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1、第九章 污染地下水的生物修复,第一节 抽提-处理修复,抽提-处理修复（extraction-treatment）是一种传统的异位修复技术，通过采用一定方法，将地下水中的液态污染物与气态污染物抽取出来，在地面进行处理净化，又分为泵-处理修复和气体抽提修复 泵-处理修复（pump-treatment） 概述 在地下水层受到污染时，采用水泵将地下水抽取出来，进行地面处理 一方面可以防止受污染的地下水向周围迁移、扩散，另一方面，抽取出来的地下水可以在地面得到合适的处理净化，然后再重新注入地下或排放进入地表水体，从而减少了地下水和土壤的污染程度,泵-处理修复,地下水通过水泵和一个或多个水井抽取上来，在抽
2、取过程中，水井水位下降，与周围地下水形成水力梯度，导致周围的地下水不断流向水井，从而在每个水井周围形成一个漏斗形状地下水区域 水井应该合理的覆盖污染区域，并且水井的抽水速率应该高于污染物在地下水中的扩散速率 尽管用泵抽取出来的水中的污染物可以得到高效率的去除，但却不能保证地下水尤其是土壤中的污染物能够得到有效的去除 污染物在土壤颗粒表面存在吸附-脱附现象，从而导致地下水修复过程比理论预测长很多,泵-处理修复,现场调查和试验 现场调查 地质和水力参数包括： 水力渗透率（水在土中流动的过程中将受到土阻力的作用，使水头逐渐损失。同时，水的渗透将对土骨架产生拖曳力，导致土体中的应力与变形发生变化。这种
3、渗透水流作用对土骨架产生的拖曳力称为渗透力。） 水力梯度（在含水层中沿水流方向每单位距离的水头下降值。指沿渗透途径水头损失与渗透途径长度的比值；可以理解为水流通过单位长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能；或为克服摩擦力而使水以一定流速流动的驱动力。）等,泵-处理修复,现场调查和试验 现场调查 污染物方面的参数：包括污染物性质、溶解度、可吹脱特性（吹脱、气提法用于脱除水中溶解气体和某些挥发性物质。即将气体（载气：空气或水蒸汽）通入水中，使之相互充分接触，使水中溶解气体和挥发性物质穿过气液界面，向气相转移，从而达到脱除污染物的目的。）、吸附特性、可生物降解特性以及环境排放标准等 水化学特性：p
4、H值、总溶解性固体、电导率、总悬浮固体、总铁、溶解性铁、DO和温度等 地下水流量变化：包括短期变化、长期变化和流量的稳定性等 土壤特性：土壤地质起源、土壤分层结构、颗粒尺寸分布、孔隙率、有机质含量等 环境标准、土壤修复标准、水处理和排放标准,泵-处理修复,实验 通过实验，实际测定水泵的出流流量、持续时间，以及控制污染带迁移计算所需要的水力传导系数（在单位土水势梯度作用下，单位时间内通过单位面积土壤横断面的水量。也即单位水势梯度下的渗透速度。）等 基于实地水泵抽提实验得到的数据进行设计会更可靠 水泵抽提实验 可以在专门挖掘的井或者在已有的观察监测井中进行 对于开放式的蓄水层，需要实验时间一般是7
5、2h；对于承压蓄水层，24h即可 在某些水量比较低的情况下，824h即可 通过水泵实验，应该测定泵水流水量随时间的下降趋势，根据相关方程获得相应的水力传导系数、比产率系数和比贮存系数,现场实验,地下水位实验 方法一：在瞬间抽取出一定的水量，然后观察记录水位随着时间的恢复过程 方法二：瞬间将一大块固体放入地下水，然后观察地下水位随着时间回落的过程 这两个方法都可以估算水力传导系数，但实际上仅仅测定了局部的水力传导系数，具有一定的局限性，结果都没有水泵抽提实验准确 优点：方便、成本低廉，不需要安装水泵等设备,泵-处理修复,设计内容及原理 设计内容包括水井的作用范围、位置、数目、直径大小、深度、井的
