重金屬污染疏浚沉積物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展ppt課件

1、重金屬污染疏浚堆積物修復(fù)技術(shù)研討重金屬污染疏浚堆積物修復(fù)技術(shù)研討進(jìn)展進(jìn)展 1 堆積物特征及前處置堆積物特征及前處置 2 物理分別物理分別physical separation 3 熱處置技術(shù)熱處置技術(shù)thermal extraction 4 固化或燒結(jié)固化或燒結(jié)solidification/vitrification 5 電滲析電滲析electrodialysis 6 化學(xué)和生物外表活性劑淋洗化學(xué)和生物外表活性劑淋洗 7 微生物淋洗微生物淋洗(bioleaching) 8 植物修復(fù)植物修復(fù) 9 結(jié)結(jié) 語語 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 2004年中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)R.國家海洋局，20052 范

2、成新，張路，王建軍，等.湖泊底泥疏浚對(duì)內(nèi)源釋放影響的過程與機(jī)理J.科學(xué)通報(bào)，2004，4915：1523-1528.3 Chen Shenyi，Lin Jigaw.Effect of substrate concentration on bioleaching of metal-contaminated sedimentJ.Journal of Hazardous Materials B，2001，82：77-89.4 Nystroem G M，Ottosen L M，Villumsen A.Electrodialytic removal of Cu，Zn，Pb，and Cd from har

3、bor sediment：influence of changing experimental conditionsJ.Environmental Science and Technology，2005，398：2906-2911.5 Stephens S R，Alloway B J，Parker A，et al.Changes in the leachability of metals from dredged canal sediments during drying and oxidationJ.Environmental Pollution，2001，114：407-413.6 Kar

4、puzcu M，Buktel D，Aydin Z S.The dewaterability，heavy metal relelease and reuse characteristics of Golden Horn surface sedimentJ.Wat.Sci.Tech.，1996，347/8：365-374.7 Ramses R，Martine L，Willy BThe mobilisation potential of trace metals in aquatic sediments as a tool for sediment quality classificationJ.E

5、nvironmental Science & Policy，1999(2)：75-86.8 Nystrm G M，Ottosen L M，Villumsen A.Test of experimental set-ups for electrodialytic removal of Cu，Zn，Pb and Cd from different contaminated harbour sedimentsJ.Engineering Geology，2005，77：349-357.9 Mulligan C N，Yong R N，Gibbs B F.An evaluation of techn

6、ologies for the heavy metal remediation of dredged sedimentsJ.Journal of Hazardous Materials，2001，85：145-163.10 Rulkens W H，Tichy R.Grotenhuis.Remediation of polluted soil and sediment：perspectives and failures.Wat.Sci.Tech.，1998，378：27-35.11 Olin-Estes T J，Palermo M RRecovery of dredged material fo

7、r beneficial use：the future role of physical separation processesJ.Journal of Hazardous Materials，2001，85:39-51.12 Vanthuyne M，Maes A，Cauwenberg P.The use of flotation techniques in the remediation of heavy metal contaminated sediments and soils：an overview of controlling factorsJ.Minerals Engineeri

8、ng，2003，16：1131-1141.13 Cauwenberg P，Verdonckt F，Maes A.Flotation as a remediation technique for heavily polluted dredged material.2.Characterisation of flotated fractionsJ.The Science of the Total Environment，1998，209：121-131.14 Mulligan C N，Yong R N， Gibbs B F.Remediation technologies for metal-co

9、ntaminated soils and groundwater：an evaluationJ.Journal of Hazardous Materials，2001，60：193-207.15 Volker K，Kay H.pH and grain-size variation in leaching tests with bricks made of harbour sediments compared to commercial bricksJ.The Science of the Total Environment，2001，278：73-85.16 Nystrom G M，Ottos

10、en L M，Villnmsen A.The use of sequential extraction to evaluate the remediation potential of heavy metals from contaminated harbour sedimentJ.Journal De PhysiqueIV，2003，107：975-978.17 Gunvor M N，Lisbeth M O，Arne V.Test of experimental set-ups for electrodialytic removal of Cu，Zn，Pb and Cd from diffe

11、rent contaminated harbour sedimentsJ.Engineering Geology，2005，77：349-357.18 Majid A，Argue S.Remediation of heavy metal contaminated solid wastes using agglomeration techniquesJ.Minerals Engineering，2001，1411：1513-1525.19 李海波，李培軍，孫鐵珩，等.用淋洗法修復(fù)張士灌區(qū)Cd、Pb污染堆積物的研討J.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，242：328-332.20 時(shí)進(jìn)鋼，袁興中，曾光明

