13 地下水污染修复技术与方法

地下水污染与防治GroundwaterContamination第五讲地下水污染修复技术与方法目录1……总论2……地下水与土壤污染修复方法3……地下水与土壤污染调查设计31、总论污染场地的概念污染场地概念的确定对于污染场地的识别、管理、治理和修复至关重要。本质上是特定的空间或区域（包含土壤、地下水和地表水）所含有害物质的浓度超过环境背景值，并对此空间或区域的人体健康及自然环境已经造成或可能造成负面影响。41、总论美国的污染场地划分为七个主要的修复计划：①超级基金场地修复计划，它主要遵循《环境应对、赔偿和责任综合法案》；②《资源保护和回收法》修复场地（RCRAsites），它主要遵循资源保护和回收法案中规定的校正行动计划；③地下存储罐污染场地；④国防部污染场地；⑤能源部污染场地；⑥其他联邦政府机构的污染场地；⑦州政府、棕地和个人污染场地。51、总论污染场地修复技术是指可改变待处理污染物的结构，或减小污染物毒性、迁移性，或数量的单一，或系列的化学、生物，或物理处理技术单元。场地污染的修复应对措施可分为3类：①对正在产生的危害及时清除和转移，比如污染土地的清挖等;②对场地的用途进行限制或禁入；③采用工程手段对场地进行修复。第一种属于清除行动，第二种是制度控制，第三种是工程修复61、总论制度控制和工程控制属于修复行动。制度控制是依据法律和行政的手段和方法来保护人类健康和场地的环境安全制度控制是；而工程控制是采取物理的手段，比如封盖、包裹、泥浆墙、抽提井或者处理的方法来降低污染物的水平或限制暴露途径进而管理环境和健康风险。71、总论地下水修复的分类根据修复工程实施的对象不同，可以分为污染源修复和地下水修复。污染源修复是针对污染场地中的土壤、沉积物、污泥、固体基质废物或非水相液体等进行的修复。污染源治理是针对场地内已有污染的修复行动。根据修复处理工程的位置可以分为原位修复技术与异位修复技术；根据修复原理可分为物理技术、化学技术、热处理技术、生物技术、自然衰减和其他技术等。81、总论土壤及地下水污染的修复的意义污染场地所存在的生态与环境问题受到广泛关注，污染场地风险管理与修复技术成为土地功能恢复和污染控制的重要研究内容。土壤及地下水污染的修复技术主要有化学修复、生物修复及化学与生物相结合的修复。91、总论污染场地的管理加拿大对污染场地的管理方法主要程序是识别可疑场地、场地历史调查、初步采样测试、场地分类、详细采样测试、场地再分类、制定修复管理措施、实施修复管理措施、确认采样和最终报告、长期监测的10步管理流程。101、总论美国的法律法规对污染场址的全过程管理都给予了明确的法律规范，设立污染场地管理与修复基金(超级基金)。美国采用的基于健康风险评价的污染场地修复，制度控制和工程控制相结合的综合修复行动为我国提供了很好的经验。通过制定相关法律、法规，规范污染场地修复的标准，采用相关财政刺激政策等。我国在污染场地修复方面，除考虑自身条件外，可以充分借鉴和吸收美国在污染场地修复和管理方面的先进经验。111、总论英国在《环境保护法1990：污染土地IIA部分》明确规定应遵循污染者责任原则，即任何把污染物排放到土壤表面和地下的个人和单位，都有修复土地并支付费用的责任和义务。英国对棕色土地”监测、利用与监管，建立污染场地健康风险评价方法，以及健康基准值与土壤污染指导值及污染土地风险评价模型等污染土地风险管理与修复技术体系。污染土地的风险管理包括识别由于污染物造成的任何无法接受的风险、采取行动减少和控制这些风险使之达到一个可接受的水平，从而达到再利用的目的。污染土地风险管理程序分下列三个阶段：风险评价、评估和选择修复技术与实施修复。