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              土壤和地下水修復技術

              當前位置:首頁 > 公司核心技術

              一、 地下水修復核心技術

              關于公司:

              技術創新能力:公司中國礦業大學等密切合作擁有國家級科研技術平臺,承擔了國家及省部級科研項目,具備研發創新、技術轉化和產業化應用的多重優勢。 

              公司專家團隊:公司擁有環境修復專家團隊,設有土壤修復技術人研發中心。

              公司業務范圍:土壤和地下水修復解決方案設計和咨詢、場地調查、環境監測、風險評估、工程設計與施工以及治理過程中需要藥劑的投加技術等。

              核心技術:公司通過自主研發和引進吸收,在環境修復領域形成了行業領先的完整技術體系。 
              1 地下水修復項目的業務范圍

              調查類

                 ◆地下水“雙源”清單

                 ◆地下水環境背景值調查

                 ◆地下水環境狀況調查

                 ◆酸性礦山廢水調查

                 ◆巖溶水地表水-地下水交互調查

              咨詢類

                 ◆地下水污染防治分區劃定

                 ◆地下水型飲用水水源補給區劃分

                 ◆地下水生態環境狀況評估

                 ◆地下水生態環境信息平臺建設

              工程類
              地下水污染源防滲改造工程
                 ◆地下水抽出處理技術P&T
                 ◆地下水處理循環井技術GCW
                 ◆ 地下水納米零價鐵原位還原技術(ZVI)
              2 地下水污染有四個層面的標準,不同項目的關注點有所不同:
                 ◆地下水環境基準(背景值)不受人類活動影響的地下水原有環境狀況,地下水修復時應結合背景值和使用目的考慮修復標準
                 ◆地下水環境質量標準(環境質量狀況值)受自然和人類活動綜合影響下的地下水中各種環境要素的變化狀況及其對人類或其他生物生存、繁衍及社會經濟發展的適宜性
                 ◆地下水環境風險控制標準(篩選值或干預值)在自然和人類活動影響下,地下水受到不同程度的污染,其中有害物質對人體健康和生態環境健康處于可接受水平的限值
                 ◆地下水污染修復標準(修復目標值)地下水由于人類活動的影響,受到嚴重污染,地下水有害物質必須進行處理達到的健康風險可接受水平,與地下水用途、技術水平和經濟水平有關
              3 在調查地下水污染情況時,需要對地下水中污染物的分布及遷移情況分析

              單組分溶解態污染物遷移作用包括:

                 (1)土壤地下水流運動

                 ◆分子擴散(隨機運動)
                 ◆對流(滲透系數,達西定律)

                 ◆機械彌散(彌散系數,宏觀彌散度)

                 (2)污染物運移的其他作用

                 ◆吸附作用
                 ◆衰變與降解
                 ◆考慮地下水的對流、彌散、流體匯/源項、平和吸附作用、一級不可逆反應后,單一化學組分的三維遷移偏微分方程可表示為(習慣上稱為對流-彌散方程):



