地下水污染修复PPT幻灯片
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
化学过程
水解与脱氢卤化作用:重要的自然衰减机理
21
21
水解反应
取代反应 在反应中，化合物与水发生反应，卤代基被
羟基（OH-）取代 RX + HOH ＝ ROH + HX
有机化合物的水解反应常常生成醇类及烯烃 化合物上的卤代基越多，水解反应发生的几
率就越小，反应的速率也越慢
Байду номын сангаас
22
2010-121-230
吸附重金属的活性组 分 二者可发生离子交换 作用发生,并形成螯 合物
66
1、生物质
木质素
木质素的成本比活性炭约低20倍 对Pb,Zn的吸附能力分别为186，95mg/g 硫酸木质素对Hg的吸附能力为150mg/g
甲壳质和海产处理工艺废弃物
几丁质（广泛存在于自然界的一种含氮多糖类生物性高分 子，主要的来源为虾、蟹、昆虫等甲壳类动物的外壳与软 体动物的器官（例如乌贼的软骨），以及真菌类的细胞壁 等）存在于螃蟹的外骨骼、其他甲壳动物和一些真菌细胞壁中,
自然衰减作用的非生物过程
物理过程
对流：驱动地表下污染物运动的主要机制 弥散：引起纵向、横向和垂向迁移；降低溶质的浓度 扩散：从较高浓度区域向较低浓度区域扩散 挥发：将污染物从地下水中去除，并转移到土壤气相中 吸附：固着在含水层介质上，将溶质从地下水中去除 稀释：可能增加电子受体的浓度，特别是溶解氧的浓度
1984年，美国国会通过了修订资源保护与恢复法 案（简称RCRA），拓展了地下水净化计划
22
地下水环境修复技术
不同的修复技术对于不同的介质和污染物适用性 是不同的 1.分离、活化和提取技术 2.生物和化学反应技术
必须建立监测系统，以确认修复工程（或内在生 物修复系统）的长效运行
添加各种反应物，许多原位修复技术都需要
包括污染物的生物降解、扩散、稀释、吸附、挥 发、及化学或生物固定、转化或破坏等
这些作用在无人为干扰的可行条件下，能够降低
土壤和地下水中的污染物的数量、毒性、迁移性、
体积或浓度
17
17
监测条件下的自然衰减法
优点
污染物最终能被转化成无毒的副产物 无须人为介入 不会涉及到废物的重新产生或迁移 费用低 克服机械化修复设施所带来的局限
33
添加氧化/还原剂后潜在的地球化学变化
4
地下水污染修复中的新材料
生物质
树皮/富含丹宁酸的物质 木质素 几丁质/甲壳质 死的生物体 苔鲜 海草/海藻/褐藻酸 废弃的茶叶等
岩土材料
沸石 粘土 泥 有铁氧化物包壳的砂 粉煤灰 菱铁矿 黄土等
55
1、生物质
富含丹宁酸物质 丹宁酸中多羟基酚是
地下水污染修复技术与方法
1……总论 2……监控条件下的自然衰减法(MNA) 3……抽出处理法(PAT) 4……渗透性反应墙法(PRB) 5……生物修复法
1
总论
地下水环境修复技术是近年来环境工程和水文地质 学科发展最为迅猛的领域之一
1980年，美国国会首次把地下水净化列为国家最 优先问题之一，通过了综合环境响应，赔偿和责任 法案（简称CERCLA），即一般所谓超级基金 （Superfund）法案，用于支付净化废弃的有害 废物场地
99
2、地质材料
沸石
最早用于重金属污染治理的地质材料 斜发沸石是40多种天然沸石中储量最丰富的一种 沸石的吸附特性源于它们的离子交换能力
10 10
2、地质材料
粘土
具有比表面积大、孔隙率高、极性强等特征,对 水中各种类型的污染物质有良好的吸附
蒙脱石具有最小的结晶度,最大的表面积和最强 的阳离子交换能力,从而应具有最强的吸附能力
对重金属的吸附能力归因于细粒的硅酸盐矿物的 净负电荷结构性能
11 11
2、地质材料
12 12
2、地质材料
粉煤灰 火电厂的废物，含有碳和硅氧化物、铝氧化物、 铁氧化物及钙、镁、钠、钾、硫的氧化物。 潜在优势：金属被吸附后，它容易固化 。 因为粉煤灰在有水的情况下能与石灰反应形 成水泥质的硅酸钙水化物 值得注意：可能含有重金属及痕量放射性元素。
