环境修复土壤的结束 - 副本

第一章绪论世界八大公害事件——马斯河谷事件(工业废气)多诺拉事件（大气污染物）洛杉矶光化学污染事件（各种废气）伦敦烟雾事件（各种废气）四日市哮喘事件（重金属和SO2形成的硫酸烟雾）米糠油事件（多氯聚苯）水俣病事件（甲基汞废水）痛痛病事件（含铬废水）环境修复的概念修复(remediation)包括恢复、重建、改建等三个方面的活动。恢复(restoration)是指使部分受损的对象向原初状态发生改变；重建(reconstruction)是指使完全丧失功能的对象恢复至原初水平；改建(renewal)则是指使部分受损的对象进行改善，增加人类所期望的“人造”特点，减小人类不希望的自然特点。环境意义上的修复是指对被污染的环境采取物理、化学与生物学技术措施，使存在于环境中的污染物质浓度减少或毒性降低或完全无害化。环境污染(environmentalpolution)是指任何物质或能量因子的过分集中，超过了环境的承载能力，从而对环境表现出有害的现象。环境污染的实质是由于人类活动不当所引起的环境质量的下降和环境功能的衰退。健康环境(soundenvironment)环境修复(environmentalremediation)环境净化(environmentalself-purification)工程技术(engineeringtechnology)生物技术(biotechnology)第二章环境污染的物理修复原理物理修复：污染环境的物理修复过程主要利用污染物与环境之间各种物理特性的差异，达到将污染物从环境从去除、分离的目的。5种物理修复技术A基本物理分离修复主要是基于介质及污染物的物理特征而采用不同的操作方法：B蒸汽浸提修复是指通过降低土壤空隙蒸汽压，把土壤中的污染物转化为蒸汽形式而加以去除的技术，是利用物理方法去除不饱和土壤中挥发性有机组分（VOCs）污染的一种修复技术。该技术适用处理污染物为高挥发性化学成分，如汽油、苯和四氯乙烯等环境污染。C固化/稳定化修复技术是指防止或者降低污染土壤释放有害化学物质过程的一组修复技术，包括原位和异位固定/稳定化。通常用于重金属和放射性物质污染土壤的无害化处理。D电动力学修复是从饱和土壤层、不饱和土壤层、污泥、沉积物中分离提取重金属、有机物的过程。电动力学技术主要用于低渗透性土壤（由于水力传导性问题，传统的技术应用受到限制）的修复，适用于大部分无机污染物，也可用于对放射性物质及吸附性较强的有机物的治理。E热力学修复电渗（electrosmosis）土壤孔隙表面带有负电荷，与孔隙水中的离子形成双电层。扩散双电层引起孔隙水沿电场从阳极向阴极方向流动称为电渗析。电泳（electrophoresis）土壤中带电胶体颗粒(包括细小土壤颗粒、腐殖质和微生物细胞等)的迁移运动称为电泳。第三章污染环境的化学修复原理化学修复主要是通过化学添加剂清除和降低污染环境中污染物的方法。针对污染物的特点，选用合适的化学清除剂和合适的方法，利用化学清除剂的物理化学性质及对污染物的吸附、吸收、迁移、淋溶、挥发、扩散和降解，改变污染物在环境中的残留累积，清除污染物或降低污染物的浓度至安全标准范围，且所施化学药剂不对环境环境系统造成二次污染。化学修复可以分为原位化学修复（in-sitechemicalremediation）和异位化学修复（ex-sitechemicalremediation）。原位化学修复是指在污染土地的现场加入化学修复剂与土壤或地下水中的污染物发生各种化学反应，从而使污染物得以降解或通过化学转化机制去除污染物的毒性以及对污染物进行化学固定，使其活性或生物有效性下降的方法。异位化学修复主要是把土壤或地下水中的污染物通过一系列化学过程，甚至通过富集途径转化为液体形式，然后把这些含有污染物的液状物质输送到污水处理厂或专门的处理场所加以处理的方法，该方法因此通常依赖诸如化学反应器甚至化工厂来最终解决问题。有时，这些经过化学转化的含有污染物的液状物质被堆置到安全的地方进行封存。