CN1095702C - 被污染的异质土壤的就地处理 - Google Patents

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Abstract

一种就地治理被污染的异质土壤区域的方法，包括：(a)在被污染的异质土壤区域内的至少一个渗液区中加入处理剂，以处理被污染的异质土壤区域中的污染物，在被污染的异质土壤区域内至少形成一个处理区；(b)在电荷极性相反的第一电极和第二电极之间，穿过至少一个被污染的异质土壤区域内的低渗透土壤区域传递直流电流，其中(i)第一电极位于被污染的异质土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的被污染的异质土壤区域的另一端，或者(ii)第一电极位于每一低渗透土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的每一低渗透土壤区域的另一端，(1)使电渗透水流从第二电极流到第一电极，(2)使离子态的污染物向电荷极性相反的电极作电迁移，或者(3)使电渗透水流从第二电极流到第一电极，并使离子态的污染物向电荷极性相反的电极作电迁移；以及(c)向穿过被污染的异质土壤区域施加一个水压梯度，形成一个从被污染的异质土壤区域的高压端到其低压端的水力流动。

Description

被污染的异质土壤的就地处理
                    发明背景
本发明涉及一种就地治理被污染的异质土壤的方法。一方面，本发明涉及一种新奇的处理方法，该方法将电渗透和/或电迁移与水力流方法结合使用，在处理区采用生物的、物理化学的或电化学方法就地处理污染物。另一方面，本发明涉及一种新奇的就地治理被有毒的有机化合物和/或有毒的离子态污染物，如金属和放射性核素污染的土壤的方法。
通常，可以采用生物的或物理化学中的一种方法，将有毒的有机化合物降解成无害产物如CO2和水，要在一个适当控制的环境中进行处理，优化关键的运行参数，如温度、压力、混合比、反应物或营养物的加入量，等等。这些工艺的例子包括：焚化及其变换方式，超临界水氧化，UV/H2O2/臭氧/催化氧化，还原性脱卤，以及在一最佳生物反应器中的生物降解。然而，这些工艺净化土壤的费用高，首先必须先挖掘土壤，然后处理成适当的能被特殊反应器采用的形式。由于热的方法需要极端的条件，生物方法又需要很长的停留时间，使得在这些方法中反应器占了总造价的很大部分。为了解决这一问题，需要就地分解污染物，从而避免了挖掘与运输带来的费用和复杂化问题。
为治理被污染的土壤和地下水，已经提出并研究出了许多就地处理技术。由于大多数地面下的土壤都是异质的，也就是说，在高渗透率区域内有各种低渗透率区域，或者在低渗透率区域内有各种高渗透率区域，低渗透率区域为粘质土、粉土质土壤或破碎基岩，高渗透率区域为砂质土，所以通常这些方法都不是很有效。
水力水流或压力驱动的水流，例如抽吸或土壤冲洗，使水流优先在高渗透率区域流动，污染物非常缓慢地从低渗透率区扩散到优先流过的路径上，这样使污染物持续低水平地释放出来，所需的净化时间相当长。这是传统的抽吸和处理技术的一个主要问题，这是一种治理地下水污染物的初级方法。抽吸和处理法是从被污染的水体将水抽走，对其进行处理，然后排放掉，这种方法的效率很低，需要的净化时间比原始估计的要长得多。当静止区域含有相当量的吸附态污染物或存在非水相液体时，净化时间要经历几百年。
由于抽吸和处理法有局限性，已经研制并评定出几种加强抽吸和处理的方法，这些方法包括处理后地下水的再注入、脉冲和就地生物治理。然而，这些加强技术没有表明对这种方法进行了显著的改进，提供永久的解决方法或减少费用。已经发现再注入处理过的地下水可将净化时间减小高达30％，但是它却不能降低造价。抽吸和处理系统的脉冲运行被应用到扩散控制着污染物释放的场合，但是研究发现虽然费用降低了，但净化时间更长了，因为使用的水少了。当污染物的释放由扩散控制时，采用就地生物治理法也不能提高抽吸和处理系统的净化速率，因为净化时间仍然受从静止区域的扩散的限制。此外，如果有相当量的污染物在低渗透区，那么缩短净化时间和达到治理目标的可能性会很小。
已经建议了各种用于低渗透污染土壤就地治理的方法，其中的一项技术是电渗透。然而，通常电渗透在使用中有局限性，这使得它缺乏商业实用性。
已经建议将电动力学方法，尤其是电渗透法用于就地治理被非离子态的、可溶有机化合物污染的土壤中。电渗透法包括在插入土壤中的两电极之间施加电位，当土壤被充以负电时，如粘土土壤中的情形，土壤中的水会从阳极流到阴极。然而，当土壤被充以正电时，水流动的方向将从阴极流到阳极。自从19世纪30年代，这项技术就被采用了，用于从粘土、粉土和细砂中除去水。对于困难介质，如粘土和粉质砂土，电渗透法作为一种就地治理方法的主要优点是它固有的能力，使水均匀地流过粘土和粉质粘土，其流动速度比水力方法得到的流动速度快100～1000倍，并且能耗很低。在通常实用中电渗透法有两个主要的局限性，这使得它在实际土地治理中缺乏实用性。首先，电渗透引起的液体流动非常慢，例如，对粘土大约每天1英寸，在大规模运行中，这会带来麻烦并使运行时间太长。其次，一些实验室研究表明在大约运行1个月之后，在电渗透作用下部分土壤床变得干燥了，结果使水流减小，使该过程最终停止(见Bruell，C.J.等人的“用电渗透法从粘土中除去汽油烃和TCE”，《环境工程》期刊，第118卷，第1期，PP.68～83，1992年1月/2月，以及Segall，B.A.等人的“除去污染物的电渗透过程”，《环境工程)》期刊，第118卷，第1期，PP.84～100，1992年1月/2月)。另一项实验室研究(见Shapiro，A.P.等人的“用电渗透法从饱和粘土中除去污染物”，《环境科学技术》，第27卷，第2期，PP.283～91，1993年)表明在阳极生成的酸会穿过土壤床向阴极方向流动，结果减小了电渗透水流使该过程最终停止。
此外，通常电渗透对渗透率比较高的土壤，例如比较疏松的砂质土壤是没有效果的，通常当电压梯度为1V/cm时，电渗透渗透率在10-5～10-4cm/sec的范围内，相比之下，通常砂质土壤的水力渗透率＞10-3cm/sec。这样对异质土壤，一旦液体流出低渗透区，它就不再受电渗透力的控制，水压力和/或重力将支配液体的流动方向。这是限制电渗透法用于处理水力渗透率在10-8～10-4cm/sec范围内的低渗透土壤时的一个主要原因。
已经建议了几项技术用于治理被离子态的污染物，如重金属和放射核素污染的土壤。远地技术，例如分离法，涉及除去含有离子态污染物的土壤，在远地处理这些土壤以除去污染物。分离技术的例子包括土壤冲洗和提取。然而，由于远地方法需要挖掘并处理污染土壤，所以由于经济的考虑，这种方法很难在商业上被接受。就地处理方法包括电迁移和固定化。
电动力学方法尤其是电迁移法，包括在插入土壤的两个电极之间施加一个电位，使溶解物如金属离子穿过溶液沿着施加的电压梯度迁移，也就是电迁移运动。土壤中金属电荷向极性相反的电极迁移，并集中在电极上。电迁移法作为通常的使用方法有几个局限性，使它在实际的土地处理中不实用。首先，由于水在电极上的电解，靠近阳极溶液的pH值趋于强碱性，使得大多数金属沉积在土壤中难于去除污染物，并且堵塞水穿过被污染的土壤区域的流道。其次，电动力学法本来就是不很稳定的方法，因为浓度、pH值和两电极之间的土壤中的渗透梯度的积累，所以这些因素都对处理过程有不利的影响。此外，土壤本身超过时间也会变化，例如土壤会干燥并出现裂缝。
