5.2.16电动修复技术在线视频

各位同学大家好

今天我们来学习土壤污染控制

污染土壤修复技术中的污染土壤电动修复技术

下面我们将分

电动修复定义、电动修复技术原理

电动修复技术特点以及

电动修复技术影响因素四个方面来学习

最后再来看一个污染土壤电动修复的

实际应用案例

首先我们来看电动修复技术定义

电动修复是通过在污染土壤两侧施加直流电压

从而形成电场梯度

土壤中的污染物质在电场作用下

通过电迁移、电渗流或电泳的方式被带到

电极两端

从而使污染土壤得以修复的方法

当电极池中的污染物达到一定浓度时

便可以通过收集系统排入废水池

按废水处理的方法进行集中处理

下面我们来看电动修复的原理

大家来看这是污染土壤电动修复的

模拟示意图

左边红色的是阳极区

右边蓝色的是阴极区

中间是污染土壤电动修复的直流电源

修复之后的污染物

会在阳极区或者阴极区加以收集进行净化处理

下面我们来看第一个

修复的原理过程是电迁移

它是指带电离子在土壤溶液中

向带相反电荷电极方向运动的过程

如阳离子向阴极方向移动

如常见的土壤中的重金属污染物

而阴离子则向阳极方向移动

在电动修复系统里可以M

来代表阳离子如重金属

它是向阴极迁移的过程

第二个污染土壤电动修复的原理

是电渗流又叫电渗析流

土壤微孔中的液体在电场作用下

由于其带电双电层与电场的作用

而做相对于带电土壤表层的移动

前边讲过污染土壤

带负电

土壤溶液中的交换性阳离子带正电

从而形成土壤溶液体系的带电双电层

在电场作用下

带电双电层中的阳离子会拖动水溶液

向阴极移动

而同时阴离子会拖动土壤水

向阳极移动

总体上来说

向阴极移动的力要大于向阳极移动的

最终会造成土壤水向

土壤电动修复系统的阴极移动

溶解在土壤水溶液中

的有机污染物、重金属等

也会随之向土壤电动系统的阴极迁移

第三个

电动修复的原理过程是电泳

指的是带电粒子相对于稳定液体的运动

及土壤溶液中的带电胶体微粒

在电场作用下发生的迁移，我们以“C负号“

也就是带负电的土壤胶体来代表

土壤胶体的电泳过程

所适用的污染物既包括重金属

也包括有机污染物等吸附在土壤胶体上的

各种污染物

会随着电泳过程迁移到土壤电动系统的阳极

我们再来看最后一个

电动修复的原理，即酸性迁移

酸性迁移主要是氢离子

向阴极迁移以及氢氧根离子向阳极移动的

过程

下面

我们详细来看

由于各种电动效应的存在

在土壤电动修复过程中

阳极和阴极会发生电解

其中阳极会产生氢离子和氧气

氢离子会在电场的作用下向阴极迁移

同时阴极会产生氢氧根离子和氢气

会向土壤电动修复系统的阳极迁移

这样就会在土壤电动修复系统中形成

pH值从12-2的

分区分布

同时由于氢离子迁移速度是氢氧根离子的两倍

且与电渗析流方向相同

最终会在土壤电动修复系统中形成酸性迁移带

下面我们来总体看一下

不管是电迁移

电渗析

电泳还是酸性迁移过程

在实际的电动修复系统中

都可能是全部存在或者部分存在的

总体上会造成所有带正电的离子

向阴极迁移

而带负电的离子或者土壤胶体颗粒

向阳极迁移

共同完成实际的污染土壤电动

修复过程

下面我们来看电动修复技术的增强

刚才我们提到对于电动修复技术来说

阳极区、阴极区污染物如不加以收集

会造成二次污染

所以阳极与阴极区渗滤液收集与处理

就显得至关重要

而阳极区与阴极区渗滤液的处理排放

会相对比较复杂

且成本比较高

所以可以对其进行生物修复的增效

比方说可以用植物-微生物联合作用

彻底去除污染物或者是

在酸性迁移区

比方说阴极区附近

投加高效耐酸性微生物

从而达到电动修复系统中污染物

的彻底去除

来解决刚才我们提到的阳极区

与阴极区渗滤液处理与排放复杂

且成本高的问题

另外，还可以在污染土壤

电动修复系统中

去用高富集性的

高效修复植物来达到这样的目的

可以用海州香薷

印度芥菜

东南景天、萼堇菜

龙葵或者是蜈蚣草来达到

强化增效的目的

当然这也完全符合绿色可持续

修复技术的理念

下面我们来看污染土壤电动修复技术的

影响因素

主要有三个方面

即土壤类型

污染物特征以及电压和电流的影响

首先我们来看土壤类型

电动修复技术可以适用从黏土

到粉砂土的多种土壤类型

这与我们前边讲过的污染土壤

气相抽提技术

化学淋洗技术等基本只适用于轻质的

像粉砂土这样的土壤类型是不同的

但是值得注意的是不同渗透率

不同质地的土壤

它的电动修复效率和机制会有所差别

比方说粉砂土这样的土壤类型

污染土壤电动修复过程

包括电迁移

电渗析流和电泳都可能发挥作用

而对于质地黏重的如黏土

可能电泳就不能发挥作用了

也就是说土壤类型

对电动修复技术有很重要的影响

另外大家要注意具有较低酸碱缓冲

能力的如高岭土

由于较易获得介质的酸性

它对土重金属有较高的去除率

而蒙蛭组则通常酸碱缓冲能力较高

需要比较多的像酸试剂来增强

