电动力学修复技术精选(九篇)

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第1篇：电动力学修复技术范文

【关键词】土壤；铬污染；来源；修复技术

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。但是随着工矿业的迅速发展，土壤重金属污染已日益严重，污染土壤中的重金属主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等，本文将以重金属铬污染为例来介绍土壤重金属污染的危害和修复技术。

1.土壤中重金属铬的来源

铬和铬盐作为重要的工业原料，主要用于化工、冶金、制革、电镀等行业，在国民经济的建设中起着重要的作用，这些工业部门分布点多而广，每天排出大量含铬废水和废气，因此污染环境的铬主要来自于含铬金属工业部门排放的“三废”，其中，大气和水是污染土壤的媒介，大气污染物通过降水、沉降、溶解进人土壤，水中的污染物通过排污、灌溉及地下水污染土壤。土壤中重金属铬的污染来源主要有以下几种：

1.1大气中重金属格的沉降

从工业区吹来的大气中含铬颗粒的沉降或被含铬污染物被雨水冲刷到土壤中是土壤中铬污染的主要来源之一。

1.2农药、化肥和塑料薄膜的使用

由于传统无机磷肥的使用，进而导致土壤重金属Cd、Cu、Cr、Zn、Ni的污染。此外，重金属元素是肥料中报道最多的污染物，我国磷肥中含有较多的有害重金属，肥料中Cr、Pb、As元素的含量较高，而土壤的环境容量（Cr、As）又较低，因而使用这些废料可能会引起土壤中Cr、As的较快积累，引起土壤中重金属铬的污染。

1.3污水灌溉

河水和灌溉用水中铬的沉淀被土壤吸附是土壤中铬的来源之一，含铬灌溉用水中的铬只有0.28%～15%为作为吸收，而85%～95%累积在土壤中，并肌肤全部集中于表土中。

1.4其他来源

污泥及城市垃圾中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，但同时也含有大量的重金属，随着市政污泥进人农田，使得农田中的重金属的含量在不断提高；此外，金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，都有可能被溶出，形成含重金属离子的废水，随着废水的排放或降雨而使其带人到水环境（如河流等）中或直接进人土壤，这些都可以直接或间接地造成土壤重金属污染。

2.壤重金属铬污染的危害

2.1 对人体健康的危害

铬在土壤中主要有两种价态：Cr6+和Cr3+。两种价态的行为极为不同，前者活性低而毒性高，后者恰恰相反。Cr3+主要存在于土壤与沉积物中，Cr6+主要存在于水中，但易被Fe2+和有机物等还原。铬的毒性与其赋存形态有极大关系， 环境中Cr （III ） 由于不易进人细胞， 被认为是基本无毒的， 因此铬的毒性及危害主要来自于Cr （VI ），Cr （VI ） 化合物毒性比Cr （III ） 高10 倍左右， 水溶性Cr （VI ） 被列为对人体危害最大的八种化学物质之一， 是美国EPA 公认的129 种重点污染物之一， 同时也是国际公认的三种致癌金属物之一。工人在接触、吸人或摄人Cr （VI ）或其化合物后， 会出现以下毒性危害： 如皮炎、过敏性和湿疹性皮肤反应、皮肤和粘膜溃疡、鼻中隔穿孔、过敏性哮喘、支气管癌、肺癌、胃肠炎、咽炎及肝、肾的损害 。实验表明， 六价铬化合物具有免疫毒性、神经毒性、生殖毒性、肾脏毒性及致癌性等。

2.2 对植物的影响

铬在植物中的存在具有普遍性。微量元素Cr 是植物生长发育所必需的， 缺乏Cr 元素会影响植物的正常发育， 但体内积累过量又会引起毒害作用。通过对叶绿蛋白、叶绿素中铬的研究发现一定形式、一定数量的铬对植物生长可起到促进作用， 能增强光合作用并提高产量； 但过量的铬将引起花叶症、黄瓜癌、雍菜瘤、菠萝瘤等， 此外， 过量的铬会抑制水稻、玉米、油菜、棉花、萝卜等作物的生长。在铬污染条件下，小白菜的叶绿素值的下降趋势最为明显，如图1所示，随着土壤中铬浓度的升高，小白菜叶绿素的合成逐渐受抑制。