固定化是将污染物封闭在一个基质中，传统用于重金属污染土壤的固化方案是用固态化/稳定化(S/S)以及玻璃化。传统的S/S法生产出具有高度结构完整性的废物整块。然而，烃类的存在会影响S/S基质，当将金属分布在有机相中时，重金属的浸出将会增加。玻璃化是将被污染的土壤加热，形成一种化学惰性物质，如玻璃，在玻璃化中，将一个很大的电极插入含有大量硅酸盐的土壤中，施加电流，产生的热将土壤和污染物熔融，逐渐向下进行穿过土壤。在熔融土壤中的污染物不易浸出。然而，无论是固定化还是玻璃化方法都不是经济方法。
由于治理方案对一种污染物合适而对另一种污染物不合适，所以处理被有毒的有机化合物和重金属和/或放射核素污染的土壤经常会产生附加问题。例如，传统的对有机化合物的治理技术，如生物治理、焚化和热解吸，通常对重金属就是无效的。此外，大多数重金属的存在都会对降解有机污染物使用的微生物产生有毒影响。通常对于混合污染物的处理需要将各种方法结合使用，这又使得费用提高从而难以被接受。
因此非常需要一个商业上实用而又经济的、并能解决已有技术存在的上述问题的、用于异质土壤区域的就地处理方法。已经发现，将电动力学的、压力驱动或水压水流与就地降解污染物结合起来使用能够解决上述问题，上述污染物的就地降解是采用生物的，物理化学的或电化学方式在处理区就地降解污染物。
                    发明概要
本发明的目的是提供一种就地治理被污染的异质土壤的方法。本发明的另一个目的是提供一种商业上实用而又经济的就地治理被污染的异质土壤的方法。本发明的再一个目的是提供一种就地治理被污染的异质土壤的方法，该方法不会遇到通常使用电动力学的、水力流和生物的或物理化学降解而带来的问题。
根据本发明，提供了一种就地治理被污染的异质土壤区域的方法，该方法包括：在被污染的异质土壤区域内的至少一个渗液区中，加入处理污染物用的处理剂，以处理被污染的异质土壤区域中的污染物，以在被污染的异质土壤区域内形成至少一个处理区；在电荷极性相反的第一电极和第二电极之间，穿过至少一个被污染的异质土壤区域内的低渗透率土壤区域传递直流电流，其中(i)第一电极位于被污染的异质土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的被污染的异质土壤区域的另一端，或者(ii)第一电极位于每一低渗透土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的每一低渗透土壤区域的另一端，(1)使电渗透水流从第二电极流到第一电极，(2)使离子态的污染物向电荷极性相反的电极电迁移，或者(3)使电渗透水流从第二电极流到第一电极，并使离子态的污染物向电荷极性相反的电极作电迁移；以及对穿过被污染的异质土壤区域施加一个水压梯度，形成一个从被污染的异质土壤区域的高压端向其低压端的水力流动。
                       附图简述
图1是用于实施例1的电渗透槽的示意图。
图2是用于实施例2的电渗透槽的示意图。
                       发明详述
本发明的第一实施方案涉及一种就地治理被污染的异质土壤的方法，该方法包括：
(a)在被污染的异质土壤区域内的至少一个渗液区中，加入下列物质，以处理被污染的异质土壤区域中的污染物，该物质选自：微生物、营养物、电子受体、催化剂、吸附剂、表面活性剂、电子给体、共代谢物、螯合剂、离子交换树脂、缓冲剂、盐类以及它们的混合物，在被污染的异质土壤区域内至少形成一个处理区；(b)在电荷极性相反的第一电极和第二电极之间，穿过至少一个被污染的异质土壤区域内的低渗透性土壤区域传递直流电流，其中(i)第一电极位于被污染的异质土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的被污染的异质土壤区域的另一端，或者(ii)第一电极位于每一低渗透性土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的每一低渗透性土壤区域的另一端，(1)使电渗透水流从第二电极流到第一电极，(2)使离子态的污染物向电荷极性相反的电极作电迁移，或者(3)使电渗透水流从第二电极流到第一电极，并使离子态的污染物向电荷极性相反的电极作电迁移；以及(c)穿过被污染的异质土壤区域施加一个水压梯度，形成一个从被污染的异质土壤区域的高压端到其低压端的水力流动。
在本发明方法的第一个实施方案中，本发明进一步包括：(d)(1)周期性地变换第一和第二电极的极性，从而变换污染物穿过处理区域的迁移方向，(2)从第一电极到第二电极循环电渗透的水，或者(3)周期性地变换第一和第二电极的极性，从而变换污染物穿过处理区域的迁移方向，并且沿着与电渗透水流相反的方向循环电渗透水流。在本发明方法的第一个实施方案中，本发明还包括周期性地变换横穿过被污染的异质土壤区域的水力梯度，从而变换穿过被污染的异质土壤区域水力流动的方向。可以单独变换水力梯度，或者与变换极性或循环电渗透水流相结合。
本发明的第二实施方案涉及一种就地治理被污染的异质土壤的方法，该方法包括：(a)在上述被污染的异质土壤区域内形成至少一个渗液区，(b)在被污染的异质土壤区域的至少一个渗液区中加入下列物质，以处理被污染的异质土壤区域中的污染物，该物质选自：微生物、营养物、电子受体、催化剂、吸附剂、表面活性剂、电子给体、共代谢物、螯合剂、离子交换树脂、缓冲剂、盐类以及它们的混合物，在被污染的异质土壤区域内形成至少一个处理区；(c)在电荷极性相反的第一电极和第二电极之间，穿过至少一个被污染的异质土壤区域内的低渗透性土壤区域传递直流电流，其中，(i)第一电极位于被污染的异质土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的被污染的异质土壤区域的另一端，或者(ii)第一电极位于每一低渗透性土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的每一低渗透性土壤区域的另一端，(1)使电渗透水流从第二电极流到第一电极，(2)使离子态的污染物电迁移到电荷极性相反的电极，或者(3)使电渗透水流从第二电极流到第一电极，并使离子态的污染物电迁移到电荷极性相反的电极，以及(d)给横穿过被污染的异质土壤区域施加一个水压梯度，形成一个从被污染的异质土壤区域的高压端到其低压端的水力流动。
在本发明方法的第二实施方案中，本发明进一步还包括：(e)(1)周期性地变换第一和第二电极的极性，从而变换污染物穿过处理区域的迁移方向，(2)从第一电极到第二电极循环电渗透的水，或者(3)周期性地变换第一和第二电极的极性，从而变换污染物穿过处理区域的迁移方向，并且沿着与电渗透水流相反的方向循环电渗透水流。在本发明方法的第二实施方案中，本发明进一步还包括周期性地变换横穿过被污染的异质土壤区域的水力梯度，从而变换穿过被污染的异质土壤区域水力流动的方向。可以单独变换水力梯度，或者与变换极性或循环电渗透水流相结合。
在本发明的另一实施方案中，从被污染的异质土壤区域的低压端引走水力流，对其进行处理，除去其中含有的污染物质，处理后的水力流可以在异质土壤区域的高压端循环到被污染的异质土壤区域，也可以不这样。
在本发明方法的一个实施方案中，对横穿被污染的异质土壤区域连续施加水力梯度。在本发明方法的另一实施方案中，周期性地对横穿被污染的异质土壤区域施加水力梯度，结果产生了一个脉冲水力流。在本发明方法的再一个实施方案中，水力流和电渗透水流基本上是顺流的，而在本发明方法的再一个实施方案中，水力流和电渗透水流是反方向的。这里，术语“反方向”包括除基本上同方向流动以外的所有水力流和电渗透水流的流动方式，即基本上的逆流、基本上垂直流动，以及除大约0°、90°和180°以外的对角流动。
根据本发明的方法，电渗透水流和/或电迁移运动以及水力流，可以依次出现或同时出现。另外再根据本发明的方法，可以在加入处理污染物的药剂之前，先在被污染的异质土壤区域内形成一个渗液区，或者利用现存的渗液区。
