Loannis Paspaliaris Nymphodora Papassiopi Anthimos Xenidis和容谢霆锋挂
内容
14.1介绍519
14.1.1 519年土壤污染
14.1.2修复技术521年
14.2土壤蒸气抽取523年
14.2.1总则523
14.2.2设计考虑524
14.3生物修复534
14.3.1介绍534
14.3.2 535年生物修复的原则
14.3.3工程因素537
14.3.4原位539年有机污染物的生物处理方法
14.3.5非原位生物处理545
14.4植物修复546
14.4.1总则546
547年14.4.2植物修复机制
553年14.4.3设计注意事项
14.5土壤洗560年
560年14.5.1总则
562年14.5.2设计注意事项
14.6原位土壤冲洗563年
563年14.6.1总则
14.6.2设计考虑564
565年命名法
引用567年
14.1介绍14.1.1污染土壤
土壤可以被定义为地壳的表层,由矿物颗粒、有机质、水、空气、和生物。地球大气层之间的接口和岩石圈、土壤执行许多不同功能必不可少的生命保护和人类活动;它是植物和动物的生长所需的基质和所有农业生产的基础,和作为保护和过滤层所需清洁地下水补给。土壤形成和再生的速度非常慢,所以土壤实际上是一种不可再生资源。针对土壤退化率高,它已成为重要的土壤资源保护与降低其质量的因素和限制其可用性。人类活动可以极大地影响地球化学循环土壤成分,导致的污染
土壤重金属和其他有毒的化合物。土壤污染主要是环境管理不当的结果在化学工业,采矿和矿物加工操作,工业废料处置场所、市政垃圾填埋场和其他设施,操作期间和之后都关闭。此外,广泛的土壤污染可能发生由于交通和工业排放,re-deposit到土壤表面,以及农药的过度使用。土壤污染扩散的结果是各种污染物在土壤表层积累和他们的解散和运输到更深的土壤层和地下水的作用下渗透水。在某些情况下,控制城市扩张导致了土地使用的改变,和前矿业或工业场所逐渐转化为住宅,休闲,甚至农业地区;在这些情况下,受污染的土地可能构成对人类健康和农业生产风险很高。
土壤污染不被视为问题,直到1970年代,当事件在美国和欧洲(爱管,纽约;时代海滩,莫;Lekkerkerk、荷兰)唤醒公众对严重威胁人类健康和环境的放弃或不当危险废物管理。为了应对不断增长的公众关注,美国、荷兰和其他欧洲国家开始了系统化的工作从1980年开始确定可能被污染的地点,评估污染水平,建立重点修雷竞技手机版app复基于风险评估研究,逐步实现所需的补救行动。
在美国,三个联邦项目目前进展的识别和清理污染sites1:
1。1980年,国会通过了综合环境反应、补偿和责任法案(《)。通常被称为超级基金,程序依照本法规定集中在补救的放弃或不受控制的危险废物网站。自1980年以来,超级基金评估近44400网站。迄今为止,33100个网站已经删除超级基金援助其经济重建库存,保持活跃和11300网站与网站评估程序或包含在国家重点列表(不良贷款)实施补救行动。通过2000年9月,1509网站是包含在不良贷款正在进行或完成清理活动。
2。第二个项目是针对纠正措施在当前操作的工业设施。本节目由授权的资源保护和恢复法案》(《)1980及其后续修改。在撰写本文时,没有统计数据关于这个项目的进展。大约2000个网站是包含在《纠正措施于2007年9月底基线。在这些网站,解决结构完成了560个网站和补救决策是由726年的网站。
3所示。第三个清理程序,也由《授权,地址泄漏和泄漏产生的污染(主要是石油产品)从地下储油罐(科大)。本法要求清理活动在许多科大网站。1999年2月,超过385000发布的报道,327000年清理项目启动,211000个项目完成。
许多政策和做法已经通过欧洲国家污染管理网站。雷竞技手机版app各种国家政策信息,风险评估的技术方法和康复活动的进展在欧洲已经编译框架的两个欧洲networks-CARACS(风险评估)对污染场地的协调一致的行动和单簧管(污染土地修复网络环境技术)——由欧洲委员会资助。欧洲国家政策的详细描述中可以找到有关publications2 3和单簧管的网站(http://www.clarinet.at)。
表14.1总结了相关的可用数据注册、评估和修复被污染的网站在美国和几个欧洲国家。雷竞技手机版app网站的数量
表14.1
可用数据的登记、评估和修复被污染的网站在美国和欧洲
表14.1
可用数据的登记、评估和修复被污染的网站在美国和欧洲
数量的网站 |
||||
怀疑 |
确认 |
清理了 |
||
国家 |
污染 |
污染 |
或完成 |
数据到 |
美国,超级基金 |
44400年 |
11300年 |
1509年 |
2000年 |
美国,科大 |
385000年 |
211000年 |
1999年 |
|
英国 |
100000年 |
1995年 |
