8章 污染土壤修复.pdf

第八章 污染土壤修复1）工业污染源：工业“三废”物质排放2）农业污染源：化肥、农药、畜禽粪便3）生活污染源：城乡生活废水、农家肥等4）其它污染源（废弃物焚烧等）土壤污染类型与来源土壤污染的特点1、隐蔽性和滞后性2、累积性：持久性有机污染物（POPs）－多氯联苯（PCBs）、多环芳烃（PAHs）、多氯代二苯并二噁英（PCDDs）和重金属等3、不可逆性/持久性：难降解性污染物4、环境迁移与扩散影响5、食物链污染主要修复方法9物理修复9化学修复9生物修复微生物修复、植物修复 、动物修复9农业措施修复增施有机肥、合理使用化肥、控制水分、选择农作物种类污染土壤的物理修复第一节 物理化学修复„ 物理分离修复„ 蒸气浸提修复„ 电动力学修复„ 热力学修复物理分离修复物理分离修复的基本过程图物理分离修复概念和原理„ 粒径分离（筛分）干筛分、湿筛分、摩擦洗涤等„ 水力学分离淘选机、机械粒度分级机、水力旋风分离器„ 密度（重力）分离振动筛、螺旋富集器、摇床„ 脱水分离过滤、压滤、离心、沉淀„ 泡沫浮选分离„ 磁分离物理分离修复设备图物理分离修复特点和应用物理分离技术最适合用来处理小范内污染土壤，从土壤、沉积物、废渣中分离重金属、清洁土壤、恢复土壤正常功能。

大多数物理分离修复技术都有 设备简单、费用低廉、可持续高产出 等优点，但是在具体分离过程中，其技术的可行性，要考虑各种因素的影响例如：① 物理分离技术要求污染物具有较高的浓度并且存在于具有不同物理特征的相介质中；② 筛分干污染物时会产生粉尘；③ 固体基质中的细粒径部分和废液中的污染物需要进行再处理蒸气浸提修复概念和原理蒸气浸提修复原理图¾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，将污染物转化为气态污染物排除土壤外的过程z可去除不饱和土壤中挥发性有机组分（ VOCs），适用于处理高挥发性的污染物蒸气浸提修复特点和应用蒸气浸提技术的主要优点包括：①能够原位操作，比较简单，对周围的干扰能够限定在尽可能小的范围之内； ②非常有效地去除挥发性有机物；③在可接受的成本范围之内能够处理尽可能多的受污染的土壤； ④系统容易安装和转移； ⑤容易与其他技术组合使用浸提技术主要用于挥发性有机卤代物和非卤代物的修复，通常应用的污染物是那些 亨利系数大于 0.01或 蒸气压大于 66.7Pa的挥发性有机物，有时也应用于去除环境中的油类、重金属及其有机物、多环芳烃等污染物。

在美国，蒸气浸提几乎已经成为修复受加油站污染的地下水和土壤的 “标准 ’’技术限制土壤蒸气浸提技术应用效果的因素主要有下层土壤的异质性、土壤的渗透性、地下水位、排出气体需要进行进一步处理等电动力学修复概念和原理在插入土壤中的两个电极上通入低压直流电，在电化学和电动力学复合作用下，土壤中的带电颗粒在电场内定向移动，土壤污染物在电极附近富集或者被收集回收的过程污染物去除主要涉及电渗析、电迁移、电泳和酸性迁移 4种电动力学过程电动力学修复电动力学修复原理图¾电渗析 是指由外加电场引起的土壤孔隙水运动z 大多数土壤颗粒表面通常带负电荷土壤双电层中可移动阳离子比阴离子多，在外加电场作用下过量阳离子对孔隙水产生的拖动力比阴离子强，因而会拖着孔隙水向阴极运动；z 电渗析作用产生的水流比较均匀，流动方向容易控制¾电迁移 是指土壤和地下水中带电离子和离子性复合物在外加电场作用下的运动• 电迁移是利用电动力学方法向地下污染区输送离子型营养物和电子受体的主要机理；• 一般将阳离子型物质 (如 NH4+、 K-)和阴离子型物质（如 NO3-、 SO4-）分别在阳极区和阴极区加入，通过电迁移方式可以将其均匀地输送到地下污染区或生物活性区。

