1、第第8 8章章 物理修復物理修復 應用物理的手段對污染環境進行修復的技應用物理的手段對污染環境進行修復的技術稱術稱Physical remediation。 土壤污染的土壤污染的PR包括包括 物理分離修復，物理分離修復， 蒸汽浸提修復，蒸汽浸提修復， 固定固定/穩定化修復，穩定化修復， 玻璃化修復，玻璃化修復， 低溫冰凍修復，低溫冰凍修復， 熱力學修復熱力學修復, 電動力學修復等技術。電動力學修復等技術。 水體污染的物理修復技術水體污染的物理修復技術 強化混凝技術強化混凝技術 吸附除污技術吸附除污技術 反滲透除污技術反滲透除污技術 納濾膜、超濾膜、微濾膜納濾膜、超濾膜、微濾膜 電吸附技術電吸附

2、技術 第一節第一節 物理分離修復技術物理分離修復技術 定義：污染土壤的物理分離修復技術是一定義：污染土壤的物理分離修復技術是一項借助物理手段將重金屬顆粒從土壤膠體項借助物理手段將重金屬顆粒從土壤膠體上分離開來的技術，工藝簡單，費用低。上分離開來的技術，工藝簡單，費用低。 特點：分離方法沒有高度的選擇性。特點：分離方法沒有高度的選擇性。注意：注意： （1）物理分離技術作為初步分選，以減物理分離技術作為初步分選，以減少待處理土壤的體積，優化以后的系列少待處理土壤的體積，優化以后的系列處理工作。處理工作。 （2）物理分離技術并不能完全達到土壤）物理分離技術并不能完全達到土壤修復的修復的 目的。目的。

3、基本方法基本方法 1 根據粒徑大小，采用過濾（篩）方法根據粒徑大小，采用過濾（篩）方法 2 根據分布、密度大小，采用沉淀或離心根據分布、密度大小，采用沉淀或離心 3 根據磁性有無或大小，采用磁分離根據磁性有無或大小，采用磁分離 4 根據表面特性，采用浮選法根據表面特性，采用浮選法影響因素（缺點）影響因素（缺點） 1 要求污染物具有較高濃度，并且存在于要求污染物具有較高濃度，并且存在于具有不同物理特征的相介質中；具有不同物理特征的相介質中； 2 篩分時會產生粉塵篩分時會產生粉塵 3 固體基質中的細粒徑部分和廢液中的污固體基質中的細粒徑部分和廢液中的污染物需要進行再處理。染物需要進行再處理。 常用

4、物理分離方法 1. 粒徑分離粒徑分離 （1）干篩分）干篩分 （2）濕篩分）濕篩分 2 水動力學分離水動力學分離 （1）淘選機）淘選機 （2）機械粒度分級）機械粒度分級 （3）水力旋風分離機）水力旋風分離機常用物理分離方法 3 密度或重力分離密度或重力分離 （1）振動篩）振動篩 （2）搖床）搖床 4 脫水分離脫水分離 5 泡沫浮選泡沫浮選 6 磁分離磁分離 應用實例應用實例 小射擊場污染土壤物理分離修復小射擊場污染土壤物理分離修復 問題：射擊場土壤中有大量的殘留子彈，問題：射擊場土壤中有大量的殘留子彈，鉛和銅的殘留粹片和氧化物。鉛和銅的殘留粹片和氧化物。 物理分離技術最適宜于處理小射擊場污染物理

5、分離技術最適宜于處理小射擊場污染的土壤。的土壤。第二節第二節 土壤蒸汽浸提修復技術土壤蒸汽浸提修復技術 定義：土壤蒸汽浸提技術定義：土壤蒸汽浸提技術(soil vapour extraction, SVE)通過降低土壤孔隙的蒸汽壓，通過降低土壤孔隙的蒸汽壓，把土壤中的污染物轉化為蒸汽形式而加以去把土壤中的污染物轉化為蒸汽形式而加以去除的技術，是利用物理方法去除除的技術，是利用物理方法去除不飽和土壤不飽和土壤中揮發性有機組分中揮發性有機組分(VOCs)污染的一種修復技污染的一種修復技術。術。 該技術適應于高揮發性化學污染土壤的修復，該技術適應于高揮發性化學污染土壤的修復，如汽油，苯和四氯乙烯等污

