電動力學修復技術精選(九篇)

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第1篇：電動力學修復技術范文

【關鍵詞】土壤；鉻污染；來源；修復技術

土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態環境的重要組成部分。但是隨著工礦業的迅速發展，土壤重金屬污染已日益嚴重，污染土壤中的重金屬主要有汞、鎘、鉛、銅、鉻、砷、鎳、鐵、錳、鋅等，本文將以重金屬鉻污染為例來介紹土壤重金屬污染的危害和修復技術。

1.土壤中重金屬鉻的來源

鉻和鉻鹽作為重要的工業原料，主要用于化工、冶金、制革、電鍍等行業，在國民經濟的建設中起著重要的作用，這些工業部門分布點多而廣，每天排出大量含鉻廢水和廢氣，因此污染環境的鉻主要來自于含鉻金屬工業部門排放的“三廢”，其中，大氣和水是污染土壤的媒介，大氣污染物通過降水、沉降、溶解進人土壤，水中的污染物通過排污、灌溉及地下水污染土壤。土壤中重金屬鉻的污染來源主要有以下幾種：

1.1大氣中重金屬格的沉降

從工業區吹來的大氣中含鉻顆粒的沉降或被含鉻污染物被雨水沖刷到土壤中是土壤中鉻污染的主要來源之一。

1.2農藥、化肥和塑料薄膜的使用

由于傳統無機磷肥的使用，進而導致土壤重金屬Cd、Cu、Cr、Zn、Ni的污染。此外，重金屬元素是肥料中報道最多的污染物，我國磷肥中含有較多的有害重金屬，肥料中Cr、Pb、As元素的含量較高，而土壤的環境容量（Cr、As）又較低，因而使用這些廢料可能會引起土壤中Cr、As的較快積累，引起土壤中重金屬鉻的污染。

1.3污水灌溉

河水和灌溉用水中鉻的沉淀被土壤吸附是土壤中鉻的來源之一，含鉻灌溉用水中的鉻只有0.28%～15%為作為吸收，而85%～95%累積在土壤中，并肌膚全部集中于表土中。

1.4其他來源

污泥及城市垃圾中含有大量的有機質和氮、磷、鉀等營養元素，但同時也含有大量的重金屬，隨著市政污泥進人農田，使得農田中的重金屬的含量在不斷提高；此外，金屬礦山的開采、冶煉、重金屬尾礦、冶煉廢渣和礦渣堆放等，都有可能被溶出，形成含重金屬離子的廢水，隨著廢水的排放或降雨而使其帶人到水環境（如河流等）中或直接進人土壤，這些都可以直接或間接地造成土壤重金屬污染。

2.壤重金屬鉻污染的危害

2.1 對人體健康的危害

鉻在土壤中主要有兩種價態：Cr6+和Cr3+。兩種價態的行為極為不同，前者活性低而毒性高，后者恰恰相反。Cr3+主要存在于土壤與沉積物中，Cr6+主要存在于水中，但易被Fe2+和有機物等還原。鉻的毒性與其賦存形態有極大關系， 環境中Cr （III ） 由于不易進人細胞， 被認為是基本無毒的， 因此鉻的毒性及危害主要來自于Cr （VI ），Cr （VI ） 化合物毒性比Cr （III ） 高10 倍左右， 水溶性Cr （VI ） 被列為對人體危害最大的八種化學物質之一， 是美國EPA 公認的129 種重點污染物之一， 同時也是國際公認的三種致癌金屬物之一。工人在接觸、吸人或攝人Cr （VI ）或其化合物后， 會出現以下毒性危害： 如皮炎、過敏性和濕疹性皮膚反應、皮膚和粘膜潰瘍、鼻中隔穿孔、過敏性哮喘、支氣管癌、肺癌、胃腸炎、咽炎及肝、腎的損害 。實驗表明， 六價鉻化合物具有免疫毒性、神經毒性、生殖毒性、腎臟毒性及致癌性等。

