污染土壤生物修复

环境修复原理与技术第七章污染土壤的环境修技术(下)环境修复原理与技术7.2.7电动力学修复技术7.2.7.1技术介绍电动力学修复技术是向污染土壤中插入两个电极，形成低压直流电场，通过电化学和电动力学的复合作用，使水溶态和吸附于土壤的颗粒态污染物根据自身带电特性在电场内作定向移动，在电极附近富集或收集回收而去除的过程。环境修复原理与技术阴极收集池电源石墨电极阳极收集池污染土壤图23污染土壤电动力修复的装置与过程示意图7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术修复重金属污染的优势限制因素（1）对现有景观、建筑和结构等的影响小；（2）土壤本身的结构不会遭到破坏，且该过程不受土壤低渗透性的影响；（3）金属离子从根本上被去除；（4）对于不能原位修复的现场，可以采用异位修复的方法；（5）可能对饱和、不饱和层都有效；（6）水力传导性较低特别是黏土含量高的土壤适用性较强；（7）对有机和无机污染物都有效（1）污染物的溶解性和污染物从土壤胶体表面的脱附性能对该技术的成功应用有重要的影响；（2）需要电导性的孔隙流体来活化污染物；（3）埋藏的地基、碎石、大块金属氧化物、大石块等会降低处理效率；（4）金属电极电解过程中发生溶解，产生腐蚀性物质，因此电极需采用惰性物质如碳、石墨、铂等；（5）污染物的溶解性和脱附能力限制技术的有效应用；（6）土壤含水量低于10％的场合，处理效果大大降低；（7）非饱和层水的引入会将污染物冲洗出电场影响区域，埋藏的金属或绝缘物质会引起土壤中电流的变化；（8）当目标污染物的浓度相对于背景值(非污染物浓度)较低时，处理效率降低表9电动力学修复重金属污染的优势和限制因素7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术7.2.7.2技术应用⑴Lasagna工艺Lasagna工艺是一种综合的土壤原位修复技术。该工艺是在污染土壤中建立近似断面的渗透性区域,通过向里面加入适当的物质(吸附剂、催化剂、微生物、缓冲剂)将其变成处理区,然后采用电动力学法使污染物(如重金属)从土壤迁移至处理区,在吸附、固定等作用下得到去除。该工艺适用于低渗透性土壤或者是包含低渗透性区域的非均相土壤。7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术Lasagna工艺电极的水平结构：电极的垂直结构：这种结构的电极装置适用于浅层土壤污染(15m)及土壤不是超固结状态时。电极垂直插入污染土壤的两端,形成一个水平方向上的直流电场。这种结构可以和其他的处理方法结合起来以提高处理效果。一般来说,水平结构的电极装置适用于超固结粘土。在垂直方向上,污染土壤的上面和下面插入石墨电极形成垂向电场。另外,可以向中间加入试剂来提高处理效果。⑴Lasagna工艺7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术+_地表面水平结构粒状电极降解区污染土壤降解区粒状电极电渗析流外加电场_地表面垂直结构降解区降解区污染土壤电渗析流+图24Lasagna方法的水平结构图25Lasagna方法的垂直结构⑴Lasagna工艺7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术技术的优点与缺陷：优点：在低渗透性土壤中效果显著；污染物可以在地下去除；操作起来无噪声污染；安装迅速；处理时间相对较少。⑴Lasagna工艺7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术缺陷及将来的发展：设计和操作过程中要考虑的因素太多,如处理区的间距、化学试剂的选择、垂直粒状电极的放置方法等;Lasagna工艺有可能处理土壤中多种污染物,但是对于某种污染物要采用特定的方法以确保这种处理工艺的兼容性;该工艺电极的水平结构利用水力压裂及加入泥浆可以处理深层区域的土壤污染,但是要考虑电极的接触问题和电解产生的气体的去除。可考虑生物处理工艺与Lasagna工艺结合使用。