6、染的土壤。如汽油，苯和四氯乙烯等污染的土壤。基本原理基本原理 在污染土壤內引入清潔空氣產生驅動力，在污染土壤內引入清潔空氣產生驅動力，利用土壤固相、液相和氣相之間的濃度梯利用土壤固相、液相和氣相之間的濃度梯度，在氣壓降低的情況下，將其轉化為氣度，在氣壓降低的情況下，將其轉化為氣態的污染物排出土壤外的過程。態的污染物排出土壤外的過程。 土壤蒸汽浸提利用真空泵產生負壓驅使空土壤蒸汽浸提利用真空泵產生負壓驅使空氣流過污染的土壤孔隙而解吸并夾帶有機氣流過污染的土壤孔隙而解吸并夾帶有機組分流向抽取井，并最終與地上進行處理。組分流向抽取井，并最終與地上進行處理。原位土壤蒸汽浸提技術原位土壤蒸汽浸提技術特點

7、特點 可操作性強，處理污染物的范圍寬，可由可操作性強，處理污染物的范圍寬，可由標準設備操作，不破壞土壤結構以及對回標準設備操作，不破壞土壤結構以及對回收利用廢物有潛在價值等。因其具有巨大收利用廢物有潛在價值等。因其具有巨大的潛在價值而很快應用于商業實踐。的潛在價值而很快應用于商業實踐。 注意：蒸汽浸提技術用于地下含水層注意：蒸汽浸提技術用于地下含水層以上的土壤層中。以上的土壤層中。 原位土壤蒸汽浸提原位土壤蒸汽浸提主要用于揮發性有機鹵主要用于揮發性有機鹵代物或非鹵代物的處理修復，代物或非鹵代物的處理修復，通常應用的通常應用的污染物是那些亨利系數（單位摩爾濃度有污染物是那些亨利系數（單位摩爾濃度

8、有機物的平衡分壓）大于機物的平衡分壓）大于0.01或者蒸汽壓大或者蒸汽壓大于于66.66Pa的揮發性有機化合物。的揮發性有機化合物。 原位土壤蒸汽浸提修復技術的運行和維護原位土壤蒸汽浸提修復技術的運行和維護所需時間所需時間6-12月不等。月不等。 應用例子 與意大利合作技術 空氣注射20修復場地狀況場地注汽設備場地注汽設備 根據場地地質條件以及污染物的性質，決定采用蒸汽注入和土壤氣體抽提對污染土壤進行修復；同時利用兩口抽水井進行水力控制，將部分向下移動的冷凝水及攜帶的污染物，利用兩口抽水井抽到地面上處理。安全第一！場地注汽設備場地注汽設備整個修復系統包括10組蒸汽注入井；15組土壤氣體抽提井；

9、2個地下水水力控制抽水井。淺層土壤溫度變化曲線 深層土壤溫度變化曲線Figure 5: 累計運行時間與累計抽取累計運行時間與累計抽取TPH濃度曲線濃度曲線Client:Location: Job Code:Shanghai OfficeHarbor Ring Plaza18 Xi Zang Zhong RoadShanghai, 200001China+(86-21) 5385 3050+(86-21) 6469 2185 (Fax)易位土壤蒸汽浸提修復技術易位土壤蒸汽浸提修復技術 易位修復：易位修復： 利用真空通過布置在堆積著的污染土壤利用真空通過布置在堆積著的污染土壤中開有狹縫的管道網絡向

