第7章污染土壤的环境修复技术-环境修复原理与技术

第一章绪论第二章污染环境的物理修复原理第三章污染环境的化学修复原理第四章污染环境的生物修复原理第五章污染环境的植物修复原理第六章污染环境修复的生态工程第七章污染土壤的环境修复技术第八章污染水环境修复技术第九章污染大气环境修复技术第十章固体废弃物环境修复技术目录第七章污染土壤的环境修复技术7.1土壤污染及其修复技术概述7.2污染土壤的物理修复技术7.3污染土壤的化学修复技术7.4污染土壤的生物修复技术7.1.1土壤概述7.1土壤污染及其修复技术概述土壤地球陆地表面，由固态岩石经风化而成，能生长绿色植物，由固、液、气三相物质组成的多相疏松孔体系；其物理状态是矿物质、有机质、水、空气，具有孔隙结构的介质。概述概述概述土壤土壤固相(占容积的50％)孔隙矿物质(质量占固相总质量的90％以上)有机质和生物（质量占固相总质量的1％~10％）土壤溶液空气土壤溶液和空气占土壤总体积的50％，典型土壤约有35%的体积是充满空气的孔隙。土壤组成概述7.1.2土壤污染概述7.1土壤污染及其修复技术概述土壤背景值指在不受或少受人类活动影响和现代工业污染与破坏的前提下，土壤原有的化学组成和结构特征；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，而不是确定值概述7.1.2土壤污染概述7.1土壤污染及其修复技术概述土壤污染土壤中某种成分的含量明显高于原有含量时构成了污染。人类活动产生的污染物质通过各种途径输入土壤，其输入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概述7.1.2土壤污染概述7.1土壤污染及其修复技术概述土壤自净作用指在自然因素作用下，土壤生态系统通过一系列的化学、物理与生物化学反应，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。包括物理净化、物理化学净化、化学净化和生物净化概述判断土壤污染的指标：动植物直接或间接吸收污染物而受害的情况土壤的自净能力概述土壤污染物的分类：进入土壤的途径污染物的属性污水灌溉污染物固体废弃物农药和化肥等大气沉降污染物有机污染物无机污染物生物污染物放射性污染物概述按照污染物的属性分类概述隐蔽性或潜伏性不可逆性和长期性后果的严重性60年代日本的痛痛病，到70年代才证实是镉污染土壤生产的“镉米”引起土壤污染的特点：1966年，沈阳污水灌区发生酚类、镉污染，土壤毒化、水稻矮化、稻米异味、镉含量超标粮食安全至食品安全概述7.1.3污染土壤修复技术与方法概述7.1土壤污染及其修复技术概述污染土壤修复技术指通过物理、化学、生物、和生态工程的方法和原理，并采用人工调控措施，使土壤污染物浓度降低，或无害化和稳定化的措施物理、化学、生物、和生态工程概述土壤修复的分类与技术体系按修复场地按技术类别12原位修复异位修复12物理修复化学修复34生物修复生态工程修复5联合修复概述土壤修复的分类与技术体系概述土壤修复的分类与技术体系(续表)概述污染土壤修复技术的工作过程概述污染土壤修复现场的调查与评价概述收集使土壤修复过程最优化的信息收集控制环境条件使这维持最佳条件的信息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对修复现场进行调查评价的具体项目概述污染土壤修复的可处理性研究概念在实际工程建设之前，进行的小度和中度实验研究，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概述污染土壤修复的可处理性研究目标概述污染土壤修复的技术发展现有的各种单一的污染土壤修复技术，都有适用范围的限制，并存在某些问题，因而联合修复的研究与应用是未来的方向：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－反应器联合修复等联合修复概述第七章污染土壤的