                 ◆通過確定模型維度(二維、三維)、劃定模擬范圍、建立水流模型網格、確定模型初始條件與邊界條件、設置模型的源和匯,可針對地下水流場和污染物遷移進行模擬分析,指導后續修復工程。
                 ◆我公司針對地下水污染工程,儲備大量修復技術,其中主要推薦的是地下水抽出處理技術(P&T)、地下水處理循環井技術(GCW)和地下水納米零價鐵原位還原技術(ZVI)。
              4 地下水抽出處理技術
                 原理:根據地下水污染范圍,在污染場地布設一定數量的抽水井,通過水泵和水井將污染地下水抽取上來,利用地面設備處理。處理后的地下水,排入地表徑流回灌到地下或用于當地供水。
                 條件:適用于污染地下水,可處理多種污染物。不宜用于吸附能力較強的污染物,以及滲透性較差或存在NAPL(非水相液體)的含水層。
                 技術路線
                 關鍵技術參數或指標:滲透系數、含水層厚度、抽水井間距、抽水井數量、井群布局和抽提速率。
                 技術應用基礎和前期準備
                 在利用抽提出理技術進行修復前,應進行相應的可行性測試,目的在于評估抽提出理技術是否適合于特定場地的修復并為修復工程設計提供基礎參數,測試參數包括: 
                 (1)污染源情況:污染源的位置、污染物性質及其持續釋放特性;土壤中污染物類型、濃度及分布特征。 
                 (2)水文地質條件:含水層地層情況、地下水深度、水力坡度、滲透系數、儲水系數、水位變化、地下水的補給與徑流;地下水和地表水相互作用。
                 (3)自凈潛力:污染物總量、污染物濃度變化趨勢、土壤吸附能力、污染物轉化過程和速率、污染物遷移速率、非水相液體成分、影響污染物遷移的其他參數。
                 實施過程
                 (1)捕獲區分析和優化系統設計:通過數學模型來計算捕獲區、分析地下水流場、計算地下水抽出時間。對于相對復雜的污染地下水含水層,通過數學模型可以模擬抽出處理方法、設計地下水監測系統和監測頻率。 
                 (2)建立地下水控制系統:①把污染源和地下水污染羽去除相結合,分階段建立抽出井群系統,通過前期井群建立獲取監測數據分析含水層抽出效果,指導后續井群選址;②安裝抽水泵;③脈沖式抽取地下水,通過抽取最少量地下水達到最優的污染物去除效率。 
                 (3)處理抽出污染地下水:選擇適當的設備和方法處理受污染地下水。具體有生物法、物理/化學法等。
                 (4)監測效果評估:建立地下水抽出處理監測系統,評價地下水抽出處理效果。
                 (5)修復成功后關閉抽出處理系統。 
                 成本 :
                 其處理成本與工程規模等因素相關,處理成本約在15-215 美元/m3之間。
              地下水處理循環井技術
                 地下水循環井技術較抽取處理技術具有較大優點:① 循環井結構簡單,操作維修方便;② 對場地環境擾動??;③ 地下水不抽至地表,省去大量輔助設施,成本大幅降低;④ 影響區域內形成的地下水垂向沖刷,可能用于處理低滲透性地層污染;⑤ 特殊的井結構設計,可作為其他修復技術聯合使用的平臺。

                 應用限制:

                 (1)國內地下水污染復雜多相共存時,GCW技術往往不適用于該情況,還需要和其他原位修復技術相結合才能取得較好的修復效果。

                 (2)目前GCW單井的影響范圍僅為20~45 m,主要用于小范圍的修復工程。
                 (3)GCW對場地水文地質條件要求高,異性強的地層修復效果不好,當場地中存在隔水層或含水層厚度不足時,影響修復效率甚至循環井不運行。
                 (4)循環井運行時會使地下水中CO2的含量減少,導致pH 值升高,需要地下水中鐵、鎂、鈣離子含量較低,否則容易產生礦物沉淀,堵塞濾水管。
                 具體不同場地GCW適用性如下表所示:


              場地條件

              類型

              GCW適用性

              地下水污染物類型

              揮發性有機物

              良好

              半揮發性有機物

              良好

              重金屬

              中等

              包氣帶厚度/m

              0~1.5

              不適用

              1.5~300

              中等

              飽水層厚度/m

              0~1.5

              不適用

              1.5~34.5

              中等

              >34.5

              不適用

              飽水層介質

              孔隙介質

              中等

              裂隙介質

              不適用

              巖溶介質

              不適用

              地下水流速/m·d-1

              <0.0003

              良好

              0.0003~0.3

              中等

              >0.3

              不適用

              水平滲透系數/m·d-1

              0.009~0.3

              中等

              >0.3

              良好

              各向異性(Kb/Ky

              3~10

              中等

              >10

              不適用





              6  納米零價鐵還原技術
                 利用ZVI-PRB(零價鐵滲透性反應墻)技術可以實現氯代烴等多種污染物被動式原位處理,主要有三種修復方式:(1)傳統的PRB,反應區由毫米級的粒狀鐵組成,主要處理溶解性的污染羽;(2)原位納米鐵PRB技術,反應區主要采用納米鐵顆粒作為反應介質,該納米鐵顆粒在孔隙介質中流動性很弱,通過順序注射納米鐵顆粒以形成被天然含水層介質吸附的重疊區來處理污染羽;(3)流動性PRB技術,反應區一般由流動的納米鐵顆粒組成,主要用于處理DNAPL污染。

