污染土壤修复的技术发展

环境修复原理与技术第七章污染土壤的环境修技术(上)环境修复原理与技术污染土壤的环境修复技术土壤污染与污染土壤修复技术概述7.1污染土壤的物理修复技术7.2污染土壤的化学修复技术7.3污染土壤的生物修复技术7.4环境修复原理与技术1.土壤土壤是由固态岩石经风化而成，由固、液、气三相物质组成的多相疏松多孔体系。土壤是一个以固相为主的不匀质多相体系。7.1.1土壤与土壤污染环境修复原理与技术土壤的组成固相液相气相其他包括土壤矿物质和土壤有机质。土壤矿物质占土壤总重的90%以上，土壤有机质约占1~10%。指土壤中水分及其水溶物。指土壤孔隙所存在的多种气体的混合物。典型的土壤约有35%的体积是充满空气的孔隙。数量众多的微生物和土壤动物等。环境修复原理与技术①土壤环境的自净作用概念：土壤环境的自净作用是指在自然因素作用下，通过土壤自身的作用，使污染物在土壤环境中的数量、浓度或毒性、活性降低的过程。分类：按照不同的作用机理可将土壤自净作用划分四个方面，即：物理净化作用、物理化学净化作用、化学净化作用和生物净化作用。两个概念：环境修复原理与技术②土壤环境容量土壤环境容量是指一定土壤环境单元，在一定范围内遵循环境质量标准，既维持土壤生态系统的正常结构与功能，保证农产品的生物学产量与质量，也不使环境系统污染的土壤环境所能容纳污染物的最大负荷值。环境修复原理与技术2.土壤污染土壤环境背景值土壤环境在未受或少受人类活动（特别是人为污染）影响的本身的化学元素组成及其含量称为土壤环境背景值。土壤环境背景值是代表土壤环境发展的一个历史阶段的相对数值。土壤环境背景值是一个范围值，而不是确定值。环境修复原理与技术（1）土壤污染土壤污染是指人类活动产生的污染物质通过各种途径输入土壤，其数量和速度超过了土壤净化作用的速度，破坏了自然动态平衡，使污染物质的积累逐渐占据优势，导致土壤正常功能失调，土壤质量下降，从而影响土壤动物、植物、微生物的生长发育及农副产品的产量和质量的现象。环境修复原理与技术ConceptTextTextTextTxtTextTexta.土壤的自净能力b.动植物直接或间接吸收污染物而受害的情况（以临界浓度表示）。判断土壤污染的指标环境修复原理与技术12一般可分为有机污染物、无机污染物、生物污染物和放射性污染物四大类。（2）土壤污染物的分类：根据污染物进入土壤的途径分土壤污染源分为：污水灌溉、固体废弃物的土地利用、农药和化肥等农用化学品的施用及大气沉降等。从污染物的属性考虑环境修复原理与技术污染物种类主要污染物来源危害有机污染物有机农药、酚类化合物、腈、石油、稠环芳烃、洗涤剂以及高浓度的可生化性有机物农药、石油、洗涤剂危及农作物生长和土壤生物生存。例如：农用塑料地膜。无机污染物重金属、有害元素的氧化物、酸、碱和盐类采矿、冶炼、机械制造、建筑、化工等生产活动和生活垃圾污染了土壤和食物链。生物污染物各类病原菌、寄生虫卵未经处理的粪便、垃圾、城市生活污水、饲养场和屠宰场的废弃物大量繁殖，从而破坏原有的土壤生态平衡，并可对人畜健康造成不良影响。放射性污染物放射性衰变产生的α、β、γ射线大气沉降、污灌、固废的埋藏处置、施肥及核工业穿透动植物组织，损害细胞，造成外照射损伤或通过呼吸和吸收进入动植物体，造成内照射损伤根据污染物的属性分类环境修复原理与技术隐蔽性或潜伏性不可逆性和长期性后果的严重性（3）土壤污染特点：例如60年代日本发生于富山县神通川流域的痛痛病事件，直至70年代才基本证实是镉污染土壤所生产的“镉米”所致。如1966年冬至1977年春，沈阳—抚顺污水灌区发生的石油、酚类以及后来张氏灌区的镉污染，造成了大面积的土壤毒化、水稻矮化、稻米异味、含镉量超过食品卫生标准等危害。土壤污染事故严重威胁着粮食生产，轻则减产，重则绝收；土壤和粮食的污染还与一些地区居民肝肿大之间有着明显的剂量反应关系，污染越严重人群的肝肿大越高。