地下水污染修復(fù)課件

地下水污染修復(fù)技術(shù)與方法

1……總論2……監(jiān)控條件下的自然衰減法(MNA)3……抽出處理法(PAT)4……滲透性反應(yīng)墻法(PRB)5……生物修復(fù)法.

地下水污染修復(fù)技術(shù)與方法.12

總論地下水環(huán)境修復(fù)技術(shù)是近年來環(huán)境工程和水文地質(zhì)學(xué)科發(fā)展最為迅猛的領(lǐng)域之一1980年，美國國會(huì)首次把地下水凈化列為國家最優(yōu)先問題之一，通過了綜合環(huán)境響應(yīng)，賠償和責(zé)任法案（簡稱CERCLA），即一般所謂超級基金（Superfund）法案，用于支付凈化廢棄的有害廢物場地1984年，美國國會(huì)通過了修訂資源保護(hù)與恢復(fù)法案（簡稱RCRA），拓展了地下水凈化計(jì)劃.2總論地下水環(huán)境修復(fù)技術(shù)是近年來環(huán)境工程和水文地質(zhì)學(xué)科發(fā)展23

地下水環(huán)境修復(fù)技術(shù)不同的修復(fù)技術(shù)對于不同的介質(zhì)和污染物適用性是不同的1.分離、活化和提取技術(shù)2.生物和化學(xué)反應(yīng)技術(shù)必須建立監(jiān)測系統(tǒng)，以確認(rèn)修復(fù)工程（或內(nèi)在生物修復(fù)系統(tǒng)）的長效運(yùn)行添加各種反應(yīng)物，許多原位修復(fù)技術(shù)都需要.3地下水環(huán)境修復(fù)技術(shù)不同的修復(fù)技術(shù)對于不同的介質(zhì)和污染物適3添加氧化/還原劑后潛在的地球化學(xué)變化.添加氧化/還原劑后潛在的地球化學(xué)變化.45

地下水污染修復(fù)中的新材料生物質(zhì)樹皮/富含丹寧酸的物質(zhì)木質(zhì)素幾丁質(zhì)/甲殼質(zhì)死的生物體苔鮮海草/海藻/褐藻酸廢棄的茶葉等巖土材料沸石粘土泥有鐵氧化物包殼的砂粉煤灰菱鐵礦黃土等.5地下水污染修復(fù)中的新材料生物質(zhì)巖土材料.56

1、生物質(zhì)富含丹寧酸物質(zhì)丹寧酸中多羥基酚是吸附重金屬的活性組分二者可發(fā)生離子交換作用發(fā)生,并形成螯合物.61、生物質(zhì)富含丹寧酸物質(zhì).67

1、生物質(zhì)木質(zhì)素木質(zhì)素的成本比活性炭約低20倍對Pb,Zn的吸附能力分別為186，95mg/g硫酸木質(zhì)素對Hg的吸附能力為150mg/g甲殼質(zhì)和海產(chǎn)處理工藝廢棄物幾丁質(zhì)（廣泛存在于自然界的一種含氮多糖類生物性高分子，主要的來源為蝦、蟹、昆蟲等甲殼類動(dòng)物的外殼與軟體動(dòng)物的器官（例如烏賊的軟骨），以及真菌類的細(xì)胞壁等）存在于螃蟹的外骨骼、其他甲殼動(dòng)物和一些真菌細(xì)胞壁中,在自然界中的豐度僅次于植物纖維素甲殼質(zhì)不但廉價(jià),數(shù)量豐富,它對重金屬的吸附能力也很強(qiáng)，相當(dāng)于幾丁質(zhì)的56倍.71、生物質(zhì)木質(zhì)素.7..89

1、生物質(zhì)死生物死細(xì)胞聚集重金屬的能力與活細(xì)胞相當(dāng)甚至更強(qiáng)谷殼作為水稻商業(yè)性收割的副產(chǎn)品,稻殼具有與綠藻相似的結(jié)構(gòu)與藻類對Cr和Pb的吸附能力相近,但它對Cd的吸附能力幾乎是藻類的兩倍.91、生物質(zhì)死生物.910