||
荷兰 |
110000年 |
1998年 |
||
比利时 |
10500年 |
86年 |
1998年 |
|
法国 |
250000年 |
896年 |
125年 |
1997年 |
西班牙 |
18000年 |
4900年 |
77年 |
1995年 |
意大利 |
9000年 |
1570年 |
1997年 |
|
德国 |
300000年 |
1997年 |
||
奥地利 |
2476年 |
145年 |
97年 |
1999年 |
瑞士 |
50000年 |
3000年 |
200年 |
1998年 |
丹麦 |
14500年 |
4048年 |
800年 |
1997年 |
挪威 |
3350年 |
2100年 |
99年 |
1999年 |
芬兰 |
25000年 |
1200年 |
1995年 |
|
瑞典 |
20000年 |
12000年 |
1999年 |
|
匈牙利 |
10000年 |
200年 |
1998年 |
|
捷克共和国 |
12000年 |
1000年 |
210年 |
1998年 |
来源:来自北约/ CCMS,评价和新兴技术治疗和清理被污染的土地和地下水,北约CCMS试点研究,第三阶段,1999年年度报告中,美国环保署542 / R-99/007没有。235年,1999年;弗格森,c和Kasamas, H。,Eds。在欧洲,对污染场地的风险评估,卷2。政策框架,新闻,诺丁汉,英国,1999。与许可。
来源:来自北约/ CCMS,评价和新兴技术治疗和清理被污染的土地和地下水,北约CCMS试点研究,第三阶段,1999年年度报告中,美国环保署542 / R-99/007没有。235年,1999年;弗格森,c和Kasamas, H。,Eds。在欧洲,对污染场地的风险评估,卷2。政策框架,新闻,诺丁汉,英国,1999。与许可。
每年在表中更改,因为整个过程处于持续发展的状态。有人建议,问题的真实程度已经成为最近才清晰。例如,在1980年大约有350网站在荷兰被认为是污染。这个数字在1986年和110000年的1999增加到1600。康复的估计costs1这些网站在1980年05亿欧元,1986年30亿欧元,并于1999年15至250亿欧元。
14.1.2修复技术
直到最近,一个常见的做法是挖掘土壤污染修复受污染的网站,换上干净的土壤,然后处理城市垃圾填埋场的污染物质。然而,这种做法被环保部门逐渐气馁,发表了非常严格的规定,掩埋和增加相应的处置成本。在许多工业国家,在城市垃圾填埋处置的成雷竞技手机版app本范围从80到150美元/吨。如果受污染的土壤特点是危险废物,用垃圾填在最先进的危险废物填埋场可能cost4 500至800美元/吨。高处理成本和有限的可用性清洁土壤导致替代补救方法的发展,允许重用的土壤污染物的去除或固定治疗。
土壤修复技术可分为根据处理工艺采取place5-7的类型:
1。生物过程。这些都是基于生物的使用(例如,微生物或植物)。
2。化学过程。这些破坏,修复或删除有毒化合物通过使用一个或多个类型的化学反应。
3所示。物理过程。这些单独的污染物从土壤和土壤基质利用物理差异之间的污染物(如波动)或受污染和未受污染的土壤颗粒。
4所示。凝固和稳定的过程。这些固定污染物通过物理或化学过程。凝固涉及污染物的截留到一个统一的质量和稳定是污染物的化学形式的转换并不可用。
5。热过程。这些利用物理和化学过程在升高的温度下。
另一个修复技术的分类描述正在发生的动作。非原位方法是应用于挖掘土壤和原位过程应用于土壤在其原始位置。现场的技术是那些发生在被污染的网站;他们可以非原位或原位。非现场流程处理挖掘土壤固定工业设施、远离污染的网站。
以下类别的技术主要非原位:
1。土壤清洗及相关化学处理技术
2。Solidification-stabilization
3所示。热过程
4所示。玻璃化
5。生物修复使用landfarming或biopile技术
最常见的原位技术如下:
1。土壤蒸气抽取(SVE)
2。空气吹过
3所示。原位生物修复结合SVE技术和空气喷射
4所示。土壤冲洗
5。Electroremediation
6。植物修复
目前,大多数修复项目使用非原位技术,在美国和欧洲。然而,有一个上升趋势原位技术的应用程序,因为他们相当大的优势非原位技术,如网站的干扰少,降低治疗成本,等等。
发表的数据修复的成本技术是高度可变的。这种可变性的一个原因是,修复成本取决于一些特定的参数,如类型的污染物,岩土工程和土壤的地球化学特征矩阵,和网站的hydrogeol-ogy原位技术。差异报告成本数据相同的两个国家之间的技术可能也反映了不同程度的特定技术商业化。雷竞技手机版app指示性的成本范围特点提出了修复技术在表14.2中,基于美国和欧盟(EU)的经验。