这里，“被污染的异质土壤区域”这一术语是指含有有机化合物和/或离子态污染物，如金属和/或放射性核素的异质土壤区域，该区域含有低渗透率区域，致使采用水力手段，不能均匀地渗透注入液体。低渗透率区域的例子包括粘土和粉土质土壤，但也不局限于这些。
这里，“电动力学”这一术语既包括电渗透也包括电迁移。污染土壤区域中污染物的类型，和被污染的土壤区域的物理和化学特性，例如：pH值等等，将确定在电荷极性相反的两电极之间传递直流电流是否会引起非离子态的、可溶的有机杂质迁移的电渗透水流，离子态污染物的电迁移，或者两者都存在，与电渗透相比，电迁移的相关特性是电迁移的离子态污染物的迁移速度比电渗透的迁移速度快大约3～10倍。在既有电渗透又有电迁移的情况下，有可能利用这一差别，以通过在处理区域内运用各自的方式和速率，来改进处理有机和离子态污染物的效率。
本发明的一些实施方案中，其利用单独沿与电渗透水流方向相反的方向循环水，或与变换电极极性技术相结合，这种水的循环可以采用任何本专业普通技术人员公知的方法进行。这些方法的例子包括：用泵抽水、利用连接管或两极性相反的电极之间的管道，在采用靠近表面的垂直电极的情况下，水溢流出两电极之间的表面，但也不局限于这些。通常优选的方法是用连接管或两极性相反的电极之间的管道循环液体，使极性相反的两电极之间存在水压差，使水沿着与电渗透水流相反的方向流动，尤其是当与变换电极极性的方法结合起来，使用以消除对重复设备的需求时更是如此。
本发明普通的优选实施方案都是要么单独采用变换电极极性的方法，以消除那些长久地进行电动力学运行带来的问题，要么与变换横穿过受污染的异质土壤区域的水力梯度，以变换穿过被污染的异质土壤区域的水力流动的方向的方法相结合使用。
可以采用任何本专业普通技术人员公知的常规方法，在被污染的异质土壤区域形成渗液区。此外，本发明采用的渗液区包括那些位于被污染的异质土壤区域内的渗液区。这里，术语“渗液区”意味着在被污染的异质土壤区域内的一个区域或区段，该区域或区段或者在低渗透率区域，或者在高渗透率土壤区域内，在电渗透和/或水力流动过程中会渗透液体。渗液区可以是分散区域或连续区域。这里，连续渗液区意味着在被污染的异质土壤区域内形成的多个区域，该区域含有土壤与处理剂的混合物，其中，土壤或处理剂是连续相。形成分散渗液区的方法的实例包括水力致裂、气压致裂、冲击致裂、打板桩、挖沟、定向钻井以及这些方法的组合，但也不局限于此。这里，挖沟包括泥浆井技术，其中只要在电渗透和/或水力流过程中渗透液体，就用含有处理污染物用的处理剂的泥浆填充被污染的异质土壤区域内的沟。形成连续渗液区的方法包括土壤钻孔/土壤混合。此外，本发明所采用的渗液区包括那些在被污染的异质土壤区域内现有的渗液区。现有的渗液区是在紧实土，如低渗透率土壤区域内的砂土区，它们通常被称作透液区。通常，在深污染土壤区域，形成分散的渗液区的优选方法是水力致裂和打板桩，而在浅污染土壤区域，形成渗液区的优选方法是挖沟。
在本发明方法的另一实施方案中，当有机的和/或离子态的污染物没有在处理区内得到降解，例如，当污染物质被吸附或相反在处理区内部含有时，可以用任何本专业技术人员公知的传统方法从处理区回收污染物质，这些方法包括提取、冲洗和机械收回处理部件，例如取下处理部件，如多孔板桩，但也不局限于此。具体的回收方法取决于处理剂的类型，所采用的形成渗液区的方法以及污染物的存在类型，这些对本专业普通技术人员来说是很显然的。
在本发明方法的再一实施方案中，本发明的方法是间断运行的。这里，间断运行意味着(a)向现有的处理区(或多个处理区)中添加附加处理剂，在加入如上所述的新处理剂之前，任选回收现在的处理剂，或者(b)为电动力学过程提供驱动力的直流电流交替运行在通/断状态，例如在另外的污染物移入处理区之前，为在处理区对污染物进行降解，例如生物降解，提供停留时间。
在本发明方法的另一实施方案中，在就地治理开始之后，就建立了多个附加渗液区和随后的多个处理区，以便对被污染的土壤区域进行附加处理。在就地治理开始之后就建立多个处理区的例子，是原始处理区域被用来捕集对处理剂，如微生物是有毒的污染物的情形，如果开始就存在该处理剂的话。
水力致裂是一种为治理土壤而进入地下土壤的方法。可以在足够的速度和压力下，穿过钻孔注入或用泵打入断裂用的流体，而使地下地层断裂形成断面，也就是被污染的异质土壤区域，通常用一种凝胶，例如水溶性或合成聚合物使断裂流体变粘，水溶性聚合物的例子包括：瓜耳胶、羟丙基瓜耳胶、羧甲基羟丙基瓜耳胶、甲基纤维素和羟基纤维素，但又不限于此。
可以采用任何本专业技术人员公知的传统方法进行水力致裂，在美国专利4,964,466、4,378,845和4,067,389中曾公开过这种方法。例如，用喷水机在井的底部开小孔，然后在足够的压力下加入瓜耳胶与颗粒物质，优选砂子的混合物，其中砂子悬浮在瓜耳胶中，直到生成了扁平状的断口。可以加入一种酶，以分解掉瓜耳胶混合物，随后将其抽出，只留下砂子渗透层。这些断面重叠密集到20cm(8英寸)，将本发明的营养物质、微生物、氧化剂、催化剂、吸附剂、表面活性剂、电子给体、共代谢物、螯合剂、离子交换树脂、缓冲剂和/或盐类输送到砂子渗透层，即断面中，以形成根据本发明的方法降解被污染的异质土壤区域中的有毒物质的处理区。通常颗粒物质被看作是支撑剂，在水溶性聚合物被分解并除去之后，需要用它使断面分开。
改进的水力致裂方法使用一种改进的断裂用流体代替传统的断裂用流体，该改进的断裂用流体包含一种水溶液的输送介质和作为支撑剂的天然有机物质。这里，术语“天然有机物质”是指那些为微生物的附着提供极好的表面，以及为微生物的生长长期提供营养物的物质。这些物质的各种有机成分，还会帮助氯化的有机化合物的生物降解，这种生物降解需要有某些共代谢物的存在以加速降解过程。天然有机物质的例子包括：木屑、木片、落叶、灰泥以及类似物质和它们的混合物，但也不限于此。
与用砂子作为支撑剂相比，用天然有机物作为支撑剂有几个好处，这些好处是：(1)避免了使用增粘剂，如上文所给出的水溶性聚合物的例子，以及任选的交联剂，(2)消去了通过注入酶或氧化剂分解聚合母体并从断面中将聚合母体除去的要求，例如上述氧化剂可以是次氯酸钙或次氯酸钠和过硫酸钠或过硫酸铵，它们与聚合母体发生化学反应，或者通过对其进行热降解，这要取决于断面中的温度。在分解聚合物母体的过程中，酶通常在大约50℃以下的温度内有效，氧化剂通常在大约80℃以下的温度内有效，单独加热通常在大约135℃以上的温度范围内才有效。此外，天然有机物质用作：(a)微生物在断面中的载体材料，(b)微生物的辅助营养源或另一个可供选择的营养源，以及(c)对微生物活性和电渗透过程两者都有好处的水份贮存器。
可以通过注入或泵送改进的断裂用流体来进行地下地层的断裂，在足够的速度和足够的压力下穿过钻孔使地下地层，例如被污染的土壤区域断裂，上述断裂用流体中含有输送介质的水溶液和天然有机物质。水力致裂流体含有输送介质的水溶液和悬浮在上述介质中的足量天然有机支撑剂颗粒。天然有机支撑剂颗粒所需要的量是形成断面和在断面形成之后使断面互不靠近所必需的量。采用任何本专业技术人员公知的传统方法进行水力致裂，致裂用流体和天然有机支撑颗粒所必需的量，对本专业技术人员来说是清楚的。除了含有用作增粘剂的水溶性聚合物以外，输送介质水溶液还可以含有任何传统断裂用流体所用的化学药剂。在断裂流体中具体采用的化学药剂包括公开于《石油勘探与生产II，1993年的北美报告和预测》，Colin A.Houston and Associates，Inc.，Mamaroneck，纽约(1984)中的那些。输送介质水溶液中也可以含有本发明方法使用的处理剂。