2、地質(zhì)材料沸石最早用于重金屬污染治理的地質(zhì)材料斜發(fā)沸石是40多種天然沸石中儲(chǔ)量最豐富的一種沸石的吸附特性源于它們的離子交換能力.102、地質(zhì)材料沸石.1011

2、地質(zhì)材料粘土具有比表面積大、孔隙率高、極性強(qiáng)等特征,對水中各種類型的污染物質(zhì)有良好的吸附蒙脫石具有最小的結(jié)晶度,最大的表面積和最強(qiáng)的陽離子交換能力,從而應(yīng)具有最強(qiáng)的吸附能力對重金屬的吸附能力歸因于細(xì)粒的硅酸鹽礦物的凈負(fù)電荷結(jié)構(gòu)性能.112、地質(zhì)材料粘土.1112

2、地質(zhì)材料

.122、地質(zhì)材料.1213

2、地質(zhì)材料粉煤灰火電廠的廢物，含有碳和硅氧化物、鋁氧化物、鐵氧化物及鈣、鎂、鈉、鉀、硫的氧化物。潛在優(yōu)勢：金屬被吸附后，它容易固化。因?yàn)榉勖夯以谟兴那闆r下能與石灰反應(yīng)形成水泥質(zhì)的硅酸鈣水化物值得注意：可能含有重金屬及痕量放射性元素。.132、地質(zhì)材料粉煤灰.1314

2、地質(zhì)材料黃土分布廣，成本低富含碳酸鹽和粘土礦物，偏堿性，且具有大孔隙重金屬（Cu、Cd、Pb、Zn、Cr、As）及非離子型有機(jī)污染物（甲苯）.142、地質(zhì)材料黃土.1415

主要修復(fù)方法異位修復(fù)方法置換、部分熱解吸技術(shù)等原位（就地）修復(fù)方法監(jiān)控條件下的自然衰減法（MNA）滲透性反應(yīng)墻（PRB）異位+原位修復(fù)方法抽出處理法（PAT）.15主要修復(fù)方法異位修復(fù)方法.151、監(jiān)控條件下的自然衰減法（MNA）.1、監(jiān)控條件下的自然衰減法（MNA）.1617

監(jiān)測條件下的自然衰減法

（MNA,MonitoredNaturalAttenuation）美國EPA的定義依賴自然衰減作用，在同其他更有效的方法所用時(shí)間相比屬合理的時(shí)間限定內(nèi)，使特定地點(diǎn)達(dá)到修復(fù)目的包括污染物的生物降解、擴(kuò)散、稀釋、吸附、揮發(fā)、及化學(xué)或生物固定、轉(zhuǎn)化或破壞等這些作用在無人為干擾的可行條件下，能夠降低土壤和地下水中的污染物的數(shù)量、毒性、遷移性、體積或濃度.17監(jiān)測條件下的自然衰減法

（MNA,Monitored1718

監(jiān)測條件下的自然衰減法優(yōu)點(diǎn)

污染物最終能被轉(zhuǎn)化成無毒的副產(chǎn)物無須人為介入不會(huì)涉及到廢物的重新產(chǎn)生或遷移費(fèi)用低克服機(jī)械化修復(fù)設(shè)施所帶來的局限.18監(jiān)測條件下的自然衰減法優(yōu)點(diǎn).1819

監(jiān)測條件下的自然衰減法局限性時(shí)間很長進(jìn)行長期監(jiān)測并負(fù)擔(dān)相關(guān)費(fèi)用，實(shí)施機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)受當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件的自然變化及人為因素的影響有利的水文和地球化學(xué)條件可能隨著時(shí)間而發(fā)生變化，從而導(dǎo)致曾經(jīng)穩(wěn)定化了的污染物重新發(fā)生運(yùn)移，對修復(fù)成果產(chǎn)生負(fù)面的影響含水層的各向異性可能使場地特征復(fù)雜化生物降解的中間產(chǎn)物可能會(huì)比原來的化合物更毒.19監(jiān)測條件下的自然衰減法局限性.1920