本章提出了一个详细描述的五种技术:土壤蒸气抽取,bioreme-diation,植物修复,土壤土壤清洗和冲洗。其他类别的信息证明或新兴技术在几个网站。概述目前的技术应用于美国,详细的成本和性能数据特点的案例研究,可以发现在FRTR圆桌会议(联邦修复技术)网站(http://www.frtr.gov)。几种土壤修复技术的详细信息也可以发现在美国环境保护署(美国EPA)清理信息网站(http://www.clu-in.org)。
表14.2
指示性修复技术的成本
范围的成本在美国(美元/ t)范围的成本EUb(欧元/ t)
生物修复土壤洗
Stabilization-solidification
热处理
焚烧
土壤蒸气抽取
植物修复
50 - 150 80 - 120 240 - 340 120 - 300 200 - 1500 20 - 220 10 - 35
20 - 40 - 200 80 - 150 170 - 100 - 350例
国家:斯诺,评论植物修复。技术评估报告te - 98 - 01地下水修复技术分析中心,宾夕法尼亚州匹兹堡,1997年。与许可。bSource:维克,电子艺界和巴,P。,修复被污染的土地。技术实现在欧洲,联邦环境局,奥地利。单簧管报告,可用www.clarinet.at,2002年。与许可。
14.2土壤蒸气提取14.2.1一般描述
土壤蒸气抽取(SVE)是一种相对较新的广泛应用技术修复污染的土壤挥发性有机化合物(VOC)在上面的非饱和区地下水位(包气带)。生成的过程由一个气流通过受污染的土壤地下为了提高有机污染物的挥发,因此从土壤matrix.9-13删除它们
图14.1展示了一个典型的原位SVE系统的主要组件。9 10垂直安装抽油井内污染区在适当的距离。SVE井通常由PVC管,检查间隔,放置在污染区。井连接鼓风机或真空泵,它产生一个连续气流通过毛孔不饱和区。土壤表面有时覆盖着一个不透水密封,由高密度聚乙烯(HDPE)或膨润土为例,以防止垂直空气流入从表面上看,这可能导致短路的问题,促进横向气流通过受污染的区域。气流,其中包含污染物蒸汽,经过最初通过空气分离装置将携入的水分,然后针对气体处理单元,在污染物被吸附热销毁或删除。
有三个主要的先决条件SVE技术的成功应用:
1。污染应该被困在包气带中。
2。污染物应该高波动性。
3所示。污染区应该有高渗透率。
一般简单的规则是,SVE可以成功申请污染物蒸汽压大于0.5毫米汞柱和土壤的透气性系数介于1 x 10 2和1 x的纯厘米/ s.11
提出了许多修改和额外的治疗方案来提高性能和延长SVE系统的适用性,包括以下的例子:
1。地下水抽水降低地下水位,扩大包气带,与被污染的groundwater.10同时治疗
2。SVE空气喷射技术的结合。空气喷射涉及注入空气进入饱和区被污染的地下水。空气泡沫增强
水位
图14.1表示SVE系统示意图。
水位
图14.1表示SVE系统示意图。
挥发的溶解污染物,特别是那些在水中溶解度较低,然后向上迁移到包气带是被SVE system.14-17
3所示。结合生物通风的SVE技术。17日至19日使用一个生物通风系统配置类似于SVE但有不同的目标。在生物通风,诱导气流旨在提供足够的氧气的需氧生物降解污染物。因此可以去除污染物相对较低的波动性和高生物降解能力。
4所示。热蒸发的增强。月19 - 21日污染物大大增加与温度的波动,所以许多技术已经开发提高土壤温度,包括注入热空气或蒸汽,加热电阻和射频加热。
土壤蒸气抽取已成为一个非常流行的技术自1990年代中期以来,因为它有几个重要的优点:
1。是一种原位技术,甚至可以应用下面的现有建筑,道路,等等,从而导致轻微的扰动进行网站操作。
2。整个安装可以使用低成本和容易实现设备和系统的操作非常简单。
3所示。虽然重点是挥发性污染物的治疗被困在包气带中,SVE可以很容易地与其他技术集成针对地下水的修复或少挥发性化合物,和这种灵活性使技术的应用范围广泛的网站。
14.2.2设计注意事项
最重要的参数的初步设计SVE系统中的VOC浓度提取空气,空气流量,每个提取的影响半径。这些参数确定井的数量必须安装解决整个污染面积,获得所需的时间清理目标、规模和特征气体处理设备和辅助设备,最后整个修复工程的成本。
SVE系统的设计可以基于相对简单的数学模型描述两种基本现象管理SVE技术的性能:相位分布的有机污染物和气流在包气带的特点。11 - 13日,22日,23日的简化建模方法,为初步设计提供有价值的工具计算,将在以下部分。
14.2.2.1相有机污染物在包气带的分布
有机污染物可以在包气带中出现在四个不同的阶段(图14.2):
1。作为一个非混相毛细管力作用下有机液体留存,在土壤颗粒之间的孔隙空间。这个免费的有机相通常被认为与缩写NAPL(非水相液体)。
2。在土壤孔隙水溶解的化合物。
3所示。作为一个电影土壤颗粒表面的吸附。
4所示。土壤蒸气在空气中孔隙空间。