12、，等.鼠李糖脂對(duì)堆積物中Cd和Pb的去除作用J.環(huán)境化學(xué)，2005，241：10.21 Mulligan C N，Yong R N，Gibbs B F，et al.Metal removal from contaminated soil and sediments by the biosurfactant surfactinJ.Environmental Science and Technology，1999，33(21)：3812-3820.22 Mulligan C N，Yong R N，Gibbs B F.Heavy metal removal from sediments by bio

13、surfactantsJ.Journal of Hazardous Materials，2001，85：111-122.23 Marc V，Victor L.Exploiting the genetic and biochemical capacities of bacteria for the remediation of heavy metal pollutionJ.FEMS Microbiology Reviews，2002，26：327-338.24 Mulligan C N，Azma B D.Use of selective sequential extraction for the

14、 remediation of contaminated sedimentsJ.ASTM Special Technical Publication，2003，1442：208-223.25 Seidel H，Loser C，Zehnsdorf A，et al.Bioremediation Process for Sediments Contaminated by Heavy Metals：Feasibility Study on a Pilot ScaleJ.Environmental Science and Technology，2004，385：1582-1588.26 Seidel H

15、，Ondruschka J，Morgenstern P，et al.Bioleaching of heavy metals from contaminated aquatic sediments using indigenous sulfur-oxidizing bacteria：a feasibility studyJ.Wat.Sci.Tech.，1998，376/7)：387-394.27 Chiu K K，Ye Z H，Wong M H.Enhanced uptake of As，Zn，and Cu by Vetiveria zizanioides and Zea mays using

16、chelating agentsJ.Chemosphere，2005，60：5-5.28 Paul R，Lucas B，Jan J，et al.Potentials and drawbacks of chelate-enhanced phytoremediation of soilsJ.Environment Pollution，2002，116：109-121.29 Meers E，Lamsal S，Vervaeke P.Availability of heavy metals for uptake by Salix viminalis on a 1 堆積物特征及前處置堆積物特征及前處置堆積

17、物是存在于港灣、湖泊、河流和海洋的底部的土壤顆粒，是一些礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的來源，由有機(jī)物質(zhì)、鐵氧化物、碳酸鹽、硫化物和間隙水組成。顆粒大小分布和密度、水和有機(jī)物質(zhì)的含量決議著堆積物的性質(zhì)。由于小的細(xì)顆粒具有更高的比外表積和更高的有機(jī)物質(zhì)濃度，污染物易被其吸附。高含量的粘土clay、淤泥silt和有機(jī)物質(zhì)是堆積物最顯著的特征9。土壤或堆積物中污染物能被去除按照4不同的原理：分子分別、相分別、化學(xué)破壞以及生物降解。因此，一切的修復(fù)技術(shù)都是利用污染物或污染顆粒與堆積物顆粒之間的特殊性質(zhì)的不同，基于污染物質(zhì)的不同性質(zhì)包括揮發(fā)性、水中的溶解性或有機(jī)物中溶解、化學(xué)和熱的不穩(wěn)定性、生物可降解性、吸附和吸附行為

18、、磁或電的性質(zhì)、外表性質(zhì)、以及污染物質(zhì)的大小、外形、密度10。堆積物前處置指的是堆積物中碎片的去除和脫水。碎片包括石塊、木塊和金屬絲等雜物。大的碎片可以經(jīng)過鋤耕機(jī)或蛤殼式挖泥機(jī)等機(jī)械設(shè)備去除，小的碎片可以用礦石篩篩分。堆積物的脫水量取決于發(fā)掘的方法和處置技術(shù)的運(yùn)用。常用的脫水方法有離心過濾、壓濾、振動(dòng)過濾法或重力濃縮等9。2 物理分別物理分別physical separation 物理分別是基于顆粒大小、密度和外表差別的顆粒分別技術(shù)，用于除去不需求的巖石和碎片，在去除更大更清潔的顆粒部分的同時(shí)可以把污染物集中于更小的顆粒，因此減少需求處置的堆積物體積11。按照每個(gè)部分顆粒大小和污染程度決議該過