3.土壤中重金属铬污染修复技术

目前土壤中重金属铬的污染治理主要有两条思路：一是改变铬在土壤或沉积物中的存在形态，将Cr（Ⅵ）还原为毒性相对较小的Cr（Ⅲ），降低其在土壤环境中的生物可利用性；二是将铬从土壤或沉积物中清除。围绕这两条思路，国内外发展出一系列修复技术，如固定化/稳定化、淋洗法、洗土法、电动力学修复法、化学还原法、植物修复、微生物修复。

3.1固定化/稳定化

固定/稳定化是向铬污染的土壤中加人固化/稳定化剂（也可以辅以一定的还原剂，用于还原Cr（Ⅵ）），通过吸附、离子交换、络合以及氧化还原等作用等Cr（Ⅵ）转化为难溶、低毒性的物质，使其不再向周围环境迁移。如Poletini等将Cr（Ⅲ）含量为500mg/kg的土壤与水泥、Ca（OH）2混合，7d后Cr（Ⅲ）被有效固定。但该方法需将土壤挖掘出来，成本较高，处理效果有待进一步提高。

3.2 淋洗法

一般污染土壤所含铬为水溶Cr（Ⅵ），是被土壤颗粒表面吸附的水溶性铬酸盐，或溶解在土壤（毛细管）孔隙水中的铬酸盐。当没有新的铬酸盐进人土壤时，随着雨水、地下水或人工回灌水的不断溶解淋洗，加上人为泵出处理，土壤中水溶性铬酸盐将逐渐洗脱离开土壤，最终使土壤中的Cr（Ⅵ）含量符合无害化要求，其中，泵出处理主要是将洗脱水抽送至地面装置，利用吸附法或氧化还原沉淀法去除洗脱水中的Cr（Ⅵ），净化后的水可继续回灌淋洗土壤。

虽然淋洗法已在去除土壤/沉积物中有机物的污染方面已有大规模的应用，但在重金属污染修复方面的应用仍有限，而且淋洗法仅适用于高渗透性土壤/沉积物，对含水率达到20%-30%以上的粘质土/壤土效果不佳。化学清洗法虽然费用较低，且操作人员不直接接触污染物，但仅适用于砂壤等渗透系数大的土壤，而且引人的清洗剂易造成二次污染。

3.3 化学还原法

化学还原法是利用还原剂如铁屑、硫酸亚铁或其他一些价格便宜、容易得到的化学还原剂将污染土壤/沉积物中的Cr（Ⅵ）还原成Cr（Ⅲ），形成难溶的化合物，从而降低铬在土壤环境中的迁移性和生物可利用性，包括原位和异位修复两种。常用的还原剂有硫酸亚铁（FeSO4）、多硫化钙CaS5、焦亚硫酸钠/亚硫酸氢钠（Na2S04/NaHSO3）、石灰等。

可渗透反应栅技术（Permeable reactive barrier，PRB）是一类原位修复污染土壤/沉积物及地下水的新型技术，其中，胶态FeO-PRB技术可以有效地修复铬污染土壤和地下水。研究表明，在铬污染土壤地区的水流走向下方处挖井或横沟，然后注人胶态状零价铁粉形成FeO应栅，当Cr（Ⅵ）污染物顺着水流经过该反应栅时，Cr（Ⅵ）即被还原为沉淀态的Cr（Ⅲ）。在用PRB修复的重金属污染物中，以铬的研究最多，目前已有5个工程完成。