四个阶段中污染物的分布取决于(1)化合物的理化性质和(2)土壤的特点,并且可以用相对简单的方程描述(见表14.3)。
吸收土壤水分的土壤颗粒的空气
溶解
免费NAPL
吸收在土壤颗粒
固体
水
吸附四阶段模型
固体
水
吸附四阶段模型
阶段的污染物在土壤水分在土壤基质
溶解
-
- 吸附三相模型
图14.2阶段有机污染物在包气带的分布。实心箭头三四阶段模型表示的平衡方程中考虑表14.3。
表14.3
基本方程和计算所需的数据在平衡条件下污染物的相位分布
在土壤中的NAPL矩阵 |
土壤中没有NAPL矩阵 |
||
Ct = / +®wCw + +®orCor |
(1) |
Ct = / + 9 wcw + 9 aca |
(7) |
Ca = P°x x x 7 x MWAR7) |
(2) |
Ca = KH X连续波 |
(8) |
有限公司= 106 x难觅踪迹 |
(3) |
c = Koc x foc x连续波 |
(5) |
连续波= C x x x 7 |
(4) |
0 t = 9 w + 9 |
(9) |
c = Koc x foc x连续波 |
(5) |
||
等=电子战+ ea + e„ |
(6) |
计算相位分布值
c =吸附污染物在土壤粒子的浓度(毫克/公斤)连续波=溶解在孔隙水浓度(毫克/升)Ca =孔隙空气中水蒸气浓度(毫克/升)和= NAPL中的污染物浓度(毫克/升)8 a =孔隙体积的气相(L / L) 8或= NAPL占据的孔隙体积(L / L)必需的数据
MW =分子量(g /摩尔)
P°=化合物的蒸汽压(毫米汞柱)
连续波=水溶性(毫克/升)
KH =亨利常数(无量纲)
Koc =有机碳分区系数(L /公斤)
土壤characteristicsb
0 w =孔隙体积的水(L / L)
土壤中有机碳的台湾籍=零头
污染data0
单位土壤容积Ct =总数量的污染物(毫克/升)的几率=具体NAPL混合物的密度(公斤/ L) m =的污染物质量分数NAPL X =混合物摩尔NAPL污染物的混合物在NAPL =活度系数的污染物
aData对这些属性和一长串的有机化合物可以在一些环境工程教科书和handbooks.910, 24 - 27日
bSoil特点和数据相关的浓度水平和有机污染物的成分应该是特定污染的调查期间收集的网站。
当一个有机化合物存在于土壤基质NAPL,其土壤空气中浓度(Ca)可以直接计算出这种化合物的蒸汽压(P°)和理想气体定律:
MW化合物的分子量,R是理想气体常数,T是绝对温度。化合物的混合物,如汽油,每个组分的分压(P)我在土壤中空气取决于混合物的组分,根据拉乌尔定律:
P°是纯组分的蒸汽压,%是组分的摩尔分数,和易建联是活度系数,代表偏离理想混合物的属性。
温度有很强的影响污染物的蒸汽压。这种效应可以描述的克劳修斯——克拉珀龙方程方程:
P是蒸汽压在T, P°的蒸汽压,和X摩尔吗汽化热。
NAPL面前,污染物的浓度在土壤水分(Cw)可以简单地计算溶解度的化合物(方程3表14.3)。污染物对土壤颗粒的吸附是一个更复杂的现象,这都取决于污染物性质和土壤特性。最简单的模型来描述吸附是基于这样的观察:有机化合物是优先绑定到土壤的有机质,和下面的线性方程,提出了计算吸附浓度(Cs):
Cs = Koc x foc Cw (14.4)
Koc的有机碳污染物的分区系数和船是土壤中有机碳的比例。
当SVE技术应用于一个受污染的网站,NAPL逐渐移除。末的补救NAPL不再存在时,应该考虑三相模型计算污染物的阶段分布(见表14.3)。在这种情况下,孔隙空气中水蒸气浓度(Ca)是使用亨利定律方程计算的方程(14.5),它描述了建立天然气和水之间的平衡阶段:
在KH污染物的亨利定律常数。但是请注意,在此阶段的过程通常是由非平衡病原反应条件。
14.2.2.2基本气流方程
空气的运动在井下的应用SVE造成的压力梯度是应用于提取井。较低的压力,由真空风机或水泵,使土壤空气走向。需要三个基本方程来描述这个气流:土壤空气的质量平衡,由于压力梯度流动方程和理想气体定律。
土壤空气的质量平衡所描述的可能是典型的可压缩流体的连续性方程:
3 rl = p (pA) + d (PaUy) + d(加索尔)dt 1 dxdy dz, 0是气相所占据的孔隙体积,pA是空气密度,由于空气压缩系数不是常数,和用户体验是在x方向上的气流速度。
为径向流从一个半径为r的圆周向,方程14.6可以简化如下:
0 r ^ = -diTaUrl (14.7)
空气速度由于压力梯度可以由达西定律描述:
K是内在土壤渗透性,它是独立的流体性质,| J。是空气的粘度,dP /径向压力梯度的r博士方向。
最后,理想气体定律可以用来描述空气密度和压力之间的关系:
兆瓦是空气的分子量,R是理想气体定律常数,T是绝对温度。
的微分方程,结合方程14.7 - -14.9压力作为单一变量,可以推导出:
在稳态条件下,方程14.10有一个简单的解析解,可以计算公关在几个径向距离的压力:
p2 + (p2 p2)¥(^ ^ w)
P + (P,“Pw)¥ln (Rw)
Pw哪里提取的压强,Rw的半径,R1的影响半径,R1和P1的压力在距离。
14.2.2.3影响半径和井的数量
方程14.11引入了影响半径的概念,这是SVE系统的重要的设计参数之一。理论上的最大影响半径井的距离就等于环境大气压力的压力,即。P: = Patm。在实践中,国际扶轮是确定的距离足够的真空水平仍然存在诱导气流,如真空的1%提取。912年开采井通常构造使用管道和一个标准的半径,例如,Rw = 5.1厘米(2)或10.2厘米。(4),和真空应用于井通常范围从0.05到0.15的atm,即。Pw = 0.95 - -0.85自动取款机。912如果所需的真空影响半径是真空的1%提取
-
- 图14.3确定所需数量的井半径的影响。
相应的π值的范围从0.9985到0.9995自动取款机。影响国际扶轮的半径通常是确定初步的实地测试。真空应用在测试提取和公关以监测井的压力,安装在距离r。在实践中,压力减少监控两个或三个点在不同径向距离。14.11使用实测数据和方程,可以确定影响半径以及国际扶轮的各种操作Pw真空值。
一旦确定,影响半径井的数量Nwells需要矫正整个污染面积可以计算从方程14.12:
N \ f - 1 T v污染井- 1.2 X
Acontam位置相对应的表面污染区。1.2是任意选择的因素占井之间的重叠区域的影响以及外围油井可能达到在污染区(图14.3)点
14.2.2.4空气流速
提取空气的流量可以通过考虑到气流速度,决定由达西定律方程(14.8),以及压力的径向分布方程(14.11)。解决方案的空气速度的径向距离的函数方程14.13中给出:
Pw |
|
K |
x ln (RwlRi) [r] |
2¥米一个 |
K V W J |
1 - |
r p ^ |
2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
x |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
p |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
w |
使用方程14.13,可以很容易地计算出空气的体积流量Qw提取: 马ln (RjRi) 华盛顿大学在哪里在井筒的速度和H是包气带的厚度虽然空气被移除。体积流量Qw对应压力Pw的好。这个流量转换为等价的标准条件,可以应用下面的关系: 很明显从方程14.14最重要的参数确定容积的空气流量Qw内在渗透率K的土壤。在这一点上是很重要的压力水渗透率(或液压的区别电导率)千瓦,透气性ka和内在的渗透率k .在大多数情况下,当渗透率数据类型的土壤或提供地质形成,这些数据都是基于水力传导率测量和描述如何轻松地通过这个形成水可以流动。然而,流体的流动特性很大程度上取决于它的属性,例如,p和粘度,密度。方程14.16描述之间的关系渗透系数k和流体性质p和k = k¥^ ^, (14.16) m K是几何或内在土壤的渗透性,它只取决于土壤的几何特征(例如,粒度分布重力加速度不变),g (g = 9.81 m / s2)。注意,水和空气渗透系数有单位的速度(cm / s),但K的单位是表面(cm2)。 当土壤的导水率千瓦是已知的,可以很容易地估计相应的值之一内在和空气渗透率,考虑水和空气的性质在一般环境条件:例如,pw = 1.0克/立方厘米,= 1 x 10 ~ 2 g / (cms), pa = 1.2 x 10 ~ 3克/立方厘米,和14 = 1.83 x 10 4 g / (cms) (T = 20°C、P = 1 atm)。例如,土壤导水率千瓦= 1 x 10 3厘米/秒有一个近似的内在渗透率K = 1 x 10“8厘米2,其渗透率气流在正常情况下将ka = 6.6 x 10 5 cm / s。 气流上面给出的方程是基于假设土壤是一个空间均匀多孔介质常数内在的渗透率。然而,在大多数网站,包气带是异构的。出于这个原因,根据以往的水力设计计算很少电导率测量。初步的实地测试的目标之一是收集数据的可靠估计在污染区渗透率。现场测试包括空气流速的测量提取,结合真空监测数据的几个距离来获得更准确的估计在特定网站的透气性。 14.2.2.5污染物的去除率和需要清理时间 可以计算污染物去除率Rrem乘以空气的流量从所有的井土壤空气中污染物的浓度Ca: 需要清理时间Tclean去除率直接相关: Tclean = ^泄漏/ Rrem (14.18) Mspill总额估计泄漏的地方。 方程14.17和14.18是非常简单的,但是预测的准确性很大程度上取决于现实的估计,随时间在SVE的操作系统。