專利名稱：污染土壤的就地治理的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種污染土壤的就地治理方法。一方面，本發明涉及一種新穎的將電動力學法與污染物的植物治理法相結合的處理方法。另一方面，本發明涉及一種新穎的就地治理被有毒有機物和/或離子態污染物污染的土壤的方法。
通常，可以采用生物處理法或物理化學法，將有毒的有機物降解成無毒產物，如CO2和水，只要在嚴格控制的環境中進行處理，還要對關鍵運行參數如溫度、壓力、混合比、反應物或營養物的添加量等進行優化。這些工藝的例子包括焚燒及其變形、超臨界水氧化、UV/H2O2/臭氧/催化氧化、還原脫鹵以及在優化生物反應器中的生物降解。然而，這些工藝治理污染土壤的費用高，首先必須先挖掘土壤，然后再處理成適于所用特定反應器的形式。由于加熱法需要極端的條件，生物法又需要很長的停留時間，使得在這些方法中，反應器占了總造價的很大部分。為了解決這些問題，需要對污染物就地進行分解，從而避免挖掘和運輸帶來的費用和麻煩，并且該方法必須能耗低，使設備投資和運行費用最小。
業已提出了許多就地治理被有毒有機物污染土壤的方法。這些方法的例子包括水力致裂(也稱作水壓破碎)和電滲透。然而，這些工藝在使用時通常受到某些限制，使得它們在商業上不能切實可行。
水力致裂是一種常在油田上用來增加油井或天然氣井生產率的技術，它最近才被環境保護署(EPA)降低風險工程實驗室(RiskReduction Engineering Laboratory)用作治理下層土壤的方法。見EPA地下水流(Groundwater Currents)，固體廢物處和應急技術革新處(Office of Solid Waste and Emergency Response TechnologyInnovation Office)，1992年9月。雖然該技術本身極少用作治理工藝，但它有一種增強其它治理方法如蒸汽提取、汽提、土壤沖洗，尤其是生物治理效率的潛力。然而，使用水力致裂法的主要問題出現在使用被污染的細粒土壤如粘土或粉土質土壤時。這些土壤的滲透性很差，以致于通過水力手段不能均勻地穿過土壤泵送液體。因此，在這些土壤中的污染物很難去除。
已經建議將電動力學法，尤其是電滲透法用于就地治理被非離子態、可溶性有機化合物污染的土壤。電滲透法包括在插入土壤中的兩電極之間施加電位，當土壤被充以負電時(如粘土土壤中的情形)，土壤中的水會從陽極流到陰極。然而，當土壤被充以正電時，水流到的方向將從陰極流到陽極。自從19世紀30年代以來，這項技術就被用于從粘土、粉土和細砂中除去水。對于困難介質，如粘土和粉質砂土，電滲透法作為一種就地治理方法的主要優點是，它能使水均勻地流過粘土和粉質砂土的固有的能力，其流動速度比水力方法得到的流動速度快100-1000倍，并且能耗很低。在通常實際使用中，電滲透法有兩個主要的局限性，這使得它在實際土地治理中缺乏實用性。首先，電滲透引起的液體流動速度非常慢，例如，對粘性土壤大約每天1英寸，在大規模運行中，這會帶來麻煩并使運行時間太長。其次，一些實驗室研究表明在大約運行1個月之后，在電滲透作用下部分土壤床變得干燥了，結果使水流減小，該過程最終停止(見Bruell，C.J.等人的“從粘土中除去汽油烴和TCE的電滲透法過程”，《環境工程》期刊，第118卷，第1期，p68-83，1992年1月/2月，以及Segall，B.A.等人的“除去污染物的電滲透過程”，《環境工程》期刊，第118卷，第1期，p84-100，1992年1月/2月)。另一項實驗室研究(見Shapiro，A.P.等人“用電滲透法從飽和粘土中除去污染物”，《環境科學技術》，第27卷，第2期，p283-91，1993年)表明在陽極生成的酸會穿過土壤床向陰極方向流動，結果減小了電滲透水流，使該過程最終停止。