2.2 對植物的影響

鉻在植物中的存在具有普遍性。微量元素Cr 是植物生長發育所必需的， 缺乏Cr 元素會影響植物的正常發育， 但體內積累過量又會引起毒害作用。通過對葉綠蛋白、葉綠素中鉻的研究發現一定形式、一定數量的鉻對植物生長可起到促進作用， 能增強光合作用并提高產量； 但過量的鉻將引起花葉癥、黃瓜癌、雍菜瘤、菠蘿瘤等， 此外， 過量的鉻會抑制水稻、玉米、油菜、棉花、蘿卜等作物的生長。在鉻污染條件下，小白菜的葉綠素值的下降趨勢最為明顯，如圖1所示，隨著土壤中鉻濃度的升高，小白菜葉綠素的合成逐漸受抑制。

3.土壤中重金屬鉻污染修復技術

目前土壤中重金屬鉻的污染治理主要有兩條思路：一是改變鉻在土壤或沉積物中的存在形態，將Cr（Ⅵ）還原為毒性相對較小的Cr（Ⅲ），降低其在土壤環境中的生物可利用性；二是將鉻從土壤或沉積物中清除。圍繞這兩條思路，國內外發展出一系列修復技術，如固定化/穩定化、淋洗法、洗土法、電動力學修復法、化學還原法、植物修復、微生物修復。

3.1固定化/穩定化

固定/穩定化是向鉻污染的土壤中加人固化/穩定化劑（也可以輔以一定的還原劑，用于還原Cr（Ⅵ）），通過吸附、離子交換、絡合以及氧化還原等作用等Cr（Ⅵ）轉化為難溶、低毒性的物質，使其不再向周圍環境遷移。如Poletini等將Cr（Ⅲ）含量為500mg/kg的土壤與水泥、Ca（OH）2混合，7d后Cr（Ⅲ）被有效固定。但該方法需將土壤挖掘出來，成本較高，處理效果有待進一步提高。

3.2 淋洗法

一般污染土壤所含鉻為水溶Cr（Ⅵ），是被土壤顆粒表面吸附的水溶性鉻酸鹽，或溶解在土壤（毛細管）孔隙水中的鉻酸鹽。當沒有新的鉻酸鹽進人土壤時，隨著雨水、地下水或人工回灌水的不斷溶解淋洗，加上人為泵出處理，土壤中水溶性鉻酸鹽將逐漸洗脫離開土壤，最終使土壤中的Cr（Ⅵ）含量符合無害化要求，其中，泵出處理主要是將洗脫水抽送至地面裝置，利用吸附法或氧化還原沉淀法去除洗脫水中的Cr（Ⅵ），凈化后的水可繼續回灌淋洗土壤。

雖然淋洗法已在去除土壤/沉積物中有機物的污染方面已有大規模的應用，但在重金屬污染修復方面的應用仍有限，而且淋洗法僅適用于高滲透性土壤/沉積物，對含水率達到20%-30%以上的粘質土/壤土效果不佳。化學清洗法雖然費用較低，且操作人員不直接接觸污染物，但僅適用于砂壤等滲透系數大的土壤，而且引人的清洗劑易造成二次污染。

3.3 化學還原法

化學還原法是利用還原劑如鐵屑、硫酸亞鐵或其他一些價格便宜、容易得到的化學還原劑將污染土壤/沉積物中的Cr（Ⅵ）還原成Cr（Ⅲ），形成難溶的化合物，從而降低鉻在土壤環境中的遷移性和生物可利用性，包括原位和異位修復兩種。常用的還原劑有硫酸亞鐵（FeSO4）、多硫化鈣CaS5、焦亞硫酸鈉/亞硫酸氫鈉（Na2S04/NaHSO3）、石灰等。

可滲透反應柵技術（Permeable reactive barrier，PRB）是一類原位修復污染土壤/沉積物及地下水的新型技術，其中，膠態FeO-PRB技術可以有效地修復鉻污染土壤和地下水。研究表明，在鉻污染土壤地區的水流走向下方處挖井或橫溝，然后注人膠態狀零價鐵粉形成FeO應柵，當Cr（Ⅵ）污染物順著水流經過該反應柵時，Cr（Ⅵ）即被還原為沉淀態的Cr（Ⅲ）。在用PRB修復的重金屬污染物中，以鉻的研究最多，目前已有5個工程完成。

