的热解吸技术更适合第三层可行性实验：技术人员要在现场建造出整套修复设施，然后将污染土壤通过热解吸系统142ppt课件（热解吸技术分为两个大类：连续给料技术和批量给料技术）：146.5.3系统所需资源燃料、水、电力需要的燃料数量主要决定于：欲处理土壤的体积；土壤本身含有的热量；燃料的热值；达到最佳处理效果所需要的温度；土壤水分含量；土壤的其他的物理与化学性质；周围的环境；热解吸系统装备的热效率和燃烧效率。水被用来控制尾气处理过程的温度，作为中和尾气所加化学试剂的介质，湿润处理残留物电力用来开动泵、鼓风机以及传送设备和电极、照明等。143ppt课件6.5.3系统所需资源143ppt课件6.5.4修复地点的实际条件当地的土地利用状况当地的气候条件待修复污染土壤的体积或数量污染土壤的运送当地劳动人员和辅助设施的可得性和工资支付可提供的工程施展空间环保部门的准许144ppt课件6.5.4修复地点的实际条件144ppt课件6.6应用热解吸系统应考虑的问题场地特性：水分含量：过多的水分含量会提高操作费用，因为水在处理过程中的蒸发也需要燃料。在处理尾气中加入水蒸气导致低的产废率，因为水蒸气也要同尾气和解吸下来的污染物一道进入处理设备中进行处理。这些低的产废率可归因于：过高的气流；热输入的限制145ppt课件6.6应用热解吸系统应考虑的问题场地特性：145ppt课件土壤粒径分布与组成：确定土壤质地粗细的临界点是粒径大于或小于0.075mm（200目筛）所占的百分比。如果超过半数的土壤颗粒大于0.075mm，认为土壤质地是粗的，如果超过半数的土壤颗粒小于0.075mm，认为是细质土壤土壤密度（处理角度—质量；付费角度—体积）146ppt课件土壤粒径分布与组成：确定土壤质地粗细的临界点是粒径大于或小于土壤渗透性与可塑性：土壤渗透性影响着将气态化的污染物引导出土壤介质的过程，黏土含量高或结构紧实的土壤，渗透性比较低，不适合利用热解吸技术修复污染土壤；土壤可塑性指的是未经休整的土壤的变形程度土壤均一性热容量污染物与化学成分147ppt课件土壤渗透性与可塑性：土壤渗透性影响着将气态化的污染物引导出土6.7热解吸系统的适用范围热解吸系统可以用在广泛意义上的挥发态有机物、半挥发态有机物、农药，甚至高沸点氯代化合物污染土壤的治理与修复上温度范围：可行性分析重金属污染物的影响其他因素：时间保证、公众的认可度、充足的能源、空间保证、资金保证148ppt课件6.7热解吸系统的适用范围热解吸系统可以用在广泛意义上的挥七、电动修复7.1概念：是利用电动力学的方法从饱和土壤层、不饱和土壤层、污泥、沉积物中分离提取重金属、有机污染物的过程149ppt课件七、电动修复7.1概念：是利用电动力学的7.2土壤电动修复装置主要包括：提供直流电压的DC电源，阴、阳极电解池和阴、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。实验装置中的电极可选择铂电极，钛合金电极，也可采用较便宜、易得的石墨电极等。150ppt课件7.2土壤电动修复装置主要包括：提供直流电压的DC电源，阴7.3土壤中的污染物在电场作用下主要运动机制电迁移、电渗流以及电泳等电迁移: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:指带电粒子相对于稳定液体的运动。由于电动修复过程中带电土壤颗粒的移动性小，常常可以忽略。151ppt课件7.3土壤中的污染物在电场作用下主要运动机制电迁移、电渗流电迁移速度决定于土壤-水体系的导电情况，它的强弱与电流ie的数值以及离子的电荷数等有关，用数学式可表达为：Vem=u·ie

其中u代表电荷在溶液中的迁移系数，用公式表达为u＝ZDF/RT，Z为离子的电荷数，D为扩散系数，T为绝对温度，F为阿佛加德罗常数，R为气体常数。由于离子在土壤中的迁移比在水中的更加复杂，所以在实际土壤中电迁移速率应为：u*=u/T,T为经验常数。