電動力學法尤其是電遷移法，包括在插入土壤的兩個電極之間施加一個電位，使溶解物如金屬離子穿過溶液沿著施加的電壓梯度遷移，也就是電遷移運動。土壤中的金屬帶電形式向極性相反的電極遷移，并收集在該電極處。電遷移法作為通常的使用方法有幾個局限性，使得在實際的土地治理中不實用。首先，由于水在電極上的電解，靠近陽極的溶液的pH值趨于強堿性，使得大多數金屬沉積在土壤中難于去除，并且堵塞了水穿過被污染的土壤區域的流動通道。其次，電動力學法本來就是不很穩定的方法，因為濃度的積累、pH值和兩電極之間土壤中的滲透梯度都對處理過程都有不利的影響。此外，土壤本身也隨時間變化，例如土壤會干燥并出現裂縫。
在美國專利5,398,756中公開了一種就地治理污染土壤的方法，該方法結合了電動力學法與污染物的區域處理法，該專利引用在此作為參考。美國專利5,398,756用電動力學法解決了上述問題。
植物治理法，也就是用植物治理土壤，已經顯示出可局部有效地從土壤和水中吸收金屬。但它對有機污染物的作用卻很小，尤其對那些水中溶解度很低，并與土壤有很強粘附力(高log Kow)的難對付的有機化合物，即多氯化聯苯(PCBs)、芳烴聚合物(PAHs)和二噁英。對保留難對付污染物的主要影響因素是只有很少的微生物能夠降解這些污染物。生物法治理這種污染物的難題是如何促進可有效降解這些污染物的原生微生物群落中少數微生物的生長和活性。一種解決方式是從植物的根提供共代謝物，有效地促進原生微生物的生長和活性。然而，植物治理有許多問題，如共代謝物產生的季節性，以及共代謝物作用的局部性，即只能有效地降解根附近的污染物。
因此非常需要一種商業上切實可行而又經濟的、并能解決植物治理存在的上述問題的、用于單一或混合污染物治理的就地治理方法。已經發現，將電動力學法和植物治理法結合起來的方法能降解污染物，尤其是難對付的有機污染物，以解決上述植物治理法存在的問題。
發明概述本發明的目的是提供一種就地治理被污染土壤的方法。本發明的另一個目的是提供一種商業上切實可行而又經濟的就地治理被污染土壤的方法。本發明的再一個目的是提供一種就地治理被污染土壤，尤其適用于粘性土壤或粉質土壤的方法。本發明的再一個目的是提供一種就地治理被污染土壤，尤其是治理含有難對付有機污染物的土壤的方法，該方法不會有植物治理通常存在的問題。
根據本發明，提供了一種就地治理被污染土壤的方法，該方法包括在被污染的土壤區域至少引入一種共代謝物，以處理被污染土壤區域中的污染物，其中至少一種共代謝物源至少一個位于被污染土壤區域內的根區，其中每一個根區都合有多種能釋放出至少一種共代謝物的植物的根系，穿過在電荷極性相反的第一電極和第二電極之間的被污染土壤區傳導直流電流，其中第一電極位于被污染土壤的第一端，第二電極位于與之相對的被污染土壤區域的另一端，(1)使電滲透水流從第二電極流到第一電極，(2)使離子態污染物向電荷極性相反的電極電遷移，或者(3)使電滲透水流從第二電極流到第一電極，并使離子態的污染物向電荷極性相反的電極電遷移。