化學還原法成本較低，可實現工業化應用，但是當Cr（Ⅵ）存在于土壤/沉積物顆粒內部時，退難與還原劑接觸并發生氧化頰原反應，因而要把這部分六價鉻從土壤中浸出，就需要額外的超量還原劑來還原它。在這個過程中，還原劑有可能被沖走，也可能被其他物質氧化。另外，向土壤中添加的還原劑有可能造成二次污染。因此，土壤顆粒內部的六價鉻的去除是化學還原法的難點。

3.4 有機物還原法

鉻酸鹽是多種有機合成的氧化劑，許多有機物如檸檬酸、酒石酸、草酸是常用的Cr（Ⅵ）還原劑。動物排泄物和動植物遺骸常年累積形成的腐植土、泥炭，含有大量具有強還原性的多種有機酸，它能將土壤中的Cr（Ⅵ）還原為Cr（Ⅲ），且部分有機物還能與Cr（Ⅲ）形成穩定的贅合物，從而促進Cr（Ⅵ）的快速還原。

3.5 電動修復法

電動力學修復法是在鉻污染土壤兩端加上低壓直流電場，在各種電動效應（電滲析、電遷移和電泳等）的作用下將鉻遷移到陰極室（Cr3+）或陽極室（Cr6+），最終在電極區富集，然后再進行回收處理。目前已有大量研究結果表明該技術可用于修復處理重金屬鉻、鉛、鋅等以及酚、甲苯等有機物，但工程應用實例不多。電動修復法主要適用于低滲透性的土壤、大顆粒和小顆粒土壤介質、多相不均勻土壤介質。

3.6 植物修復

植物修復是通過綠色植物來固定、吸收、轉移、轉化和降解有機物，使之轉變為對環境無害的物質或者對污染物加以回收利用的一種技術。廣義的植物修復是指利用植物來凈化空氣，或者利用植物及其根際圈微生物體系來凈化污水和治理的污染土壤。狹義的植物修復是指利用植物及其根際微生物體系治理污染的土壤。植物穩定、植物提取和植物揮發是重金屬污染土壤植物修復的三種主要類型。植物修復的運行成本較低，回收和處理富集重金屬的植物比較容易，因此近年來植物修復重金屬污染土壤逐漸得到了重視和發展。

3.7 微生物修復

微生物修復Cr（Ⅵ）污染土壤主要有吸附和還原兩種方式，但利用微生物吸附法去除土壤中Cr（Ⅵ）的研究較少。微生物還原法即利用土壤中的土著微生物或向污染土壤中補充經馴化的高效微生物，通過微生物還原反應，將Cr（Ⅵ）還原為Cr（Ⅲ），從而達到修復鉻污染土壤的目的。微生物修復的優點是不需要輸人多的能量，不引人有毒試劑，不會破壞植物生長所需的土壤環境，而且可以使用沒有生態風險的生物菌株，是一個很有潛力的技術。

4.結束語

綜上所述，土壤受到重金屬污染的原因復雜多樣。因此，我們詳細分析污染的來源，了解它的危害，不僅要采用多種修復方法對土壤重金屬污染進行防治，更要不斷探索，從實踐中找到新的修復方法，確保我們生活土地的環境狀況。