6、建造材料、抽水速率或者流量、操作方式（连续或间歇周期）、地面处理工艺、处理后的地下水的处置方式等 单井作用范围 将单井的作用范围置于x-y坐标，其边缘界限曲线可以用方程描述 Q为井水抽取流量，m3/s；B为蓄水层厚度，m；u为井周围地下水流速，m/s Q/2Bu数值越大，即流量越大，地下水流速越慢或者蓄水层越薄，水井的影响范围越大,泵-处理修复,水井的个数 估算地下水抽取流量 绘制单个水井的作用区范围曲线 将单个水井作用范围曲线按地图比例放置在污染区域地图上 如果一个水井的作用范围曲线足够覆盖整个污染区域，则说明单个水井就足够了 否则就用多个水井的作用范围曲线罗列在一起，直到能够覆盖整个污染区
7、域，根据每一个作用范围曲线，就可以确定每一个水井在地图上的具体位置 对于复杂的工程计算，可以采用相应的地下水模型软件，目前应该较广的是美国的MODFLOW模型软件,泵-处理修复,水泵选择 常用水泵有两种：安装在地面上的离心泵和安装在井内的潜水泵 离心泵抽吸提升高程一般6m，适用于具有比较高的地下水位的地方，比较广泛采用的是变流量离心泵 潜水泵也有两种：一种是泵头安装在井内而电机安装在井口，另一种是电机和泵头都在井内；后一种潜水泵安装方便，但更换和维修不方便 一般情况下，电机和潜水泵头在一起时，不必是防爆型的 倘若电机不在水下，则要求电机是防爆型,泵-处理修复,地面修复工艺 利用活性污泥工艺或生
8、物膜工艺，将抽取上来的地下水中的有机物进行生物氧化分解 也可以用空气吹脱、活性炭吸附、化学氧化、石灰或碱苏打沉淀重金属离子、交换树脂、膜分离等物理化学方法,气体抽提修复（air extracted-treatment） 抽提修复 利用真空泵和井，在受污染区域诱导产生气流，将有机污染物蒸气，或者将被吸附的、溶解状况的或者自由相的污染物转变为气相，抽提到地面，然后在进行收集处理 典型的气体抽提系统包括抽提井、真空泵、适度分离装置、气体收集管道、气体净化处理设备和附属设备等,气体抽提修复,气体抽提技术的主要优点 能够原位操作，比较简单，对周围的干扰能够限定在尽可能小的范围之内 非常有效的去除挥发性有
9、机物 在可接受的成本范围内能够处理尽可能多的受污染土壤 系统容易安装和转移 容易与其他技术组合使用,气体抽提修复,抽提技术的基础是土壤污染物的挥发特性 在孔隙空气流动时，土壤污染物质不断挥发，形成蒸气，并随着气流，迁移至抽提井，集中收集抽提出来，再进行地面净化处理 抽提技术可行与否，取决于污染物质的挥发特性和土壤结构对气流的渗透特性 有机污染物在土壤中以不同的状态存在，包括：吸附在土壤颗粒表面，呈现膜状；在土壤空隙中呈现乳化状态；在土壤空隙气相中呈蒸气状态；溶解于水或者地下水中；作为独立的相漂浮于地下水层或者沉积于下层,气体抽提修复,土壤中有机污染物的挥发性能可以用几种参数表示 蒸气压 表示一
10、个化合物挥发转变为气相的趋势 一般蒸气压大于66.661133.322pa的化合物（如苯、三氯乙烯），可以采用抽提技术有效的去除 对于混合性的污染物，蒸气压与各个组分物质的量比例有关 溶解度： 溶解度小的化合物容易挥发，而溶解度大的化合物可能随水渗流，迁移至更远的地方 对于混合性的污染物，溶解度同样取决于各个组分物质的比例,气体抽提修复,亨利系数 表示一个化合物在水相和气相分配的程度 KH=cv/c1（KH为亨利系数；cv 为化合物在气相中的平衡浓度；c1为化合物在水相中浓度） 吸附 污染物吸附与土壤颗粒特性及所含有的有机物成分有关，有机成分可以用总碳表示，吸附程度用吸附系数Kd表示 Kd=f
11、ocKoc（foc为土壤含有机物的比例，一般为18%，对于沙子，则小于1%；Koc为该污染物在土壤有机物中的分配系数，可以利用辛醇-水分配系数获得） 土壤方面影响因素包括：孔隙率，越小将降低扩散速率；含水率，高会影响扩散速率，低会增加吸附特性；土壤层结构的多向异性,气体抽提修复,抽提过程操作：抽提技术作用一般分为几个阶段 初期，土壤孔隙中的空气含有的挥发性有机物处于平衡甚至饱和状态 当启动抽提技术时，呈饱和平衡状态的气相首先移走，液相状态的有机物传质至气相并被带出，气流中有机物浓度相对比较稳定 当大部分自由相状态的有机物被移走，平衡破坏，气相移动的速度或者说将污染物带出的速度大于污染物从液相或