在一種實施方案中，周期性地轉換電極的極性，以便轉換污染物穿過被污染土壤區域和/或根區的移動方向。在另一種實施方案中，沿從第一電極到第二電極的方向，循環來自電滲透水流的水。在又一種實施方式中，周期性地轉換電極的極性，以便轉換污染物穿過被污染土壤區域和/或根區的移動方向，并且沿從第一電極到第二電極的方向，循環來自電滲透水流的水。在另一種實施方式中，將含有水的第一液體供應到被污染的土壤區域，其中通過電滲透，直流電流使第一液體沿從第二電極到第一電極的方向流動。在該實施方式中，將第一液體輸送到被污染的土壤區域，可轉換電極的極性，或者循環電滲透水流，或者將兩者相結合。
另外，根據本發明，提供了一種就地治理土壤的方法，該方法包括穿過在電荷極性相反的第一電極和第二電極之間的被污染土壤區傳導直流電流，其中第一電極位于被污染土壤的第一端，第二電極位于與之相對的被污染土壤區域的另一端，(1)使電滲透水流從第二電極流到第一電極，(2)使離子態的污染物向電荷極性相反的電極電遷移，或者(3)使電滲透水流從第二電極流到第一電極，并使離子態的污染物向電荷極性相反的電極電遷移，其中，被污染的土壤區域包括至少一個合有微生物和共代謝物的根區，其中每一個根區都含有多種植物的根系，該植物能釋放出多種可處理上述被污染土壤區域中污染物的共代謝物；以及周期性地轉換第一和第二電極的極性，以便轉換污染物穿過被污染土壤區域的移動方向。在另一種實施方式中，沿與電滲透水流相反的方向循環電滲透水流。
發明詳述本發明的第一實施方案涉及一種就地治理被污染土壤的方法，該方法包括(a)在被污染的土壤區域至少引入一種共代謝物，以處理被污染土壤區域中的污染物，其中至少一種共代謝物源至少是一個位于被污染土壤區域內的根區，其中每一個根區都含有多種能釋放出至少一種共代謝物的植物的根系，以及(b)穿過電荷極性相反的第一電極和第二電極之間的被污染土壤區傳遞直流電流，其中第一電極位于被污染土壤的第一端，第二電極位于與之相對的被污染土壤區域的另一端，(1)使電滲透水流從第二電極流到第一電極，(2)使離子態的污染物向電荷極性相反的電極電遷移，或者(3)使電滲透水流從第二電極流到第一電極，并使離子態的污染物向電荷極性相反的電極電遷移。
本發明的第二實施方案涉及一種就地治理土壤的方法，該方法包括(a)穿過在電荷極性相反的第一電極和第二電極之間的被污染土壤區傳導直流電流，其中第一電極位于被污染土壤的第一端，第二電極位于與之相對的被污染土壤區域的另一端，(1)使電滲透水流從第二電極流到第一電極，(2)使離子態的污染物向電荷極性相反的電極電遷移，或者(3)使電滲透水流從第二電極流到第一電極，并使離子態的污染物向電荷極性相反的電極電遷移，其中，被污染的土壤區域包括至少一個含有微生物和共代謝物的根區，其中每一個根區都含有多種植物的根系，該植物能釋放出多種可處理上述被污染土壤區域中污染物的共代謝物；以及(b)周期性地轉換第一和第二電極的極性，以便轉換污染物穿過被污染土壤區域的移動方向。
這里，術語“被污染的土壤區域”指的是含有有機化合物和/或離子態污染物，如金屬和/或放射性核素的土壤區域，該區域的滲透性很低，以致于采用水力手段不能均勻地泵入液體。這種低滲透性土壤的例子包括(但不限于此)粘性土壤和粉質土壤。然而，被污染的土壤區域可能會包含具有高滲透性的土壤區域，如砂層。
這里，術語“電動力學”既包括電滲透，也包括電遷移。污染土壤區域中污染物的類型，和被污染土壤區域的物理和化學特性，例如pH值等等，將確定在電荷極性相反的兩電極之間傳遞直流電流是否會引起電滲透水流，致使非離子態的、可溶的有機污染物遷移，和/或共代謝物和/或微生物的遷移，離子態污染物的電遷移，或者導致兩者都發生。與電滲透相比，電遷移的相關特性是電遷移的離子態污染物的遷移速度比電滲透的遷移速度快大約3-10倍。在既有電滲透又有電遷移的情況下，有可能利用這一差別，通過在處理區域內運用的方式和速率，改進處理有機和離子態污染物的效率。