主要的自然衰減作用非降解性作用僅引起污染物的濃度降低，而系統(tǒng)中的污染物總量并未改變的那些作用過程，包括水動(dòng)力學(xué)彌散（機(jī)械彌散和擴(kuò)散）、吸附、稀釋和揮發(fā)等降解性作用包括生物降解和非生物降解作用

生物降解對污染物的降解起主導(dǎo)作用，取決于污染物的類型及電子供體或碳源的可用性.20主要的自然衰減作用非降解性作用.2021

自然衰減作用的非生物過程物理過程對流：驅(qū)動(dòng)地表下污染物運(yùn)動(dòng)的主要機(jī)制彌散：引起縱向、橫向和垂向遷移；降低溶質(zhì)的濃度擴(kuò)散：從較高濃度區(qū)域向較低濃度區(qū)域擴(kuò)散揮發(fā)：將污染物從地下水中去除，并轉(zhuǎn)移到土壤氣相中吸附：固著在含水層介質(zhì)上，將溶質(zhì)從地下水中去除稀釋：可能增加電子受體的濃度，特別是溶解氧的濃度化學(xué)過程水解與脫氫鹵化作用:重要的自然衰減機(jī)理.21自然衰減作用的非生物過程物理過程.212010-11-3022

水解反應(yīng)取代反應(yīng)在反應(yīng)中，化合物與水發(fā)生反應(yīng)，鹵代基被羥基（OH-）取代RX+HOH＝ROH+HX

有機(jī)化合物的水解反應(yīng)常常生成醇類及烯烴化合物上的鹵代基越多，水解反應(yīng)發(fā)生的幾率就越小，反應(yīng)的速率也越慢.2010-11-3022水解反應(yīng)取代反應(yīng).2223

脫氫鹵化反應(yīng)涉及到鹵代烷烴的消除反應(yīng)在反應(yīng)中，鹵素原子從一個(gè)碳原子上去除，緊接著鄰近碳原子上的一個(gè)氫原子也去除，而生成烯烴發(fā)生的可能性隨著鹵代基數(shù)量的增加而增加.23脫氫鹵化反應(yīng)涉及到鹵代烷烴的消除反應(yīng).2324

生物過程：內(nèi)在生物降解作用許多實(shí)驗(yàn)室和野外研究顯示

地下環(huán)境中土生的微生物能降解許多有機(jī)化合物，如汽油、煤油、柴油、航空燃料；氯代乙烯、氯代乙烷、氯代甲烷、氯苯等99%的地區(qū)存在各種各樣的能降解石油類碳?xì)浠衔锏奈⑸锶郝涞叵滤校挥腥芙饣虮晃搅说挠袡C(jī)化合物，且對完成生物降解過程有用的其它化合物（例如：溶解氧、硝酸鹽等）存在時(shí)，才會(huì)發(fā)生生物降解在生物降解過程中，產(chǎn)生的中間產(chǎn)物可能比原始化合物更有危害性.24生物過程：內(nèi)在生物降解作用許多實(shí)驗(yàn)室和野外研究顯示.2425

生物降解機(jī)制電子供體以相對還原態(tài)存在的化合物，包括自然有機(jī)物質(zhì)、石油類碳?xì)浠衔?、低氯代乙烯、乙烷、甲烷、以及氯代苯、溶解氫等等電子受體以相對氧化態(tài)存在的單質(zhì)或化合物，包括溶解氧、硝酸鹽、鐵（III）、氫氧化物、硫酸鹽、二氧化碳、以及幾種氯代烴溶劑等等微生物促發(fā)并利用電子供體/電子受體的氧化還原過程，獲取能量，形成微生物群體，并降解有機(jī)物.25生物降解機(jī)制電子供體.2526

生物降解類型1、有機(jī)化合物用作主要的生長底物生物氧化反應(yīng)生物還原反應(yīng)發(fā)酵反應(yīng)2、共代謝.26生物降解類型1、有機(jī)化合物用作主要的生長底物.2627

