第4章化学修复最终版课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,水体污染原位修复技术 化学修复方法,组员：王星、王志国、张宝中、张倬玮,水体污染原位修复技术 化学修复,1,主要内容,4.1 污染水体的化学修复技术,4.2 化学修复技术在污染水体中的应用,4.3 化学修复技术的前景和展望,主要内容4.1 污染水体的化学修复技术,2,关于化学修复,污水的化学处理是,利用,化学反应,去除水中的杂质。,处理对象,主要是污水中,无机的,或,有机的,（,难生物降解的,）,溶解物质,或,胶体物质,。,化学修复技术,是指通过,化学手段,，利用,化学反应,，处理被污染的水体以达到去除水体中污染物的一种方法。,突出特点,：见效快、方法简单、易操作。在某些特殊的条件下对污染严重的城市河流运用化学处理法，能够起到,控制,和,缓解污染,的作用。,关于化学修复污水的化学处理是利用化学反应去除水中的杂质。,3,4.1 污染水体的化学修复技术,4.1.1 投加杀藻剂,4.1.2 化学絮凝处理技术,4.1.3 天然矿物絮凝法,4.1.4 重金属的化学固定,4.1.5 化学氧化技术,4.1.6 可渗透反应墙,4.1.7 电动力学修复,4.1 污染水体的化学修复技术4.1.1 投加杀藻剂,4,4.1.1 投加杀藻剂,水华（赤潮）,：,淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，是,水体富营养化,的一种特征。由于生活及工农业生产中含有大量的氮、磷、钾废水进入水体后，使藻类大量繁殖。另外在,海水中,出现这种现象，称为赤潮。,能杀死水华（或赤潮）生物的化学药剂主要有,：,硫酸铜、含有铜的有机螯合物、高锰酸钾、次氯酸钠、氯气、过氧化氢、臭氧、过碳酸钠、西玛三嗪等。,其中由于蓝藻对,硫酸铜,特别敏感，含铜类药剂是研究和应用较早和较多的杀藻药品。,4.1.1 投加杀藻剂水华（赤潮）：淡水水体中藻类大量繁殖的,5,4.1.1 投加杀藻剂,硫酸铜改进的含铜化合物杀藻：,晶体硫酸铜：CuSO,4,5H,2,O 俗称胆矾或铜矾。,杀藻原理：,1、晶体硫酸铜在水中分解的Cu,2+,与藻体中蛋白质结合，使得藻体中蛋白质变性死亡。,Cu,2+,在水中被吸附或形成了,有机物沉淀,，下沉至池底。,2、Cu,2+,作为重金属离子，能超过Mg,2+,、Na,+,等更快与藻类植物当中的叶绿体结合，导致叶绿体,重金属中毒,，失去光合作用，导致藻类死亡，沉淀至池底。,4.1.1 投加杀藻剂硫酸铜改进的含铜化合物杀藻：,6,4.1.1 投加杀藻剂,杀藻剂应用弊端：,1、需要,连续投加,，使得控制水华成本增大。,2、在杀除有害藻类的同时也杀死了大量,非水华藻类,，破坏生态平衡。,3、硫酸铜杀死藻类后，实体腐败分解,消耗大量氧气,，导致鱼类、浮游生物、底栖动物等非靶标生物缺氧死亡。,4、杀藻剂杀死的藻类依然会存留在水体中，不仅无法将氮磷带出水体，还会产生恶臭和藻毒素，造成,二次污染,，使富营养化程度不仅没有降低反而继续恶化，,并未解决根源问题,。,结论,投加杀藻剂需要科学的评估其风险，除非应急和健康安全许可，一般不宜采用。,4.1.1 投加杀藻剂杀藻剂应用弊端：,7,4.1.2 化学絮凝处理技术,化学絮凝处理技术是：,通过投加,化学药剂,，利用物质的胶体化学性质，应用,絮凝原理,，使水华生物凝聚沉淀到水体底部或加以回收以去除水体中污染物，从而达到改善水质的污水处理技术。,关于混凝剂：,现在国际上使用的混凝剂主要为,铝铁系无机混凝剂,（如硫酸亚铁、氰化亚铁。硫酸铝、碱式氯化铝。明矾）以及表面活性剂等。此外聚氯化铝（PAC），聚丙烯酰胺（PAM）等高分子混凝剂在市场上也占有很重要的地位。,4.1.2 化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术是：通过投加化学,8,4.1.2 化学絮凝处理技术,化学絮凝处理技术修复水体是：,通过投加,絮凝剂,，使其与水中的,磷,结合，可使絮凝沉淀进入底泥。