地下水污染修复(最新版)课件.ppt
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1、地下水污染修复2 总论总论3 地下水环境修复技术地下水环境修复技术添加氧化添加氧化/还原剂后潜在的地球化学变化还原剂后潜在的地球化学变化 5 地下水污染修复中的地下水污染修复中的新材料新材料6 1、生物质、生物质7 1、生物质、生物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9 1、生物质、生物质10 2、地质材料、地质材料11 2、地质材料、地质材料12 2、地质材料、地质材料13 2、地质材料、地质材料14 2、地质材料、地质材料n分布广,成本低分布广,成本低 n富含碳酸盐和粘土矿物,富含
2、碳酸盐和粘土矿物,偏碱性,且具有大孔隙偏碱性,且具有大孔隙n重金属(重金属(Cu、Cd、Pb、Zn、Cr、As)及非离)及非离子型有机污染物(甲苯)子型有机污染物(甲苯)15 主要修复方法主要修复方法1、监控条件下的自然衰减法、监控条件下的自然衰减法(MNA)抽出-处理法(Pump And Treatment)地下环境中土生的微生物能降解许多有机化合物,如汽油、煤油、柴油、航空燃料;自然衰减作用的非生物过程苯、甲苯、乙苯、二甲苯;当微生物将有机化合物用作氧化还原总反应的电子供体(主要的生长基质)时,供应生长的有机化合物就会发生微生物氧化反应1、有机化合物用作生长底物富含碳酸盐和粘土矿物,偏碱性
3、,且具有大孔隙municipal&industrial不会涉及到废物的重新产生或迁移地下水在反应区内流动的距离在发酵反应中,有机化合物在反应的第一步既起着电子供体、也起着电子受体的作用把污染区的污染物质通过植物的作用转移到别的地方,使该区的污染不再那么严重1、有机化合物用作主要的生长底物对流:驱动地表下污染物运动的主要机制从污染场地抽出被污染的水,并用洁净的水置换之;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进行长期监测并负担相关费用,实施机构负责对抽出的水加以处理,污染物最终可以被去除几丁质(广泛存在于自然界的一种含氮多
4、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必须把对抽出-处理系统的监测作为修复措施整体必不可少的组成部分,监测系统的运行状态17 监测条件下的自然衰减法监测条件下的自然衰减法(MNA,Monitored Natural Attenuation)美国美国EPA的定义的定义 l依赖自然衰减作用,在同其他更有效的方法所用依赖自然衰减作用,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,使特定地点达到时间相比属合理的时间限定内,使特定地点达
5、到修复目的修复目的 l包括污染物的生物降解、扩散、稀释、吸附、挥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、转化或破坏等发、及化学或生物固定、转化或破坏等 l这些作用在无人为干扰的可行条件下,这些作用在无人为干扰的可行条件下,能够降低能够降低土壤和地下水中的污染物的数量、毒性、迁移性、土壤和地下水中的污染物的数量、毒性、迁移性、体积或浓度体积或浓度18 监测条件下的自然衰减法监测条件下的自然衰减法优点优点 l污染物最终能被转化成无毒的副产物污染物最终能被转化成无毒的副产物 l无须人为介入无须人为介入 l不会涉及到废物的重新产生或迁移不会涉及到废物的重新产生或迁移 l费用低费