化学还原法成本较低，可实现工业化应用，但是当Cr（Ⅵ）存在于土壤/沉积物颗粒内部时，退难与还原剂接触并发生氧化颊原反应，因而要把这部分六价铬从土壤中浸出，就需要额外的超量还原剂来还原它。在这个过程中，还原剂有可能被冲走，也可能被其他物质氧化。另外，向土壤中添加的还原剂有可能造成二次污染。因此，土壤颗粒内部的六价铬的去除是化学还原法的难点。

3.4 有机物还原法

铬酸盐是多种有机合成的氧化剂，许多有机物如柠檬酸、酒石酸、草酸是常用的Cr（Ⅵ）还原剂。动物排泄物和动植物遗骸常年累积形成的腐植土、泥炭，含有大量具有强还原性的多种有机酸，它能将土壤中的Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ），且部分有机物还能与Cr（Ⅲ）形成稳定的赘合物，从而促进Cr（Ⅵ）的快速还原。

3.5 电动修复法

电动力学修复法是在铬污染土壤两端加上低压直流电场，在各种电动效应（电渗析、电迁移和电泳等）的作用下将铬迁移到阴极室（Cr3+）或阳极室（Cr6+），最终在电极区富集，然后再进行回收处理。目前已有大量研究结果表明该技术可用于修复处理重金属铬、铅、锌等以及酚、甲苯等有机物，但工程应用实例不多。电动修复法主要适用于低渗透性的土壤、大颗粒和小颗粒土壤介质、多相不均匀土壤介质。

3.6 植物修复

植物修复是通过绿色植物来固定、吸收、转移、转化和降解有机物，使之转变为对环境无害的物质或者对污染物加以回收利用的一种技术。广义的植物修复是指利用植物来净化空气，或者利用植物及其根际圈微生物体系来净化污水和治理的污染土壤。狭义的植物修复是指利用植物及其根际微生物体系治理污染的土壤。植物稳定、植物提取和植物挥发是重金属污染土壤植物修复的三种主要类型。植物修复的运行成本较低，回收和处理富集重金属的植物比较容易，因此近年来植物修复重金属污染土壤逐渐得到了重视和发展。

3.7 微生物修复

微生物修复Cr（Ⅵ）污染土壤主要有吸附和还原两种方式，但利用微生物吸附法去除土壤中Cr（Ⅵ）的研究较少。微生物还原法即利用土壤中的土著微生物或向污染土壤中补充经驯化的高效微生物，通过微生物还原反应，将Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ），从而达到修复铬污染土壤的目的。微生物修复的优点是不需要输人多的能量，不引人有毒试剂，不会破坏植物生长所需的土壤环境，而且可以使用没有生态风险的生物菌株，是一个很有潜力的技术。

4.结束语

综上所述，土壤受到重金属污染的原因复杂多样。因此，我们详细分析污染的来源，了解它的危害，不仅要采用多种修复方法对土壤重金属污染进行防治，更要不断探索，从实践中找到新的修复方法，确保我们生活土地的环境状况。