7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术⑵阴极区注导电性溶液工艺①实验装置图26导电性溶液注入阴极和土壤之间图27技术现场应用示意图7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术⑵阴极区注导电性溶液工艺优点及不足重金属的处理效率大为提高;装置简单易行,但位于处理土壤和阴极之间的导电性溶液的长度至少要两倍于处理土壤的长度,且pH缓冲容量、介质的阳离子交换能力及导电性溶液与土壤的相互反应可能影响酸碱迁移带的前进和pH跃迁的位置,这还需要更多的现场实验数据,另外导电性溶液要放在一个特殊的容器中,这可能会增大处理成本。7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术⑶阳离子选择性透过膜将一个阳离子选择性透过膜放在土壤中靠近阴极的地方,H+和金属阳离子可以通过阳离子选择性透过膜,而OH-则无法通过。这样可以把高pH区限制在靠近阴极的地方,提高重金属离子的去除效率。图28带阳离子选择性透过膜的电动力装置7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术电动力学修复技术常用方法①原位修复：②序批修复：③电动栅修复：直接将电极插入受污染土壤，污染修复过程对现场的影响最小污染土壤被输送到修复设备分批处理受污染土壤中依次排列一系列电极用于去除地下水中的离子态污染物7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术需求信息基础/应用水力传导性匀质、渗透性和含水量高的场合（如黏土含量高）应用效果较好地下水位饱和层和不饱和层土壤应用的技术方法不同污染空间分布确定电极和回收井的位置电渗析渗透性能估计产生水流和污染物的迁移速率阳离子交换能力阳离子交换能力低的场合应用效果较好金属分析水溶性污染物（非极性有机物除外）应用效果较好盐分分析盐分低的场合应用效果较好半电池电势用以分析可能的化学反应污染物传输系数用以确认修复所需的电流孔隙水的pH孔隙水的pH影响污染物的价态，导致污染不易于沉降表10电动力学修复现场所需信息7.2.7电动力学修复技术环境修复原理与技术7.2.8冰冻修复技术冰冻土壤修复技术是通过适当的管道布置，在地下以等距离的形式围绕已知的污染源垂直安放，然后将对环境无害的冰冻剂溶液送入管道而冻结土壤中的水分，形成地下冻土屏障，防止土壤或地下水中的污染物扩散。冻土屏障提供了一个与外界土壤隔离的“空间”，另外还需要一个冷冻厂或车间来维持冻土屏障层的温度低于0℃。7.2.8.1技术介绍环境修复原理与技术技术优点限制因素（1）提供与外界相隔离的独立“空间”；（2）冰冻介质（水和冰）是于环境无害的物质；（3）冻土层屏蔽可以通过升温溶化容易地完全去除；（4）冻土屏蔽出现破损时，泄漏处可以通过原位注水加以修复。（1）需要电力来维持冻土层的存在，而且为了保证修复过程中不出现故障，还必须有备用的发电设施；（2）用于污染土地的体积较大，不利于一般性污染土壤修复，而且溶解性的污染成分可能会对饮水水源产生危害作用；（3）尽管尽量使用于环境无害的制冷剂，但制冷剂及其有害成分的泄漏，仍然是人们关心的问题，许多制冷剂如果流失到环境中，会造成严重的环境问题；（4）在能够引入水分使干燥土壤中的水分达到饱和的技术形成之前，尚不应用在干燥/沙质土壤；（5）在构筑物（地下池槽等）周围的细质土壤中应用，必须考虑土壤水分运动的影响；（6）在受低凝固点污染物污染的场所，需要较昂贵的制冷工艺；（7）安装制冷管道需要非常细心，以保证冻土层屏障的完整性。表11冰冻土壤修复技术的优点和限制因素7.2.8冰冻修复技术环境修复原理与技术7.2.8.2技术应用冰冻技术用于污染土壤的修复还是一门新兴的技术，其广泛安全的应用尚需要发展与之配套的相关技术以确保环境安全，如无毒或低毒廉价的冰冻剂使用；制冷管道的温度测量装置提供制冷信息；地表原位传感器监控冻土层的情况；地下探测技术（雷达、地震波、声波、电势分析和示踪等）探测冻土层结构等。关于不同土壤的扩散特性、不同污染物浓度和溶液对冻土层退化的影响等诸多问题上有待于从理论和实践两方面加以探讨。