122、土壤与地下水修复技术方法分类技术方法描述优点缺点适用范围换土法换土法把污染土壤取走，换入干净的土壤，同时对换出的土壤进行妥善处理，防止二次污染见效快，可操作性强，对于放射性污染还可以从根本上杜绝其进入食物链操作人员可能要直接接触污染土壤，人工费用较高，铲土加重了土地危机适用于小面积的重度污染土壤，或事故后的简单处理翻土法将污染的表土翻至下层，使聚集在表层的污染物分散到更深的层次，以达到稀释的目的处理简便，利用土壤的自处理能力进行净化，成本低廉没有减少污染物的总量，只是降低了污染物的浓度适用于重金属、放射性污染较轻的土壤客土法是将未收污染的新土覆盖在污染的土壤上，使污染物浓度降低到临界危害浓度以下或减少污染物与植物根系的直接接触，从而达到减轻危害的目的。增加了土壤容量，增加了土壤的自净能力底部的放射性核素会扩散到客土或深层土壤中，或转移至水相，造成二次污染适用于浅根作物生长的土壤地区热修复法利用热传导或热辐射将受污染的土壤加热，使土壤中的挥发性污染物在挥发时被收集起来进行回收或处理的一种方法修复效果较好，还可以回收重金属高温可能改变土壤结构，黏性土壤吸附难以去除，需要有完备的后续处理装置，水分较多时会增加成本适用于半挥发性卤代有机物、多氯联苯以及密度较高的非水质液体有机物132、土壤与地下水修复技术玻璃化修复技术指在高温高压条件下，将污染土壤融化形成玻璃态物质，使污染物固定于其中，达到消除污染的目的可以处理多种金属废物，费用低廉，加工设备容易转移，所形成的固体毒性降低，稳定性增强，凝结在固体中的微生物很难生长，不致破坏结块结构工程量大、费用较高；土壤的有机污染物浓度不能过高，应在5%—10%以下，否则应进行专门的处理；土壤含水量的增加也能使其费用增加；土壤修复区的坡度应小于5%才能使玻化效果顺利进行；处理深度在6m以内，不能大规模的应用；土壤中的重金属存在可能导致高压电极短路。处理对象包括放射性物质、有机物、无机物等多种干湿污染物。电动力学修复法在污染土壤两端通入低压直流电场，利用溶剂电渗和溶质电泳将重金属或有机污染物定向迁移到某一电极电流能打破所有的金属——土壤键，能有效去除土壤中大部分重金属离子，且就地修复，副作用较小，费用适中，还可以回收重金属对于渗透性较高、传导性较差的土壤如砂性土壤，修复效果极差，不适用适用于去除土壤中的重金属及石油烃、酚类、多氯联苯、胺类和有机农药等有机污染物。142、土壤与地下水修复技术土壤淋洗法土壤淋洗一种是利用淋洗液把土壤固相中的无机或有机污染物转移到液相中，再把含有污染物的淋洗液进一步处理回用的土壤修复技术，主要用于处理物理或化学吸附在土壤颗粒孔隙及周围的污染物可去除大部分重金属污染物；操作灵活，可原位进行也可异位处理；应用灵活，可单独应用，也可作为其他修复方法的前期处理技术；修复效果稳定、彻底，周期短，效率高；土壤清洗技术商业化程度较高对质地比较粘重、渗透性比较差的土壤修复效果相对较差；淋洗剂价格都比较昂贵，难以用于大面积的实际修复；洗脱废液的回收处理问题；有些无机淋洗剂要求调整酸度，所以可能对土壤肥力有较大破坏力；淋洗剂在土壤中的残留可能造成的土壤和地下水的二次污染问题。主要用于去除弱渗透区以上的吸附态污染物，包括重金属、易挥发卤代有机物和非卤代有机物蒸汽抽提技术该技术通过抽气井产生真空，使形成一个压力或浓度梯度，并使气相中的挥发性有机物由抽气井抽出，从而使土壤中的挥发性或半挥发性污染物质得到去除。能原位操作，比较简单，对周围的影响较小；可以很有效地去除挥发性有机物；在可接受的范围之内能够处理尽可能多的受污染的土壤；系统容易安装和转移；容易和其他技术组合使用易使土壤有机质和土壤水分遭到破坏，高水分和粘土含量会增加处理成，而且需要消耗大量能量主要用于处理渗透性较好的介质中卤代有机物、非卤代的半挥发性有机物、多氯联苯(PCBs)以及高浓度的疏水性液体(DNAPL)等污染物152、土壤与地下水修复技术热解析修复利用直接或间接热交换，通过控制热解吸系统的床温和物料停留时间有选择地使污染物得以挥发去除的技术效果良好，成本适宜，所需时间较短对仅被无机物入重金属污染的土壤、沉积物无修复效果适用于挥发态有机物、半挥发态有机物、农药、高沸点氯代化合物等强化破裂技术该技术是一种用于改善或提高其他原位修复技术处理效果的强化修复手段，其通过在低渗透或过分结实的土壤中产生裂缝以增加可供流体流通的通道数，从而有利于有害污染物通过抽气井抽出后进行后续处理可将修复物质如微生物、氧化剂等通过压力泵注入地下污染区以降解、破坏污染物，可有效减少抽提井的数量，并可节省修复时间和处理费用。