6、用低 l克服机械化修复设施所带来的局限克服机械化修复设施所带来的局限19 监测条件下的自然衰减法监测条件下的自然衰减法局限性局限性 l时间很长时间很长 l进行长期监测并负担相关费用,实施机构负责进行长期监测并负担相关费用,实施机构负责 l受当地水文地质条件的自然变化及人为因素的影响受当地水文地质条件的自然变化及人为因素的影响 l有利的水文和地球化学条件可能随着时间而发生变有利的水文和地球化学条件可能随着时间而发生变化,从而导致曾经化,从而导致曾经稳定化了的污染物重新发生运移,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对修复成果产生负面的影响 l含水层的各向异性可能使含水层的各向异性
7、可能使场地特征复杂化场地特征复杂化 l生物降解的中间产物可能会比原来的化合物更毒生物降解的中间产物可能会比原来的化合物更毒20 主要的自然衰减作用主要的自然衰减作用非降解性作用非降解性作用 l仅引起污染物的仅引起污染物的浓度降低浓度降低,而系统中的污染物,而系统中的污染物总量并未改变总量并未改变的那些作用过程,包括水动力学的那些作用过程,包括水动力学弥散(机械弥散和扩散)、吸附、稀释和挥发弥散(机械弥散和扩散)、吸附、稀释和挥发等等 降解性作用降解性作用 l包括包括生物降解生物降解和和非生物降解非生物降解作用作用 l生物降解生物降解对污染物的降解对污染物的降解起主导作用起主导作用,取决于取决于
8、污染物的类型污染物的类型及及电子供体电子供体或或碳源碳源的可用性的可用性21 自然衰减作用的自然衰减作用的非非生物过程生物过程 物理过程物理过程 l对流对流:驱动地表下污染物运动的主要机制:驱动地表下污染物运动的主要机制 l弥散弥散:引起纵向、横向和垂向迁移;降低溶质的浓度:引起纵向、横向和垂向迁移;降低溶质的浓度 l扩散扩散:从较高浓度区域向较低浓度区域扩散:从较高浓度区域向较低浓度区域扩散 l挥发挥发:将污染物从地下水中去除,并转移到土壤气相中:将污染物从地下水中去除,并转移到土壤气相中 l吸附吸附:固着在含水层介质上,将溶质从地下水中去除:固着在含水层介质上,将溶质从地下水中去除 l稀释
9、稀释:可能增加电子受体的浓度,特别是溶解氧的浓度:可能增加电子受体的浓度,特别是溶解氧的浓度 化学过程化学过程 l水解与脱氢卤化作用水解与脱氢卤化作用:重要的自然衰减机理重要的自然衰减机理 2010-11-3022 水解反应水解反应取代反应取代反应 在反应中,化合物与水发生反应,卤代基被在反应中,化合物与水发生反应,卤代基被羟基(羟基(OH-)取代)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,反应的速率也越慢率就越小,反应的速率也越慢23 脱
10、氢卤化反应脱氢卤化反应 涉及到卤代烷烃的消除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发生的可能性随着卤代基数量的增加而增加而增加24 生物过程:内在生物降解作用生物过程:内在生物降解作用许多实验室和野外研究显示许多实验室和野外研究显示 l地下环境中土生的微生物能降解许多有机化合物,如汽地下环境中土生的微生物能降解许多有机化合物,如汽油、煤油、柴油、航空燃料;氯代乙烯、氯代乙烷、氯油、煤油、柴油、航空燃
11、料;氯代乙烯、氯代乙烷、氯代甲烷、氯苯等代甲烷、氯苯等 l99%的地区存在各种各样的能降解石油类碳氢化合物的的地区存在各种各样的能降解石油类碳氢化合物的微生物群落微生物群落 l地下水中,只有溶解或被吸附了的有机化合物,且对完地下水中,只有溶解或被吸附了的有机化合物,且对完成生物降解过程有用的其它化合物(例如:溶解氧、硝成生物降解过程有用的其它化合物(例如:溶解氧、硝酸盐等)存在时,才会发生生物降解酸盐等)存在时,才会发生生物降解 l在生物降解过程中,产生的中间产物可能比原始化合物在生物降解过程中,产生的中间产物可能比原始化合物更有危害性更有危害性25 生物降解机制生物降解机制电子供体电子供体