19、程的適宜程度。方法包括浮選、離心分別、水力旋流器、篩分、磁力分別和沉降等方法9。 以浮選為例。浮選基于不同污染物的外表性質(zhì)，添加特殊的化學(xué)劑如發(fā)泡劑、浮選劑、通風(fēng)等引起污染顆粒浮選。化學(xué)前處置硫化、羥基化作用有助于原位金屬沉淀或者是把重金屬從氧化物、硫化物、灰土礦物和有機(jī)物質(zhì)混合物轉(zhuǎn)化為好的浮選化學(xué)形狀氧化物和硫化物。Vanthuyne等12綜述了堆積物重金屬污染修復(fù)過程中影響浮選效率的主要要素有：金屬在不同的地球化學(xué)相分布金屬沉降、金屬在不同粒徑分布金屬粒度、有機(jī)物質(zhì)的存在腐殖質(zhì)。Cauwenberg13研討了在Denver浮選過程中堆積物顆粒的粒徑分布和形狀變化，得出顆粒在粒徑2050 m

20、范圍有最高的浮選效率，在含有最大的金屬含量的粒徑范圍內(nèi)小于20 m浮選效率更低，金屬硫化物的氧化導(dǎo)致金屬在浮選過程的重新分布。延續(xù)提取技術(shù)有助于選擇最適宜的浮選程序。 物理分別法設(shè)備運(yùn)用簡(jiǎn)單、本錢低，適宜于固體含量高的堆積物的顆粒分別，運(yùn)用日益廣泛。由于能分別特殊粒徑有效減少堆積物體積，使得污染物更為集中，有利于熱處置、化學(xué)去除或其他方法的后續(xù)處置。3 熱處置技術(shù)熱處置技術(shù)thermal extraction 熱處置技術(shù)是對(duì)堆積物進(jìn)展加熱500 以上，使污染物從堆積物顆粒內(nèi)解吸出來，加快一些易揮發(fā)性重金屬如汞、砷從堆積物中分別，到達(dá)修復(fù)的目的。運(yùn)用熱處置方法從含汞固體中回收汞證明是有效的技術(shù)。

21、溫度和停留時(shí)間是重金屬去除效率的決議要素9，14。太濕和太粘的堆積物能夠不適宜熱處置。 熱修復(fù)法工藝簡(jiǎn)單，可以運(yùn)用現(xiàn)有成熟技術(shù)，同時(shí)去除部分有機(jī)物，局限性是熱處置產(chǎn)生的揮發(fā)氣體必需進(jìn)展控制和凈化，且破費(fèi)高昂。 4 固化或燒結(jié)固化或燒結(jié)solidification/vitrification 固定化或穩(wěn)定化是采用物理和化學(xué)的原理，把污染堆積物與某種穩(wěn)定的粘結(jié)劑混合，從而把重金屬固定在粘結(jié)劑中，減少重金屬的可挪動(dòng)性。粘結(jié)劑包括石灰、飛灰、水泥和其他化合物。水含量、顆粒粒徑的變化和碎片的存在影響固化的效率。由于固化過程很能夠被逆轉(zhuǎn)15，重要的監(jiān)測(cè)非常必要。 玻璃化或透明化是個(gè)固體穩(wěn)定化過程，要求高的

22、熱能。方法是插入高壓電極到堆積物中堆積物要求很好傳送直流電，在溫度達(dá)上千度時(shí)，高溫下堆積物氧化、燒結(jié)和熔融，然后隨著溫度冷卻固化，該過程產(chǎn)生毒的氣體需求搜集處置?；旌偷墓腆w廢棄物(污泥、廢玻璃等)能參與進(jìn)來一同燒結(jié)，這些燒結(jié)資料可以作為磚材、填料等用途，產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)效益。高粘土、濕度和碎片影響處置效率。這種處置過程適宜于具有淺的深度和大的體積的污染堆積物。5 電滲析電滲析electrodialysis電滲析的根本原理是在被污染堆積物兩端加上低壓直流電場(chǎng)，利用電場(chǎng)的遷移力，主要是電滲和電遷移的作用，將污染物(如重金屬)遷移到一端的電極室(普通為陰極室)，受直流電場(chǎng)的影響，溶液中的離子有選擇性的經(jīng)