SVE开始的项目,考虑到自由的有机相,NAPL,存在于地下,第一个近似计算Ca的蒸汽压数据污染物(表14.3或方程方程2 14.1)。实际的浓度,然而,将低于这个值,有两个主要原因:(1)提取的气流不只有通过污染区和(2)传质限制存在。n一个有效性因素应该考虑考虑这些现象对去除率的影响。这个因素的价值可以确定通过比较计算浓度数据获得的初步试验现场测试: Ca, equil Ca,字段提取空气中浓度测量在现场测试和Ca, equil是计算从蒸汽压数据的值。 实践经验从应用程序的SVE网站含有单一类型的污染物(如三氯乙烯、TCE)表明,污染物的去除是一种趋势在两个截然不同的阶段。在初始阶段,即从项目启动到地下NAPL枯竭,去除率几乎是线性的。第二阶段的特点是不断减少的去除率。 这一趋势可以用以下机制来解释。在NAPL面前,提取的蒸气浓度主要取决于污染物的蒸汽压。自由NAPL的失踪后,提取蒸气浓度变得依赖于分区的污染物在其他三个阶段(见表14.3)。随着空气穿过毛孔,溶解气相污染物从土壤水分挥发,导致污染物的解吸土壤颗粒表面进入水相。因此,浓度在所有三个阶段减少,由此减少的去除率。 最初的线性相位的补救,飞行员测试数据和公式14.17 - 14.19可以提供相对较好的预测所需的清理时间。第二阶段,有必要使用更复杂的模型结合气流,平衡,和传质方程14.13到14.16,为了获得足够准确的预测。先获得一个粗略的估计,Kuo12提出的方法可以应用。郭的方法是基于这样的观察:提取空气指数降低的VOC浓度与时间在第二阶段的补救。模拟指数下降的去除率,提出下列步骤: 1。污染物的质量,必须移除在第二阶段分为两个或三个相等的部分,对应连续清理时间间隔。 2。初始Cai和最终Caf气浓度计算为每个间隔使用阶段分布方程没有NAPL(见表14.3)。 3所示。平均蒸汽浓度代表每个时间间隔确定凸轮的几何平均两个浓度: Ca, m = ^我¥Cai。(14.20) 4所示。连续清理时间间隔计算使用的集中值,并总结来确定所需的总时间。 这个过程是见14.2.2.6节中给出的实例。 注意,最初的线性相位观测站点包含单个污染物。网站含有污染物的混合物有减少的速度从项目的开始,由于不同的组件的波动性。更容易挥发的成分被提取更高的利率从所有的阶段,因此空气提取的总挥发性有机化合物含量随时间不断减少。这种效应在设计阶段应考虑。 14.2.2.6一个实际的例子 包含20 m3坦克甲苯破裂,在包气带污染面积1250平方米,平均水深4米。地下的土壤具有以下特点:体积密度pb = 1.7克/立方厘米,总孔隙度0 t = 0.4,水分孔隙度对应0 w = 0.2,和有机碳含量foc = 0.01。 由于高波动性的甲苯(蒸汽压P o = 22毫米汞柱),决定是使用SVE技术。初步进行了实地测试在该地区使用提取与Rw = 5.1厘米(2)和总穿孔长度在污染区H = 4米。0.1的测试进行了应用真空atm(即。,Pw = 0.9 atm)和压力测量的距离6米,发现0.99 atm在达到稳态条件。提取空气的流量,在真空泵的排气,衡量Qw = 0.2立方米/分钟,空气含有78 mg / L甲苯。地下的温度是25°C。 确定这个SVE项目的一些重要的设计参数,可以使用下列步骤: 步骤1:获得关注的化合物的物理化学数据。重要来源为这种类型的数据引用9日10日和24 - 27日。从表中参考9,甲苯得到以下属性:MW = 92.14克/摩尔,P o = 22毫米汞柱= 0.0289自动取款机,KH = 0.276(无量纲),C = 490 mg / L,日志Koc = 2.06, = 0.866克/立方厘米。 步骤2:计算甲苯的初始分布在地下。甲苯的初始分布可以通过方程计算从表14.3 1到5,考虑到有机相是一个纯化合物,即X = 1, m = 1, y = 1。单位土壤污染物的总量Ct可以从已知数量的估计泄漏污染区Mspill和体积: Ct = Mspill = 2°,°00 L x 0.8663公斤/ L = 17320公斤= 3 ^公斤/立方米= 3464 mg / L。 ' Aontam x H (1250 * 4) m3 5000立方米年代年代 甲苯的浓度和质量分布在四个阶段,从这组方程计算,提出了在表14.4。如表所示,甲苯的主要部分,也就是说。68.9%,仍在包气带自由NAPL, 27.6%是吸附在固体颗粒表面,水和气体之间的,只有3.5%是分布式阶段。免费NAPL只占一小部分的孔隙体积,它预计不会打扰的运动空气污染区。 步骤3:计算与现场试验数据的影响半径,所需数量的井,和所需的气体处理设备的能力。影响半径R:可以从方程计算14.11使用压力监测数据在R = 6米,同时考虑到最低要求真空在R:应该是0.001自动取款机,即。P: = 0.999自动取款机。这些值R: 9.91米。