¾电泳 是指土壤和地下水中带电荷的胶体粒子在电场作用下的运动z 运动的方向和速度取决于外加电场和毛细孔隙的直径等因索；z 如果胶体上吸附了化学物质，电泳运动也会对污染物迁移起重要作用；z 向地下污染环境中注入表面活性剂形成胶束 时，电泳就成为一种非常重要的强化机理；z 利用细胞的电泳运动可以控制地下环境中微生物的运动与分布¾酸性迁移 是指阳极产生的 H+，在直流电场的作用下向阴极迁移形成酸性迁移带z 酸性迁移带的形成促使重金属离子从土壤表面解吸及溶解，进行迁移电动力学修复特点与应用主要用于低渗透性土壤 (水力传导性低，传统技术受到限制 )的修复电动力学技术可以有效地去除土壤和地下水中的重金属离子，也可以去除土壤强吸附性的极性有机化合物，如苯酚和乙酸等最新的发展趋向是将电动力学技术与其他技术相结合，强化电动力学修复电动力学修复电动力学生物强化修复图¾电动力学生物强化修复 是将电动力学技术与现场生物修复技术优化组合，用以现场降解和去除土壤和地下水中的有机污染物的方法z克服了水力输送的缺点，将营养物质输送至土壤微孔中去，或者将微生物输送至污染区域，从而促进微生物生长，从而提高降解效率。

¾主要强化方法：z注入营养物和电子受体z注入表面活性剂和共代谢基质z注入活性微生物z直接原位强化 施加微弱电场，通过电动力学效应促进污染物解吸附，加速污染物和土著微生物间的相对运动，增加污染物被土著微生物利用的机会，达到强化目的该方法不需要任何添加物，但需控制电极反应，防止极端 pH对土壤性质和土著微生物产生不利影响z添加可渗透处理区 在地下污染区设置层状排列的可渗透处理区，截获迁移的污染物处理区中含有吸附剂、催化剂、缓冲溶液、氧化剂或活性微生物等该法通过简单地切换电场极性就可以改变电渗析流方向，促进污染物来回通过处理区，同时有助于降低系统电压和 pH分布的非均匀性热力学修复概念和原理把已经污染土壤加热，使污染物产生热分解的方法该法多用于能够热分解的有机污染，如石油污染产生热的方法有多种，主要从经济实用方面考虑，例如红外线辐射，微波和射频方式加热，管道输入水蒸汽，或打井通气使污染物挥发去除热力学修复热力学修复：直接加热使污染物挥发或分解，间接加热使污染物挥发；针对高浓度土壤污染対象： ● VOCs、 ● 水银、 ● 农药、 ● 油等；优点：可使 VOCs完全实现无害化；日处理能力可达 200t。

热力学修复特点与应用‡高温原位加热 技术主要处理的污染物有半挥发性的卤代有机物和非卤代有机物、多氯联苯以及密度较高的非水溶态的液体有机物‡低温原位加热 技术处理的污染物主要有半挥发性的卤代物和非卤代物以及浓的非溶性的液态物质，挥发性有机物也可以用此方法进行处理‡此外，原位电磁波加热 修复技术属于高温原位加热技术，它利用高频电压产生的电磁波能量对现场土壤进行加热，利用热量强化土壤蒸气浸提技术，使污染物在土壤颗粒内解吸而达到修复污染土壤的目的„ 化学淋洗修复„ 化学固定修复„ 化学氧化修复„ 化学还原修复„ 原位可渗透反应墙污染环境的化学修复化学淋洗修复概念和原理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，利用重力作用或通过水力压头推动淋洗液注入被污染的土层中，然后把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化学淋洗修复原理图对象： ● 重金属、 ● 农药、 ● 油等化学淋洗修复化学淋洗修复化学淋洗可去除土壤中的重金属、芳烃和石油类等烃类化合物以及 TCE、多氯联苯、氯代苯酚等卤化物主要的淋洗液包括：„ 清水可避免二次污染问题，但去除效率有限，主要用于溶于水的重金属离子的去除。