按照修复技术来分，化学修复主要包括化学淋洗法、化学固定法、化学氧化法、化学还原法、可渗透反应墙和溶剂浸提修复等方法化学淋洗修复（chemicalleachingandflushing/washingremediation）是一种重要的应用于污染土壤环境修复的技术，借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学/生物化学溶剂，在重力作用下或通过水力压头推动淋洗液注入到被污染土层中，然后再把包含有污染物的液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理的技术。淋洗液通常具有淋洗、增溶、乳化或改变污染物化学性质的作用。原位化学淋洗修复（in-situchemicalleachingandflushing/washingremediation）异位化学淋洗修复（ex-situchemicalleachingandflushing/washingremediation）化学固定（chemicalimmobilization）是在污染环境中加入化学试剂或化学材料，并利用它们调节污染环境条件、控制反应条件、改变污染物的形态、水溶性、迁移性和生物有效性，使污染物钝化，形成不溶性或移动性差、毒性小的物质而降低其在污染环境中的生物有效性，减少其向其它环境系统的迁移或结合其它修复技术手段永久地消除污染物，实现污染环境的化学修复。处理类型Treatmenttype固定法Fixation填埋法Landfilling客土和淋洗法Excavationandleading植物修复法Phytoextraction化学氧化修复（chemicaloxidationremediation）主要是向污染环境中加入化学氧化剂，依靠化学氧化剂的氧化能力，分解破坏污染环境中污染物的结构，使污染物降解或转化为低毒、低移动性物质的一种修复技术。化学氧化修复技术是降解水中污染物的有效方法.水中呈溶解状态的无机物和有机物，通过化学反应被氧化为微毒或无毒的物质，或者转化为容易与水分离的形态，从而达到处理的目的。化学还原修复技术主要是利用化学还原剂将污染环境中的污染物质还原，从而去除的方法，多用于地下水的污染治理，是目前在欧美等发达国家新兴起来的用于原位去除污染水中有害组分的方法。较好的方法，是构建化学活性反应区或反应墙，当污染物通过这个特殊区域的时候被降解，或者转化成固定态，从而使污染物在土壤环境中的迁移性和生物可利用性降低，称为化学还原修复技术（in-situchemicalreductionremediation）。化学还原法主要修复地下水中对还原作用敏感的污染物，如铬酸盐、硝酸盐和一些氯代试剂，当这些污染物迁移到反应区时，或者被通常这个反应区设在污染土壤的下方或污染源附近的含水土层中。可渗透反应墙（permeablereactivebarrier，PRB）是一种被动原位处理技术，按照美国环保局的定义，可渗透反应墙是一个被动的反应材料的原位处理区，这些反应材料能够降解和滞留流经该墙体地下水的污染组分，从而达到治理污染组分的目的。第四章污染环境的生物修复原理生物修复（bioremediation）是利用生物，特别是微生物催化降解有机污染物，从而修复被污染环境或消除环境中的污染物的一个受控或自发进行的过程，这是狭义的定义。也可以表述为：生物修复是利用土著的、引入的微生物和微生物及其代谢过程，或其产物进行的消除或富集有毒物的生物学过程。生物修复的目的是去除环境中的污染物，使其浓度降至环境标准规定的安全浓度之下。环境生物修复技术主要有三方面内容组成：①利用土著微生物代谢能力的技术；②活化土著微生物分解能力的方法；③添加具有高速分解难降解化合物能力的特定微生物(群)的方法。优先污染物(prioritypollutants)目标污染物概念：在生物修复工程中，拟从环境中去除或减低危害的污染物称为目标污染物，或靶污染物(targetpollutants)微生物的不能利用基质作为能源和组分元素的有机物转化方式称为共代谢（co-metabolism）。共代谢微生物不能从辅助底物的氧化过程中获得有用的能量。