气压致裂是一种为治理土壤而进入地下土壤的方法。可以在足够的速度和压力下，穿过钻孔注入压缩气体，例如空气，而使地下地层断裂形成断面，也就是被污染的异质土壤区域。该方法包括通过一个喷射器从钻孔往下引入高压气体。加压介质从注入点产生了一个空气流动通道，并形成了从钻孔处起影响半径高达40英尺的渗液区或断面。
冲击断裂是另一种为治理土壤而进入地下土壤的方法，借助于一个水力冲击机(HID)所产生的水的冲力来使地下地层断裂。HID是一种高压水力增压器，它能在十几分之一秒内排放0.5升的液柱，穿过一个喷嘴排放流体，能够将流体引入钻孔中并射入周围的地层中。在12毫秒内将喷射压力急剧增加到8500psi(58MPa)，然后在接下来的275毫秒内降低到大气压力。冲击前沿的流体的速度是150～450m/sec，将砂子引入流体相中，从而将砂子带入冲击所产生的断面中。单独采用冲击会产生变形，通常的变形包括柱形壳体和平行于孔轴线或垂直于孔轴线的断面，附加冲击能够加大断面，生成渗液区。
冲击断裂既可以用于超固结土壤，也可以用于一般的固结土壤，而水力致裂能较好地用于超固结土壤(在正常固结土壤中产生的断面通常垂直扩展，并与地表面相交)。此外，冲击断裂能够在靠近地下和结构物附近应用，它们可能受与水力致裂相联系的表面变形的有害影响。
打板桩法包括将一定长度的可连接的板桩部件，如钢板打入土壤里，可以采用任何传统的方式将板桩部件连成一定的长度，如槽连接、球和球窝型连接或联锁接合，如果在处理过程中，板桩部件保留在土壤中，优选的联接方式是联锁接合，将它插入一个打桩后内部填充有密封剂的空腔中，以防止穿过接合点泄漏。在缺少砾石的松散地层中，可以将板桩打到100英尺(30m)深或更深的深度。
可以采用打桩锤将板桩部件打入地层，打桩锤的类型包括落锤、单动气锤、双动气锤、紫油桩锤、振动锤以及液压锤。上述每一种锤都是通过一降落的块体提供打桩能量，该块体敲击桩的顶部，可以将桩打在需要的深度，例如：低于被污染的土壤区域的某一点，留在土层上面的部分可任选被切断。
可以几种方式采用打板桩来建立处理区，有两种利用板桩的方式：(a)将板留在土里，以及(b)在建成了处理区后将板拆掉。对于保留板的情况，一种方法是采用一个带有闸门的单个板，该闸门中含有处理用的药剂，该闸门就是处理区。采用单个板的另一种方法是使用浸渍有或含有处理剂的多孔板部件，该处理剂在电渗透和/或水力流过程中能够渗透到流体中。如果采用两块板并将板之间的土壤去掉换上处理剂，那么板应当含有一些如上所述的使流体穿过板流动的部件。对于在建立了处理区后除去桩板的情形来说，桩板基本上相互平行地被打到被污染的异质土壤区域中的一定深度，除去板之间的土壤就形成了需要尺寸的渗液区。在渗液区中填充需要的处理剂就形成了处理区，随后再将桩板从土壤中移走。
挖沟法是将土壤挖到足够的深度，该深度至少有被污染的土壤区域的深度，通常将沟挖得在横向上延伸到很远，使得沟足以包罗所有被污染的土壤区域。如果采用并联沟，每一个沟都要横向延伸包罗整个被污染的土壤区域，或者这些沟也可以相交，只要被污染土壤区域的整个宽度构成足够的处理区以处理污染物。然后向挖好的沟中填充含有处理剂的填充材料，在被污染的土壤区域中处理污染物。在一个实施方案中，用泥浆填充沟，该泥浆中含有处理被污染的土壤区域中污染物的处理剂，只要生成的泥浆墙在本发明的电渗透和/或水力流过程中允许流动的液体渗过该墙。
定向钻进法是采用一个小型全向钻进系统，从垂直方向向水平方向钻孔，用一个轻易型的定位器系统提供钻进过程中钻头深度、斜角和波动情况的信息。在大多数土壤中都可以采用定向钻进法得到并联通道，也就是渗液区，其大体长度被限定在被污染的异质土壤区域内。此外，定向钻进还可以与其它的采用钻孔，如水力致裂的方法结合起来使用，形成渗液区。
土壤钻进/混合是一种建立连续处理区的方法，该方法包括利用土钻装置进行钻进，同时将土壤与处理剂混合在一起，形成一个比较均匀地含有土与处理剂混合物的处理区。可以采用任何本专业普通技术人员公知的传统方法进行土壤钻进/混合。作为参考，土壤钻进/混合通常优选采用USP 5,135,058所公开的土钻装置。这种土钻装置在RUST Remedial Services有售，商标名为MecToolTM。在采用上述装置建成处理区的过程中，可以采用钻进设备施加在混合器具上的转矩来进行均匀混合。在低于150psi的压力下，将软膏状、液态或气态的处理剂直接注入固态土壤基体中，并与土壤现场混合。伴随着注入/混合器械的转动和垂直运动而进行的均匀混合为处理剂与就地土壤提供了有效的渗透和混合。
本发明方法使用的处理剂选自微生物、营养物质、电子受体、催化剂、吸附剂、表面活性剂、电子给体、共代谢物、螯合剂、离于交换树脂、缓冲剂、盐类以及它们的混合物。当本发明方法使用多个渗液区时，可在每一个渗液区加入相同的或不同的处理剂(或多种处理剂)。如果本发明的方法只在一个渗液区使用，通常除了表面活性剂之外，至少加入一种处理剂，除非在被污染的土壤区域中含有土生土长的微生物或先有的处理剂。处理剂的选择取决于具体的被污染的异质土壤区域和该被污染的异质土壤区域中的特定有机污染物。
本发明方法采用的微生物取决于要被生物处理的被污染的异质土壤区域中的特定的有机污染物，可以在好氧条件、厌氧条件或好氧与厌氧相结合的条件下进行生物降解。可能需要加一种微生物或多种微生物的混合物，这取决于被污染的异质土壤区域中存在的有机污染物的种类和数量，本专业技术人员知道处理每种有机污染物所需要的特定微生物。
本发明方法所采用的电子受体，如氧化剂取决于待处理的被污染的异质土壤区域中特定的污染物和所使用的微生物。适宜的氧化剂包括：空气、过氧化氢、固态氧化剂以及类似物和它们的混合物，但也不限于此。根据存在的具体污染物，本专业普通技术人员能够知道所需氧化剂的种类。
本发明方法所采用的催化剂，取决于待处理的被污染的异质土壤区域中的特定污染物。适宜的催化剂包括：铁催化剂、矾土和类似物质以及它们的混合物，但也不限于此。根据存在的具体污染物，本专业普通技术人员能够知道所需催化剂的种类。
本发明方法所采用的吸附剂，取决于待处理的被污染的异质土壤区域中的特定污染物。适宜的吸附剂包括：活性炭、矾土、聚合树脂和类似物质以及它们的混合物，但也不限于此。根据存在的具体污染物，本专业普通技术人员能够知道所需吸附剂的种类。当吸附剂穿过处理区时，吸附剂除了吸附有机污染物以外，还能用作微生物的载体，对液态废物处理领域的普通技术人员来说，在生物反应器中采用多孔载体的益处是众所周知的。当吸附剂穿过处理区时，还可以利用吸附剂捕集污染物，然后从处理区除去吸附剂或吸附后的污染物，或者就地对吸附的污染物进行降解，如在处理区加入附加处理剂，或者搁置一段时间完成降解过程。
本发明方法所采用的表面活性剂，取决于待处理的被污染的异质土壤区域中的特定污染物。本发明的表面活性剂可以是非离子型的，或阴离子型的，最好是非离子型的，以便不干扰电渗透过程，更优选的表面活性剂是可生物降解的表面活性剂。适宜的表面活性剂包括：聚乙二醇类、叔-辛基酚乙氧基化物、叔-壬基酚乙氧基化物、具有16～20个碳原子的直链仲醇、十二烷基硫酸钠，以及它们的混合物，但也不限于此。
本发明方法所采用的电子给体，取决于待处理的被污染的异质土壤区域中特定的污染物和所使用的微生物。适宜的电子给体包括：苯甲酸盐水溶液、硫酸盐水溶液以及它们的混合物，但也不限于此。根据存在的具体污染物，本专业普通技术人员能够知道所需电子给体的种类。可以将苯甲酸钠溶解在水里制成苯甲酸盐水溶液，将硫酸钠溶解在水里制成硫酸钠水溶液。当对氯化乙烷进行还原性脱卤作用而与厌氧生物降解联合使用时，尤其需要使用电子给体。
本发明方法所采用的共代谢物，取决于待处理的被污染的异质土壤区域中特定的污染物和所使用的微生物。共代谢物是那样的化合物，即能被微生物，例如食甲烷细菌利用来作为碳源和能量源的，并在该过程中还能够降解被污染的异质土壤区域中存在的、单独采用微生物又不能有效降解另一种污染物的。共代谢物尤其可用于降解有机氯化物。适宜的共代谢物的例子包括：酚、甲烷以及它们的混合物，但也不限于此。根据具体存在的污染物和所采用的特定微生物，本专业普通技术人员能够知道所要求的共代谢物的种类。