12、l以相对还原态存在的化合物,包括自然有机物质、石油类碳以相对还原态存在的化合物,包括自然有机物质、石油类碳氢化合物、低氯代乙烯、乙烷、甲烷、以及氯代苯、溶解氢氢化合物、低氯代乙烯、乙烷、甲烷、以及氯代苯、溶解氢等等等等 电子受体电子受体 l以相对氧化态存在的单质或化合物,包括溶解氧、硝酸盐、以相对氧化态存在的单质或化合物,包括溶解氧、硝酸盐、铁(铁(III)、氢氧化物、硫酸盐、二氧化碳、以及几种氯代烃溶)、氢氧化物、硫酸盐、二氧化碳、以及几种氯代烃溶剂等等剂等等 微生物促发并利用电子供体微生物促发并利用电子供体/电子受体的氧化还原过程,获取电子受体的氧化还原过程,获取能量,形成微生物群体,并降
13、解有机物能量,形成微生物群体,并降解有机物26 生物降解类型生物降解类型1、有机化合物用作主要的、有机化合物用作主要的生长底物生长底物 l生物氧化反应生物氧化反应 l生物还原反应生物还原反应 l发酵反应发酵反应 2、共代谢、共代谢生长迅速且纤维根系发达地下水污染修复中的新材料自然衰减作用的非生物过程原理:当被污染的水流经泥砖时,营养物质被释放,引发脱氮作用来降解BTEX。此时,可通过收获这些植物,通过燃烧或别的方法来从植物体内分解出这些物质沸石的吸附特性源于它们的离子交换能力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,而生成烯烃苯、甲苯、
14、乙苯、二甲苯;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混凝法、氧化还原法、离子交换法以及中和沉淀法等生物接触氧化法、生物滤池法等必须把对抽出-处理系统的监测作为修复措施整体必不可少的组成部分,监测系统的运行状态扩散:从较高浓度区域向较低浓度区域扩散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苯、甲苯、乙苯、二甲苯;以相对氧化态存在的单质或化合物,包括溶解氧、硝酸盐、铁(III)、氢氧化物、硫酸盐、二氧化
15、碳、以及几种氯代烃溶剂等等1、有机化合物用作生长底物Cunningham等研究了植物对环境中土壤铅的固定,发现一些植物可降低Pb的生物可利用性,缓解Pb对环境中生物的毒害作用运用植物和与之相关的微生物来原位处理受到污染的水与土壤,它是能够有效、便宜清除多种有机和无机废物的新技术27 1、有机化合物用作、有机化合物用作生长底物生长底物 生物氧化反应生物氧化反应 l当微生物将有机化合物用作氧化还原总反应当微生物将有机化合物用作氧化还原总反应的电子供体(主要的生长基质)时,供应生的电子供体(主要的生长基质)时,供应生长的有机化合物就会发生微生物氧化反应长的有机化合物就会发生微生物氧化反应 l在有氧或
16、厌氧条件下都会发生生物氧化反应在有氧或厌氧条件下都会发生生物氧化反应 l可溶性石油碳氢化合物(如可溶性石油碳氢化合物(如BTEX)、)、DCE、氯代乙烯、氯代苯等低氧化氯代化合物,都氯代乙烯、氯代苯等低氧化氯代化合物,都能被用作微生物新陈代谢的电子供体能被用作微生物新陈代谢的电子供体28 1、有机化合物用作、有机化合物用作生长底物生长底物 生物还原反应生物还原反应 l当微生物将有机化合物用作氧化还原总反应当微生物将有机化合物用作氧化还原总反应的电子受体(主要的生长基质)时,供应生的电子受体(主要的生长基质)时,供应生长的有机化合物就会发生微生物还原反应长的有机化合物就会发生微生物还原反应 lP
17、CE、TCE、TCA、以及四氯化碳等氯代溶、以及四氯化碳等氯代溶剂剂 l在卤呼吸作用过程中,氯代碳氢化合物被直在卤呼吸作用过程中,氯代碳氢化合物被直接用作电子受体,而溶解氢则被直接用作电接用作电子受体,而溶解氢则被直接用作电子供体子供体29 1、有机化合物用作、有机化合物用作生长底物生长底物 发酵作用发酵作用 l在发酵反应中,有机化合物在反应的第一步既起着在发酵反应中,有机化合物在反应的第一步既起着电子供体、也起着电子受体的作用电子供体、也起着电子受体的作用 l发酵过程是唯一不需要外部电子受体的反应发酵过程是唯一不需要外部电子受体的反应 l通过一系列的微生物催化下的内部电子迁移过程,通过一系列
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