1、有機(jī)化合物用作生長底物

生物氧化反應(yīng)當(dāng)微生物將有機(jī)化合物用作氧化還原總反應(yīng)的電子供體（主要的生長基質(zhì)）時(shí)，供應(yīng)生長的有機(jī)化合物就會(huì)發(fā)生微生物氧化反應(yīng)在有氧或厭氧條件下都會(huì)發(fā)生生物氧化反應(yīng)可溶性石油碳?xì)浠衔铮ㄈ鏐TEX）、DCE、氯代乙烯、氯代苯等低氧化氯代化合物，都能被用作微生物新陳代謝的電子供體.271、有機(jī)化合物用作生長底物生物氧化反應(yīng).2728

1、有機(jī)化合物用作生長底物

生物還原反應(yīng)

當(dāng)微生物將有機(jī)化合物用作氧化還原總反應(yīng)的電子受體（主要的生長基質(zhì)）時(shí)，供應(yīng)生長的有機(jī)化合物就會(huì)發(fā)生微生物還原反應(yīng)PCE、TCE、TCA、以及四氯化碳等氯代溶劑在鹵呼吸作用過程中，氯代碳?xì)浠衔锉恢苯佑米麟娮邮荏w，而溶解氫則被直接用作電子供體.281、有機(jī)化合物用作生長底物生物還原反應(yīng).2829

1、有機(jī)化合物用作生長底物

發(fā)酵作用

在發(fā)酵反應(yīng)中，有機(jī)化合物在反應(yīng)的第一步既起著電子供體、也起著電子受體的作用發(fā)酵過程是唯一不需要外部電子受體的反應(yīng)通過一系列的微生物催化下的內(nèi)部電子遷移過程，有機(jī)化合物被轉(zhuǎn)化成了無毒的化合物醋酸鹽、水、二氧化碳、溶解氫等.291、有機(jī)化合物用作生長底物發(fā)酵作用.29主要的自然衰減作用.主要的自然衰減作用.30主要的自然衰減作用.主要的自然衰減作用.3132

抽出-處理法(PumpAndTreatment)抽出-處理法是最早使用、應(yīng)用最廣的經(jīng)典方法從污染場地抽出被污染的水，并用潔凈的水置換之；對抽出的水加以處理，污染物最終可以被去除必須把對抽出-處理系統(tǒng)的監(jiān)測作為修復(fù)措施整體必不可少的組成部分，監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)處理后地下水直接使用回灌稀釋受污染水體，沖洗含水層加速地下水的循環(huán)流動(dòng).32抽出-處理法(PumpAndTreatment)抽3233

抽出-處理法(PumpAndTreatment)處理方法可根據(jù)污染物類型和處理費(fèi)用來選用，大致可分為三類物理法吸附法、重力分離法、過濾法、膜處理法、吹脫法等化學(xué)法混凝法、氧化還原法、離子交換法以及中和沉淀法等生物法生物接觸氧化法、生物濾池法等.33抽出-處理法(PumpAndTreatment)處33..343、反應(yīng)性滲透墻（PRB）

.3、反應(yīng)性滲透墻（PRB）.3536

反應(yīng)性滲透墻（PRB,PermeableReactiveBarrier）

定義是一種原地處理技術(shù)將含適當(dāng)反應(yīng)物質(zhì)的可滲墻橫跨在污染物羽狀流束的流徑上。當(dāng)被污染的水流經(jīng)墻體，污染物或被去除，或被降解，污染被清除后的水向下游流動(dòng).36反應(yīng)性滲透墻（PRB,PermeableReact36Casestudy1PRBtoInterceptContaminantsinlandfillleachate,USAmid1930sto1981

municipal&industrialPRB.Casestudy1PRBtoIntercept3738

反應(yīng)性滲透墻的設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮：

墻高：處理帶的深度墻寬：污染物與墻體填充材料的作用時(shí)間填料：降解污染物的有效性、滲透性、可再生性、成本等成本核算.38反應(yīng)性滲透墻的設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮：.3839

連續(xù)反應(yīng)墻的局限性

由于替換成本過高，反應(yīng)墻難以被移走通過階段性添加營養(yǎng)物或?qū)Φ厍蚧瘜W(xué)條件進(jìn)行改性等手段進(jìn)行有效維護(hù)對于連續(xù)反應(yīng)墻來說是不可能的或在實(shí)踐上是行不通的.39連續(xù)反應(yīng)墻的局限性.3940