本发明方法所采用的螯合剂，取决于待处理的被污染的异质土壤区域中特定的污染物。螯合剂尤其可用于存在离子态污染物的情况下。适宜的螯合剂包括：柠檬酸、酒石酸和葡糖酸、氨基多羧酸如：乙二胺四乙胺(EDTA)和次氮基三乙酸(NTA)、多磷酸如三磷酸钠(STPP)、多胺如三亚乙基四胺、膦酸如乙二胺四(亚甲基膦酸)(EDTPO)以及它们的混合物，但也不限于此。
本发明方法所采用的离子交换树脂，取决于待处理的特定的污染土壤区域，根据待处理的污染物，离子交换树脂可以是阴离子型的交换树脂或阳离子型的交换树脂。通常优选的离子交换树脂是那些游离酸型或游离碱型的树脂。适宜的离子交换树脂包括：Amberlyst A-21、Amberlyst 15、Amberlite IRC-50以及Amberlite IRA-93(由Rohm & Hass公司出品)和Dowex 50 W(由Dow化学公司出品)，但也不限于此。
本发明方法所采用的缓冲剂，取决于待处理的特定的污染土壤区域。这里，缓冲剂是起控制经历电动力学过程中溶液的pH值作用的化合物。缓冲剂还可以用来提高经历电动力学过程中溶液的导电率。照这样，通过改进电渗透水流，或者通过使电动力学过程有效地在低电压梯度状态运行，缓冲剂有助于污染物的处理。缓冲剂的例子包括：石灰、碳酸钙、磷酸盐岩、多磷酸盐和类似物以及它们的混合物，但也不限于此。
本发明方法所采用的盐类，取决于待处理的特定的污染土壤区域。这里，盐类是起提高经历电动力学过程溶液导电率的作用的中性盐化合物。照这样，通过改进电渗透水流，或通过使电动力学过程有效地在低电压梯度状态下运行，盐类能帮助处理污染物。盐类的例子包括：硫酸钙、氯化钠、氯化钙和类似物以及它们的混合物，但也不限于此。
还可以对污染物进行电化学降解，例如，制备至少一个渗液区或利用至少一个现有的渗液区，使渗液区中含有一种导电材料，如石墨颗粒，使渗液区位于第一和第二电极之间，从而渗液区形成了一个双极向电极，在该渗液区中直接或间接地发生了电化学降解反应。这种电化学降解的一个实例就是当通过电渗透水流或水力流使污染物流过处理区时，在处理区两性电极的阳极上能够对氯化化合物，如二氯乙烷和三氯乙烯进行电化学还原性脱氯。
可以用任何本专业技术人员公知的传统方法，通过对横穿被污染的异质土壤区域施加一个水力梯度，实现水力流动或压力驱动下的流动，可以用任何本专业技术人员公知的传统方法产生水力梯度，这种方法的例子包括：(1)在被污染的异质土壤区域的两端，在土里或钻孔中插入多个多孔管，在异质土壤区域的一端，在管或钻孔中施加压力以产生一个水力梯度，该水力梯度使得水流从被污染的异质土壤区域的高压端流向被污染的异质土壤区域的低压端，(2)在被污染的异质土壤区域的两端，在土中或钻孔中插入多根多孔管，在异质土壤区域的一端，对管或钻孔施加一个真空，由此产生一个水力梯度，该水力梯度使得水流从被污染的异质土壤区域的高压端流向被污染的异质土壤区域的低压端，以及(3)在被污染的异质土壤区域的两端，在土中或钻孔中插入多根多孔管，在异质土壤区域的一端，对管或钻孔施加一个压力，并在被污染的异质土壤区域相反的一端，对管或钻孔施加一个真空，由此产生一个水力梯度，该水力梯度使得水流从被污染的异质土壤区域的高压端流向被污染的异质土壤区域的低压端，但也不限于此。被污染的异质土壤区域的高压端和低压端可以是被污染的异质土壤区域的两个相对的端，每一端都含有一个或多个管或钻孔或其等同物，或者高压端或低压端中的一端位于被污染的异质土壤区域中，而高压端或低压端中的另一端可以由围绕着被污染的异质土壤区域的多根管、钻孔或其等同物组成。
本发明方法中水力流所使用的水可以是地下水或雨水，或者由被污染的异质土壤区域的高压端提供的外部水。在一个实施方案中，在被污染的异质土壤区域的低压端，从被污染的异质土壤区域除去水，采用任何传统方法对该水进行外部处理以降解除去这些污染物。在另一个实施方案中，处理后的水在被污染的异质土壤区域的高压端，可任选地循环到被污染的异质土壤区域中，在这种闭路系统中，还可以通过在被污染的异质土壤区域中的高压端，向土壤中注入溶剂或表面活性剂，以提高污染物的溶解度，从而对土壤进行清洗。在土壤处理之后，循环水流过被污染的异质土壤区域，在被污染的异质土壤区域的低压端收集含有污染物、溶剂和表面活性剂的水，对这种水进行处理，随后在被污染的异质土壤区域的高压端再注入处理后的水。
本发明方法所使用的水力流可以是连续的或脉冲的。这里，术语“脉冲的”意味着水力流周期性地进行通/断运行。将脉冲水力流与连续水力流相比，由于等量体积的水力流能够提高污染物去除率的百分数，所以通常优选用脉冲式水力流。尤其是在对水力流采用外部处理时更是如此。
此外，通过变换水力梯度，可以周期性地变换水力流流过被污染的异质土壤区域的方向，如果处理区在高渗透区域中，变换水力流的方法尤其适用，因为流体的来回流动，会使液体有多个穿过被污染的土壤的流动通道，每次都能去除附加的污染物并把它们输送到处理区。
可以采用任何本专业技术人员公知的传统方法进行电动力学过程，例如电渗透和电迁移，下述文献公开了这些过程，如G.J.等人的“从粘土中去除汽油烃和TCE的电渗透过程”，《环境工程》期刊，第118卷，第1期，第68～83页，1月/2月，1992年，Segall，B.A.等人的“去除污染物的电渗透方法”，《环境工程》期刊，第118卷，第1期，第84～100，1月/2月，1992年，及Acar，Y.B.等人的“用电动力学方法从高岭石中除去酚”，《土力学工程》期刊，第118卷，第11期，第1835～1852页，1992年11月。
当在被污染的异质土壤区域内的电极上施加一个恒定的很小的直流电流时，则会发生电渗透现象，也就是土壤基体中的水从阴极流到阳极。通常，第一电极位于被污染的异质土壤区域的第一端，第二电极位于被污染的异质土壤区域的与之相对的另一端，或者第一电极位于每一低渗透率土壤区域的第一端，而第二电极位于每一相对的低渗透率土壤区域的另一端，从而使电渗透水流从一个电极流到另一个电极。这里，术语“第一电极”和“第二电极”可以是横穿过被污染的异质土壤区域的单个电极或多个电极，这取决于处理区是垂直的还是水平的，这些电极位于被污染的异质土壤区域中大约相同的水平位置或垂直位置上。根据每一种特定的情况可以改变电线接头、电极尺寸以及材料。本专业普通技术人员都知道电极的选择。当被污染的异质土壤区域中的污染物是有机化合物时，由于碳或石墨在整个电动力学过程中能够帮助缓冲pH值，所以通常优选用含有碳或石墨颗粒的电极。通常还优选用那些允许液体进入或流出的多孔电极，多孔电极其本身不一定非是有孔的或多孔的，但是它要位于多孔的容器内，或者直接位于渗液区或区段的后面。此外，该电极还可以有处理区的功能，例如吸附区的功能，在该区中碳或石墨可用作吸附剂。
当处理区是水平的，例如由水力致裂或气压致裂形成的处理区时，第一电极可以位于地面上或接近地面，或者在被污染的异质土壤区域之上，第二电极可以位于第一电极的下面，最好位于被污染的异质土壤区域的底部或者下面。当第一电极位于地面上时，它可以是一种简单的放在地面上的金属网。例如，第一或第二电极还可以是含有导电材料的断口，例如该导电材料是石墨颗粒或石墨颗粒与砂子的混合物，该断口是在足够的速度和足够的压力下，穿过第二钻孔注入含有砂子和石墨的断裂液体而形成的。另一方面，第一电极还可以位于每一低渗透率土壤区域之中或其上面，第二电极位于第一电极的下面，最好在每一低渗透区的底部或其下面。
