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2.1 异位修复技术
地下水异位修复技术是将污染水体通过收集系统或者抽提系统转移到地面上,进行处理后使水体达到排放要求的技术。
针对重金属污染的修复,异位修复技术主要是抽出-地表处理技术(pump-and-treat method),即在污染场地布置一定数量的抽水井,用水泵将受污染的地下水抽提至地上的处理设备进行处理,出水根据当地实际的地质情况进行排放,通常适用于处理高强度、突发性或污染晕埋藏深的场地。该技术处理周期短、效果好,但需要续的能量供给及定期的监测和维护,因此运行成本较高。
异位修复技术中,抽出-地表处理技术应用最为广泛,根据美国环保局的统计,在1982-2002年间,相对其他修复技术,其在工程应用上的使用比例高达68%。但有时可能会出现拖尾和反弹现象。
2.2 原位修复技术
由于异位修复技术投资及运行成本较高,因此重金属污染的原位修复技术受到国内外学者的广泛关注。原位修复技术指不破坏土体和地下水自然环境,对污染的地下水进行原地修复,该技术处理费用低、地表处理设施少、环境扰动性小,包括可渗透反应墙技术、原位电动修复技术、原位化学修复技术和原位生物修复技术。
2.2.1 可渗透反应墙技术
1982年,美国环保局提出了可渗透反应墙技术(Permeable Reactive Barrier,PRB)。根据美国环保局(USEPA)的定义,“通过在地下安装活性材料墙体,将污染物羽状体加以拦截,在反应介质中经吸附、沉淀、降解等反应将污染物转化为环境能够接受的另一种形式,使得污染物最终含量达到国家规定的允许排放值”。
PRB技术中,活性材料决定反应时间和速度,并影响治理的效果和反应格栅所使用的时间。用于反应的充填介质包括零价铁、活性炭、磷灰石、泥炭、微生物、锯屑或其它物质。当污染羽较宽或者较深,会引起的墙体的尺寸过大,对此可先用低渗透性的隔断墙先引导地下水流,进而可采用更小的反应器替代反应墙,即“漏斗-通道系统(funnel-and-gate system)”。
PRB技术中反应介质起主要作用,因此必须具有以下特征:吸附降解能力较强,能长时间保持活性;在水力和矿化作用下保持稳定;处理污染物过程中没有有害物质产生;抗腐蚀性强。
PRB法可原位降解或者截留污染组分,不需抽出处理过程。单身在长期处理过程中,系统容易造成堵塞,因此需要对反应介质进行更新,从而保证其长期有效的作用。而且,PRB技术通常采用的是通过土体开挖和反应材料回填的办法进行施工,开挖深度一般在8m以内,超过8m施工费用较高,需采用其他如高压喷射等方法。德国与美国对这方面有较多的研究。此外,PRB的设计须根据污染物特征分析,地下土壤特性及地下水运行特性,因此在设计前,需要进行大量的前期调查及建立工作模型。
2.2.2 原位电动修复技术
原位电动修复技术(Electromotion repairing technique)是通过施加直流电压形成电场梯度,使污染物质在电场作用下迁移至电极两端,具体是各种形态的重金属污染物先转化为可溶态,然后在电场作用下通过离子迁移和电渗定向迁移出地下水。含水介质的土壤层更利于污染离子的迁移,因此该技术目前大多应用于含水介质的土壤层污染的原位修复上。
与其他修复技术相比,电动力学修复技术对地下水重金属污染处理发生在2个电极之间,污染修复目标性很强;金属离子移向电极两端而去除,不会引入新的污染物质。但需控制稳定合适的酸性环境,另外,活化极化、电阻极化和浓差极化的存在,可能会使电流降低。
电化学技术还可以强化地下水原位生物修复,利用电动力学效应加速污染环境中微生物运动,提高污染物的生物降解速率。
2.2.3 原位化学修复技术
原位化学修复技术(In-situ chemical remediation technology)主要是利用氧化还原试剂与土壤及地下水中污染物反生反应从而降低污染物含量的一种原位修复技术。可分为原位化学氧化技术(In Situ Chemical Oxidation ,ISCO)和原位化学还原技术(In Situ Chemical Reduction ,ISCR)。
ISCO技术是采用一定方式将化学氧化剂投放地下,使重金属氧化为低毒、低移动性产物的修复技术。目前,二氧化氯、高锰酸钾、臭氧和Fenton试剂是4种最为常见的氧化剂。如在修复As3+污染地下水时,加入氧化剂可使As3+转化为毒性较低的As5+。另外,由于As3+的溶解度大于As5+,As3+转化为As5+可显著降低As在地下水中的迁移性。ISCO技术也可作为生物修复和自然生物降解的预处理。
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