而当水体底部缺氧时，底泥中的有机物被,厌氧分解,，形成的酸性环境又易使沉淀的磷重新溶解进入水中。若加入适量的,石灰,则可以增加磷酸钙的稳定度，同时调节底泥的pH值为7.0-7.5，可达到,脱氮,的目的。若加入足量的,硫酸铝,，底泥表层会附着一层厚3-6cm富含,氢氧化铝,的,污泥层,，钝化底泥中的磷。若湖外营养物质输送当中的磷含量明显降低，或者湖水的pH高DO低时，底泥当中的磷都会释放到水层中，成为湖水中磷的重要来源，这些磷转移到湖泊上层就会刺激,水华,的发展。,4.1.2 化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术修复水体是：,9,4.1.2 化学絮凝处理技术,化学絮凝处理技术的优缺点：,混凝剂沉淀法在,水华生物密集时,极为有效，作用,时间短,，对非水华生物的影响也比杀藻剂小，同时还可以消除水体中其他的悬浮物质，净化水质。,也有局限性，,许多混凝剂，如聚铁本身显色，投药后水体变色，且铁盐又为水华生物繁殖的促进物质，铝盐则被证明存在一定的,生物毒性,。,4.1.2 化学絮凝处理技术化学絮凝处理技术的优缺点：,10,4.1.3 天然矿物絮凝法,天然矿物絮凝法：,利用,粘土矿物,（如蒙脱土、高岭土、伊利土）治理赤潮。黏土矿物具有离子交换、吸附、催化等性能，改性过后的黏土物理化学性能发生极大改变，提高了粘土的絮凝藻的能力，对赤潮生物起到,絮凝作用,。,天然矿物絮凝法缺点：,由于黏土无法分解藻毒素，毒藻只是从表层水中转移到水底并未被消除，这不仅对水底生物产生污染也对水体造成,二次污染,。,4.1.3 天然矿物絮凝法天然矿物絮凝法：利用粘土矿物（如蒙,11,4.1.4,重金属的化学固定,原理,：河流底泥中的重金属在一定条件下会以,离子态,或某种,化合态,进入水体，如果能将,重金属结合在底泥中抑制重金属的释放,，则可降低其对河流生态系统的影响。,调高pH,是将重金属结合在底泥中的主要化学方法。,作用机理,：在较高pH环境下，重金属会形成,硅酸盐,、,碳酸盐,、,氢氧化物,等,难溶性沉淀物,。加入碱性物质将底泥的pH控制在,7-8,可以抑制重金属以溶解态进入水体。,常用的,碱性物质,：,石灰,、,硅酸钙炉渣,、,钢渣,等，还可以配施,钙镁磷肥,、,硅肥,等碱性肥料,4.1.4 重金属的化学固定原理：河流底泥中的重金属在一定条,12,4.1.4,重金属的化学固定,投加量,：根据底泥中重金属的,种类,、,含量,及,pH,的高低而定。但施用量不应太多，以免对水生生态系统产生不良影响。,对于重金属含量虽超过土壤环境质量标准二级标准，但各项指标均未超过农用污染中污染物控制标准的底泥，仍可以作为,肥料,施于农田。一般,每年每公顷,施用量,不超过3万kg,(以干污泥计)，在施用底泥的同时，也必须同时施用,碱性物质,以中和土壤酸性。,4.1.4 重金属的化学固定,13,4.1.5 化学氧化技术,基本原理,：将,化学氧化剂,引入地下，通过,氧化还原作用,来去除地下水中的污染物。,氧化剂,：,二氧化氯,、,芬顿试剂,、,高锰酸盐,、过氧化物、过硫酸盐、臭氧和过氯化物等。,特点,：修复的时间短，而且作用面积的分布较广。但是，氧化剂的使用量的多少会存在一定的风险性，可能会造成二次污染等。在修复之后产生的残余污染物进行清除。比如，运用物理方法清淤泥。,可作为,生物修复,和,自然修复,降解,之前,的一项经济而有效的预处理方法,4.1.5 化学氧化技术基本原理：将化学氧化剂引入地下，通过,14,4.1.6 可渗透反应墙（格栅）,原理,：可渗透反应墙是一个填充有,活性反应介质,的被动反应区，当污染地下水通过时，污染物能被,降解,或,吸附,。,过程,：污染物靠,自然水力传输,通过,预先设计好的介质,时，溶解的有机物、金属、核素等污染物被,降解,、,吸附,、,沉淀,或,去除,，墙体中含有,降解挥发性有机物的还原剂,、,固定金属的络(鳌)合剂,或其他试剂。