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土壤修复中的物理修复技术有哪些?

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浏览:- 发布日期:2019-10-28 16:45:34【

土壤修复中的物理修复技术有哪些?

1、蒸汽浸提修复

蒸汽浸提技术是指通过降低土壤空隙蒸汽压,把土壤中的污染物转化为蒸汽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的挥发性有机组分(VOCs)污染的一种修复技术。

原理:

原位土壤蒸汽浸提技术

原位土壤蒸汽浸提技术是利用真空通过布置在不饱和土壤中层中的提取井向土壤导入气流,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中,气流经过以后,土壤得到修复。根据受污染地区的实际地形、钻探条件或其它现场具体因素的不同。可选用垂直或水平提取井进行修复

异位土壤蒸汽浸提技术

异位土壤蒸汽浸提技术是利用真空通过布置在堆积着的污染土壤中开着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。

运用范围:主要运用于挥发性有机卤代物和非卤代物的修复,通常应用的污染物是那些亨利系数大于0.01或蒸汽压大于66.66Pa的挥发性有机物,有时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,对周围的干扰能够限定在尽可能小的范围之内;非常有效地去除挥发性有机物;在可接受的成本范围之内能够处理尽可能多的受污染的土壤;系统容易安装或转移;容易于其它技术组合运用。

限制因素:

1、下层土壤的异质性会引起气流分配的不均匀。

2、低渗透性的土壤难于进行修复处理。

3、地下水位太高(地下1-2m)会降低土壤蒸汽提取的效果

4、排出的气体需要进行进一步处理

5、对饱和土壤层的修复效果不好

2、固定/稳定化技术

固定/稳定化修复技术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,包括原位和异位固定/稳定化,通常用于重金属和放射线物质污染土壤的无害化处理,固话/稳定化技术需要污染土壤与固化剂或稳定剂等进行混合后,投掷于原位或异位进行稳定化处理,原位处理较为经济,处理目标污染物深度可达30m;

修复原理:是用物理-化学方法讲污染物固定或包封在密实的惰性基材中,使其稳定化的一种过程。固化/稳定化技术即可以将污染介质(主要包括土壤和层积物等)提取或挖掘出来,在地面混合后,投放到适当形状的模具或防止到空地,进行稳定化处理,也可以在污染介质原位稳定处理。相比而言,现场原位稳定处理比较经济,并且能够处理深达30m处的污染物。

操作步骤:

1、中和过量的酸

2、破坏金属配合物

3、控制金属的氧化还原态

4、转变为不溶性的稳定状态

5、采用固化剂形成稳定的固体形状物质

运用范围:常用于处理无机污染物质,对于半挥发性的有机物质和其它农药杀虫剂等污染物污染的情况适用性有限

优点: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难以生长。

影响因素:

1水分及有机污染物含量较高,部分潮湿土壤或者废物颗粒与粘结剂黏合,而另一些未经处理的土壤团聚体或板结,最后形成处理土壤于黏合剂混合不均匀

2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。

3干燥和黏性土壤或废物容易导致混合不均。

3、物理分离修复技术

物理分离修复是一项借助物理手段将污染物分离开来的技术,工艺简单,费用低。通常情况下,物理分离技术被作为初步的分选技术,以减少待处理被污染物的体积,优化以后的序列工作;

1.1 离径分离

根据颗粒直径分离固体,叫筛分或者过滤,它是将固定通过特定网格大小的线编织筛的过程,粒径大于筛子网格的颗粒留在筛子上,颗粒小的部分通过筛子

常用设备:

1.2 水动力学筛分

是基于颗粒在流体中的流动速度将其分为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。可以通过强化流体于颗粒运动方向相反的方向上的运动,提高分离效率。

常用设备:

原理:利用离心力加速颗粒的沉降速率。水力旋风分离器包括一个竖直的圆锥筒,土壤以泥浆的方式在顶部沿切线方向加入。水力旋风分离器是通过在圆锥筒内竖直轴现成的低压区,产生涡流。快速沉降颗粒在离心力的作用下,像管壁方向加速,并以螺旋的方式沿筒壁向下落到底部开口处。沉降速率较慢的颗粒则聚集到轴两侧的低压区内,并由中间叫涡流发现器的一根管子吸出筒外。

1.3、 密度(或重力)分离

基于物质密度,可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共同作用下,不同密度的颗粒产生的运动行为也有所不同。

常用设备:

1.4、 磁分离

磁分离是基于各种矿物在磁性上的区别,尤其是讲铁从非铁材料分离出来的技术。磁分离设备通常是将传送带或转筒运送过来的移动颗粒流连续不断的通过强磁场,最终达到分离的目的。

常用设备:

4、玻璃化修复

原位玻璃化技术

原理:通过向污染土壤插入电极,对污染土壤固体组分给予1600~2000℃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。

产物:其中有机污染物热解的水分和热解产物由气体收集系统收集进行进一步处理。熔化的污染土壤(或废弃物)冷却后形成化学惰性的、非扩散性的整块坚硬玻璃体,有害无机离子得到固化。

应用:适用于含水量较低、污染物深度不超过6m的土壤。处理对象可以是放射性物质、有机物、无机物等多种干湿污染物质。

构成:电力系统、封闭系统(使逸出气体不进入大气)、逸出气体冷却系统、逸出气体处理系统、控制站和石墨电极。

土壤修复原位玻璃化技术

异位玻璃化技术

原理:异位玻璃化技术使用等离子体、电流或其他热源在1600~2000℃高温熔化土壤及其中的污染物。

产物:有机污染物在如此高温下被热解或者蒸发去除,有害无机离子则得以固化,产生的水分和热解产物则由气体收集系统收集进一步处理。熔化的污染土壤(或废弃物)冷却后形成化学惰性的、非扩散性的整块坚硬玻璃体。