„ 无机溶剂，如酸、碱、盐通过酸解、络合或离子交换作用来破坏土壤表面官能团与污染物的结合有成本低、效果好、作用快的优点，但破坏土壤结构，产生大量废液，后处理成本高等„ 螯合剂包括 EDTA类人工螯合剂和柠檬酸、苹果酸等天然螯合剂，主要用于重金属的去除人工螯合剂有二次污染问题，天然螯合剂应用前景广阔„ 表面活性剂用于重金属和疏水性有机污染物的去除化学表面活性剂有二次污染问题，生物表面活性剂应用前景广阔化学固定修复概念和原理在土壤中加入化学试剂或化学材料，并利用它们与重金属之间形成不溶性或移动性差、毒性小的物质而降低其在土壤中的生物有效性，减少其向水体和植物及其它环境单元的迁移，实现污染土壤的化学修复方法关键步骤：固定剂的筛选、土壤因素影响分析、条件优化固定修复固定修复原理图固定剂9 到目前为止，已有大量的改良材料，包括有多种金属氧化物、黏土矿物、有机质、高分子聚合材料、生物材料等被应用利用它们能够吸附或络合重金属、改变土壤介质的酸度等性质，并根据重金属的种类、土壤理化性质、气候条件、耕作制度的不同而被分别用于重金属在土壤中的固定9 最典型的可分为有机、无机、有机/无机复合3种类型.不同固化剂固定重金属的机理不同9如施用石灰主要通过重金属自身的水解反应及其与碳酸钙的共沉淀反应机制降低土壤中重金属的移动性；9如沸石是碱金属或碱土金属的水化铝硅酸盐晶体，含有大量的三维晶体结构、很强的离子交换能力及独特的分子结构(具有骨架状的特殊构造)，从而通过离子交换吸附和专性吸附降低土壤中重金属的有效性；9如向土壤添加富含Fe/Mn氧化物的物料， Fe/Mn氧化物能专性吸附重金属,使其生物有效性降低。

土壤环境中重金属离子的固定形式:9其一，金属离子被截留在粘性复合体低渗透性的基质中；9其二，在高pH值条件下产生固定，形成难溶性的复合物，使金属离子难以向地下水淋溶；9其三，固定过程中金属离子被整合到粘性复合体的晶体结构中,使其很难被溶解和渗滤化学氧化修复概念和原理化学氧化修复 (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氧化剂种类和方法‡一般来说，化学氧化技术中的氧化剂应遵循以下原则进行选择：反应必须足够强烈，使污染物能通过降解、蒸发及沉淀等方式去除，并能消除或降低污染物毒性；氧化剂及反应产物应对人体无害；修复过程实用和经济‡现有化学氧化技术所用的氧化剂主要有二氧化氯、高锰酸钾、臭氧、双氧水及 Fenton试剂高级氧化法、光催化氧化等，其中双氧水及 Fenton试剂高级氧化法目前得到了越来越多的应用化学氧化修复特点与应用‡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，从而达到处理目的。

‡不需要将污染土壤全部挖掘出来，只需钻井再将氧化剂注入土壤中，通过氧化剂与污染物的反应使污染物降解或导致形态的变化，达到修复目的‡能够有效地处理土壤及水环境中的铁、锰和硫化氢、三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯 (PCE)等含氯溶剂，以及苯、甲苯、乙苯和二甲苯 (BTEX)等生物修复法难以处理的污染物‡除了单独使用外，还可与其他修复技术 (如生物修复 )联合使用，作为生物修复或自然生物降解之前的一个经济而有效的预处理方法化学还原修复概念和原理¾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z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z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，通常反应区设在污染土壤的下方或污染源附近的含水土层中化学还原修复还原剂种类和方法‡根据还原剂不同可分为活泼金属还原法。