在電滲透中，電滲透水流使非離子態的、可溶性的有機污染物流到植物的根區，進行生物降解。此外，電滲透水流還能使共代謝物從植物的根區流到被污染土壤的其他區域。共代謝物的遷移對處理即生物降解不溶于水的有機化合物，以及在被污染的土壤區域內，擴大可生物降解區域是非常有用的。在電遷移中，利用離子態污染物即金屬或放射性核素的電遷移，使離子態污染物移動到根區，在此被植物的根吸收。
在本發明的一些實施方案中，利用單獨沿與電滲透水流相反的方向的循環水，或者與轉換電極極性工藝相結合，該水可用本專業技術領域公知的任何方法循環。這種方法的例子包括(但不限于此)用泵抽，即利用兩極性相反的電極之間的連接管或管道，以及在采用靠近表面的垂直電極的情況下，用水浸漬兩電極之間的表面。通常優選的方法是用兩極性相反的電極之間的連接管或管道循環液體，使極性相反的兩電極之間存在水壓差，使水沿著與電滲透水流相反的方向流動，尤其是當與轉換電極極性的方法結合起來時，無需使用重復設備。
本發明一般優選的實施方案都是利用轉換電極極性的方法，以消除持續運行電動力學法帶來的問題。
在本發明的另一實施方案中，按間歇方式運行本發明的方法。本文中間歇運行的含義是(a)附加的共代謝物(或多種共代謝物)從根區(或多個根區)釋放出來，或者(b)為電動力學提供動力的直流電流交替進行開/關運行，以便在更多的污染物遷移到根區之前，為在根區待降解即生物降解的這些污染物提供停留時間。
某些植物能產生一些化合物，也就是共代謝物，這些共代謝物能夠促進可降解有機污染物的微生物例如細菌、真菌等的生長和活性。尤其是難對付的有機污染物，如多氯化聯苯(PCBs)、芳烴聚合物(PAHs)和二噁英。PAHs包括多環芳香烴化合物，如萘、蒽、菲及其取代的衍生物。在植物治理過程中，由植物的根產生/釋放的共代謝物只能在根周圍的稱之為根域的局部區域起作用。根際對被污染的土壤區域內的總土壤容積的影響是有限的，由于需要很長的時間來治理被污染的土壤區域，因此單獨使用植物治理法在商業上是不可行的。
根據待降解的有機污染物的種類，可選擇某種在其根系能產生共代謝物(或多種共代謝物)的植物，這些共代謝物要能夠促進可降解有機污染物的特殊微生物的生長。根據待降解的有機污染物的種類，以及可促進有機污染物降解的微生物(或多種)所需的特定共代謝物(或多種)的種類，本專業普通技術人員很清楚如何選擇植物。例如，當有機污染物是PCB時，就知道可用的植物種類的數量。見Fletcher，J.S.等人的“用植物根釋放的化合物對PCB降解細菌進行生物刺激”，《難對付的有機物的生物治理》(Bioremediation ofRecalcitrant Organics)，Battelle Press，Columbus，OH，第131-136頁(1995年)。用于降解PCbs的優選植物是蘋果樹、桑橙樹和桑樹。見Fletcher，J.S.等人的“多年生植物根釋放的酚類化合物以及它們在生物治理中的潛在重要性”，《臭氧層》(Chemosphere)，313009，以及Hegde，R.S.等人的“植物生長階段和季節對植物治理技術中桑樹根釋放的酚類化合物的影響”，《臭氧層》(Chemosphere)，322471。在使用桑樹的情況下，根的代謝(每年的生長和死亡)將釋放出共代謝物，如可促進PCB降解微生物生長的香豆素。