                 




                 零價金屬(ZVM)對污染物的去除機制分為固定化作用和轉化作用兩種。固定化作用主要以無機物為主,表現為ZVM對無機物的吸附、還原和共沉淀等;轉化作用是ZVM通過化學反應將污染物轉化為不同的產物(主要是不可逆的氧化還原反應)。

                 納米零價鐵

                 其優點在于:(1)不能用微米和毫米級零價鐵去除的一些污染物可以通過納米鐵成功去除;(2)其降解污染物的速率更高;(3)可避免微米和毫米級零價鐵降解過程中的一些副產物的產生。過去十幾年中,全世界已有超過50座納米鐵滲透性反應墻中試或現場應用工程用于修復土壤和地下水污染,其中大部分位于美國。

               



                 雙金屬強化
                 當地下水中污染物濃度過高或因降解生成了更難降解的中間產物,如四氯化碳降解生成較高濃度的氯仿,而氯仿在ZVI-H2O系統中降解較緩慢時,很容易造成ZVI-PRB中污染物的穿透,導致修復工程失敗。因此,可通過在零價鐵表面鍍上第二種金屬形成雙金屬系統以強化電子傳遞,提升ZVI的反應活性??紤]到強化效能及地下水安全問題,我公司推薦使用Cu-Fe納米雙金屬顆粒強化有機物還原。
                 雙金屬顆粒制備
                 雙金屬納米顆粒常見的合成方法有很多,主要有化學還原法,多元醇還原法,置換反應法和微波輔助加熱法。用于有機物降解制備的雙金屬材料,考慮到需要將其盡量控制在100~200nm顆粒,因此采用化學還原法或置換反應法。對于Fe/Cu雙金屬材料,其中Cu質量比占總質量的0.4~0.8%左右,可分兩步制作,首先是獲取Fe納米金屬顆粒,后通過置換反應,制作Fe/Cu雙金屬材料。Fe納米金屬顆??梢钥紤]直接采購或由化學還原反應制作。