环境修复原理与技术7.1.2污染土壤修复技术与方法概述污染土壤修复技术是指通过物理、化学、生物和生态学等的方法和原理，并采用人工调控措施，使土壤污染物浓（活）度降低，实现污染物无害化和稳定化，以达到人们期望的解毒效果的技术和措施。对污染土壤实施修复，可阻断污染物进入食物链，防止对人体健康造成危害，对促进土地资源的保护和可持续发展具有重要意义。（1）土壤修复技术的基本概念环境修复原理与技术分类按修复场地分为：•原位修复•异位修复按技术类别分为：•物理修复•化学修复•生物修复•生态工程修•联合修复TxtText（2）土壤修复的分类与技术体系环境修复原理与技术（2）土壤修复的分类与技术体系按照修复场地可以将污染土壤修复分为原位修复和异位修复。按照技术类别可以将污染土壤修复方法分为物理修复、化学修复、生物修复、生态工程修复和联合修复几大类。环境修复原理与技术原位修复是对土壤污染物的就地处置，使之得以降解和减毒，不需要建设昂贵的地面环境工程基础设施和运输，操作维护比较简单，特别是可以对深层次污染的土壤进行修复。异位修复是污染土壤的异地处理，与原位修复技术相比，技术的环境风险较低，系统处理的预测性高，但其修复过程复杂，工程造价高，且不利于异地对大面积的污染土壤进行修复。环境修复原理与技术分类技术方法按修复场地分原位修复（in-situ）蒸汽浸体；生物通风；原位化学淋洗；热力学修复；化学还原处理墙；固化/稳定化；电动力学修复；原位微生物修复等。异位修复（ex-situ）蒸汽浸体；泥浆反应器；土壤耕作法；土壤堆腐；焚烧法；预制床；化学淋洗等。按技术类别分类物理修复物理分离、蒸汽浸提、玻璃化、热力学、固定/稳定化、冰冻、电动力学等技术。化学修复化学淋洗、溶剂浸提、化学氧化、化学还原、土壤性能改良等技术生物修复微生物修复：生物通风、泥浆反应器、预制床等；植物修复：植物提取、植物挥发、植物固化等技术。生态工程修复生态覆盖系统、垂直控制系统和水平控制系统等技术。联合修复物理化学-生物：淋洗－生物反应器联合修复等；植物－微生物联合修复；菌根菌剂联合修复等。土壤修复的分类与技术体系环境修复原理与技术（3）污染土壤修复技术的工作过程现场调查、分析和评价污染修复可处理性研究修复技术筛选与对策净化处理稳定化处理原位修复异位修复原位稳定异位稳定应急对策原位分解原位提取污染物分离分解净化环境修复原理与技术（1）污染土壤修复现场的调查与评价收集使土壤修复过程最优化的信息，收集控制环境条件使之维持最佳条件的信息。现场调查的目的：调查分析的目的：收集和综合评价与土壤修复过程工程设计相关联的环境信息。环境修复原理与技术对修复现场进行调查评价具体项目污染物特性污染物的性质、污染物的浓度和分布、污染物迁移时间、预测化学品注入后的土壤化学反应等情况现场环境地下水的地质概况、水文概况和水力条件、氧化-还原电位等。土壤生物过程微生物可利用的碳源和能源、可利用的受体和氧化还原条件、现有的微生物活性和可能的毒性和营养物的有效性等。修复过程与控制的调查和评价流体的流向和流速、评价含水层导水率变化流体的流向、污染物迁移时间、养分迁移、捕获百分率和确定运行中注入或回收速率等。对修复现场进行调查评价的具体项目环境修复原理与技术（2）污染土壤修复的可处理性研究所谓污染土壤修复的可处理性研究，是指在实际工程建设之前，进行的小试和中试实验研究，通过可处理性研究为土壤修复工程设计提出标准、费用和运行方案等。目的：节省修复项目建设工程的投资环境修复原理与技术可处理性研究的目标包括以下几方面：即评价整个过程的可行性；确定修复可以达到的浓度；确定处理过程的设计标准；估算处理过程的设备和运行费用；决定控制参数和最优化实施的限制条件；评价物料供应处理技术与设备；证实现场运行情况和污染物的最终归趋；评价处理过程中存在的问题；提供修复工程连续运行的最优化方法。环境修复原理与技术第一个阶段：修复方法的筛选第二个阶段：修复方法的挑选第三个阶段：修复方法调查和可行性研究计划进行（中试）可处理性研究分为三个阶段环境修复原理与技术（4）污染土壤修复的技术发展现有的各种污染土壤修复技术，由于都有一定的适用范围的限制，并或多或少的存在某些问题，其中有些甚至是难以克服的技术难点。