,去除机理,:吸附、沉淀、氧化还原和生物降解。,4.1.6 可渗透反应墙（格栅）原理：可渗透反应墙是一个填充,15,4.1.6 可渗透反应墙,根据格栅的填充介质不同可分为：,化学沉淀反应格栅,：介质为,沉淀剂,(如,经基,磷酸盐、CaCO,3,等)，可使水中的微量金属产生沉淀。,吸附反应格栅,：介质为,吸附剂,，如沸石、颗粒活性炭、铁的氢氧化物、粘土矿物等。,生物降解反应格栅,：介质主要分为含,释氧化合物,(如MgO,2,、CaO:等固态过氧化物)的混凝土颗粒和含,NO,3,-,的混凝土颗粒。前者使有机物在好氧条件下，以氧气作为电子受体被氧化分解，后者则是使有机物在反硝化条件下，以,NO,3,-,作为电子受体被厌氧降解。,氧化还原反应格栅。,介质为还原剂，目前主要集中于零价铁(Fe,0,)，Fe（II）矿物及双金属。,4.1.6 可渗透反应墙根据格栅的填充介质不同可分为：,16,4.1.6 可渗透反应墙,设计考虑的问题,：一个是PRB能嵌进,隔水层,或,弱透水层,中，防止地下水透过格栅边部而不能被截留；另一个是确保地下水在反应材料中有足够的,水力停留时间,。,安装,：地下蓄水层，,垂直于地下水流方向,，防止污染羽状体扩散。随着污染地下水流经此反应设施，在反应介质的作用下，污染物浓度降低。,4.1.6 可渗透反应墙设计考虑的问题：一个是PRB能嵌进隔,17,4.1.6 可渗透反应墙,目前PRB主要有两种类型：,连续格栅结构,：结构简单，但若污染区域或者蓄水层厚度较大，则连续格栅的面积将很大，造价也较高。,漏斗通道结构,：通过使用低渗透性的板桩或者泥浆墙来引导污染水流流向可渗透的处理通道。可以根据不同类型的污染物利用多通道反应系统，即选择不同的反应介质，在漏斗通道系统内形成多个反应区，由于反应区较小，因此当墙体活性材料消耗殆尽或者是出现堵塞等问题后可以比较方便地清除和更换。所以该结构更易于在现场实现。,4.1.6 可渗透反应墙目前PRB主要有两种类型：,18,4.1.6 可渗透反应墙,4.1.6 可渗透反应墙,19,4.1.6 可渗透反应墙,PRB的影响因素,自然因素,：地形地貌、地下水埋深、含水层厚度、地下水流向、含水层的渗透性等地质和水文情况、温度、压力、氧化还原电位以及污染物的种类和浓度、污染羽状体的范围及形状等。,水力停留时间,和,渗透性,。水力停留时间越长，则反应介质与污染物接触的时间也越长，修复效果自然越好。反应介质的渗透系数要大于周围含水层介质的渗透系数，一般要求,墙体的渗透性,是,含水层,的,两倍,，目的是防止反应介质渗透系数过低或反应介质堵塞而引起格栅上游的地下水位升高，而改变水动力场，降低处理的有效性。,4.1.6 可渗透反应墙PRB的影响因素,20,4.1.6 可渗透反应墙,反应介质,：不同的反应介质对于不同的污染物去除效率是不同的。用被垃圾渗滤液污染的地下水为研究对象，分别用零价铁、零价铁和活性炭、零价铁和沸石的混合物作为反应介质进行实验，结果表明：3种不同介质对COD的去除率分别达到80%,90%,70%以上，零价铁和沸石对Mn离子、Zn离子的去除率分别达到90%,80%和81%,污染物种类,：地下水的污染物一般比较复杂，不仅仅为一种，不同的污染物对应于相同的反应介质，其去除效果也不相同。澳大利亚被石油溶剂污染的地下水，对单环芳烃的处理效率在63%-96%之间，而对C,29,-C,36,烃的平均去除率仅达到54%。,4.1.6 可渗透反应墙反应介质：不同的反应介质对于不同的污,21,原理,：将电极插入受污染土壤及地下水区域，施加直流电形成电场，利用直流电场产生的各种电动力学效应(包括电渗析、电迁移和电泳等)，引起土壤孔隙水及水中的离子和颗粒物质沿电场方向进行定向运动，污染物在此过程中迁移至设定的处理区进行集中去除(包括电镀、沉淀、吸附、离子交换、生物降解等)的一种技术。其实际的操作系统可能包括:阴极、阳极、电源、收集井(一般在阳极一侧)、注入井以及