第三章+污染土壤的物理修复_第二部分)

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第三章 污染土壤的物理修复(二)
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三、固化/稳定化土壤修复技术
3.1 概念:固化/稳定化(Solidification/Stabilization) 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,通常用于重金属和放射性物质污染土壤的无害化处 理,可以是原位也可以是异位。 固化是指将污染物包被起来,使之呈颗粒状或大块状存在, 进而使污染物处于相对稳定状态。稳定化是指将污染物转化 为不易溶解、迁移能力或毒性变小的状态和形式,即通过降 低污染物的生物有效性,实现其无害化或者降低其对生态系 统危害性的风险
< 232℃

空 气
处理土壤 260-540℃ 第二代直接接触热解吸系统流程图
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来自百度文库
湿气体清洗器
气体冷却装置
旋转干燥机 处理土壤 260-650℃
织物滤尘器
土 壤
喷射引擎 再燃装置 760-980
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度), 以使有机污染物从污染介质上得以挥发或分离的过程 分为两类:土壤或沉积物加热温度为150-315度的技术为 低温热解吸技术和温度达到315-540度的高温热解吸技术
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应用范围:热处理技术是应用于工业企业场地土壤有机污染的
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3.8
安全性问题
设计需要注意的问题
不同介质间的污染问题
其它问题:防范措施、有毒气体的处理、设
备的检查等
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3.9
固定稳定化技术应用
通常用于重金属和放射性物质污染土壤的无害化处理, 异位
固化/稳定化通常用于处理无机污染物质。对于受半挥发性 的有机物质及农药杀虫剂等污染物污染的情况,异位固化/ 稳定化进行修复的适用性有限。原位固化/稳定化通常用于 修复金属污染的介质。
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案例1:
美国目前有180个超级基金项目涉及固化与稳定化
技术进行土壤修复工作的研究。Meegoda用固化稳定
化技术对铬污染土壤进行了修复实验,采用硅土作为 粘合剂,使铬固化稳定化,结果土壤淋滤液中六价铬 的浓度从实验前的大于30mg/L降低到5mg/L以下。修 复后的土壤进行各项安全检测后应用与建筑工业。
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案例2:
我国对含有高毒金属离子和氰化物的电子工业废
物,经过固化/稳定化处理后,对上面所长的草和农
作物进行有毒金属含量测试,结果没有检测出这些高 毒金属离子和氰化物,这说明固化稳定化处理有毒金 属离子和氰化物,这说明固定稳定化处理有毒有害金 属起到了一定效果。
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4、玻璃化修复技术 (Vitrification remediation)
进行加热,利用热量强化土壤蒸汽浸提技术,使污染物在土壤颗粒内解
吸而达到污染土壤的修复目的。无线电波加热主要利用无线电波中的电 磁能量进行加热,过程无需土壤的热传导。能量由埋在钻孔中的电极导 入土壤介质,加热机制类似于微波炉加热。 正常的加热系统包括:无线电能量辐射布置系统;无线电能量发生、传 播和监控系统;污染物蒸汽屏蔽包容系统;污染物蒸汽回收处理系统
者电阻加热产生蒸汽加热,可以将土壤加热到100度
主要用于处理的污染物是半挥发性卤代物和非卤代
物及浓的非水溶性液态物质。
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5.2.1 主要的影响因素
地下土壤的异质性,会影响修复处理的均匀程度 渗透性能低的土壤难以处理 在不考虑重力的情况下,会引起蒸汽绕过非水溶性液态稠密 污染物 地下埋藏的导体,会影响电阻加热的应用效果 流体注射和蒸汽收集系统,必须严格设计、严格操作,以防 止污染物扩散进入清洁土壤 蒸汽、水和有机液体必须回收处理 需要尾气收集处理系统
包括原位和异位技术
原位玻璃化技术的发展起源于20世纪五六十年代
核废料的玻璃化处理技术,近年来推广到土壤修复
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4.1
原位玻璃化技术是指通过向污染土壤插入电极,对污染土壤固
相组分给予1600~2000度的高温处理,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。其中,有机污染物热解产生的水分和热解产物由气体收集系统进行 进一步处理。熔化的污染土壤冷却后形成化学惰性的、非扩散的整块坚 硬玻璃体,有害无机离子得到固定。 此技术适用于含水量较低、污染物深度不超过6M的土壤
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4.1.1 原位玻璃化技术的影响因素
埋设的导体通路 质量分数超过20%的砾石 土壤加热引起的污染物向清洁土壤的迁移 易燃易爆物质的累积 土壤或者污泥中可燃有机污染物的质量分数超过5%~10% 固化的物质可能会妨碍今后现场的土地利用与开发 低于地下水位的污染修复需要采取措施防止地下水反灌 湿度太高会影响成本
主要物理修复技术,已经应用于苯系物、多环芳烃、多氯联苯
和二噁英等污染土壤的修复。