井的数量从14.12方程计算,Nwells = 4.86。这意味着5井必须安装解决整个污染面积。一旦的油井数量被确定,所需的天然气处理设施能力可以定义从流量测试期间获取的数据字段。在这种情况下,气体处理装置应能治疗Nwells Qw = 5 x 0.2 = 1.0立方米/分钟toluene-laden空气。 表14.4 甲苯的浓度,质量分布,体积占据了包气带的四个阶段 甲苯浓度甲苯质量分布的四个阶段 总 免费NAPL 水 固体 流量数据也可以用来估计地下的渗透率。所需的额外参数是空气粘度的价值,即。| j。= 1.83 x 10 4 g / (cm)。内在土壤渗透性从方程14.16和14.15计算,发现K = 1.34 x 10 8平方厘米。应该小心执行适当的单位转换时使用方程14.15。 第四步:估计的有效性因素^删除和清理所需的时间获得剩余甲苯浓度150 mg / L。在步骤2中相位分布进行计算表明,甲苯气相的平衡浓度,equil = 109 mg / L(见表14.4)。浓度测量中提取的空气实地测试较低,在Ca,字段= 78 mg / L,表明去除效果是有限的或由于传质现象的存在未被污染的区域的气流模式。相应的有效性因素是n = 78/109 = 0.716。 甲苯的含量必须从土壤中去除Mrem可以通过考虑计算初始的泄漏Mspill总量和剩余可接受的数量对应于Mfinal清理目标: Mrem = Mspill - Mfinal = 17.32 t - 150 (g / m3) x 5000立方米(10 - 6 t / g) = (17.32 - 0.75) t = 16.57 t。 甲苯的去除是假定发生在两个阶段。第一阶段对应的自由NAPL,根据相位分布的计算(步骤2;表14.4)代表一个质量Mrem1 = 11.94 t。第二阶段对应于甲苯的去除,这是分布在其他三个阶段,代表了一种质量Mrem2 = 16.57 - 11.94 = 4.63 t。 这个网站是污染的单一化合物,消除自由NAPL预计呈直线趋势与恒定的去除率。所需的时间可以从方程14.17和14.18计算: T = Meml = _ (11.941)¥(106 g / T) _ = 1065 d 1 h¥NWen¥qw¥CWil¥5¥0.716(0.2立方米/分钟)¥(109 g / m3)¥(1440 d /分钟)。 第二阶段的治疗都要遵循一个指数下降的去除率。郭的方法,应用这一阶段分为两个时间间隔,T2-1 T2-2,代表等量的连续去除甲苯、Mrem2-1 = Mrem2-2 = 2.315 t。最初的理论在气相浓度的时间间隔T2-1等于甲苯的蒸汽压,Cai = 109 mg / L。最后的蒸汽浓度间隔Ca, f可以从总剩余浓度计算Ct, f和相位分布方程5和7 - 9日在表14.3: ,,(Mspill - Mem1 Mrem2-1) (17.32 - -11.94 - 2.315) t n。„„¥ln-3t / 3 周大福= - - - - - - ^ - = ^ - = 0.613 t / m =¥613 mg / L 特遣部队5000 m3 5000立方米 Ca f =周大福- = 613 mg / L = 76.7 mg / L 一个f r K0JJ Kh + ew / Kh 8.0 t + 0 0 w e 平均蒸汽浓度Ca, m的计算时间间隔T2-1 Cai和Ca的几何平均,f方程(14.20),即、钙、m = 91.4 mg / L,和所需的治疗时间从方程14.17和14.18: T2 != __ = _ (2 315 t)¥(106 g / t) 3 _ = 24.6 d 2 - 1 Nwell x Qw Caequil 0.714 x 5 x(0.2立方米/分钟)(91.4 g / m3) x (1440 d /分钟) 相同的应用程序最后一次间隔T2-2,和以下值计算: Cai = 76.7 mg / L, Caf = 18.8 mg / L,凸轮= 37.9 mg / L, T2-2 = 59.4 d总清理时间,估计使用这种方法, Tclean = T + T % x + TM = 106.5 + 24.6 + 59.4 = 190.5 d 从这些计算,除去自由NAPL代表总数的近70%甲苯泄漏,大约需要106天。SVE的操作系统应该持续一个额外的84天以达到清理目标和删除最后30%的甲苯泄漏。 14.3生物修复14.3.1介绍生物修复技术利用微生物的生物活性降低或消除对环境有害的化合物。传统上,生物治疗已申请网站含有有机污染物的修复。大多数有机化合物可以通过适当的作用降解微生物群落对更简单和更少的有害的无机或有机分子。退化的程度决定是否发生矿化或生物转化。矿化完整的有机化合物降解为无机最终产品,如二氧化碳和水,而生物转化的部分降解化合物更简单的有机分子。 