参考文献

第2篇：电动力学修复技术范文

从气象、降水条件看，环渤海地区位于半干旱暖温带，年降雨量为500～700mm，地面蒸发量为1500～2000mm，蒸发量是降水量的3～4倍。降雨量主要集中在7～8月份，占全年降水量的50%～70%，常常出现春旱、夏涝和晚秋又旱的自然灾害，土壤具有明显的季节性积盐和脱盐的交替过程。从水文、地质条件看，黄河、海河和辽河等16条河流的入海口均在环渤海地区，因而该区域地势多以滨海平原三角洲为主，海拔高程－1～10m之间。土壤受海洋侵蚀现象较重，土壤盐分呈现从内陆向海滨逐渐增强的规律。从土壤、植被类型看，环渤海地区属于湿润－半湿润海水浸渍盐渍区，盐渍过程先于成土过程，是在盐渍淤泥的基础上逐渐成陆发育而成。此外，土壤盐分组成也具有地区差异。在黄河三角洲，土壤以盐土为主，盐分组成主要以Cl－和Na+为主，盐含量为6～30g/kg，盐土占土壤总面积的50%以上;而在辽河下游滨海三角洲的盐渍土中则出现了少量SO42－［2］。黄河三角洲和辽河三角洲滨海地区是典型的生态脆弱区，植物种类较少，主要以湿生、水生和盐生植物为建群种形成的群落在该区占据主要地位［6－8］。常见的植物群落类型主要有芦苇(Phragmitescommunis)群落、盐地碱蓬(Suaedasalsa)群落、柽柳(Tamarixchinensis)群落、獐毛(Aeluropuslittoralis)群落等。总体来看，由河流冲积形成的三角洲地区土壤的成土历程短，熟化程度低，土壤养分少，但土壤含盐量高，地表蒸发快，极易盐碱化，生态系统自我调节能力较差。同时，该地区人类活动频繁，对生态系统的扰动较大，因而，环渤海地区是典型的生态脆弱区。

2环渤海油田区开发历史

目前，环渤海地区是我国重要的石油生产、加工基地，胜利、辽河和大港油田的开采时间均超过50年，最年轻的冀东油田开采年限也已达20年。以胜利油田为例，自1961年发现以来，目前拥有油井2万余口，已累计生产原油8亿余吨，主要工作面积达4．4万平方公里。胜利油田在1987年产量突破3000万吨后一直保持了9年，至今原油产量仍然保持在2500万吨以上。冀东油田开发最晚，最初原油产量每年仅有18万吨，而今年产量已达213万吨，累计探明储量17662万吨，该油田目前已步入快速开采期，预计5～10年即可达到千万吨油田的生产规模。石油的勘探与开发涉及面广、涉及点多，需要占用大量土地。在油井建设过程中，主要涉及到钻井、勘探、管线埋设以及道路建设等地面工程的占地用地问题。每口油井的井台占用的土地面积约为400m2左右，油井位置一般较为分散，油井间以作业路面相连接，油田长期勘探、开发后的结果就是导致原本脆弱的环境更加破碎化。油田作业区污染物累积量逐年加大，环境自净能力越来越弱，生态风险越来越高。

3油田开发对生态环境的影响

3．1油田开发对大气的影响

滨海油田区稠油比例高，多采用蒸汽驱原油的开采方式。在锅炉加热和采油运输过程中产生大量废气，然而针对油田伴生气体处理的工艺设备配备不完善，技术工艺不成熟，无法实现对排出气体的完全回收再利用。排放气体中，总烃含量最大，大约占46．77%;其次是非甲烷总烃(non-methanehydrocarbon，NMHC)。这类物质易与油田的另一类特征污染物NOx发生化学反应，形成光化学烟雾，而光化学烟雾也是近年来雾霾的来源之一。据统计，胜利油田NMHC日排放量超标准值的2．6倍，辽河油田的日排放量超标准值的2．8倍。

3．2油田开发对地表植被的影响

在油田开发过程中，从前期的勘探到搭建井场采油，到后期的铺设管道以及储运集输，油田井场及周边的植被受到了极严重的破坏。长期高强度、无节制和大面积的石油开采造成了土地盐碱化沙化、草场退化、湿地退化以及水质污染等众多生态问题。胜利油田附近的草场面积已不足60年代的30%。大港油田开发区域，被石油破坏的植被达到了7万多亩。植被大大减少的同时又伴随着植物生产能力降低，生态系统植物多样性减少，由于食物链底端的生产者减少，导致生态系统的总生物量减少，进而造成环境功能的衰退。而环渤海油田区处于生态脆弱区，生态系统抗干扰能力差。生态系统结构不稳定，对环境变化比较敏感，自我修复能力差，造成不可逆的生态破坏。