10、土壤引入氣流，中開有狹縫的管道網絡向土壤引入氣流，促使揮發性或半揮發性的污染物揮發進促使揮發性或半揮發性的污染物揮發進入土壤中的清潔空氣流，進而被提取脫入土壤中的清潔空氣流，進而被提取脫離土壤。離土壤。易位土壤蒸汽浸提修復技術易位土壤蒸汽浸提修復技術優點：優點： 1. 挖掘過程可以增加土壤中的氣流通道；挖掘過程可以增加土壤中的氣流通道； 2. 淺層地下水位不會影響處理過程淺層地下水位不會影響處理過程 3. 使泄露收集成為可能使泄露收集成為可能 4. 使監測過程變得容易。使監測過程變得容易。影響因素：影響因素： 挖掘、運輸過程中易出現氣體泄漏挖掘、運輸過程中易出現氣體泄漏 占地空間大、處理前需進

11、行前處理（去占地空間大、處理前需進行前處理（去除石塊）除石塊） 粘土或高腐殖質含量影響修復效率粘土或高腐殖質含量影響修復效率壓裂修復技術壓裂修復技術 壓裂技術（壓裂技術（fracture）是利用某種力量使）是利用某種力量使地下的巖石或者大密度土壤（粘土或膠泥）地下的巖石或者大密度土壤（粘土或膠泥）爆裂的技術。它用來促進其他修復技術的爆裂的技術。它用來促進其他修復技術的修復效果。修復效果。 使用方式：水，空氣，爆炸使用方式：水，空氣，爆炸 壓裂技術可以配合微生物修復技術、化學壓裂技術可以配合微生物修復技術、化學修復技術及物理修復技術同時進行。修復技術及物理修復技術同時進行。第三節第三節 固定固定

12、/穩定化土壤修復技術穩定化土壤修復技術solidification/stabilization 固定固定/穩定技術是防止或降低污染土壤釋放有穩定技術是防止或降低污染土壤釋放有害化學物質過程的一組修復技術。通常用于重害化學物質過程的一組修復技術。通常用于重金屬或放射性物質污染土壤的無害化處理。金屬或放射性物質污染土壤的無害化處理。 分為原位和易位處理分為原位和易位處理 固化：轉變成固體或封裝固化：轉變成固體或封裝 穩定化：降低污染物的生物有效性。通常磷酸穩定化：降低污染物的生物有效性。通常磷酸鹽、硫化物、和碳酸鹽等都可以作為污染物的鹽、硫化物、和碳酸鹽等都可以作為污染物的穩定化處理的反應劑。穩定

13、化處理的反應劑。一般方法一般方法 先利用吸附質如粘土、活性炭或樹脂等先利用吸附質如粘土、活性炭或樹脂等等吸附污染物，澆上瀝青，然后添加某等吸附污染物，澆上瀝青，然后添加某種凝固劑或粘合劑，使混合物成為一種種凝固劑或粘合劑，使混合物成為一種凝膠，最后固化為硬塊。凝膠，最后固化為硬塊。原位固定原位固定/穩定穩定 底泥污染修復底泥污染修復第四節第四節 玻璃化修復技術玻璃化修復技術 在污染物介質中插入電極，給于在污染物介質中插入電極，給于1600-2000C高溫處理。使有機物和一部分無機高溫處理。使有機物和一部分無機物如硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽等得以揮物如硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽等得以揮發或熱解。發或熱解

14、。 同時使一些無機污染物和放射性物質得同時使一些無機污染物和放射性物質得以固化。以固化。原位玻璃化技術原位玻璃化技術易位玻璃化技術易位玻璃化技術第五節第五節 熱力學修復技術熱力學修復技術 三、原位電磁波加熱修復技術三、原位電磁波加熱修復技術 第六節第六節 熱解吸修復技術熱解吸修復技術 將污染介質及其所含的有機污染物加熱將污染介質及其所含的有機污染物加熱到足夠的溫度（通常到足夠的溫度（通常150-540C）,使有機使有機污染物揮發或分離的技術。污染物揮發或分離的技術。 分為低溫熱解技術（分為低溫熱解技術（150-315C） 高溫熱解技術高溫熱解技術(315-540C)第七節第七節 電動修復技術電