7.2.8冰冻修复技术环境修复原理与技术7.3污染土壤的化学修复技术定义：利用加入到土壤中的化学修复剂与污染物发生一定的化学反应，使污染物被降解和毒性被去除或降低的修复技术。修复手段：依污染土壤的特征和污染物的不同而分类修复剂：氧化剂、还原剂、解吸剂、增溶剂和沉淀剂环境修复原理与技术强调：通常情况下，根据污染物类型和土壤特征，优先考虑使用生物修复法。化学修复法自身优点：发展较早、相对成熟按照化学反应特点分类：修复技术的选择:依赖于仔细的土壤实地勘察和预备试验的结果环境修复原理与技术类型适用性土壤性能改良主要针对无机污染物，如重金属、阳离子和非金属及腐蚀性物质化学氧化修复主要用于被油类、有机溶剂、多环芳烃、农药以及非水溶态氯化物等污染的土壤。化学还原与还原脱氯氧化态金属（六价铬、六价硒）、含氯有机物、非饱和芳香烃、多氯联苯、卤化物和脂肪族化合物等污染物。化学淋洗适用范围广泛溶剂浸提适用于有机污染的土壤，如多氯联苯（PCBs）、石油类碳氢化合物、燃烧氧化有机污染物降解水解异降解或水解的有机污染物聚合脂肪族化合物和含氧有机物质子传递TCDD、酮类和多氯联苯（PCBs）等。挥发专性有机污染物环境修复原理与技术7.3.1土壤性能改良修复技术技术介绍：土壤污染是一个世界性的问题，美国、荷兰等国家的重金属污染问题日益严重对于重金属污染的土壤，可通过改良土壤性能的方法使污染物转变为难迁移、低活性物质或从土壤中去除。亦称重金属的钝化：主要针对重金属污染两种改良方式：施用改良剂调节土壤的Eh环境修复原理与技术改良方式一：施用改良剂适用性：污染程度较轻的土壤常用改良剂：石灰性物质有机物质及黏土矿物离子拮抗剂化学沉淀剂环境修复原理与技术石灰性物质包括：熟石灰、硅酸钙、硅酸镁钙和碳酸钙目的：中和土壤酸性，降低重金属的溶解度实例：石灰与土壤黏粒中的Al3+或与有机质中的羧基反应2Al3+-黏粒+3CaCO3→2Al(OH)3+3Ca2+-黏粒+3H2O+3CO22R-COOH+CaCO3→H2O+CO2+R-COO-╲Ca2+╱R-COO-环境修复原理与技术石灰性物质对土壤的改良作用主要体现在三个方面:1.改变土壤固相中的阳离子构成,增加土壤阳离子的代换量2.改善土壤结构3.增加土壤胶体的凝聚性,增强植物根表面对重金属离子的拮抗作用改良效果:依土壤特性和石灰物质的状态而定采取措施：投加粉末状石灰石灰性物质修复技术的局限性：与某些植物营养元素反应，不能普遍使用环境修复原理与技术有机物质和粘土矿物有机物质和粘土矿物的两大作用：提高土壤的肥力增强土壤对重金属离子和有机物的吸附能力。通过有机物质与重金属的络合、螯合作用，黏土矿物对重金属离子和有机污染物产生强力的物理、化学吸附作用，使污染物分子失去活性，从而减轻土壤污染对植物和生态系统的伤害有机物质：生物体排泄物、泥炭类物质和污泥等环境修复原理与技术有机物质对重金属污染的缓冲和净化机制主要表现在五个方面：1.参与土壤离子交换反应2.稳定土壤结构3.提供微生物活性物质4.提供微生物活性基质及能源5.是重金属的螯（络）合剂环境修复原理与技术离子拮抗剂作用原理：化学性质相似的元素之间，可能会因为竞争植物根部同一吸收点而产生离子拮抗作用。实例应用：在被镉污染的土壤，可以合适的锌/镉浓度比施入植物肥料，缓解镉对农作物的毒害作用。环境修复原理与技术化学沉淀剂作用原理：磷酸盐化合物很容易与重金属形成难溶态沉淀产物.适用性:用于改良被铅、铁、锰、铬、锌污染的土壤土壤施磷的效果因磷酸盐种类的不同而不同（以融磷效果最好）环境修复原理与技术改良方式二:调节土壤的Eh目的：控制土壤中重金属的迁移措施：调节土壤的水分含量实例：将汞或砷污染的水田改为旱地，铬污染的旱地改为水田。环境修复原理与技术铬在土壤环境中的行为：Cr3+可被低相对分子质量的有机酸活化，配位的Cr3+与带负电的MnO2作用生成Cr6+.Cr6+为致癌物质，故需保持土壤的还原环境，使铬保持在低价态形式下，降低人类健康风险.环境修复原理与技术砷在土壤环境中的行为：HAsO2+MnO2→(MnO2)HAsO2-----①(MnO2)HAsO2+H2O→H3AsO4+MnO-----②H3AsO4→H2AsO4-+H+-----③H