生物修复是不受限制只可降解有机污染物。新技术正在发展的生物修复metal-contaminated网站。微生物活动可以改变一些元素的氧化态,减少或增加他们的机动性,这个变换可用于修复的目的。 生物修复系统在今天的操作依赖于土著微生物污染的网站。两个主要方法,基于原生微生物群落的行为,是内在生物修复和促生。在生物刺激,鼓励本地微生物的活动,创造(原位或非原位)的最佳环境条件和提供营养和其他化学物质新陈代谢所必需的。绝大多数的生物修复项目是基于这种促生的方法。内在的生物修复是治疗的选择时,可以应用有强有力的证据表明,生物降解会随着时间发生自然没有任何外部刺激;即。,一个有能力的微生物群落存在,所需的营养,和有利的环境条件。额外的先决条件是天然生物降解速率快于对环境敏感的接收器污染物迁移的速度,比如,一个用于抽象饮用水。在这种情况下,如果提供足够的支持数据,监管当局可能发出允许追求的内在生物修复选择一个特定的网站。这个补救策略并不是一个“不采取行动”的选择。它需要系统的监控程序的设计和实现密切跟踪这个自然过程的进展,防止任何不良的副作用,如代有毒bioproducts在氧化还原条件下由于意想不到的变化。 在某些情况下,土著微生物不能够降低或消除特定的污染物到可接受的水平。使用外来微生物甚至转基因微生物特别适合降解污染物的担忧是另一种被称为生物修复选项生物强化,目前正在发展。一个重要的研究工作一直是自1990年代中期以来致力于发现微生物物种能够破坏或排毒特定危险的污染物,并隔离在纯文化为了利用他们的生物修复效率的项目。这样纯粹的具体降解微生物种群已经成功地用于治疗污染土壤在实验室条件下,但迄今为止还没有已知情况下的全面项目应用生物强化原则。 无论微生物原生或人为地引入到土壤,重要的是要理解的机制,他们通过代谢活动降低或消除有害污染物。理解这些机制是必不可少的生物修复系统的合理设计提供了最佳条件和所需的营养补充剂特定微生物的过程。 14.3.2生物修复的原则14.3.2.1基本微生物新陈代谢 的微生物降解有机污染物发生因为污染物的生物可以使用自己的增长和维护。微生物细胞运作两个关键类型的代谢过程,称为合成代谢(cell-building)和分解释放能量过程。合成代谢过程涉及的生产新细胞,需要碳的来源,这是最重要组成部分的细胞质量。降解过程的能源生产的化学反应,需要的能源。 有机污染物被微生物作为碳源和能源的来源。通过氧化污染物的微生物获得能量,涉及化学键的断裂和电子转移远离污染。完成化学反应,另一个化合物是需要得到电子。污染物的氧化,称为电子供体和化学,这是减少,称为电子受体。微生物使用能源生产从这些电子转移建立新的细胞或者仅仅是维持现有的细胞。电子供体和电子受体细胞生长和维护是必不可少的,通常称为主基板。 根据电子受体的类型不同,代谢模式大致分为三大类:有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。有氧呼吸是术语用来描述代谢分子氧气(O2)作为电子受体。许多微生物遵循有氧呼吸的方式,大多数生物修复项目利用这个特定类型的新陈代谢。然而,各种各样的微生物能够生存和生长在厌氧条件下使用几种无机或有机化合物除氧作为电子受体。这种形式的新陈代谢被称为无氧呼吸。最常用的电子受体在厌氧条件下是硝酸盐(3号)和硫酸盐(SO4),可溶性成分在水相,和氧化形式的铁(Fe[3])和锰(Mn [IV]),常见的土壤颗粒组成,主要以氧化物的形式。一种新陈代谢严格下能够发挥重要作用 表14.5 典型的苯在不同电子受体和氧化还原条件下生物降解反应 表明氧化还原电子 表14.5 典型的苯在不同电子受体和氧化还原条件下生物降解反应 表明氧化还原电子
厌氧发酵条件。在发酵过程中不需要一个外部的电子受体,因为有机污染物作为电子供体和电子受体。 典型的生物降解反应在不同电子受体条件展示在表14.5苯的简单例子。将使用哪种类型的电子受体密切相关的氧化还原条件。在有氧条件下,氧化还原电位大于200 - 220 mV,生物降解主要是由需氧微生物。当氧气耗尽,但氧化还原电势仍然相对较高,生物降解可以通过硝酸盐还原细菌的代谢活动继续进行。土壤铁(III)氧化物可以作为电子受体在多种氧化还原值,取决于他们的结晶度。最后,硫酸盐还原和产甲烷菌活动只有在强烈降低条件。 14.3.2.2 Co-Metabolism 在某些情况下,微生物可以变换一种污染物,但他们不能使用这种化合物作为能量的来源或碳。这种生物转化通常被称为co-metabolism。co-metabolism,变换的复合是一个偶然的反应催化酶,参与正常微生物新陈代谢。33 co-metabolism的一个著名的例子是(TCE)的降解methanotrophic细菌,一群细菌使用甲烷作为碳源和能源。当甲烷代谢,氧化菌产生甲烷单氧酶的酶,这种酶催化的氧化TCE和其他氯代脂肪族化合物 |
这篇文章有用吗?