当处理区是垂直的，例如由挖沟或打板桩形成的处理区时，第一电极可以位于被污染的异质土壤区域的一端，而第二电极可位于与之相对的被污染的异质土壤区域的另一端，或者第一电极位于每一低渗透率土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的每一低渗透率土壤区域的另一端，用于垂直处理区的适用电极可以是导电的棒、管或位于土壤孔中的导电的粒状介质，例如石墨或石墨与砂子的混合物。
在电渗透过程中，处理剂如微生物和/或氧化剂，可以从处理区转移到被污染的土壤区域，这样除了在处理区，还可以在被污染的异质土壤区域内降解污染物质。
当本发明的方法不加入水或不将水循环到被污染的异质土壤区域时，用于电渗透的水可以是地下水或雨水，也就是说从待处理的被污染土壤区域外部的上游地下水源或在里面的地下水源中向被污染的异质土壤区域提供水。如果单独使用地下水不足的话，可以向被污染的土壤区域中加入表面活性剂，以便从土壤中吸附或溶解污染物质。当本发明的方法周期性地变换电极极性，以变换电渗透液体的流动方向时，无需使用外部水，可以循环电渗透水流，循环水力流，或者利用位于待处理的被污染土壤区域外部的入流地下水。然而，通常最好周期性地变换电极的极性，这是因为我们发现周期性地变换水流方向，能够将连续电渗透运行产生的土壤干燥和pH值影响问题减小到最低程度。这种简单的来回流动也使得液体具有穿过被污染土壤的多个通道，每次都能从土壤中除去附加污染物并将它们输送回处理区中。当采用变换水流流动方向的工艺时，处理区中存在吸附剂尤其有益。使用吸附剂可有效地从反应或生物治理中消除质量传递。当液体流过处理区时，污染物被吸附并吸着在吸附剂表面，在这里如果需要更有效的处理，无论是在电渗透过程中，还是在电渗透过程之后，微生物都可以以它们自己的速度降解污染物。人们还发现对电渗透水流进行循环，还能将连续电渗透运行带来的土壤干燥和pH影响问题减小到最低程度。
当本发明的方法采用加入外部液体包括水或将其循环到被污染的异质土壤区域时，可以穿过位于被污染的异质土壤区域的高压端或被污染的异质土壤区域内的另一端上的多孔电极、管、或钻孔加入液体。多孔电极是一种允许液体，例如水流过的电极。多孔电极本身可以是有孔的或多孔的，如通电棒、管或颗粒介质，允许液体流入或流出；多孔电极本身还可以不是多孔的，但它要位于一个多孔的容器中。外部液体可以含有表面活性剂，从土壤中吸附污染物。可以将本文描述的变换流动方向工艺或循环电渗透水流工艺用于本发明的方法中，其中向被污染的异质土壤区域提供液体。
定期在被污染的异质土壤区域采样，例如采取岩芯样品，并对土壤进行分析以确定是否污染物浓度已降到可接受的水平。当样品分析显示污染物浓度已落入或低于可接受浓度时，停止进行本发明的过程。
                      实施例1
下列实施例表明电渗透能够有效并均匀地从各种异质土壤基体上除去污染物。用于研究的电渗透小槽如图1所示，该槽是一用透明塑料制成的圆柱形管，内径4″，长8.5″。在小槽(50)的中间断面上装入2.5英寸的高岭粘土，周围由细砂环绕，以模拟异质土壤基体。所用粘土的水渗导性在10-8cm/sec量级上，而砂子的水渗导性在10-2cm/sec量级上，用含有对硝基苯酚的水溶液作为典型的有机污染物，均匀污染到粘土块中。将300g干的高岭粘土与179.5g含有1062mg PNP/L的水溶液混合在一起，结果生成了负荷为0.398mg PNP/g湿粘土，水份为37.5wt％的粘土团。将222.6g粘土与PNP的混合物装入小槽中，结果粘土块中PNP的总负荷为88.6mg PNP。用大约500g(干重)的细砂将被PNP污染的粘土区包围起来，砂子被PNP溶液均匀污染，砂子中PNP的总负荷为100.9mg。用半英寸的砂子和碳颗粒层(40)和(70)在两端将砂子/粘土段围起来，其中碳的重量大约占2.4％。所用的碳为商业有售的活性炭，它能有效地吸附PNP。因此砂-碳层代表了渗液吸附区或处理区。紧挨着两个砂-碳层装入未被污染的高岭粘土(30)(水份大约为38wt％，1.5″厚)，模拟干净的土壤。紧挨着干净粘土段装入半英寸厚的颗粒状活性炭颗粒层作为电极。用石墨棒(80)作为电极的连线，它插入装好的碳层中。在每个电极的外面装入半英寸厚的未被污染的高岭粘土层(10)(水份大约占38wt％)。在进行电渗透实验过程中，向小槽中加入水，并穿过电极层取出水，实验中使用井水以模拟地下水。
在室温和恒定电压梯度的情况下进行上述实验，穿过电极之间的土壤堆向电压梯度大约为1Volt/cm。首先用电极(60)作为阳极并用电极(20)作为阴极进行实验。在电渗透过程中，水流方向从电极(60)到电极(20)。一天之后，从阴极(20)收集到的液体的体积大约等于区段(50)(砂+粘土)的一个孔隙容积。然后变换电极极性，使水流从电极(20)流到电极(60)，大约两天之后，从电极(60)收集到1.4孔隙容积的液体。关掉流过该小槽的电流停止电渗透过程。然后穿过区段(40)注入水，以冲洗出仍然残留在粘土周围的砂子区域中的PNP。1.5小时中，穿过砂子区段注入了两孔隙容积的液体(基于砂子区段50)，回收了2.34mg PNP，这仅相当于初始注入砂子区段50中PNP量的大约2wt％。然后将小槽拆开以进行分析，每一个粘土样品都要进行分析，用0.1N的NaOH溶液从粘土样品中提取出PNP，采用Beckman DU-7型分光光度计在400nm处通过分光光度吸收测量溶液中PNP的浓度。一次提取足以能够从粘土中除去所有PNP。采用相似的方式对砂子样品进行分析，对碳样品，它吸附PNP非常紧，用含有0.1N NaOH，2wt％的提取溶液重复进行提取，以最大限度地回收PNP。
实验发现，从区段50的粘土块中能相当均匀地去除PNP，平均去除率为大约97wt％，在区段50的砂子中没有残留PNP，从区段40和70的碳中可回收区段50中初始PNP负荷的大约93wt％，在清洁粘土区段30中没有检测到PNP，PNP的总质量平衡是95％。
                    实施例2
下列实施例表明电渗透能够有效地将污染物迁移出隔离的低渗透率区域，并且将电渗透水流和水力流结合起来，能够非常迅速地净化被污染的异质土壤区域。
除了(a)将区段50中的大粘土块分割成6个较小的块，相互隔开并用细砂子包围起来，以及(b)区段50中的砂子不被PNP污染外，设计一个与实施例1相类似的实验。区段50中的砂子不要被PNP污染，以便方便地检测出PNP迁移出粘土块的情况。区段50中粘土块的初始PNP负荷为40.1mg，即402μg PNP/g湿粘土。此外，在很短的时间内要非常谨慎地作实验，以便研究系统的过渡状态。在电压梯度为1Volt/cm下，实验大约进行了10小时，在这段时间内，从阴极(20)共收集到容积等于0.37砂/碳区段(50)孔隙体积的液体，即72.8g水。然后停止电渗透过程，使水穿过区段50进行冲洗大约2小时，水力流方向基本上垂直于电渗透水流的方向。总冲洗水量为463.8g，相当于区段50的砂子部分的3.2孔隙体积，冲洗从粘土块中回收了22.7mg PNP(相当于初始PNP负荷的大约57wt％)。随后与实施例1相同对PNP进行分析，结果表明冲洗后没有PNP残留在砂子部分中，对粘土块平均PNP回收率为70wt％，即有12mg PNP还残留在区段50的粘土块中。如图2所示，非常有趣的是靠近阳极(60)的粘土块PNP的平均去除率(大约60wt％)要低于靠近阴极(20)的粘土块的平均去除率(大约80wt％)。虽然不希望受到理论上的约束，但是这可能是沿着小槽出现一个非均匀电压梯度的结果，这点已被下列文献所证实，SegallB.A.等人的”去除污染物的电渗透过程”，《环境工程》期刊，第118卷，第1期，pp.84～100，1992年1月/2月，以及Acar，Y.B.等人的“用电动力学方法从高岭土中除去酚”，《土力学工程》期刊，第118卷，第11期，PP.1837～52，(1992年11月)，即使在径向流动分布相当均匀的情况下，也会造成轴向水流的不平均。此外，在清洁的粘土区段(30)上没有检测到PNP，在砂/碳区段(40)和(70)中发现，从区段(50)去除的PNP是平衡的，从区段(40)和(70)回收的PNP中，有4.8mg是在区段(40)中回收的，即占初始PNP负荷的12wt％，有0.3mg是从区段(70)中回收的，即占PNP初始负荷的0.75wt％。PNP的总质量平衡为103％。