应用方式:直接加热使污染物挥发或分解,间接加热使污染物
挥发。

优点:工艺简单,处理范围宽,设备可移动,修复后土壤可再 利用,可使挥发 性有机化合物完全实现无害化。

缺点:能耗大,操作费用高,且只适用于易挥发的污染物
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备,也可以是异位修复,如加热灶和热气抽提设备。
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6.1 直接接触热解吸系统
6.1.1经历了3个发展阶段
土 壤
旋转干燥机
< 230℃
织物滤尘器
喷射引擎再燃
装置760-980 ℃
空 气
处理土壤 150-200℃ 第一代直接接触热解吸系统流程图
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气体冷却装置
织物滤尘器
土 壤
旋转干燥机
喷射引擎 再燃装置 760-980
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5.2.2 低温原位加热修复技术应用的成本估算
固定成本
提取井安 装 采样点安 装设备 人员设备 安置
可变成本
加热设备租用 尾气处理设备租用 冷凝设备租用 能源动力费 现场监控 现场卫生、安全保障 工艺控制采用分析
其它管理工作
有机液体污染物 处理 尾气处理
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5.3 原位电磁波加热修复技术
也属于高温原位加热技术,利用高频电压产生的电磁波能量对现场土壤
2
3.2 原理: 固化/稳定化技术一般常采用的方法为:先
利用吸附质如黏土、活性炭和树脂等吸附污染物,
浇上沥青,然后添加某种凝固剂或黏合剂,使混合
物成为一种凝胶,最后固化为硬块。
3
4
3.3 固化/稳定化技术具有以下一些特点:
需要污染土壤与固化剂/稳定剂等进行原位或异位混合,与 其他固定技术相比,无需破坏无机物质,但可能改变有机物
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3.7 原位固化/稳定化
水 混合 尾气处理(可选) 尾渣处理
固化/稳定化药剂
固化/稳定化介质
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3.7.1 原位固化/稳定化的影响因素
许多污染物/过程相互复合作用的长期效应尚未有现场实际经 验可以参考
污染物埋藏深度会影响、限制一些具体的应用过程 必须控制好粘结剂的注射和混合过程,防止污染物扩散进入 清洁土壤 与水的接触或者结冰/解冻循环过程会降低污染物的固定化效 果 粘结剂的输送和混合要比异位固化过程困难,成本相对也高
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39
5.3.1 影响因素
含水量高于25%的土壤能耗很大,水的蒸发降低了系统的效