在本發明方法中可用的微生物取決于待生物治理的被污染土壤區域中有機污染物的種類。微生物可以是被污染土壤區域/根區原生的微生物，或者將微生物加到被污染的土壤區域。可在好氧、厭氧或者好氧和厭氧相結合的條件下進行生物降解。根據被污染土壤區域中有機污染物的種類和數量，確定需要單一種類的微生物還是多種不同種類微生物的混合物。本專業普通技術人員熟知處理每種有機污染物，包括難對付的有機污染物所需的微生物。
用于本發明方法的共代謝物取決于待處理的被污染土壤區域中污染物的種類以及所用的微生物。共代謝物是微生物例如產甲烷菌(methanotrophic bacteria)可用作碳源和能源的化合物，在該過程中，可降解被污染土壤區域中出現的其他污染物，這些污染物僅僅通過微生物本身不能有效地被降解。共代謝物尤其適用于降解氯化有機化合物。由植物產生的合適的共代謝物包括酚類化合物，其中包括香豆素類、炎黃酮類以及類似物。合適的共代謝物的例子包括(但不限于此)酚、香豆素類、兒茶素類、肉桂酸類、羥基苯酮類、它們的取代衍生物及其混合物。植物產生的共代謝物的例子包括香豆素、7-羥基-6-甲氧基香豆素、5，7，4’-三羥基黃酮、兒茶素、4’，5，7-三羥黃烷酮、根皮苷、4-羥基肉桂酸和2，3’4，4’，6-戊羥基苯酮(桑橙素)。在污染物是PCbs的情況下，優選的共代謝物是5，7，4’-三羥基黃酮、兒茶素、香豆素、4’，5，7-三羥黃烷酮、桑橙素和根皮苷。見Donnelly，P.K.等人的“來自光合植物的化合物對PCB降解細菌生長的影響”，《臭氧層》(Chemosphere)，28981。本專業普通技術人員熟知所需共代謝物的類型，這取決于污染物的種類以及所用微生物的種類。
可采用任何本專業普通技術人員公知的傳統方法進行電動力學處理，例如電滲透和電遷移，下述文獻公開了這些方法，如Bruell，C.J.等人的“從粘土中除去汽油烴和TCE的電滲透過程”，《環境工程》期刊，第118卷，第1期，p68-83，1992年1月/2月，Segall，B.A.等人的“除去污染物的電滲透過程”，《環境工程》期刊，第118卷，第1期，p84-100，1992年1月/2月，以及Acar，Y.B.等人的“用電動力學方法從高嶺石中除去酚”，《土力學工程)》，第118卷，第11期，第1835-1852頁，1992年11月。
當在被污染土壤區域內的電極上施加一個恒定的很小的直流電流時，則會發生電滲透現象，也就是土壤基體中的水從陰極流到陽極，以及電遷移現象，也就是土壤基體中的離子態污染物朝電荷極性相反的電極移動。通常，第一電極位于被污染土壤區域的第一端，第二電極位于被污染土壤區域的與之相對的另一端，從而使電滲透水流從一個電極流到另一個電極。這里，術語“第一電極”和“第二電極”可以是橫跨被污染土壤區域的單個電極或多個電極，根據被處理區域的土壤表面的垂直、水平或傾斜情況，這些電極在被污染土壤區域中呈大約相同的水平、垂直或傾斜狀態。對每一種特定的情況，可以改變電線接頭、電極尺寸以及材料。本專業普通技術人員都知道電極的選擇。當被污染土壤區域中的污染物是有機化合物時，由于碳或石墨在整個電動力學過程中能夠幫助緩沖pH值，所以通常優先選用含有碳或石墨顆粒的電極。通常還優先選用那些允許液體流入或流出的多孔電極，多孔電極其本身不一定非是有孔的或打有孔的，但是它要位于打有孔容器內，或者直接位于滲液區或區段的后面。此外，該電極還可以有處理區段的功能，例如吸附區的功能，在該區中，碳或石墨可用作吸附劑。
當電極水平設置時，第一電極可以位于地面上或者靠近地面，第二電極可以位于第一電極的下面，最好位于被污染土壤區域的底部或者下面。當第一電極位于地面上時，它可以是一種簡單的放在地面上的金屬網。例如，第二電極還可以是由水壓致裂、氣壓致裂等等形成的斷口，該斷口含有例如石墨顆粒或石墨顆粒與砂子混合物的導電材料，該斷口是在足夠的速度和足夠的壓力下，穿過第二鉆孔注入含有砂子和石墨的壓裂液體而形成的。