生物降解速度也不会像使用生长底物时那样随时间增加很快提高。非水溶相液体(NAPLs):在污染地点有许多污染物是以与水不混溶的液体形式存在，这类污染物的生物有效性降低，这种与水不混溶的液体称为非水溶相液体。吸着(sorption)吸收作用(adsorption)吸附作用(absorption)第五章污染环境的植物修复原理植物修复：以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的理论为基础，利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发、降解和转化作用来清除环境中污染物质的一项新兴的污染治理技术。植物提取修复：利用重金属超积累的陆生或水生植物从污染土壤或水体中超量吸收、积累一种或几种重金属元素，并富集运移到植物根部可收割部分和地上枝条部位，之后将植物整体(包括部分根)收获并集中进行热处理、化学处理或微生物处理。然后再继续种植超积累植物以使土壤或水体中重金属含量降低到可接受的水平。植物挥发修复：利用植物将水体和土壤中的一些挥发性的污染物吸收到植物体内，然后再将其转化为气态物质释放到大气中，从而对污染水体和土壤起到治理的作用。植物降解修复：利用某些植物特有的的转化和降解作用去除水体和土壤中有机污染物质的一种方式。修复途径主要有两个方面：根际圈生物降解修复：利用植物根际圈菌根真菌、专性或非专性细菌等微生物的降解作用来转化有机污染物，降低或彻底消除其生物毒性，从而达到有机污染水体或土壤修复的目的。植物固定/稳定化修复固化植物：吸收积累量不太高，可在污染物质含量高的土壤上正常生长针对：重金属污染。如废弃矿山的复垦工程，铅、锌尾矿库的植被重建等。植物根际圈指由植物根系和土壤微生物之间相互作用而形成的独特圈带。根际圈包括根系、与之发生相互作用的生物，及受这些生物活动影响的土壤。它的范围一般是指离根表几毫米到几厘米的圈带。筛选的超量积累植物的特性：a.即使在污染物浓度较低时也有较高的积累速率；b.能在体内积累高浓度的污染物；c.能同时积累几种金属；d.生长快，生物量大；e.具有抗虫抗病能力。几种超积累植物：镉（黄杨、海桐、香樟、冬青、杉树、龙葵，中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室魏树，周启星）砷（蜈蚣草,中国科学院地理科学与资源研究所陈同斌）锌（东南景天，浙江大学杨肖娥）锰（商陆，浙江大学环境与资源学院环境工程系薛生国，陈英旭）强化植物修复的方法1.物理学强化：利用直流电极，改善靶重金属在土壤中的移动性，从而强化植物修复2.化学强化：可根据土壤的酸度和靶重金属的性质，投加酸性或碱性物质改变土壤pH值，或添加络合-螯合剂如EDTA、表面活性剂如LAS和特异性离子强化植物对靶金属的吸收3.生物学强化：利用植物与微生物相结合的植物辅助生物技术来降解土壤中有机污染物4.农艺学强化：采用施肥、轮作、耕作、质地调节等农艺措施，既可改变土壤重金属的形态，又可调节植物的新陈代谢，从而达到修复重金属污染的目的植物修复的优势及存在的问题优势：开发和应用潜力巨大、易于为社会接受、符合可持续发展战略的理念、存在问题：不确定性和多学科交叉性、受植物栽培与生长的限制第六章污染环境修复的生态工程技术生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统。生态农业（持续农业），即利用生态学原理，依据生态系统内物质循环和能量转化的基本规律建立的一种农业生产方式。其生产结构是农、林、牧、副、渔多种经营联合体，使初级生产者农作物的产物能沿食物链的各营养级进行多层次利用，以发挥各种资源的经济效益。生态修复是指在特定的区域和流域内，依靠生态系统本身的自组织或自调控能力作用，或依靠生态系统本身的自组织和调控能力与人工调控能力的共同作用，使部分或完全受损的生态系统恢复到相对健康的状态。生态恢复生态工程概念将生态工程学原理应用于退化生态系统功能的恢复，最终达到系统的自我维持得过程。湿地是地球上水陆相互作用形成的独特生态系