23、過離子交換膜，從而得到分別。重金屬去除率與金屬活潑性毒性親密相關(guān)，同時(shí)有機(jī)物質(zhì)、pH、作用時(shí)間也有一定影響。更高的直流電強(qiáng)度和更長(zhǎng)的修復(fù)時(shí)間有利于獲得最好的去除效果，堆積物pH、緩沖性能、組分及污染金屬種類也影響著修復(fù)效果。延續(xù)提取實(shí)驗(yàn)的結(jié)果闡明延續(xù)提取能用于預(yù)測(cè)電滲析修復(fù)的潛力16。Nystroem8運(yùn)用電滲析修復(fù)受污染的港灣堆積物，思索了電流強(qiáng)度、固液比的影響。結(jié)果闡明在攪拌過程中堆積物的氧化，風(fēng)干對(duì)去除Cu, Zn和Pb不利Cd那么相反。在風(fēng)干堆積物中固液比為8、電流70 mA14 d后獲得最高的去除率，不同堆積物中重金屬去除率都可以到達(dá)67%87%Cu、79%98%Cd、90%97%Z

24、n和91%96%Pb。Gunvor 17用電滲析實(shí)驗(yàn)比較了堆積物能否含石灰質(zhì)以及安裝攪拌的去除效果，得出給與攪拌能獲得最高去除率，電壓也最穩(wěn)定。在不含石灰質(zhì)堆積物中重金屬去除率最高24 d后Cd94%、Zn91%、Cu73%，在攪拌條件下21 d后含石灰質(zhì)的堆積物去除率為Cd81%，Zn76%，Pb75%，Cu53%。 電修復(fù)技術(shù)與傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)，如淋洗法、熱處置法相比，電修復(fù)具有人工少，接觸毒害物質(zhì)少，經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)；與生物修復(fù)和化學(xué)修復(fù)等相比，電修復(fù)特別適宜于低浸透系數(shù)的粘土和淤泥土含量高的堆積物，該法可以有效控制污染物的流動(dòng)方向。 6 化學(xué)和生物外表活性劑淋洗化學(xué)和生物外表活性劑淋洗淋

25、洗修復(fù)重金屬污染堆積物的機(jī)理是經(jīng)過添加溶液到堆積物中，把堆積物固相中的重金屬淋洗出來，再把富含重金屬的廢水進(jìn)一步回收處置，到達(dá)清潔堆積物的目的。化學(xué)淋洗的技術(shù)關(guān)鍵是尋覓一種既能提取各種形狀的重金屬，又不破壞堆積物構(gòu)造的淋洗液。目前，常采用的淋洗劑為鹽酸、硫酸、有機(jī)酸乙酸和檸檬酸、螯合劑EDTA等，并參與氧化劑、復(fù)原劑及絡(luò)合劑。某些前處置有利于淋洗，如適當(dāng)?shù)哪?8等。李海波等19采用淋洗法，以組成為0. 5 mol /LCaCl2和0. 1 mol /LHCl的復(fù)合藥劑作為淋洗劑處置沈陽張士灌區(qū)Cd、Pb污染堆積物，得出一定條件下復(fù)合淋洗劑對(duì)Cd和Pb的去除率分別到達(dá)70.8%和29.3%。生

26、物外表活性劑淋洗近年來得到廣泛關(guān)注。它是由細(xì)菌和真菌頻繁產(chǎn)生的具有外表活性的化學(xué)物質(zhì)，能從污染的土壤或堆積物中溶解、分別和解析金屬。生物外表活性劑淋洗對(duì)重金屬的去除過程可分為3個(gè)階段：1生物外表活性劑濃度在臨界膠束濃度CMC以上時(shí)，相應(yīng)一定pH條件下生物外表活性劑構(gòu)成了各種膠束和維管構(gòu)造。這種構(gòu)造膠束吸附在堆積物顆粒上；2生物外表活性劑絡(luò)合或交換出與堆積物中的重金屬；3隨著液體的流動(dòng)，絡(luò)合了重金屬的生物外表活性劑從堆積物顆粒的外表被淋洗下來，使得堆積物中的重金屬得以去除。由于生物外表活性劑比人工合成的外表活性劑具有更優(yōu)良的外表性質(zhì)、生物可降解性以及低毒性，這些分子在異位修復(fù)中具有特殊的競(jìng)爭(zhēng)性。