當電極垂直設置時，第一電極可以位于被污染土壤區域的一端，而第二電極可以位于與之相對的被污染土壤區域的另一端。例如合適的垂直電極可以是導電棒、管或者位于土壤孔中的導電顆粒介質，例如石墨或石墨與砂子的混合物，例如上述孔為溝槽結構和板樁。
水力致裂是一種為治理土壤而進入地下土壤的方法。可以在足夠的速度和壓力下，穿過鉆孔注入或用泵打入壓裂用的流體，而使地下地層斷裂形成斷面，也就是在被污染的土壤區域。通常用一種凝膠例如水溶性天然或合成聚合物，使斷裂流體變粘。水溶性聚合物的例子包括瓜耳膠、羥丙基瓜耳膠、羧甲基羥丙基瓜耳膠、甲基纖維素和羥基纖維素，但不限于此。
可以采用任何本專業普通技術人員公知的傳統方法進行水力致裂，在美國專利4,964,466、4,378,845和4,067,389中曾公開過這種方法。例如，用水噴射在井的底部開小孔，然后在足夠的壓力下加入瓜耳膠與顆粒物質(優選砂子)的混合物，其中砂子懸浮在瓜耳膠中，直到生成了扁平狀的斷口。可以加入一種酶，以分解掉瓜耳膠混合物，隨后將其抽出，只留下砂子滲透層。這些斷面可重疊密集到20cm(8英寸)。通常顆粒物質被看作是支撐劑，在水溶性聚合物被分解并去除之后，需要用它使斷面分開。
氣壓致裂是一種為治理土壤而進入地下土壤的方法。可以在足夠的速度和壓力下，穿過鉆孔注入壓縮氣體例如空氣，而使地下地層斷裂形成斷面，也就是在被污染的土壤區域。該方法包括通過一個噴射器從鉆孔往下引入高壓氣體。加壓介質從注入點產生一個空氣流動通道，并形成從鉆孔處起影響半徑高達40英尺的斷面。
沖擊致裂是另一種為治理土壤而進入地下土壤的方法。借助于一個水力沖擊機(HID)所產生的水的沖力來使地下地層斷裂。HID是一種高壓水力增壓器，它能在十分之幾秒內排放0.5升的液柱。穿過一個噴嘴排放流體，能夠將流體引入鉆孔中，并射入周圍的地層中。在12毫秒內將噴射壓力急劇增加到8500psi(58MPa)，然后在接下來的275毫秒內降低到大氣壓力。沖擊前沿的流體速度是150-450m/s。將砂子引入流體相中，從而將砂子帶入沖擊所產生的斷面中。通常單獨采用沖擊產生的變形包括柱形孔和平行于孔軸線或垂直于孔軸線的斷面。附加沖擊能夠加大斷面。
沖擊致裂既可以用于超固結土壤，也可以用于一般固結土壤，而水力致裂能較好地用于超固結土壤(在正常固結土壤中產生的斷面通常垂直擴展，并與地表面相交)。此外，沖擊致裂能夠在靠近地下設施和結構物附近產生，它可能受與水力致裂相關的表面變形的有害影響。
打板樁法包括將一定長度的可連接的板樁部件，如鋼打入土壤里。可以采用任何傳統的方式將板樁部件連成一定的長度，如開槽連接、球和球窩型連接或聯鎖接合。如果在處理過程中，板樁部件保留在土壤中，優選的聯接方式是聯鎖接合，將它插入一個打樁后內部填充有密封劑的空腔中，以防止穿過接合點泄漏。在缺少礫石的松散地層中，可以將板樁打到100英尺(30m)深或更深的深度。
可以采用打樁錘將板樁部件打入地層，打樁錘的類型包括落錘、單動汽錘、雙動汽錘、柴油樁錘、振動錘以及液壓錘。上述每一種錘都是通過一個落塊提供打樁能量，該塊體敲擊樁的頂部。可以將樁打在需要的深度，例如，低于被污染土壤區域的某一點，留在土層上面的部分可任意地被切斷。
溝槽法是將土壤挖到足夠的深度，該深度至少是被污染的土壤區域的深度。通常將溝槽在橫向上延伸挖，使得溝槽足以包羅所有被污染的土壤區域。如果采用多溝槽，每一個溝都要橫向延伸包羅整個被污染的土壤區域，或者這些溝也可以相交，只要被污染土壤區域的整個寬度構成足夠的處理區以處理污染物。然后向挖好的溝槽中填充含有導電物質的填充材料，在被污染的土壤區域中該填充材料用作電極。