參考文獻

第2篇：電動力學修復技術范文

從氣象、降水條件看，環渤海地區位于半干旱暖溫帶，年降雨量為500～700mm，地面蒸發量為1500～2000mm，蒸發量是降水量的3～4倍。降雨量主要集中在7～8月份，占全年降水量的50%～70%，常常出現春旱、夏澇和晚秋又旱的自然災害，土壤具有明顯的季節性積鹽和脫鹽的交替過程。從水文、地質條件看，黃河、海河和遼河等16條河流的入海口均在環渤海地區，因而該區域地勢多以濱海平原三角洲為主，海拔高程－1～10m之間。土壤受海洋侵蝕現象較重，土壤鹽分呈現從內陸向海濱逐漸增強的規律。從土壤、植被類型看，環渤海地區屬于濕潤－半濕潤海水浸漬鹽漬區，鹽漬過程先于成土過程，是在鹽漬淤泥的基礎上逐漸成陸發育而成。此外，土壤鹽分組成也具有地區差異。在黃河三角洲，土壤以鹽土為主，鹽分組成主要以Cl－和Na+為主，鹽含量為6～30g/kg，鹽土占土壤總面積的50%以上;而在遼河下游濱海三角洲的鹽漬土中則出現了少量SO42－［2］。黃河三角洲和遼河三角洲濱海地區是典型的生態脆弱區，植物種類較少，主要以濕生、水生和鹽生植物為建群種形成的群落在該區占據主要地位［6－8］。常見的植物群落類型主要有蘆葦(Phragmitescommunis)群落、鹽地堿蓬(Suaedasalsa)群落、檉柳(Tamarixchinensis)群落、獐毛(Aeluropuslittoralis)群落等。總體來看，由河流沖積形成的三角洲地區土壤的成土歷程短，熟化程度低，土壤養分少，但土壤含鹽量高，地表蒸發快，極易鹽堿化，生態系統自我調節能力較差。同時，該地區人類活動頻繁，對生態系統的擾動較大，因而，環渤海地區是典型的生態脆弱區。

2環渤海油田區開發歷史

目前，環渤海地區是我國重要的石油生產、加工基地，勝利、遼河和大港油田的開采時間均超過50年，最年輕的冀東油田開采年限也已達20年。以勝利油田為例，自1961年發現以來，目前擁有油井2萬余口，已累計生產原油8億余噸，主要工作面積達4．4萬平方公里。勝利油田在1987年產量突破3000萬噸后一直保持了9年，至今原油產量仍然保持在2500萬噸以上。冀東油田開發最晚，最初原油產量每年僅有18萬噸，而今年產量已達213萬噸，累計探明儲量17662萬噸，該油田目前已步入快速開采期，預計5～10年即可達到千萬噸油田的生產規模。石油的勘探與開發涉及面廣、涉及點多，需要占用大量土地。在油井建設過程中，主要涉及到鉆井、勘探、管線埋設以及道路建設等地面工程的占地用地問題。每口油井的井臺占用的土地面積約為400m2左右，油井位置一般較為分散，油井間以作業路面相連接，油田長期勘探、開發后的結果就是導致原本脆弱的環境更加破碎化。油田作業區污染物累積量逐年加大，環境自凈能力越來越弱，生態風險越來越高。

3油田開發對生態環境的影響

3．1油田開發對大氣的影響

濱海油田區稠油比例高，多采用蒸汽驅原油的開采方式。在鍋爐加熱和采油運輸過程中產生大量廢氣，然而針對油田伴生氣體處理的工藝設備配備不完善，技術工藝不成熟，無法實現對排出氣體的完全回收再利用。排放氣體中，總烴含量最大，大約占46．77%;其次是非甲烷總烴(non-methanehydrocarbon，NMHC)。這類物質易與油田的另一類特征污染物NOx發生化學反應，形成光化學煙霧，而光化學煙霧也是近年來霧霾的來源之一。據統計，勝利油田NMHC日排放量超標準值的2．6倍，遼河油田的日排放量超標準值的2．8倍。

3．2油田開發對地表植被的影響

在油田開發過程中，從前期的勘探到搭建井場采油，到后期的鋪設管道以及儲運集輸，油田井場及周邊的植被受到了極嚴重的破壞。長期高強度、無節制和大面積的石油開采造成了土地鹽堿化沙化、草場退化、濕地退化以及水質污染等眾多生態問題。勝利油田附近的草場面積已不足60年代的30%。大港油田開發區域，被石油破壞的植被達到了7萬多畝。植被大大減少的同時又伴隨著植物生產能力降低，生態系統植物多樣性減少，由于食物鏈底端的生產者減少，導致生態系統的總生物量減少，進而造成環境功能的衰退。而環渤海油田區處于生態脆弱區，生態系統抗干擾能力差。生態系統結構不穩定，對環境變化比較敏感，自我修復能力差，造成不可逆的生態破壞。