在自然界中的丰度仅次于植物纤维素 甲壳质不但廉价,数量丰富,它对重金属的吸附能力也很强，相
当于几丁质的56倍
77
8
1、生物质
死生物
死细胞聚集重金属的能力与活细胞相当甚至更强
谷壳
作为水稻商业性收割的副产品,稻壳具有与绿藻相似的结 构
与藻类对Cr和Pb的吸附能力相近,但它对Cd的吸附能力 几乎是藻类的两倍
脱氢卤化反应
涉及到卤代烷烃的消除反应 在反应中，卤素原子从一个碳原子上
去除，紧接着邻近碳原子上的一个氢 原子也去除，而生成烯烃 发生的可能性随着卤代基数量的增加 而增加
23
23
生物过程：内在生物降解作用
19
19
主要的自然衰减作用
非降解性作用
仅引起污染物的浓度降低，而系统中的污染物 总量并未改变的那些作用过程，包括水动力学 弥散（机械弥散和扩散）、吸附、稀释和挥发 等
降解性作用
包括生物降解和非生物降解作用
生物降解对污染物的降解起主导作用，取决于
污染物的类型及电子供体或碳源的可用性
20
20
13 13
2、地质材料
黄土 分布广，成本低 富含碳酸盐和粘土矿物， 偏碱性，且具有大孔隙 重金属（Cu、Cd、Pb、 Zn、Cr、As）及非离 子型有机污染物（甲苯）
14 14
主要修复方法
异位修复方法
置换、部分热解吸技术等
原位（就地）修复方法
监控条件下的自然衰减法（MNA） 渗透性反应墙（PRB）
异位+原位修复方法
抽出处理法（PAT）
15 15
1、监控条件下的自然衰减法 （MNA）
16
监测条件下的自然衰减法 （MNA, Monitored Natural Attenuation）
美国EPA的定义
依赖自然衰减作用，在同其他更有效的方法所用 时间相比属合理的时间限定内，使特定地点达到 修复目的
18
18
监测条件下的自然衰减法
局限性
时间很长
进行长期监测并负担相关费用，实施机构负责
受当地水文地质条件的自然变化及人为因素的影响
有利的水文和地球化学条件可能随着时间而发生变 化，从而导致曾经稳定化了的污染物重新发生运移， 对修复成果产生负面的影响
含水层的各向异性可能使场地特征复杂化
生物降解的中间产物可能会比原来的化合物更毒
水解与脱氢卤化作用:重要的自然衰减机理
21
21
水解反应
取代反应 在反应中，化合物与水发生反应，卤代基被
羟基（OH-）取代 RX + HOH ＝ ROH + HX
有机化合物的水解反应常常生成醇类及烯烃 化合物上的卤代基越多，水解反应发生的几
率就越小，反应的速率也越慢
Байду номын сангаас
22
2010-121-230
吸附重金属的活性组 分 二者可发生离子交换 作用发生,并形成螯 合物
66
1、生物质
木质素
木质素的成本比活性炭约低20倍 对Pb,Zn的吸附能力分别为186，95mg/g 硫酸木质素对Hg的吸附能力为150mg/g
甲壳质和海产处理工艺废弃物
几丁质（广泛存在于自然界的一种含氮多糖类生物性高分 子，主要的来源为虾、蟹、昆虫等甲壳类动物的外壳与软 体动物的器官（例如乌贼的软骨），以及真菌类的细胞壁 等）存在于螃蟹的外骨骼、其他甲壳动物和一些真菌细胞壁中,
自然衰减作用的非生物过程
物理过程
对流：驱动地表下污染物运动的主要机制 弥散：引起纵向、横向和垂向迁移；降低溶质的浓度 扩散：从较高浓度区域向较低浓度区域扩散 挥发：将污染物从地下水中去除，并转移到土壤气相中 吸附：固着在含水层介质上，将溶质从地下水中去除 稀释：可能增加电子受体的浓度，特别是溶解氧的浓度
1984年，美国国会通过了修订资源保护与恢复法 案（简称RCRA），拓展了地下水净化计划
22
地下水环境修复技术
不同的修复技术对于不同的介质和污染物适用性 是不同的 1.分离、活化和提取技术 2.生物和化学反应技术
必须建立监测系统，以确认修复工程（或内在生 物修复系统）的长效运行
添加各种反应物，许多原位修复技术都需要
包括污染物的生物降解、扩散、稀释、吸附、挥 发、及化学或生物固定、转化或破坏等
这些作用在无人为干扰的可行条件下，能够降低
土壤和地下水中的污染物的数量、毒性、迁移性、
体积或浓度