在電滲透過程中，處理材料如微生物和/或共代謝物會從根區遷移到被污染土壤區域的其他區域，使得在整個被污染土壤區域以及根區，發生污染物的降解。
在不將水加到被污染的土壤區域的本發明的方法中，用于電滲透的水可以是地下水或雨水，也就是說從待處理的污染土壤區域外部的地下水源上的水，或者地下水源中的水向被污染的土壤區域供水。如果單獨使用地下水不夠的話，可以向被污染的土壤區域中加入表面活性劑，以便從土壤中吸附或溶解污染物質。因本發明的方法周期性地變換電極極性，以變換電滲透液體的流動方向和離子態污染物的電遷移運動、循環電滲透水流或者利用位于待處理的被污染土壤區域外部的地下水，所以無需使用外部水。已經發現周期性地變換水力方向，能夠將持續運行電滲透產生的土壤干燥現象減小到最低程度。水的這種簡單的來回流動也使得液體具有穿過被污染土壤區域的多個通道，每次都能從土壤中除去附加污染物，并將它們輸送到處理區。還發現電滲透水流再循環，也能將持續運行電滲透帶來的土壤干燥現象減小到最低程度。
當本發明的方法采用將外部液體包括水加到被污染土壤區域時，可以穿過位于被污染土壤區域內的開孔電極或其他位置加入液體。開孔電極是一種可允許液體也即水流過的電極。開孔電極本身可以是有孔的或經打孔的，如導電棒、管或允許液體流入或流出的顆粒介質；開孔電極本身還可以不是打孔的，但它要位于一個經打孔的容器中。外部液體可以含有表面活性劑，從土壤中吸附污染物。可以將本文描述的變換水流流動方向或循環電滲透水流技術用于本發明的方法中，其中向被污染的土壤區域提供液體。
定期在被污染的土壤區域采樣，例如采取巖心樣品，并對土壤進行分析，以確定是否污染物濃度已降到可接受的水平。當樣品分析顯示污染物濃度已落入或低于可接受濃度時，停止進行本發明的處理過程。
權利要求
1.一種就地治理被污染土壤的方法，該方法包括(a)在被污染的土壤區域引入至少一種共代謝物，以處理上述被污染土壤區域中的污染物，其中該至少一種共代謝物源至少是一個位于所述被污染土壤區域內的根區，其中每一個上述根區都含有多種能釋放出上述至少一種共代謝物的植物的根系，以及(b)穿過在電荷極性相反的第一電極和第二電極之間的被污染土壤區傳導直流電流，其中第一電極位于被污染土壤的第一端，第二電極位于與之相對的被污染土壤區域的另一端，(1)使電滲透水流從第二電極流到第一電極，(2)使離子態污染物向電荷極性相反的電極電遷移，或者(3)使電滲透水流從第二電極流到第一電極，并使離子態的污染物向電荷極性相反的電極電遷移。
2.如權利要求1所述的方法，其中上述(b)的直流電流使電滲透水流從上述第二電極流到上述第一電極。
3.如權利要求1所述的方法，進一步包括(c)周期性地轉換上述第一電極和第二電極的極性，以轉換上述污染物穿過被污染土壤區域的移動方向。
4.如權利要求1所述的方法，進一步包括(c)沿從上述第一電極到上述第二電極的方向，循環來自電滲透水流的水。
5.如權利要求1所述的方法，進一步包括(c)周期性地轉換上述第一電極和第二電極的極性，以轉換上述污染物穿過被污染土壤區域的移動方向，并且沿從上述第一電極到上述第二電極的方向，循環來自上述電滲透水流的水。
6.如權利要求1所述的方法，進一步包括(c)將含有水的第一液體供應到上述被污染的土壤區域，其中上述直流電流通過電滲透，使上述第一液體沿從上述第二電極到上述第一電極的方向流動。