对非挥发性有机物、无机物、金属及重油无效 深入15米的地下土层,某些特定的电磁波加热技术的运用 效果不理想 粘性土壤吸附的污染物难于去除,会降低电磁波加热系统
性能
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六 热解吸修复技术(Thermaldesorption remediation)
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5.1.2 高温原位加热修复技术应用的成本估算 固定成本
提取井安装 采样点安装 设备 人员设备安 置
可变成本
加热设备租用 尾气处理设备租用 能源动力费 现场监控 现场卫生、安全保障 工艺控制采用分析
其它管理工作
尾气处理
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5.2 低温原位加热修复技术
利用蒸汽井加热,包括蒸汽注射钻头、热水浸泡或
质的性质
稳定化可能与封装等其它固定技术联合应用,并可能增加污 染物的总体积
固化/稳定化处理后的污染土壤应当有利于后续处理
现场应用需要安装下面全部或部分设施:原位修复所需的螺 旋钻井和混合设备;集尘系统;挥发性污染物控制系统;大
型储存池。
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3.4 固化/稳定化技术优势
可以处理多种复杂金属废物
性较差;污染土壤本身某些固定组分
7
3.6 异位固化/稳定化
8
9
3.6.1 异位固化/稳定化限制因素
最终处理时的环境条件可能会影响污染物的长期稳定性
一些工艺可能会导致污染土壤或固废体积显著增大
有机物质的存在可能会影响黏结剂作用的发挥 VOCs通常很难固定 对于成分复杂的污染土壤或固体废物还没有发现很有效的粘 合剂 石块或碎片比例太高会影响粘结剂的注入和与土壤的混合
利用热传导(如热井和热墙)或辐射(如无线电波加热)实
现对污染土壤的修复
包括高温(>100℃ )原位修复技术、低温(< 100℃ )原位
修复技术和原位电磁波加热修复技术
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5.1 高温原位加热修复技术
利用气提井和鼓风机将水蒸汽和污染物收集起来,通过热传
导加热,可以通过加热毯从地表进行加热,也可以通过安装 在加热井中的加热器件进行。 高温原位加热修复技术主要用于半挥发性的卤代有机物和非 卤代化合物、多氯联苯以及密度较高的非水质液体有机物等
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连续给料系统采用异位处理方式,即污染物必须从原地挖出,经过一定
处理后加入处理系统。连续给料系统既可采用直接加热方式,也可采用
间接火焰加热方式。代表性的连续给料热解吸系统包括:直接接触热解
吸系统-旋转干燥机;间接接触热解吸系统-旋转干燥机和热旋转。
批量给料系统既可以是原位修复,如热毯系统、热井和土壤气体抽提设
热处理流程图
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TD*X Associates Direct Fired Thermal Desorption Unit 45/107
热解吸技术可以分为两步:1、加热被污染的物质使其中的 有机污染物挥发;2、处理废气,防止挥发污染物扩散到大

可以分为直接接触加热(火焰辐射直接加热或燃气对流直 接加热)和间接接触加热(通过物理隔离,如钢板,将热 源与被加热污染物分开)两种 热解吸系统可以进一步分为两类:连续给料系统和批量给 料系统
解产物由气体收集系统进行进一步处理。熔化的污染土壤冷
却后形成化学惰性的、非扩散的整块坚硬玻璃体,有害无机 离子得到固定。
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4.2.1 异位玻璃化技术影响因素
需要控制尾气中的有机污染物以及一些挥发
的重金属蒸汽
需要处理玻璃化后的残渣
湿度太高会影响成本
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五、热力学修复技术(Thermodynamic remediation)
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4.1.2 原位玻璃化技术应用的成本估算
固定成本 可变成本 其它管理工作
尾气处理
人员设备安 电源、电极设备租用 置 罩子及尾气处理设备租用 运行维护人工费 能源动力费 现场监控 现场卫生、安全保障 工艺控制采用分析
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4.2 异位玻璃化技术
指使用等离子体、电流或其他热源在1600~2000度的高 温熔化土壤及其中的污染物,使有机污染物在高温下被热解 或蒸发去除,有害无机离子则得以固定化,产生的水分和热
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很难生长,不致破坏结块结 构
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3.5 固化/稳定化技术影响因素
物理机制:水分及有机污染物含量过高,部分潮湿土壤或者 废物颗粒与粘结剂接触粘合,而另一部分未经处理的土壤团 聚体或结块,最后形成处理土壤与粘结剂混合不均匀;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;干燥或粘性土壤或废物容易导致混合不均 化学机制:化学吸附/老化过程;沉降/沉淀过程;结晶作用 其他因素:含油或油脂的污染土壤固化/稳定化后,其稳定
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5.1.1 高温原位加热修复技术的影响因素
地下土壤的异质性会影响原位修复处理的均匀程度 提取挥发性弱一些的有机物的效果,取决于处理过程所选择 的最高温度 加热和蒸汽收集系统必须严格设计、严格操作、以防止污染 物扩散进入清洁土壤 经过修复的土壤结构,可能会由于高温而发生变化 如果处理饱和层土壤,需要高能来将水加热,会大幅度提高 成本 含有大量粘性土壤及腐殖质的土壤,由于对挥发性有机物具 有较高吸附性,会导致去除速率降低 需要尾气收集处理系统
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