17
17
监测条件下的自然衰减法
优点
污染物最终能被转化成无毒的副产物 无须人为介入 不会涉及到废物的重新产生或迁移 费用低 克服机械化修复设施所带来的局限
33
添加氧化/还原剂后潜在的地球化学变化
4
地下水污染修复中的新材料
生物质
树皮/富含丹宁酸的物质 木质素 几丁质/甲壳质 死的生物体 苔鲜 海草/海藻/褐藻酸 废弃的茶叶等
岩土材料
沸石 粘土 泥 有铁氧化物包壳的砂 粉煤灰 菱铁矿 黄土等
55
1、生物质
富含丹宁酸物质 丹宁酸中多羟基酚是
地下水污染修复技术与方法
1……总论 2……监控条件下的自然衰减法(MNA) 3……抽出处理法(PAT) 4……渗透性反应墙法(PRB) 5……生物修复法
1
总论
地下水环境修复技术是近年来环境工程和水文地质 学科发展最为迅猛的领域之一
1980年，美国国会首次把地下水净化列为国家最 优先问题之一，通过了综合环境响应，赔偿和责任 法案（简称CERCLA），即一般所谓超级基金 （Superfund）法案，用于支付净化废弃的有害 废物场地
99
2、地质材料
沸石
最早用于重金属污染治理的地质材料 斜发沸石是40多种天然沸石中储量最丰富的一种 沸石的吸附特性源于它们的离子交换能力
10 10
2、地质材料
粘土
具有比表面积大、孔隙率高、极性强等特征,对 水中各种类型的污染物质有良好的吸附
蒙脱石具有最小的结晶度,最大的表面积和最强 的阳离子交换能力,从而应具有最强的吸附能力
对重金属的吸附能力归因于细粒的硅酸盐矿物的 净负电荷结构性能
11 11
2、地质材料
12 12
2、地质材料
粉煤灰 火电厂的废物，含有碳和硅氧化物、铝氧化物、 铁氧化物及钙、镁、钠、钾、硫的氧化物。 潜在优势：金属被吸附后，它容易固化 。 因为粉煤灰在有水的情况下能与石灰反应形 成水泥质的硅酸钙水化物 值得注意：可能含有重金属及痕量放射性元素。
在自然界中的丰度仅次于植物纤维素 甲壳质不但廉价,数量丰富,它对重金属的吸附能力也很强，相
当于几丁质的56倍
77
8
1、生物质
死生物
死细胞聚集重金属的能力与活细胞相当甚至更强
谷壳
作为水稻商业性收割的副产品,稻壳具有与绿藻相似的结 构
与藻类对Cr和Pb的吸附能力相近,但它对Cd的吸附能力 几乎是藻类的两倍
脱氢卤化反应
涉及到卤代烷烃的消除反应 在反应中，卤素原子从一个碳原子上
去除，紧接着邻近碳原子上的一个氢 原子也去除，而生成烯烃 发生的可能性随着卤代基数量的增加 而增加
23
23
生物过程：内在生物降解作用
19
19
主要的自然衰减作用
非降解性作用
仅引起污染物的浓度降低，而系统中的污染物 总量并未改变的那些作用过程，包括水动力学 弥散（机械弥散和扩散）、吸附、稀释和挥发 等
降解性作用
包括生物降解和非生物降解作用
生物降解对污染物的降解起主导作用，取决于
污染物的类型及电子供体或碳源的可用性
20
20
13 13
2、地质材料
黄土 分布广，成本低 富含碳酸盐和粘土矿物， 偏碱性，且具有大孔隙 重金属（Cu、Cd、Pb、 Zn、Cr、As）及非离 子型有机污染物（甲苯）
14 14
主要修复方法
异位修复方法
置换、部分热解吸技术等
原位（就地）修复方法
监控条件下的自然衰减法（MNA） 渗透性反应墙（PRB）
异位+原位修复方法
抽出处理法（PAT）
15 15
1、监控条件下的自然衰减法 （MNA）
16
监测条件下的自然衰减法 （MNA, Monitored Natural Attenuation）
美国EPA的定义
依赖自然衰减作用，在同其他更有效的方法所用 时间相比属合理的时间限定内，使特定地点达到 修复目的
18
18
监测条件下的自然衰减法
局限性
时间很长
进行长期监测并负担相关费用，实施机构负责
受当地水文地质条件的自然变化及人为因素的影响
有利的水文和地球化学条件可能随着时间而发生变 化，从而导致曾经稳定化了的污染物重新发生运移， 对修复成果产生负面的影响
含水层的各向异性可能使场地特征复杂化
生物降解的中间产物可能会比原来的化合物更毒