              二、土壤修復核心技術

                 土壤污染主要類別

                 重金屬污染(主要污染源:污水灌溉)
                 有機污染(主要污染源:化工、農藥)
                 放射性污染(主要污染源:核技術在各領域應用后的泄漏或廢棄物)
                 土壤污染方向
                 污染土壤修復方向上,基于污染物總量控制的修復目標已發展成為基于污染風險評價的修復方向; 在工程設備和儀器的維修中,從固定設備的非現場維修發展到移動設備的現場維修; 在污染土壤修復技術方面,從修復周期短的物理修復,化學修復和物理化學修復發展到基于生物修復,植物修復和監測的自然修復,從單一的修復技術發展而來,最終到聯合修復技術; 從適用于工業企業場地污染土壤的離位肥力破壞性物化修復技術發展到適用于農田耕地污染土壤的原位肥力維持性綠色修復技術。
                 物理修復技術
                 蒸汽浸提技術:通過注入井向污染區注入新鮮空氣,利用真空泵產生負壓,在空氣流經污染區時釋放土壤孔隙中的VOCs,并通過抽取井回流到地面;提取的氣體經活性炭吸附和生物處理后排入大氣或再注入地下循環利用,可以有效去除土壤中揮發性有機污染物(VOCs)。
                 超聲/微波加熱技術:利用超聲空化產生的機械、熱和化學效應,對污染物進行物理解吸、絮凝、沉淀和化學氧化,可以從粒狀土壤中去除污染物并在液相中氧化形成二氧化碳、過氧化氫或環境中易降解的小分子化合物。
                 熱脫附技術:利用直接或間接的熱交換過程,將土壤中的有機物成分加熱到足夠的溫度,使其蒸發并與土壤介質分離。該技術具有污染物處理范圍廣,主要針對持久性有機物污染等。
                 化學修復技術
                 固化/穩定化技術:將污染土壤與某些具有聚結作用的黏結劑混合,進而達到污染物在污染介質中固定,使其處于長期穩定狀態。該方法是較普遍應用于土壤重金屬污染的快速控制修復方法。固化技術通過物理、化學和熱力學過程將污染物(主要針對重金屬離子)固定在土壤中,或用惰性基材將其封閉,或者將污染物質轉化成化學性質較為穩定的形態,進而阻止其在土壤環境中遷移、釋放和擴散過程的發生;穩定化技術是將污染物轉化為不易溶解、遷移性小、毒性小的化學形態,達到無害化、減少對土壤環境的危害的過程。
                 淋洗/浸提技術:通過把水或含沖洗助劑的水溶液、帶酸性或者堿性的溶液以及外表活性劑等淋劑液與污染土壤混合,使其達到洗掉污染物質的效果。該方法主要用于異位修復,旨在處理土壤中的重金屬離子或復雜污染物。
                 氧化還原技術:向被污染土壤中添加化學氧化劑或者還原劑,讓它與重金屬、有機物等污染物發生化學反應,生成毒性更低或者易降解的小分子物質,從而實現土壤凈化的過程。
                 光催化降解技術:可以有效修復含農藥等有機污的污染土壤。其中土壤性質、土壤pH 和土壤厚度對光轉化有機污染物都有影響,土壤中的氧化鐵含量也是影響有機物光催化降解的重要因素。
                 電動力學修復:通過電化學和電動力學的結合作用促使污染物富集到電極區,然后進行集中的處理或分離的過程。通過向污染土壤兩側施加直流電形成電場梯度,土壤中的污染物質在電場的作用下通過電遷移、電滲流或電泳的方式被富集電極兩端從而進行處理實現土壤修復。
                 生物修復技術
                 微生物修復技術:土壤中有大量微生物種群,通過促進或強化這些微生物的代謝能力,使其高效的降解污染物質或降低污染物毒性,從而達到土壤修復的目的。微生物修復技術主要有生物通風法、生物強化法、預制床法和堆肥法。其中應用最多的是生物通風法,其機理是在受污染的地表上至少打兩口井,分別安裝鼓風機和抽風機,使空氣在土壤中循環,不僅可以提高微生物的降解活性,還能帶出土壤的揮發性污染物。
                 動物修復技術:通過土壤中的某些低等動物群的直接或者間接作用,主要包括進食、消化、排泄、分泌和挖掘等活動,提高土壤中重金屬的活性,進而促進整個土壤體系中各群體對重金屬的吸收降解,達到修復土壤的目的。土壤中的蚯蚓等大型土生動物通過自身的新陳代謝作用吸收或富集土壤中的污染物,將部分污染物分解為低毒或無毒產物。
                 植物修復技術:主要利用可吸收富集重金屬植物,修復重金屬污染場地。該技術實施周期較長,需要定期對富集植物進行收割和處理處置。
                 聯合修復技術
                 國內大部分土壤污染區域呈現出復雜污染的特點,單一修復方法不能達到理想的效果,需要多種技術的聯合使用。對于復雜污染土壤的修復,可將脫附、化學氧化/還原、化學淋洗及固化/穩定化等技術結合使用。
                 化學淋洗技術在固化/穩定化修復的預處理階段使用,可有效除去污染物中的一些揮發性和半揮發性有機污染物,使固化效果更佳;在化學氧化修復之前,使用常溫解吸技術可有效除去污染物中的一部分揮發性有機污染物,減少氧化藥劑的使用,從而降低修復成本;土壤的植物-微生物聯合修復利用土壤容易種植,植物在生長過程中會直接或間接的吸收、降解土壤中的污染物,在植物生長過程中,土壤為根系的成長提供良好空間,植物的成長又會增快土壤中有機污染物的降解和礦化,實現土壤修復的目的。

                 土壤修復評價

                       殘留污染分析法:對目標污染物在場地內的殘留量進行監測,通過與修復目標值的對比來評價修復效果

                 風險評估法:通過分析污染場地中污染物的不同暴露途徑對人體健康或生態環境產生危害的概率,計算基于風險土壤修復限值以及保護地下水的土壤修復限
                 植物毒性法:通過不同濃度污染物對作物的生理、生態和生產性狀的影響程度以及污染物在作物各器官的殘留量來考察土壤修復效果
                 動物毒性法:采用適當手段記錄土壤對棲息動物的危害和風險
                 微生物毒性法:通過土壤微生物學參數作評定污染土壤修復效果
                 土壤酶水平法:通過土壤酶活性的評價土壤中的污染物或殘留劑含量是否滿足修復標準

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