27、銅綠假單胞菌產(chǎn)生的鼠李糖脂淋洗對(duì)堆積物中的Cd、Pb有明顯的去除作用，重金屬的去除效率與pH、鼠李糖脂在堆積物上的吸附的飽和度以及重金屬的形狀有關(guān)，經(jīng)過4次延續(xù)的提取Cd和Pb的去除效率分別到達(dá)80.1%和36.5%20。Mulligan等21用莎梵亭去除堆積物中的重金屬和油脂，用蒸餾水淋洗時(shí)能去除的Cu和Zn小于1%，而換用25%莎梵亭和1 %NaOH的混合液時(shí)能去除堆積物中15%Cu和6%Zn。Mulligan等22用一系列的淋洗實(shí)驗(yàn)研討生物外表活性劑去除重金屬的可行性，分別用到了莎梵亭(枯草芽抱桿菌)、鼠李糖脂(銅綠假單胞菌)、槐糖脂(球擬酵母，其中0.5%的鼠李糖脂能去除65%的Cu和

28、18%的鋅，4%的槐糖脂能去除25%的Cu和60%的鋅，莎梵亭能去除15%的Cu和6%的Zn。因此，依托生物外表活性劑淋洗去除重金屬是可行的，基因誘導(dǎo)工程和導(dǎo)入不同的基因的生物合成的途徑將進(jìn)一步推進(jìn)生物外表活性劑的金屬去除能夠性23。選擇延續(xù)提取實(shí)驗(yàn)?zāi)苓\(yùn)用于決議能否重金屬能被淋洗去除或預(yù)測(cè)去除效率。莎梵亭、鼠李糖脂加NaOH能去除有機(jī)結(jié)合態(tài)銅，而槐糖脂酸性條件主要去除碳酸鹽結(jié)合態(tài)和氧化物結(jié)合態(tài)的鋅22?？山粨Q態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)重金屬能被淋洗技術(shù)修復(fù)，有機(jī)硫化物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)重金屬由于生物可利用性低，不能被淋洗下來，這部分金屬的修復(fù)并不經(jīng)濟(jì) 9，24 。淋洗法因工藝簡(jiǎn)單、修復(fù)效率

29、高，尤其對(duì)含高沙土的堆積物非常有效。近年來成為環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域研討的熱點(diǎn)，具有廣泛運(yùn)用前景。7 微生物淋洗微生物淋洗(bioleaching)微生物淋洗可以定義為淋洗細(xì)菌如硫桿菌直接的新陳代謝或者是間接的新陳代謝產(chǎn)生的產(chǎn)物使堆積物中結(jié)合的金屬溶解，從而金屬被淋洗下來。作用方式包括：直接方式是淋洗溶解金屬硫化物，硫桿菌把不溶的金屬硫化物氧化為金屬硫酸鹽式1；間接方式是經(jīng)過激發(fā)硫桿菌作用硫元素氧化產(chǎn)生硫酸，然后經(jīng)過硫酸把堆積物結(jié)合的金屬置換出來式2、3M為二價(jià)金屬。MS+2O2 硫桿菌 MSO4 1S0+H2O+1.5O2 硫桿菌 H2SO4 2H2SO4+Sediment-MSediment-2H+

30、MSO4 3Chen等3研討了混合硫氧化細(xì)菌生物淋洗過程用于金屬污染堆積物修復(fù)，思索了污染堆積物酸化、硫氧化、金屬溶解中基質(zhì)濃度等要素，得出硫濃度在0.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)以上時(shí)，細(xì)菌活動(dòng)和金屬溶解被抑制。在生物淋洗過程中金屬溶解效率順序?yàn)镃uZnMnPbNiCr。Cu的溶解效率為85%95%，Pb的溶解效率為39%45%。重金屬溶解效率不同程度受基質(zhì)濃度的影響Cu最大。Seidel等25在充氣的固定床反響器中裝入土壤質(zhì)堆積物進(jìn)展生物淋洗實(shí)驗(yàn)，21 d后大多數(shù)金屬污染物被淋洗下來，Zn、Cd、Mn、Co和Ni的去除率在61%81%，這種方法處置重金屬污染堆積物是經(jīng)濟(jì)的。Seidel等26對(duì)硫氧細(xì)菌與酸處置的淋洗潛力進(jìn)展了比較，結(jié)果闡明硫元素作為基質(zhì)的生物淋洗優(yōu)于硫酸處置，堆積物的物理化學(xué)性質(zhì)不影響淋洗才干，底泥的復(fù)原電位是淋洗效率的相當(dāng)大的影響要素。在一個(gè)好浸透性的有氧堆積物中120 d后62%金屬被去除，而在缺氧堆積物中，只需9%的金屬得以去除。闡明前處置是重要的，淋洗能添加生物量，激發(fā)淋洗細(xì)菌的活力