3．3油田開發對土壤環境的影響

土壤是油田生產過程中產生的眾多污染物的主要歸宿地。隨著開發時間的延長，土壤中污染物總量不斷累積。落地原油、泥漿和油砂等進入土壤后，會改變土壤的理化性質，土壤有機質組成發生變化，土壤通透性降低，對土壤微生物群落和區系結構產生顯著影響。據調查，勝利油田年均產生油泥在1×105噸以上，有些區塊土壤中石油含量達到了105．7g/kg，是臨界值(0．2g/kg)的528倍，對土壤生態系統產生嚴重影響。遼河油田也存在相似的污染狀況。

3．4油田開發對水體環境的影響

在油田生產過程中，井場作業、井管破裂和輸油管線穿孔均會造成原油泄漏進入水體。目前，環渤海地區的油田大部分已進入開采的暮年期，采出油綜合含水率都在90%以上，其中含有大量的石油類物質及采油過程中投加的表面活性劑、破乳劑等高分子采油助劑，其有機成分包括烷烴、芳烴、酚、酮、酯、酸、鹵代烴及含氮化合物等。采油廢水目前主要通過回注的方式加以利用，但并不能完全解決。油田開采對自然水體的危害是多方面的，石油類污染物可以在水面形成油膜，阻礙水氣交換，破壞了水體的溶氧過程，進而影響水質和水生生物的生存。污染物經長期累積和滲漏將進入地下水，導致地下水質量下降。此外，回注地下的污水也會通過土壤或注水井漏層(或套管破裂)滲漏，或因注水井注入層位淺，使注入水進入地下水，將使地下水利用價值降低甚至不能利用。

4油田現行污染物控制措施

4．1氣體污染物的控制措施

氣體污染物在油井井場、原油接轉站、聯合站、注水站和油田開發輔助工程及運輸過程中均有產生［14］。這類氣體污染物的控制幾乎涉及到油田生產的各個環節。然而，環渤海地區的油田多為老油田，設備較為陳舊，許多需密閉的流程仍為開放式生產，輕質烴揮發嚴重。例如，聯合站接收來自前線集輸站來油后，須經脫水、凈化和加溫處理，這個過程中會揮發出大量輕質油氣，如不加裝油氣回收裝置，這類氣體污染物將直接進入大氣環境中。此外，在原油煉制環節，每年會產生數千噸的火炬氣，主要成分為C2H6、C2H4和H2S等，這類氣體熱值較低，回收利用率僅有10%左右，煉廠一般是將其排放至火炬燃燒［25］。這種處置方式仍然會產生大量的溫室氣體，既不經濟，也不環保。

4．2土壤污染的控制措施

石油污染土壤的修復是近年來環境領域研究的熱點問題。從技術類型上可以分為物理修復、化學修復和生物修復技術。常用的物理、化學技術包括濃縮干化法、固液分離法、萃取分離法、電動力學修復法、熱處理和熱解吸技術以及化學破乳回收法等。物理、化學技術對治理高濃度的石油污染技術優勢明顯，但若用于中低濃度石油污染土壤則成本太高，還會造成二次污染的問題;生物修復的成本低、無二次污染，在處理低濃度污染土壤方面有明顯優勢，不足之處是污染物降解速率較低。在實際應用過程中，各類土壤修復技術的推廣并不順利。首先，土壤污染通常較為分散、濃度不均，通過挖掘、運輸對污染物集中處置成本過高，因此目前多采用原位處置的方式。原位處理的首選技術是生物修復技術，而環渤海地區的油田土壤多為鹽堿化土壤，鹽堿對生物技術的使用效果具有明顯的抑制作用。研究者通常采取壓堿、土質改良和增加地表植被等方式降低鹽堿帶來的影響。當前，這類技術仍以研究為主，國家尚未出臺油田污染土壤強制修復措施。