3．3油田开发对土壤环境的影响

土壤是油田生产过程中产生的众多污染物的主要归宿地。随着开发时间的延长，土壤中污染物总量不断累积。落地原油、泥浆和油砂等进入土壤后，会改变土壤的理化性质，土壤有机质组成发生变化，土壤通透性降低，对土壤微生物群落和区系结构产生显著影响。据调查，胜利油田年均产生油泥在1×105吨以上，有些区块土壤中石油含量达到了105．7g/kg，是临界值(0．2g/kg)的528倍，对土壤生态系统产生严重影响。辽河油田也存在相似的污染状况。

3．4油田开发对水体环境的影响

在油田生产过程中，井场作业、井管破裂和输油管线穿孔均会造成原油泄漏进入水体。目前，环渤海地区的油田大部分已进入开采的暮年期，采出油综合含水率都在90%以上，其中含有大量的石油类物质及采油过程中投加的表面活性剂、破乳剂等高分子采油助剂，其有机成分包括烷烃、芳烃、酚、酮、酯、酸、卤代烃及含氮化合物等。采油废水目前主要通过回注的方式加以利用，但并不能完全解决。油田开采对自然水体的危害是多方面的，石油类污染物可以在水面形成油膜，阻碍水气交换，破坏了水体的溶氧过程，进而影响水质和水生生物的生存。污染物经长期累积和渗漏将进入地下水，导致地下水质量下降。此外，回注地下的污水也会通过土壤或注水井漏层(或套管破裂)渗漏，或因注水井注入层位浅，使注入水进入地下水，将使地下水利用价值降低甚至不能利用。

4油田现行污染物控制措施

4．1气体污染物的控制措施

气体污染物在油井井场、原油接转站、联合站、注水站和油田开发辅助工程及运输过程中均有产生［14］。这类气体污染物的控制几乎涉及到油田生产的各个环节。然而，环渤海地区的油田多为老油田，设备较为陈旧，许多需密闭的流程仍为开放式生产，轻质烃挥发严重。例如，联合站接收来自前线集输站来油后，须经脱水、净化和加温处理，这个过程中会挥发出大量轻质油气，如不加装油气回收装置，这类气体污染物将直接进入大气环境中。此外，在原油炼制环节，每年会产生数千吨的火炬气，主要成分为C2H6、C2H4和H2S等，这类气体热值较低，回收利用率仅有10%左右，炼厂一般是将其排放至火炬燃烧［25］。这种处置方式仍然会产生大量的温室气体，既不经济，也不环保。

4．2土壤污染的控制措施

石油污染土壤的修复是近年来环境领域研究的热点问题。从技术类型上可以分为物理修复、化学修复和生物修复技术。常用的物理、化学技术包括浓缩干化法、固液分离法、萃取分离法、电动力学修复法、热处理和热解吸技术以及化学破乳回收法等。物理、化学技术对治理高浓度的石油污染技术优势明显，但若用于中低浓度石油污染土壤则成本太高，还会造成二次污染的问题;生物修复的成本低、无二次污染，在处理低浓度污染土壤方面有明显优势，不足之处是污染物降解速率较低。在实际应用过程中，各类土壤修复技术的推广并不顺利。首先，土壤污染通常较为分散、浓度不均，通过挖掘、运输对污染物集中处置成本过高，因此目前多采用原位处置的方式。原位处理的首选技术是生物修复技术，而环渤海地区的油田土壤多为盐碱化土壤，盐碱对生物技术的使用效果具有明显的抑制作用。研究者通常采取压碱、土质改良和增加地表植被等方式降低盐碱带来的影响。当前，这类技术仍以研究为主，国家尚未出台油田污染土壤强制修复措施。