152ppt课件电迁移速度决定于土壤-水体系的导电情况，它的强弱与电流ie的电动修复原理图

153ppt课件电动修复原理图153ppt课件154ppt课件154ppt课件电渗流可描述为：Veos=Ke/σ*ie其中，Veos是电渗流（m3*s-1

），σ指电导率(S*m-1)Ke代表电渗流的渗透系数（m2*V-1*s-1）。Ke=εξ/nη,其中ε是液体的渗透性:（6.93*10-10C*V-1*m-1）,ξ是电位(V)，n是孔隙率，η是液体粘度(kg*m-1*s-1)

155ppt课件电渗流可描述为：Veos=Ke/σ*ie155ppt课件电泳指土壤溶液中的带电胶体微粒在电场作用下发生的迁移。在密实型土壤中，电泳表现出的作用并不显著。只有往溶液中加入表面活性剂或者在泥浆处理中运用该技术，电泳才起到明显作用在电动修复过程中还包括另外一些化学物质的迁移机制：如扩散、水平对流和化学吸附等。扩散是指由于浓度梯度而导致的化学物质运动，水溶液中离子的扩散量与该离子的浓度梯度和其在溶液中的扩散系数成正相关。水平对流则是由溶液的流动而引起物质的对流运动

156ppt课件电泳指土壤溶液中的带电胶体微粒在电场作用下发生的迁移。在密实伴随着以上几种迁移，在电动修复过程中土壤体系还存在着一系列其他变化，如孔隙液中化学物质的形态以及电流大小变化等。而土壤中的这些变化将引起多种化学反应发生，包括溶解、沉淀、氧化还原等。根据化学反应自身的特点，它们可以加速或者减缓污染物的迁移。电极两端的化学反应主要是水的电解。在电场作用下，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。

阳极：H2O-2e1/2O2+2H+

阴极：H2O+2eH2+2OH-157ppt课件伴随着以上几种迁移，在电动修复过程中土壤体系还存在着一系列其

电极反应在阴、阳极分别产生了大量的H+和OH-，导致电极附近的pH相应地下降和升高。在电场作用下，H+

和OH-

又将以电迁移、电渗流、扩散、水平对流等方式向阴、阳两极移动，直到两者相遇且中和。在相遇的区域产生pH突变，并从该点将整个操作区间划为酸性和碱性区域。其中，H+迁移速度是OH-迁移速度的1.8倍。在酸性区域内，金属离子的溶解度增大，有利于土壤中重金属离子的解吸。但pH的降低使得双电层的zata电位降低，不利于电渗流的发展；而在碱性区域，重金属离子容易生成沉淀，从而限制污染物的去除效率。158ppt课件电极反应在阴、阳极分别产生了大量的H+和OH-，

在土壤溶液中还存在吸附作用与解吸作用。这两种机制涉及到化学物质的性质（如离子大小、价态、浓度等）、吸附剂的类型以及孔隙液的性质等。假设吸附作用快速且可逆，那么该现象可以用Langumuir和Freundlich等温线来描述。159ppt课件在土壤溶液中还存在吸附作用与解吸作用。这两种机Langmuir方程：X=(KXmC)/(1+KC)

其中：X—单位土壤或其它固体颗粒的吸附量；K—吸附强度因子；Xm—最大吸附量；C—平衡液浓度。为了求得Xm、K值，一般采用Langmuir方程的直线形式：C/X=1/KXm+C/Xm，这样利用C/X为纵座标，C为横座标，得出直线斜率1/Xm，就可以得到Xm值，再用截距1/KXm就可以得到K值。

160ppt课件Langmuir方程：X=(KXmC)/(1+KC)160pFreundlich方程：

X=KCb其中X—吸附量，C—平衡溶液浓度。K和b均为系数。另外，假设被吸附到固相中的污染物浓度与液相中的浓度存在平衡关系，那么在污染物浓度低的情况下，吸附等温线是线性相关的。在固、液相中浓度的相关关系用公式表示为：Sad=Kd*Cs，其中为Kd分配系数。吸附作用对污染物迁移的影响通常用限制因子R描述:R=1+Kd*ρ/n其中ρ为土壤的干重，Kd为分配系数，n为孔隙度。

161ppt课件Freundlich方程：X=KCb161ppt课件7.4应用及影响因素目前，已经可以用电动修复技术有效地去除土壤中的重金属及石油烃、酚类、多氯联苯、胺类和有机农药等有机污染物。pH控制着土壤溶液中离子的吸附与解吸、沉淀与溶解等，而且酸度对电渗速度有明显影响，所以如何控制土壤pH值是电动修复技术的关键