重金属的脱附

从而达到电动修复的高效率

下面我们来看污染物特性对于

电动修复技术的影响

首先不同污染物种类

其电动修复的原理过程和效果会有所差异

比如重金属离子可以通过电迁移

电渗析流

电泳等多种电动修复过程去除

而有机污染物由于它本身不带电性

所以在电动修复系统中主要的

去除过程是电渗析流

另外除了污染物种类

一些污染物的价态也会对其电动修复

过程产生影响

比如对于铬这种污染物

六价铬经常以阴离子的形态存在

它移动性比较强

比较容易去除

而相对来说

三价铬主要以阳离子形态存在于土壤环境中

所以吸附能力比较强

容易发生沉淀

那么在电动修复过程中就难以去除

最后我们来看

电压和电流对于电动修复过程的影响

众所周知

电压和电流是电动修复过程的主要控制参数

其大小会对电动修复过程的效率有

重要的影响

较高的电流强度能够加快污染物的迁移速度

从而提高电动修复系统的效率

一般情况下来说

在电动修复系统里

能耗与电流的平方成正比

例如一般土壤电动修复过程中采用的

电流强度在10-100毫安每平方厘米之间

而电压梯度在0.5伏每平方厘米左右

下面我们来看电动修复技术的特点

首先我们来看电动修复技术的优点

主要有三个方面

第一

电动修复技术的成本较低

它可以直接把污染物从现场进行

清除，处理费用

按照文献报道和现场的应用

大概在20-30美元每吨之间

对比现在的异位焚烧、淋洗等等成本是

比较低的

第二

与挖掘、异位土壤淋洗等技术相比

电动修复对场地破坏很小

可以很大程度上维持景观与建筑

它的施工主要是一些电极矩阵布设等等

所以说可以达到这样的优点

第三

对于水利传导性较差

特别是黏土含量高的土壤也有较强适用性

就是刚才我们提到的可以用不同

电动修复原理过程

来适应不同污染土壤类型

下面我们再来看电动修复技术的缺点

也是三个方面

第一个

污染物的溶解性和污染物从土壤

胶体表面的脱附性能

对于电动修复技术的成功应用具有

重要的影响

第二

金属电极电解过程中会发生溶解

有可能会产生腐蚀性物质

因此需要采用一些惰性电极

如碳

石墨

铂等

有可能会造成电动修复技术成本的上升

第三

当土壤含水率低于10%时

处理效率会受到较大影响

尤其对于有机污染物等

以电渗析流为主要修复过程的污染物

处理效率会有更明显的影响

另外非水相液体也就是NAPLs类物质

在电动修复过程中有可能会

引发系统的堵塞

对电动修复系统的运行和电动

修复系统的整体产生影响

下面我们来看电动修复技术设备及其现场应用

这是一套电动修复模拟装置

在现场应用时的中控操作台

这是沈北修复基地

现场电极矩阵的铺设

最下边是胜利油田孤岛

石油污染土壤电动修复基地

最后我们来看一个电动修复技术的案例

这个案例是中国科学院沈阳应用生态研究所

在沈阳市某焦化厂

高环PAHs污染土壤开展的一个

电动-微生物联合修复技术案例

此修复工程面积是200平米

极间距1米

土壤高是0.7米

首先我们来看污染土壤中PAHs的

组成与含量

大家从表中可以看出

此焦化厂的土壤中检出了13种PAHs

覆盖了16种

优控PAHs的绝大部分

从PAHs的环数来说

从三环到六环全有分布

应该说从低环到高环都有

从多环的含量来说

最低的超过了70mg/kg

而最高的则超过了1000mg/kg

我们再来看焦化厂土壤中的特征污染物

苯并(a)芘的含量近200mg/kg

而土壤中PAHs的总含量

更是超过了5500mg/kg

可见PAHs的污染非常严重

下面我们来看此修复工程的

修复方案

共有10个步骤

首先进行场地平整

然后是土壤筛分 投加高效降解菌剂

确定PAHs的空间分布

然后进行营养物质的添加

待修复土方的堆砌

在堆砌好的土方上进行电极矩阵铺设

然后对修复土壤进行营养物与水分的

进一步平衡

优化电动参数

进行修复工程的实时监控与管理

最终就是修复技术达标

那么下面我们就来看修复

现场的实施及技术构成

右边的是电动-微生物修复的现场示意图

左边这一块是现场电极矩阵的铺设

电动修复技术中控台

修复微生物菌剂投加系统

以及集水槽

左边的是现场施工局部

侧视图

我们可以看到一些细节

这是防渗层隔离墙

电极矩阵的铺设和间距等

最后我们来看电动修复的效果

此电动-微生物联合修复系统在

98天时的修复最高效率

可以达到51.2%

我们来看右边的修复系统

修复效果图

最下边的CK是空白

它98天的修复效率是15%左右

中间是纯微生物修复系统

98天的修复效率约20%

而电动-微生物联合修复

98天的修复效率

是51.2%

还是比较高的

总体来说在现场使用规模下

PAHs削减的负荷可以达到40.6克

每立方米每天

可见电动修复或者是电动-生物联合修复

未来应用前景是较好

同学们

电动修复技术的讲解就到这里

谢谢大家