地下水污染修复解读
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当于几丁质的 56 倍
7
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
9
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
20
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
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
2、地质材料
?
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。
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
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 ）
?添加各种反应物 ，许多原位修复技术都需要
3
添加氧化 /还原剂后潜在的地球化学变化
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
? 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
2
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
? 化学过程
? 水解与脱氢卤化作用:重要的自然衰减机理
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
5
1、生物质
? 富含丹宁酸物质 ? 丹宁酸中多羟基酚是
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
6
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 ,
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
?异位+原位修复方法
?抽出处理法（PAT ）
15
1、监控条件下的自然衰减法 （MNA ）
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 ? 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
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
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
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
17Leabharlann Baidu
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
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
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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
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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
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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
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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
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2、地质材料
?
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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。
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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）
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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 ）
?添加各种反应物 ，许多原位修复技术都需要
3
添加氧化 /还原剂后潜在的地球化学变化
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
? 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
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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
? 化学过程
? 水解与脱氢卤化作用:重要的自然衰减机理
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
5
1、生物质
? 富含丹宁酸物质 ? 丹宁酸中多羟基酚是
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
6
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 ,
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
?异位+原位修复方法
?抽出处理法（PAT ）
15
1、监控条件下的自然衰减法 （MNA ）
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 ? 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
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
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
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
17Leabharlann Baidu
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
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