                    实施例3
该实施例是实施例2的重复，目的是想试验电渗透是如何有效地从含在砂子基体中的小粘土块中除去PNP，用以模拟异质土壤环境。在该实施例中有两个不同点：(1)延长运行时间，以确保从粘土块中显著地除去了PNP，(2)污染土壤区段的长度从2.5英寸增加到4英寸，增加两排粘土块之间的轴向距离，这样在电渗透过程中两排粘土块之间的交叉污染能被减小到最低程度。
六块PNP/粘土(每一个大约14g)块含有410μg PNP/g湿粘土，总初始负荷为36.1mg PNP。将这些小块体在小槽中相互分隔开，使PNP留在一小块中，而不能流入另一小块中。在靠近阳极的顶部、前部和后部，以及靠近阴极的底部、前部和后部，以相互之间120°的夹角排列这些小块体。用连续的砂子基体围住这些粘土块。砂/粘土区段的孔隙体积大约为301cm3(砂子254cm3，粘土块47cm3)。
在电渗透槽中沿一个方向施加一个恒定电压(1Volt/cm，总共17.5V)；在此条件下运行四天，起始电流为7mA，到运行结束时逐渐降低到1mA。从阴极收集到总共163g的流出水，相当于0.54个砂/粘土区段的孔隙容积。电渗透之后，将一个高压液体色谱泵连接到靠近阳极的砂子区域的下部。输出端连接到靠近阴极的上部。在4mL/min的流量下，用酸化的(pH＝3.0)mili-Q水进行冲洗1小时，然后减少到2mL/hr冲洗大约3小时，第二天早晨再加1个小时，总冲洗水量为716mL(2.8个砂的孔隙容积)。对收集到的溶液进行PNP分析，然后将小槽拆成每一个分开的区段，用分光光度计分析PNP。应当注意到，在开始以4mL/min的流速冲洗过程中，一些液体从阳极区段溢流出。显然，流出液能在被污染的土壤区域与阳极之间的很薄的清洁粘土区域周围产生沟流，然后穿过活性炭阳极流出。由于运行之后活性炭阳极被扔掉，所以在砂子区域中的一些PNP没有计算在内。
PNP从粘土块中的总去除率超过99％，单个粘土块的去除率在98.6～99.9％之间。靠近阴极的吸附区含有12.4mg PNP，或为初始总负荷的34.3％。靠近阳极的吸附区含有2.6mg PNP，或者为初始总负荷的7.2％。由于电渗透水流绝对不会沿那个方向流动，这一区域中存在PNP或来源于砂子区域中PNP的向后扩散，或很有可能来源于冲洗过程中观察到的沟流。冲洗可从砂子区域回收大约9.8mg PNP(初始总负荷的27％)。PNP的总质量平衡只有70％，PNP流失的一个可能推断是在冲洗过程中流失了。尽管如此，该实施例还是清楚地表明电渗透能够有效地净化在异质基体的低渗透率土壤中的污染物。

Claims (47)

1.一种就地治理被污染的异质土壤区域的方法，包括：
(a)在被污染的异质土壤区域内的至少一个渗液区中加入下列物质，以处理被污染的异质土壤区域中的污染物，该物质选自：微生物、营养物、电子受体、催化剂、吸附剂、表面活性剂、电子给体、共代谢物、螯合剂、离子交换树脂、缓冲剂、盐类以及它们的混合物，在被污染的异质土壤区域内至少形成一个处理区，
(b)在电荷极性相反的第一电极和第二电极之间，穿过至少一个被污染的异质土壤区域内的低渗透土壤区域传递直流电流，其中(i)第一电极位于被污染的异质土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的被污染的异质土壤区域的另一端，或者(ii)第一电极位于每一低渗透土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的每一低渗透土壤区域的另一端，(1)使电渗透水流从第二电极流向第一电极，(2)使离子态的污染物向电荷极性相反的电极作电迁移，或者(3)使电渗透水流从第二电极流向第一电极，并使离子态的污染物向电荷极性相反的电极作电迁移，以及
(c)向穿过被污染的异质土壤区域施加一个水压梯度，形成一个从被污染的异质土壤区域的高压端到其低压端的水力流动。
2.如权利要求1所述的方法，进一步还包括：
(d)(1)周期性地变换第一和第二电极的极性，从而变换污染物穿过处理区域的迁移方向，(2)将电渗透水流从第一电极循环到第二电极，或者(3)周期性地变换第一和第二电极的极性，从而变换污染物穿过处理区域的迁移方向，并且沿着与电渗透水流相反的方向循环电渗透水流。
3.如权利要求2所述的方法，进一步还包括：
(e)周期性地变换横穿过被污染的异质土壤区域的水力梯度，从而变换穿过被污染的异质土壤区域水力流动的方向。
4.如权利要求1所述的方法，进一步还包括：
(d)周期性地变换横穿过被污染的异质土壤区域的水力梯度，从而变换穿过被污染的异质土壤区域水力流动的方向。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述(b)的直流电流使电渗透水流从上述第二电极流到上述第一电极。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述(b)的直流电流使离子态的污染物沿电极极性相反的方向作电迁移。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述(b)的直流电流使电渗透水流从上述第二电极流到上述第一电极，并使离子态的污染物沿电极极性相反的方向作电迁移。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于周期性地变换上述第一电极和第二电极的极性，以改变污染物穿过处理区域的迁移方向。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于将来自电渗透的水从上述第一电极循环到上述第二电极。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于周期性地变换上述第一电极和第二电极的极性，以改变污染物穿过上述处理区的迁移方向，并使来自电渗透的水沿电渗透水流的反方向循环。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于连续施加上述水力梯度。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于周期性地施加上述水力梯度。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于在低渗透土壤区域内至少有一个上述处理区。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于至少一个上述渗液区是在被污染的异质土壤区域内现存的。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述渗液区是用下列方法形成的，该方法选自：水力致裂、气压致裂、冲击致裂、打板桩、挖沟、定向钻井、土壤钻进/混合，以及它们的混合方法。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于至少一个上述处理区含有导电物质。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于将上述水力流从被污染的异质土壤区域的低压端取出，对其进行处理以除去其中含有的污染物。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于处理后的水力流在上述被污染的异质土壤区域的高压端再循环到上述被污染的异质土壤区域。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述水力流与上述电渗透水流基本上同方向。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述水力流与上述电渗透水流是反方向流动的。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于依次进行上述步骤(b)和(c)。