环境修复技术7.1土壤污染及其修复技术概述7.2污染土壤的物理修复技术7.3污染土壤的化学修复技术7.4污染土壤的生物修复技术7.2污染土壤的物理修复技术利用适当的污染环境物理修复技术，降低土壤中污染物浓度的技术概念物理修复技术物理分离蒸汽浸提固定/稳定化玻璃化低温冰冻热力学方法电动力学方法7.2.1物理分离修复技术7.2污染土壤的物理修复技术技术介绍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，费用低技术类型粒径分离、密度分离、浮选分离、水动力学分离、磁分离各类技术的应用范围物理分离修复技术物理分离修复技术7.2.2蒸汽浸提修复技术7.2污染土壤的物理修复技术技术介绍在污染土壤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技术类型原位土壤蒸汽浸提、异位土壤蒸汽浸提、多相浸提技术蒸汽浸提修复技术蒸汽浸提修复技术处理过程示意图蒸汽浸提修复技术蒸汽浸提修复技术技术应用原位土壤蒸汽浸提技术的应用条件蒸汽浸提修复技术原位土壤蒸汽浸提技术效果的影响因素蒸汽浸提修复技术技术应用治理挥发性的有机卤代物或非卤代物，包括多环芳烃、重金属等异位土壤蒸汽浸提技术效果的影响因素蒸汽浸提修复技术技术应用该技术蒸汽浸提技术的强化，同时对地下水和土壤蒸汽进行提取；包括两项浸提技术、两生浸提技术污染土壤多相浸提修复技术示意图两相浸提技术利用蒸汽浸提或者生物通风技术向不饱和土壤中输送气流，以修复挥发性有机物和油类污染物污染土壤的过程典型的两相浸提系统示意图两重浸提技术两生浸提技术既可以在高真空下，也可以在低真空下使用潜水或者空气泵工作典型的两重浸提系统示意图蒸汽浸提修复技术7.2.3固定/稳定化修复技术7.2污染土壤的物理修复技术技术介绍防止或者降低污染土壤释放有害物质、或其中污染物转移的修复技术，包括原位和异位固定/稳定化固定/稳定化修复技术固定/稳定化的基本工艺流程固定/稳定化修复技术技术应用通过将污染封与粘结剂混合形成的物理封闭（如降低孔隙率等）或者发生化学反应（如形成氢氧化物或硫化物沉淀等），从而降低污染土壤中污染物活性异位土壤固定/稳定化修复的工艺流程图固定/稳定化修复技术异位固定/稳定化影响因素固定/稳定化修复技术技术应用直接将修复物质输入污染土壤中混合，处理后的土壤留在原地美国威斯康星州利用潜水箱原位固形修复德马尼托沃克河污染抵泥固定/稳定化修复技术原位固定/稳定化影响因素固定/稳定化修复技术7.2.4玻璃化修复技术7.2污染土壤的物理修复技术技术介绍通过高强度能量输入，使污染土壤熔化，将含有挥发性污染物的蒸汽回收处理，同时污染土壤冷却后成玻璃状团块固定原位玻璃化技术异位玻璃化技术玻璃化修复的工艺流程玻璃化修复技术技术应用通过向污染介质中插入电极，对污染介质固体组分给予1600-2000摄氏度的高温处理，使有机污染物和一部分无机化合物如硝酸盐、硫酸盐和碳酸盐等挥发或热解而从污染环境中去除的技术原位玻璃化修复过程示意图玻璃化修复技术技术应用使用等离子体、电流或其他热源在1600-2000摄氏度的高温熔化土壤及其中的污染物，有机污染物补热解或者蒸发去除，有害无机离子则得以固定化，产生的水分和热解产物则由气体收集系统收集进一步处理异位玻璃化修复过程示意图玻璃化修复技术玻璃化修复技术的影响因素玻璃化修复技术7.2.5热力学修复技术7.2污染土壤的物理修复技术技术介绍利用热传导（热毯、热井或热墙等）或热辐射（无线电波加热）等加热污染土壤后降低其中污染物浓度的技术高温加热修复技术低温加热修复技术电磁波加热修复技术热力学修复技术技术应用通过热毯或加热井中的加热器件进行热传导加热，并通过汽提井和鼓风机将水蒸汽和污染物收集起来加以处理的技术高温加热修复过程示意图热力学修复技术热毯系统热井系统采用覆盖在土壤表层的加热毯加热，每一块加热毯上面都覆盖一层防渗膜，内部设有管道和气体排放收集口。各个管道的气体由总管引至真空管。