12、固相挥发传质的速度，此时，液相呈乳化状态或者黏附在土壤颗粒表面物质逐渐挥发 最后是水相中呈溶解状态物质的挥发，被吸附在土壤颗粒表面上的有机物的脱附,气体抽提修复,注意事项 为了有效的增加空气流量，一般把抽提井周围的地面用塑料覆盖，使空气在更大范围内扩散，使有限的空气通过更多的土壤 周边覆盖还可以减少雨淋，减少水渗流产生的不利影响,注意事项,为了增加抽提效果，也可以特别设置空气注入井，直接插入到空气难以通过的污染区域 在使用真空泵抽吸时，为了减少地下水上升所造成的影响，需要将抽提井的底部封住 在应用抽提技术时，需要考虑污染物成分、类型、时间、浓度、阶段与分布、区域特征（地质条件、土壤湿度、地表特
13、征、地下水深度等） 抽提技术运用于渗透性和均一性比较好的地层，因此需要对受污染地区进行详细调查，包括地质和水力特征、污染物分布区域、土壤空气成分、地下水变化、气压变化特征、地下水中轻质有机污染物（LNAPL）的存在状态和地下水浓度等,气体抽提修复,现场中试 设计前最后进行中试，以获得工程现场第一手的设计资料和参数，也称为现场设计实验 中试包括测定土壤空气渗透 率、蒸气抽提范围半径、吹提 出来的空气的浓度和成分、 所需要的空气流量、真空水平、 真空泵功率、估计修复需要的 时间和成本等,气体抽提修复,设计原理 设计的目的包括 系统各个部分的规格，如真空泵或者鼓风机、抽提井个数和位置、井的构造、抽提
14、物后处理单元、空气/水分分离器、管道管件以及检测和控制仪等 选择合适的操作条件如抽提所需要的真空水平、空气流量、抽提半径范围、污染物蒸气浓度等 估算修复程度和效率、所需要的时间、残余污染物浓度等 工程投资或者成本等,气体抽提修复,抽提半径方法 根据中试结果，可以确定一定的空气流量或者真空水平所产生的有效抽提半径，进而确定修复整个受污染区域所需要的抽提井个数。因此，在实验中需要测量抽提井周围的真空水平，并按距离画图 依据所需要的真空水平，就可以确定有效半径范围，采用所确定的半径，在需要修复的区域范围内，画出重叠的圆圈，即为抽提井的个数和位置 确定了抽提井的个数和位置，根据所需要的真空水平和待修复
15、土壤的渗透系数，就可以确定空气流量，以此选择真空泵等设备和仪表 实际工作过程中，污染物浓度逐渐降低，直至达到环境标准，完成修复工作 抽提气体后处理：生物过滤,第二节 空气吹脱修复,概述 空气吹脱（blow-off）是在一定的压力条件下，将压缩空气注入受污染区域，将溶解在地下水中的挥发性化合物、吸附在土壤颗粒表面上的化合物以及阻塞在土壤空隙中的化合物驱赶出来 空气吹脱包括现场吹脱、挥发性有机物的挥发、有机物的好氧生物降解等三个过程，前两个过程进行的比较快，而生物降解过程在比较长的时间内才能显现出来 在实际应用中，空气吹脱技术与抽提技术相结合，可以得到更好的效果,空气吹脱修复,选择吹脱技术应该考虑
16、亨利系数和蒸气压 亨利系数大于101.32510-2Pam3/mol，蒸气压大于66.661133.322Pa，比较容易挥发或吹脱 关于地质条件，影响最大的是底层土壤均一性，比较密实的土层会阻断空气通道，导致空气积累，高度松散的土壤也会导致空气短流，吹脱不能均匀进行 在实际工作中，空气注入到土壤地下水中后，根据不同的地层结构，或者以气泡或者以气流的形式扩散，相应地，地下水从垂直方向和水平方向向周围迁移,空气吹脱修复,不同情况下地下水位的变化 在空气注入的开始阶段，空气进入地下水的流量大于其扩散流出的量，地下水位上升并达到其最高位置 随着注入的空气不断流向包气带，地下水水位开始下降，此时空气从地下水区域向包气带流动的气流通道开始形成 地下水位持续下降直至空气注入的流速等于其流出的速度，达到平衡时，注入井附近的地下水水位几乎回复原位 空气通道在地下水中的分布，大体呈现伞状形态。气流通道的密度和空气与土壤接触的表面积都与空气流量有关，空气流量大，气流通道的密度增加，相应的接触表面积增加 空气注入地下，能够强化地下水的混合，从而克服分散传质的局限性，大大加快传质过程,