15、動修復技術 第八節 水體污染的物理修復技術強化混凝強化混凝(Enhanced coagulation, 簡稱簡稱)是指是指投加過量的混凝劑、新型混凝劑或助凝劑或者投加過量的混凝劑、新型混凝劑或助凝劑或者是其他的藥劑并控制一定的值是其他的藥劑并控制一定的值, 通過加強通過加強混凝與絮凝作用混凝與絮凝作用,從而提高常規處理中天然有機從而提高常規處理中天然有機物物()的去除效果的去除效果,最大限度地去除消毒副最大限度地去除消毒副產物的前體物產物的前體物(), 保證水消毒副產物保證水消毒副產物符合水標準的方法符合水標準的方法.強化常規水處理具有投資省、不需建造新的構造強化常規水處理具有投資省、不需建造

16、新的構造物、不占土地以及經常運行費用低等優點物、不占土地以及經常運行費用低等優點,機理 其作用機理其作用機理 : 膠體穩定性的增加是由于大分膠體穩定性的增加是由于大分子天然有機物在無機膠體顆粒表面形成有機保子天然有機物在無機膠體顆粒表面形成有機保護層護層,造成空間位阻或雙電層排斥作用造成空間位阻或雙電層排斥作用.混凝的混凝的主要作用是去除水中懸浮顆粒和膠體微粒主要作用是去除水中懸浮顆粒和膠體微粒. 一般認為混凝過程是混凝劑水解產物對水中膠一般認為混凝過程是混凝劑水解產物對水中膠體進行電中和、使其脫穩體進行電中和、使其脫穩,從而形成細小的顆粒從而形成細小的顆粒,繼而絮凝為大而密實的礬花繼而絮凝為

17、大而密實的礬花,并通過吸附架橋或并通過吸附架橋或網捕作用使脫穩的膠體生成粒度較大的絮凝體網捕作用使脫穩的膠體生成粒度較大的絮凝體,再通過沉淀與過濾進行分離去除再通過沉淀與過濾進行分離去除. 而水中分子質量較小、溶解度較大的有機物(主要是腐殖酸類中的富里酸等)在一般混凝條件下去除率很低. 主要原因是由于其具有良好的親水性而不易被混凝劑的水解產物金屬氫氧化物所吸附,有機物不但增加了膠體表面電荷,而且造成空間位阻效應.但是,如果通過改善混凝處理條件,即在低、高混凝劑用量的強化混凝條件下形成大量金屬氫氧化物,改善混凝劑水解產物的形態且使其正電荷密度上升,同時低條件會影響有機物離解度和改變水中有機物存在

18、形態.有機物質子化程度提高,電荷密度降低,進而降低其溶解度及親水性,成為較易被吸附的形態 Randke認為強化混凝去除有機物的機理主要包括膠體狀自然有機物()的電中和作用,腐殖酸和富里酸聚合體的沉淀作用,以及吸附于金屬氫氧化物表面上的共沉淀作用.對水中溶解性的有機物而言,依靠后一種作用即吸附于混凝劑的金屬沉淀物上而去除. 吸附除污技術 常用的吸附劑有活性氧化鋁、活性炭和天然沸石等。 鐵鹽水解產生的無定形水合氧化鐵（HFO）對于As（V）和As（III）均有極強的親和力。 As（V）和As（III）通過共價鍵的形式有選擇性地固定在其表面，與之形成雙核橋式內層表面配位體，即，FeOAsO(OH)OFe及 FeOAs(OH)OFe。 Haque等研究表明，高粱纖維可以作為一種金屬吸附劑。 Sanghamtra Kundu等發現在鐵的氧化物上涂上一層水泥對三價