4．3水污染的控制措施

目前，多數濱海油田已進入中后期開采階段，多采用水驅來實現大規模生產，油田化學品的應用非常廣泛。采出油綜合含水率不斷提高，污水產出量不斷增加，已超過注水量的需求，不能全部用于回注;再加上有些區塊地層滲透率低，對注水水質要求很嚴，處理后的采油廢水達不到要求，只能注新鮮水;還有的地區采用注蒸汽采油，但采油污水處理后很難達到鍋爐水質標準。所以，相當一部分采油廢水必須要排放到環境中，而且必須達到國家排放標準，油田企業的污水處理壓力巨大。國內油田對含油污水處理的傳統方法主要有自然沉降、混凝沉降、氣浮和過濾等常規物理方法，一般可以滿足注水指標的條件。外排水還需經過深度處理才能排放，大多數油田外排廢水采用生化處理為主。這類技術可分為兩類，即利用好氧微生物作用的好氧法與利用厭氧微生物作用的厭氧法。但由于重組分的難降解性，更應該采用組合工藝。

4．4固體廢棄物的控制措施

油田生產過程中產生的固體廢棄物最主要的就是油泥砂。其主要來源包括接轉站、聯合站的油罐、沉降罐、污水罐和隔油池的底泥，含油污水處理設施、輕烴加工廠和天然氣凈化裝置等清除出來的油砂、油泥，鉆井、作業、管線穿孔而產生的落地原油及含油污泥等［30］。油田通常根據油泥來源對其進行不同處理，含油量20%～30%的油泥直接可以進入物化處理裝置回收原油，處理后的油泥一般用于建材生產;含油量10%左右的油泥砂可進入熱電廠焚燒發電;對于含水量在90%以上且含油量較低的油泥砂一般直接排入天然蒸發池，進行自然蒸發，而后集中至污泥干化場堆放。以勝利油田為例，每年通過各種途徑產生的油泥砂數量大約11萬噸，而目前通過各種方式處理的油泥砂的量僅占50%左右。

5我國濱海油田區環境綜合治理對策

5．1大力推行清潔生產

原油勘探開發、油氣集輸和煉油等作業過程不可避免會對環境產生影響。通過改進生產工藝，降低生產過程中各類污染物的產生及排放量，從源頭抓起，能夠減輕末端治理的壓力、。清潔生產著眼于污染預防，通過不斷地改善管理和技術水平，提高資源利用率，減少污染排放，將污染整體預防戰略持續地應用于生產全過程。新的形勢要求油田企業在加大環保投入的同時，轉變觀念，致力推行清潔生產，促進污染物的“零排放”。清潔生產模式已成為當前油田企業節能降耗、控制污染和轉變經濟增長方式的最佳途徑。

5．2實施嚴格的末端治理

按照我國現行的石油開采、加工技術和生產模式，尚無法實現生產過程污染物的“零排放”。因此，在現階段采油污水、油泥以及井場作業區的污染問題仍是亟待解決的環境問題。必須實行嚴格的末端治理措施，從政策上提高“偷排”、“漏排”的違法成本，加大對責任人和直接領導的處罰;對污染物處理實行政府計量補貼措施，提高油田企業治污的積極性和主動性;推行污染物資源化利用新技術和分類集中處理模式，實現污染物的資源化和無害化處理。

5．3加強植被恢復和生態建設

油田開發過程中對植被的破壞是非常大的。如20世紀80年代開發建設的孤東油田，是在潮上帶濕地上圍海建壩開辟出的68km2采油區，在開發初期打井、修路，動用了1．2×104m3土方，但開發后未進行綠化，致使地表。在油田生產進入穩產階段后，通過種植紫穗槐、檉柳等對道路兩旁進行綠化，人工綠化加上自然植被恢復，綠化覆蓋率已達到30%～50%，生態環境有所改善［34］。因此應當注重施工后的地表修復和綠化，注意管道回填后地表的平整度，在工作空間內種植草坪和樹木，不僅可以美化環境，而且還可保護土壤結構。生態恢復工程的實施有助于緩解油田開發給生態環境帶來的嚴重損害，強化生態系統的自身調節能力和平衡作用。

5．4劃定生態紅線，制定生態脆弱區保護規范