7.如權利要求1所述的方法，進一步包括(d)(1)周期性地轉換上述第一電極和第二電極的極性，以轉換上述污染物穿過被污染土壤區域的移動方向，(2)從上述第一電極向上述第二電極，循環來自上述電滲透水流的水，或者(3)周期性地轉換上述第一電極和第二電極的極性，以轉換上述污染物穿過被污染土壤區域的移動方向，并且沿與上述電滲透水流相反的方向，循環來自上述電滲透水流的水。
8.如權利要求1所述的方法，其中上述污染物是難對付的有機化合物。
9.如權利要求8所述的方法，其中通過利用上述共代謝物的微生物生物降解上述難對付的有機化合物。
10.如權利要求9所述的方法，其中上述微生物是上述被污染土壤區域中原生的。
11.如權利要求8所述的方法，其中上述難對付的有機化合物選自多氯化聯苯化合物、芳烴聚合物和二噁英化合物。
12.如權利要求1所述的方法，其中上述第一電極位于被污染土壤區域的表面，上述第二電極的深度在上述被污染土壤區域下面。
13.如權利要求12所述的方法，其中上述第二電極包括含有石墨或石墨與支撐劑混合物的斷口，該斷口是在足夠的速度和足夠的壓力下，穿過第二鉆孔注入含有石墨和支撐劑混合物或者石墨的壓裂液體而形成的。
14.如權利要求1所述的方法，其中上述土壤是粘性或粉質土壤。
15.如權利要求1所述的方法，其中間歇運行上述方法。
16.如權利要求15所述的方法，其中間歇傳導上述直流電流。
17.一種就地治理土壤的方法，該方法(a)穿過在電荷極性相反的第一電極和第二電極之間的上述被污染土壤區傳導直流電流，其中上述第一電極位于上述被污染土壤的第一端，上述第二電極位于與之相對的上述被污染土壤區域的另一端，(1)使電滲透水流從上述第二電極流到上述第一電極，(2)使離子態的污染物向電荷極性相反的電極電遷移，或者(3)使電滲透水流從上述第二電極流到上述第一電極，并使離子態的污染物向電荷極性相反的電極電遷移，其中，上述被污染的土壤區域包括至少一個含有微生物和共代謝物的根區，其中上述每一個根區都含有多種植物的根系，該植物能釋放出多種處理上述被污染土壤區域中污染物的共代謝物；以及(b)周期性地轉換上述第一和第二電極的極性，以轉換上述污染物穿過上述被污染土壤區域的移動方向。
18.如權利要求17所述的方法，進一步包括(c)沿從上述第一電極到上述第二電極的方向，循環來自電滲透水流的水。
19.如權利要求17所述的方法，其中上述污染物是難對付的有機化合物。
20.如權利要求19所述的方法，其中通過利用上述共代謝物的微生物生物降解上述難對付的有機化合物。
21.如權利要求20所述的方法，其中上述微生物是上述被污染土壤區域中原生的。
22.如權利要求19所述的方法，其中上述難對付的有機化合物選自多氯化聯苯化合物、芳烴聚合物和二噁英化合物。
23.如權利要求17所述的方法，其中間歇運行上述方法。
24.如權利要求23所述的方法，其中間歇傳導上述直流電流。
全文摘要
本發明涉及一種就地治理被污染土壤的方法,該方法包括:在被污染的土壤區域引入至少一種共代謝物,以處理被污染土壤區域中的污染物,其中至少一種共代謝物源至少是一個位于被污染土壤區域內的根區,其中每一個根區都含有多種能釋放出至少一種共代謝物的植物的根系,以及穿過在電荷極性相反的第一電極和第二電極之間的被污染土壤區傳導直流電流,其中第一電極位于被污染土壤的第一端,第二電極位于與之相對的被污染土壤區域的另一端。
文檔編號B09C1/00GK1245452SQ97181743
公開日2000年2月23日 申請日期1997年12月5日 優先權日1996年12月16日
發明者S·范霍 申請人:孟山都公司