4．3水污染的控制措施

目前，多数滨海油田已进入中后期开采阶段，多采用水驱来实现大规模生产，油田化学品的应用非常广泛。采出油综合含水率不断提高，污水产出量不断增加，已超过注水量的需求，不能全部用于回注;再加上有些区块地层渗透率低，对注水水质要求很严，处理后的采油废水达不到要求，只能注新鲜水;还有的地区采用注蒸汽采油，但采油污水处理后很难达到锅炉水质标准。所以，相当一部分采油废水必须要排放到环境中，而且必须达到国家排放标准，油田企业的污水处理压力巨大。国内油田对含油污水处理的传统方法主要有自然沉降、混凝沉降、气浮和过滤等常规物理方法，一般可以满足注水指标的条件。外排水还需经过深度处理才能排放，大多数油田外排废水采用生化处理为主。这类技术可分为两类，即利用好氧微生物作用的好氧法与利用厌氧微生物作用的厌氧法。但由于重组分的难降解性，更应该采用组合工艺。

4．4固体废弃物的控制措施

油田生产过程中产生的固体废弃物最主要的就是油泥砂。其主要来源包括接转站、联合站的油罐、沉降罐、污水罐和隔油池的底泥，含油污水处理设施、轻烃加工厂和天然气净化装置等清除出来的油砂、油泥，钻井、作业、管线穿孔而产生的落地原油及含油污泥等［30］。油田通常根据油泥来源对其进行不同处理，含油量20%～30%的油泥直接可以进入物化处理装置回收原油，处理后的油泥一般用于建材生产;含油量10%左右的油泥砂可进入热电厂焚烧发电;对于含水量在90%以上且含油量较低的油泥砂一般直接排入天然蒸发池，进行自然蒸发，而后集中至污泥干化场堆放。以胜利油田为例，每年通过各种途径产生的油泥砂数量大约11万吨，而目前通过各种方式处理的油泥砂的量仅占50%左右。

5我国滨海油田区环境综合治理对策

5．1大力推行清洁生产

原油勘探开发、油气集输和炼油等作业过程不可避免会对环境产生影响。通过改进生产工艺，降低生产过程中各类污染物的产生及排放量，从源头抓起，能够减轻末端治理的压力、。清洁生产着眼于污染预防，通过不断地改善管理和技术水平，提高资源利用率，减少污染排放，将污染整体预防战略持续地应用于生产全过程。新的形势要求油田企业在加大环保投入的同时，转变观念，致力推行清洁生产，促进污染物的“零排放”。清洁生产模式已成为当前油田企业节能降耗、控制污染和转变经济增长方式的最佳途径。

5．2实施严格的末端治理

按照我国现行的石油开采、加工技术和生产模式，尚无法实现生产过程污染物的“零排放”。因此，在现阶段采油污水、油泥以及井场作业区的污染问题仍是亟待解决的环境问题。必须实行严格的末端治理措施，从政策上提高“偷排”、“漏排”的违法成本，加大对责任人和直接领导的处罚;对污染物处理实行政府计量补贴措施，提高油田企业治污的积极性和主动性;推行污染物资源化利用新技术和分类集中处理模式，实现污染物的资源化和无害化处理。

5．3加强植被恢复和生态建设

油田开发过程中对植被的破坏是非常大的。如20世纪80年代开发建设的孤东油田，是在潮上带湿地上围海建坝开辟出的68km2采油区，在开发初期打井、修路，动用了1．2×104m3土方，但开发后未进行绿化，致使地表。在油田生产进入稳产阶段后，通过种植紫穗槐、柽柳等对道路两旁进行绿化，人工绿化加上自然植被恢复，绿化覆盖率已达到30%～50%，生态环境有所改善［34］。因此应当注重施工后的地表修复和绿化，注意管道回填后地表的平整度，在工作空间内种植草坪和树木，不仅可以美化环境，而且还可保护土壤结构。生态恢复工程的实施有助于缓解油田开发给生态环境带来的严重损害，强化生态系统的自身调节能力和平衡作用。

5．4划定生态红线，制定生态脆弱区保护规范