增加孔隙的同时可能会导致有害污染物的进一步扩散，且不能应用于地震活动频繁的场合。是一种用于改善或提高其他原位修复技术处理效果的强化修复手段空气喷射空气喷射是指通过向受污染含水层注入高压空气，使形成纵、横向气流通道，污染物则挥发随气流进入气体抽提系统。可通过挥发而去除污染物外还可增加溶解氧浓度，从而可增强好氧微生物的降解作用该技术的处理效果受土壤异质性、渗透性等因素影响主要用于处理中、高亨利常数(如高蒸汽压和低溶解性)的卤代和非卤代挥发性有机化合物(VOCs)及非卤代半挥发性有机物(SVOCs)162、土壤与地下水修复技术土壤性能改良有针对性地采取施用改良剂或人为改变土壤氧化还原电位，使污染物转化为难迁移态或从土壤中去除适用于重度污染的场地对于污染物浓度较低的轻度污染区域，该技术并不经济，需要时间较长用于修复严重污染的场地或污染源区域，目标污染物包括：重金属离子、石油类、有机溶剂、多环芳烃(如萘)、农药及非水溶性氯化物(如三氯乙烯)等化学氧化修复通过掺进土壤中的氧化剂、催化剂等与污染物发生氧化还原反应，使污染物降解或转化为低毒或低迁移性产物。化学还原修复创建一个化学活性反应区或反应墙，污染物通过这个特殊区域时，与化学还原剂反应，可被降解或还原为难容态化合物，从而使污染物在土壤环境中迁移性和生物可利用性降低。化学淋洗指借助于能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的溶剂通过水压力推动清洗液，将其注入污染土壤，然后再把这些含有污染物的液体从土壤中抽提出来进行分离和污水处理适用范围广泛，修复效果稳定、彻底，周期短处理效果好的淋洗剂多价格昂贵处理对象包括重金属、芳烃、石油烃、卤代试剂、多氯联苯、和农药等试剂172、土壤与地下水修复技术化学淋洗指借助于能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的溶剂通过水压力推动清洗液，将其注入污染土壤，然后再把这些含有污染物的液体从土壤中抽提出来进行分离和污水处理适用范围广泛，修复效果稳定、彻底，周期短处理效果好的淋洗剂多价格昂贵处理对象包括重金属、芳烃、石油烃、卤代试剂、多氯联苯、和农药等试剂固定/稳定化指运用物理或化学的方法将土壤中的有害污染物固定起来，阻止其在环境中迁移、扩散等过程的修复技术。可以有效阻止污染物的扩散，环境的改变也难以使有害物质再次迁移，植物利用性较小，保证了固体的完整性修复后场地的后续利用可能使固化材料老化或失效，从而影响其固化能力，且触水或结冰/解冻过程会降低污染物的固定化效果常用于处理重金属和放射性物质污染的土壤沉淀技术在污染土壤中添加化学试剂，使污染物形成硫化物沉淀、硅酸盐沉淀、共沉淀、无机络合物沉淀和有机络合物沉淀等从而稳定下来。操作简便处理效果好，成本较低操作简便处理效果好，成本较低在外界环境发生变化时可能使已经固定的元素重新进入土壤造成污染适用于重金属的污染处理拮抗技术根据土壤中重金属元素的拮抗作用，利用一些对人体没有危害的重金属拮抗作用来控制土壤中重金属污染182、土壤与地下水修复技术化学淋洗同原位化学修复中的化学淋洗，只是要先把土壤挖出来处置修复效果稳定、彻底、处理效果好的淋洗剂多价格昂贵处理对象包括重金属、芳烃、石油烃、卤代试剂、多氯联苯、和农药等试剂溶剂浸提利用溶剂将有害物质从污染土壤中提取出来的技术，要先将污染土壤中大块岩石和垃圾等杂质分离去除，然后将土壤置于提取灌或箱中，清洁剂以慢浸方式在其中与污染物进行离子交换反应。安全、快捷、有效，成本较低，易于推广只对有机物有效，不能去除重金属和无机污染物的修复适用于多氯联苯、石油烃类、多环芳烃等有机污染物燃烧氧化有机污染物在高分子作业下分子中加入氧气，最终生成二氧化碳和水操作简单，见效快，针对性强适用范围较小，只适用少量易燃有