漏斗-門系統(tǒng)：反應(yīng)性滲透墻與防滲墻技術(shù)的結(jié)合漏斗-門系統(tǒng)

用墻的防滲部分將地下水引至由反應(yīng)物組成的相對狹窄的區(qū)域防滲部分可通過泥漿墻和可密封的板樁等幾種途徑構(gòu)成反應(yīng)部分——“門”可以具有不同的幾何形狀和維度，門可以含有多個(gè)處理區(qū)，每個(gè)區(qū)處理特定的污染物.40漏斗-門系統(tǒng)：反應(yīng)性滲透墻與防滲墻技術(shù)的結(jié)合漏斗-門4041

.41.4142

漏斗-門系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的主要因素

被污染的水在反應(yīng)物中的滯留時(shí)間地下水達(dá)到目標(biāo)濃度需要經(jīng)過的滯留時(shí)間天然地下水的流速漏斗與門的寬度比→地下水流經(jīng)門的速度→地下水在反應(yīng)區(qū)內(nèi)流動(dòng)的距離→地下水適當(dāng)?shù)臏魰r(shí)間.42漏斗-門系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的主要因素.4243

填料：反應(yīng)物（1）控制無機(jī)污染物的化學(xué)屏障

通過氧化還原反應(yīng)來去除電化學(xué)性質(zhì)活躍的物質(zhì)，零價(jià)鐵；通過添加劑（pH）使一些污染物沉淀，碎石灰；通過激發(fā)生化過程來去除污染物，有機(jī)物→脫氮.43填料：反應(yīng)物（1）控制無機(jī)污染物的化學(xué)屏障.432010-11-3044

填料：反應(yīng)物（2）有機(jī)污染物的生物降解Kao和Bordon(1992)進(jìn)行了土柱實(shí)驗(yàn)，用雙層反應(yīng)性滲透墻來去除地下水中的BTEX

（苯系物；苯、甲苯、乙苯、二甲苯；二甲苯）裝置：墻上端水流經(jīng)過由充滿營養(yǎng)物質(zhì)（N和P）的混凝土泥磚組成，下面是一層泥炭

原理：當(dāng)被污染的水流經(jīng)泥磚時(shí)，營養(yǎng)物質(zhì)被釋放，引發(fā)脫氮作用來降解BTEX。泥炭被作為介質(zhì)來吸附流經(jīng)泥磚層的低濃度BTEX.2010-11-3044填料：反應(yīng)物（2）有機(jī)污染物的生物442010-11-3045

施工將地溝挖掘到適當(dāng)深度，用反應(yīng)物回填如挖掘深度遠(yuǎn)低于地下水位，地溝的墻會(huì)坍塌，為此，使用可密封的板樁來支護(hù)墻主要缺點(diǎn)如果地溝經(jīng)過被污染的地區(qū)，被挖掘出的物質(zhì)可能需要轉(zhuǎn)移至有害廢物處置場.2010-11-3045施工將地溝挖掘到適當(dāng)深度，用反應(yīng)45安裝反應(yīng)器現(xiàn)場監(jiān)測.安裝現(xiàn)場監(jiān)測.4647

生物修復(fù)法：植物&微生物運(yùn)用植物和與之相關(guān)的微生物來原位處理受到污染的水與土壤，它是能夠有效、便宜清除多種有機(jī)和無機(jī)廢物的新技術(shù)從本質(zhì)上而言，植物修復(fù)法是運(yùn)用人類的主動(dòng)性，來提高自然區(qū)的自然衰減，它是介于工程方法和自然衰減之間的一種方法.47生物修復(fù)法：植物&微生物運(yùn)用植物和與之相關(guān)的微生物來原4748

植物修復(fù)法的機(jī)制降解轉(zhuǎn)移固定（可容性）

.48植物修復(fù)法的機(jī)制降解.4849

1、污染物的降解植物通過呼吸作用提供了更多的氧氣進(jìn)入土壤，加快了土壤中細(xì)菌的活性，同時(shí)，通過他們的根系來為土壤的細(xì)菌提供營養(yǎng)，使細(xì)菌更有效的降解污染物。在植物生長過程中產(chǎn)生