联合修复的研究与应用是研究的热点。（例如：植物-微生物结合的菌根菌剂联合修复、物理-化学-生物联合稳定化修复技术、物理化学和生物法结合的淋洗-反应器联合修复等。）环境修复原理与技术7.2.1物理分离修复技术7.2.1.1技术介绍污染土壤的物理分离修复技术是依据污染物和土壤颗粒的特性，借助物理手段将污染物从土壤分离开来的技术，工艺简单，费用低。环境修复原理与技术51234粒径分离密度分离浮选分离水动力学分离磁分离7.2.1物理分离修复技术环境修复原理与技术7.2.1.2技术应用分离技术粒度范围/μm粒径分离干筛分3000湿筛分150水动力学分离淘选机50水力旋风分离器5~15机械密度分级机5~100密度分离振动筛150螺旋富集器75~3000摇床75~3000比目床5~100泡沫浮选5~500表1物理分离技术的适用粒度范围7.2.1物理分离修复技术环境修复原理与技术工艺水池（pH=3）污染土壤进料摩擦洗涤叶片分离筛分待回收的大颗粒待处理有机物初级有机物筛分待酸洗的土壤固体水和泥浆水力旋风分离器缓冲罐水力旋风分离器初级振动筛二级振动筛砂螺旋脱水砂螺旋脱水真空过滤pH调节待回收金属图1炮台港射击场污染土壤的物理分离修复方案7.2.1物理分离修复技术环境修复原理与技术7.2.2蒸气浸提修复技术土壤蒸气浸提技术是在污染土壤内引入清洁空气产生驱动力，利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯度，在气压降低的情况下，将其转化为气态污染物排出土壤外的过程。7.2.2.1技术介绍环境修复原理与技术处理过程示意图：真空泵产生负压污染的土壤孔隙有机污染组分提取井地上处理空气解吸并夹带7.2.2蒸气浸提修复技术环境修复原理与技术评估污染点技术是否可行土壤特性的测定污染物特性的测定：控制污染土壤空气流速的物理因子决定污染物在土壤与空气之间分配数量的化学因子容重、总孔隙率、充气孔隙率、挥发性污染物的扩散率、土壤湿度、气态渗透率、质地、结构、矿物含量、表面积、湿度、有机碳含量、均一性、空气可渗入区的深度和地下水埋深等污染的程度与范围、蒸气压、亨氏定律常量、水溶解度、扩散速率和分配系数等7.2.2蒸气浸提修复技术环境修复原理与技术7.2.2.2技术应用（1）原位土壤蒸气浸提技术真空提取时地下水位的上涨对饱和土壤层中的修复效果不好黏土、腐殖质含量较高或本身极其干燥的土壤排出气体的处理土壤的异质性地下水位过高土壤的低渗透性应用效果的限制因素7.2.2蒸气浸提修复技术环境修复原理与技术项目有利条件不利条件污染物存在形态气态或蒸发态被土壤强烈吸附或成固态水溶解度100mg.l-1100mg.l-1蒸汽压1.33×104Pa1.33×104Pa土壤性质温度20℃10℃湿度10%10%组成均一不均一空气传导率10-4cm.s-110-6cm.s-1地下水位20m1m表2原位土壤蒸汽浸提修复技术的应用条件（1）原位土壤蒸气浸提技术7.2.2蒸气浸提修复技术环境修复原理与技术（2）异位土壤蒸气浸提技术直径大于60mm的块状碎石的预处理腐殖质含量过高会抑制挥发过程黏质土壤影响修复效率运输过程中挥发性物质的释放占地空间大挖掘和物料处理过程中的气体泄漏发挥有效性的主要因素7.2.2蒸气浸提修复技术环境修复原理与技术（3）多相浸提技术(multi-phaseextraction)多相浸提技术是蒸气浸提技术的强化，与蒸气浸提不同的是同时对地下水和土壤蒸气进行提取。图2污染土壤的多相浸提修复技术示意图7.2.2蒸气浸提修复技术环境修复原理与技术（3）多相浸提技术(multi-phaseextraction)多相浸提技术的应用局限性：①不适于高渗透性和主要含有砾石和卵石的场地②不适于地下水流过高的污染土壤修复场地7.2.2蒸气浸提修复技术环境修复原理与技