应用:可以去除、破坏污染土壤、污泥等泥土类物质中的有机污染物和大部分无机污染物。

成本:移动的玻璃化设备的处理能力为3.8~23.0m3/d,需要投入的修复费用为650~1350美元/m3。

5、热力学修复技术

热力学修复是利用热传导或辐射实现对污染环境的修复。与标准土壤蒸汽提取过程类似,利用气提井和鼓风机将水蒸气和污染物收集起来,通过热传导加热。在土壤饱和层中利用各种加热手段让土壤温度升高,输入的热量将会使地下水沸腾,溢出蒸汽,带走污染物,从而达到污染修复的目的。

运用范围:主要处理的是半挥发性的卤代物和非卤代物、多氯联苯以及密度较高的非水质的液体有机物。

6、热解吸修复技术

热解吸修复技术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℃),以使有机污染物从污染介质上得以挥发或分离的过程。

热解吸技术通常分为两大类:

-土壤或沉积物加热温度为150~315℃的技术为低温热解吸技术;

-温度达到315~540℃的为高温热解吸技术。

目前此类修复工程涉及的污染物包括:苯、甲苯、乙苯、二甲苯或石油烃化合物(TPH)。

一、热解吸系统

1)热解吸技术可以分为两步:

-加热被污染的物质使其中的有机污染物挥发;

-处理废气,防止挥发污染物扩散到大气。

热解吸系统可以分为两类:

-连续给料系统;

-批量给料系统。

2)直接接触热解吸系统(第三代)

土壤修复直接接触热解吸系统

3)间接接触热解吸系统
间接接触热解吸系统也是连续给料系统,它有多种设计方案:
旋转干燥热解吸系统(下图)

旋转干燥热解吸系统


热螺旋解吸系统

加热灶

4)热空气浸提热解吸系统

热空气浸提热解吸系统是批量给料系统,它将热、堆积和气体浸提技术结合起来,以去除和降解土壤中的烃类污染物,使污染土壤得以修复的过程。这项技术在处理汽油、石油、重油、PAHs污染的土壤上十分有效。

5)堆式热解吸系统

堆式热解吸系统


5)热毯与热井

类似于土壤热蒸气浸提技术,下图为采用热井加热受污染土壤的原位热解吸示意图。

土壤热蒸气浸提技术


二、系统设计及其考虑因素

1)修复处理过程

土壤修复热井系统设计及其考虑因素


不管采用什么样的热解吸系统,对污染土壤处理成功与否在很大程度上取决于加热温度和土壤本身的特性。此外,系统性能还与污染物种类、与污染土壤亲近程度以及水分含量等密切相关。总得来说,如果有充足的停留时间、气流以及足够高的温度,处理系统通常很有效。

2)系统设计及性能

-连续给料热解吸系统比批量给料系统的土壤处理能力更高,适合较大工程;

-几乎所有技术都强调土壤的前处理过程;

-连续给料热解吸技术更适合需要处理温度高的污染物;

-批量给料热解吸系统需要更小的工程施展空间和更短的活化时间。

三层可行性试验。

3)系统所需资源

燃料、水和电力都是操作热解吸系统的必须资源。

4)修复地点的实际条件

当地土地利用情况、气候条件、待修复污染土壤的体积或数量、污染土壤的运输、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以及环保部门的许可。

三、应用热解吸系统应考虑的问题

1.场地特征

2.水分含量(过高的水分将提高操作费用)

3.土壤粒级分布与组成

4.土壤密度

5.土壤渗透性与可塑性

6.土壤均一性

7.热容量

8.污染物与化学成分

四、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(VOCs)、半挥发态有机物(SVOCs)、农药,甚至高沸点氯代化合物如PCBs、二噁英和呋喃类污染土壤的治理与修复上。待修复物除了土壤外,也包括污泥和沉积物等,但是热解吸技术对仅被无机物如重金属污染的土壤、沉积物的修复时无效的。

1.温度范围

2.可行性研究

3.重金属污染物

4.其他因素(污染物浓度较低可采用其他简单处置、时间限制、公众接受度、能源和水供应、空间足够与否、费用、各国各地处理标准等)

五、实例

地点:美国南峡谷瀑布(Glens falls)Drag点.

类型:PCBs污染,土壤中PCBs平均浓度500mg/kg,最大浓度5000mg/kg。

技术1:非直接接触旋转干燥系统,在330℃条件下。

效果1:处理后达到0.268mg/kg,去除率大于99%。

技术2:原位热毯处理系统,在200摄氏度条件下。

效果2:PCBs的浓度从75~1262mg/kg,降至小于2mg/kg,去除率大于99%。

7、电动力学修复技术

修复原理:基本原理类似于电池,利用插入介质中的两个电极在污染介质两端加上低压直流电场,在低强度直流电的作用下,水溶的或者吸附在土壤颗粒物表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动:阳极附近的酸开始向介质的毛细孔移动,打破污染物与介质的结合键,此时,大量的水以电渗透方式在介质中流动,土壤等介质毛细孔中的液体被带到阳极附近,这样就能溶解到介质溶液中的污染物吸收至土壤表层得以去除,通过电化学和电动力学的复合作用,土壤中的带电颗粒在电场内定向移动,土壤污染物在电极附近富集或者被收集回收。污染物去除主要涉及电迁移、电渗析、电泳和酸性迁移4种电动力学过程。

运用范围:主要运用于低渗透土壤的修复,适用于大部分无机污染物,也可用于对放射性物质及吸附性较高的有机物的治理。

影响因素:土壤的类型和性质、电压电流、电极材料