土壤加热以及加热毯地下面抽风机造成的负压，使得污染物蒸发，汽化迁移到土壤层中，再将气态的污染物引至热处理设施进行氧化处理。将电子元件置入间隔２－3m的竖直加热井中，加热井升温至1000摄氏度加热周围的土壤，热量从井中向周围土壤热传导，进中安装了有孔筛网，同时其上部由装置连接到总管，利用真空将气流引入处理设施氧化、吸附有机物。热力学修复技术土壤热修复系统示意图热力学修复技术技术应用利用蒸汽井（蒸汽注射钻头、热水浸泡或电阻加热产生蒸汽）加热土壤，温度可达100摄氏度，蒸发污染物，使非水质液体进入提取井，再利用潜水泵收集流体，真空泵收集气体，送至处理设施进行处理。热力学修复技术污染土壤低温加热修复过程示意图技术应用由无线电能量辐射布置系统、无线电能量发射传播和监控系统、污染物蒸汽屏障包容系统和污染物蒸汽回收处理系统四部分组成的污染土壤加热修复系统。热力学修复技术原位电磁波加热修复技术平面示意图热力学修复技术原位电磁波加热修复技术剖面图热力学修复技术热力学修复技术的适用性和影响因素热力学修复技术7.2.5热解吸修复技术7.2污染土壤的物理修复技术技术介绍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：可分为两步：加热污染介质使污染物挥发和处理废气防止污染物扩散到大气热处理典型流程热解吸修复技术技术应用污染土壤热解吸修复过程示意图热解吸修复技术热解吸修复技术的类型热解吸修复技术7.2.6电动力学修复技术7.2污染土壤的物理修复技术技术介绍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Lasagna工艺阴极区注导电性溶液工艺阳离子选择性透过膜污染土壤电动力学修复的装置与过程示意图电动力学修复技术电动力学修复重金属污染的优势和影响因素技术应用原位修复，在污染土壤中加入适当的物质，如吸附剂、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包含低渗透性区域的非均相土壤电动力学修复技术Lasagna方法水平结构Lasagna方法垂直结构Lasagna工艺的优缺点电动力学修复技术技术应用电动力学处理重金属污染土壤，土壤中产生酸性与碱性迁移带，碱性迁移带促使重金属沉淀，降低效率；在阴极和土壤之间注入导电溶液，将碱性迁移带产生的高pH溶液区控制在土壤和阴极之间导电性溶液注入阴极和土壤之间电动力学修复技术阴极区注导电性溶液工艺现场应用示意图优点：重金属的处理效率显著提高影响因素：需特殊的容器放置导电性溶液，这会增大处理成本阴极区注导电性溶液优点及影响因素电动力学修复技术技术应用将阳离子选择性透过膜放置在土壤靠近阴极处，H+和金属阳离子可透过膜，而OH-则无法通过，则将高pH区限制在靠近阴极的地方，提高重金属离子的去除效率带阳离子选择性透过膜的电动力装置电动力学修复技术7.2.7冰冻修复技术7.2污染土壤的物理修复技术技术介绍在地下以等距离的形式围绕污染源垂直安放管道，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；需要一个冷冻厂或车间来维持冻土屏障层的温度低于0摄氏度冰冻修复技术冰冻修复技术的优点与限制因素冰冻修复技术技术应用冰冻修复技术第七章污染土壤的环境修复技术7.1土壤污染及其修复技术概述7.2污染土壤的物理修复技术7.3污染土壤的化学修复技术7.4污染土壤的生物修复技术7.3污染土壤的化学修复技术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，使污染物浓度降低的修复技术，修复剂包括氧化剂、还原剂、解吸剂、增溶剂和沉淀剂概念土壤性能改良化学氧化修复化学还原修复化学淋洗溶剂浸提化学修复技术的适用范围7.3.1土壤性能改良修复技术7.3污染土壤的化学修复技术技术介绍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