22.如权利要求1所述的方法，其特征在于同时进行上述步骤(b)和(c)。
23.如权利要求1所述的方法，其特征在于至少一个上述处理区是连续的。
24.一种就地治理被污染的异质土壤区域的方法，包括：
(a)在上述被污染的异质土壤区域内至少形成一个渗液区，
(b)在被污染的异质土壤区域的至少一个渗液区中加入下列物质，以处理被污染的异质土壤区域中的污染物，该物质选自：微生物、营养物、电子受体、催化剂、吸附剂、表面活性剂、电子给体、共代谢物、螯合剂、离子交换树脂、缓冲剂、盐类以及它们的混合物，在被污染的异质土壤区域内至少形成一个处理区，
(c)在电荷极性相反的第一电极和第二电极之间，穿过至少一个被污染的异质土壤区域内的低渗透率土壤区域传递直流电流，其中，(i)上述第一电极位于上述被污染的异质土壤区域的第一端，上述第二电极位于与之相对的被污染的异质土壤区域的另一端，或者(ii)第一电极位于每一低渗透率土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的每一低渗透率土壤区域的另一端，(1)使电渗透水流从上述第二电极流到上述第一电极，(2)使离子态的污染物电迁移到电荷极性相反的电极，或者(3)使电渗透水流从上述第二电极流到第一电极，并使离子态的污染物向电荷极性相反的电极作电迁移，以及
(d)向横穿过上述被污染的异质土壤区域施加一个水压梯度，形成一个从被污染的异质土壤区域的高压端到其低压端的水力流动。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于上述渗液区是用下列方法形成的，该方法选自：水力致裂、气压致裂、冲击致裂、打板桩、挖沟、定向钻井、土壤钻进/混合，以及它们的结合。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于上述(c)的直流电流使电渗透水流从上述第二电极流到上述第一电极。
27.如权利要求24所述的方法，其特征在于上述(c)的直流电流使离子态的污染物向电极极性相反的方向作电迁移。
28.如权利要求24所述的方法，其特征在于上述(c)的直流电流使电渗透水流从上述第二电极流到上述第一电极，并且使离子态的污染物向电极极性相反的方向作电迁移。
29.如权利要求24所述的方法，进一步还包括：
(e)(1)周期性地变换第一和第二电极的极性，从而变换污染物穿过处理区域的迁移方向，(2)将电渗透水流从第一电极循环到第二电极，或者(3)周期性地变换第一和第二电极的极性，从而变换污染物穿过处理区域的迁移方向，并且沿着与电渗透水流相反的方向循环电渗透水流。
30.如权利要求29所述的方法，进一步还包括：
(f)周期性地变换横穿过被污染的异质土壤区域的水力梯度，以变换穿过被污染的异质土壤区域水力流动的方向。
31.如权利要求29所述的方法，其特征在于周期性地变换上述第一电极和第二电极的极性，以改变污染物穿过处理区域的迁移方向。
32.如权利要求29所述的方法，其特征在于将来自电渗透的水从上述第一电极循环到上述第二电极。
33.如权利要求29所述的方法，其特征在于周期性地变换上述第一电极和第二电极的极性，以改变污染物穿过上述处理区的迁移方向，并使来自电渗透的水沿电渗透的反方向循环。
34.如权利要求24所述的方法，进一步还包括：
(e)周期性地变换横穿过被污染的异质土壤区域的水力梯度，以改变穿过被污染的异质土壤区域的水力流动的方向。
35.如权利要求24所述的方法，其特征在于将上述水力流从被污染的异质土壤区域的低压端取出，对其进行处理以除去其中含有的污染物。
36.如权利要求32所述的方法，其特征在于处理后的水力流在上述被污染的异质土壤区域的高压端再循环到上述被污染的异质土壤区域。
37.如权利要求24所述的方法，其特征在于至少一个上述处理区是连续的。
38.一种就地治理被污染的异质土壤区域的方法，包括：
(a)在被污染的异质土壤区域内的至少一个渗液区中，加入下列物质，以处理被污染的异质土壤区域中的污染物，该物质选自：微生物、营养物、电子受体、催化剂、吸附剂、表面活性剂、电子给体、共代谢物、螯合剂、离子交换树脂、缓冲剂、盐类以及它们的混合物，在被污染的异质土壤区域内形成至少一个处理区；
(b)在电荷极性相反的第一电极和第二电极之间，穿过至少一个被污染的异质土壤区域内的低渗透率土壤区域传递直流电流，其中(i)上述第一电极位于上述被污染的异质土壤区域的第一端，上述第二电极位于与之相对的被污染的异质土壤区域的另一端，或者(ii)第一电极位于每一低渗透率土壤区域的第一端，第二电极位于与之相对的每一低渗透率土壤区域的另一端，(1)使电渗透水流从上述第二电极流到上述第一电极，(2)使离子态的污染物电迁移到电荷极性相反的电极，或者(3)使电渗透水流从上述第二电极流到上述第一电极，并使离子态的污染物向电荷极性相反的电极作电迁移；
(c)(1)周期性地变换第一和第二电极的极性，从而改变污染物穿过处理区域的迁移方向，(2)从第一电极到第二电极再循环电渗透的水，或者(3)周期性地变换第一和第二电极的极性，从而变换污染物穿过处理区域的迁移方向，并且沿着与电渗透水流相反的方向循环电渗透水流，以及
(d)向穿过被污染的异质土壤区域施加一个水压梯度，形成一个从被污染的异质土壤区域的高压端到其低压端的水力流动。
39.如权利要求38所述的方法，进一步还包括：
(e)从被污染的异质土壤区域的低压端引出上述水力流，对其进行处理，除去其中的污染物质。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于处理后的水力流在上述被污染的异质土壤区域的高压端循环到被污染的异质土壤区域。
41.如权利要求38所述的方法，其特征在于上述(c)中的直流电流使电渗透水流从上述第二电极流到上述第一电极。
42.如权利要求38所述的方法，其特征在于上述(c)的直流电流使离子态的污染物向电极极性相反的方向作电迁移。
43.如权利要求38所述的方法，其特征在于上述(c)的直流电流使电渗透水流从上述第二电极流到上述第一电极，并使离子态的污染物向电极极性相反的方向作电迁移。
44.如权利要求38所述的方法，其特征在于周期性地变换第一和第二电极的极性，从而变换污染物穿过处理区域的迁移方向。
45.如权利要求38所述的方法，其特征在于将电渗透水流从第一电极循环到第二电极。
46.如权利要求38所述的方法，其特征在于周期性地变换第一和第二电极的极性，从而变换污染物穿过处理区域的迁移方向，并且沿着与电渗透水流相反的方向循环电渗透水流。
47.一种如权利要求38所述的方法，进一步还包括：
(e)周期性地变换横穿过被污染的异质土壤区域的水力梯度，以变换穿过被污染的异质土壤区域水力流动的方向。
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