土壤污染與修復(fù)

1、下篇：生物修復(fù)與生態(tài)工程下篇：生物修復(fù)與生態(tài)工程三、土壤污染與修三、土壤污染與修復(fù)復(fù) 1 1 土壤中污染物的來(lái)源與危害土壤中污染物的來(lái)源與危害 2 2 污染土壤修復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與評(píng)價(jià)污染土壤修復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與評(píng)價(jià) 3 3 污染土壤修復(fù)的可處理性研究污染土壤修復(fù)的可處理性研究 4 4 污染土壤典型修復(fù)技術(shù)及原理污染土壤典型修復(fù)技術(shù)及原理第1頁(yè)/共46頁(yè) 1.1 土壤污染的定義 1.2 土壤污染的特點(diǎn) 1.3 土壤中污染物的來(lái)源 1.4 土壤污染的類型 1.5 土壤污染的危害第2頁(yè)/共46頁(yè)1.1 土壤污染的定義土壤污染的定義 “絕對(duì)性絕對(duì)性”定義定義: :由人類的活動(dòng)向土壤添加有害化合物，此時(shí)土壤即

2、由人類的活動(dòng)向土壤添加有害化合物，此時(shí)土壤即受到了污染受到了污染。這個(gè)定義的關(guān)鍵是存在有可鑒別的人為添加污染物。這個(gè)定義的關(guān)鍵是存在有可鑒別的人為添加污染物。 “相對(duì)性相對(duì)性”定義：定義：以特定的參照數(shù)據(jù)來(lái)加以判斷，如以背景值加兩以特定的參照數(shù)據(jù)來(lái)加以判斷，如以背景值加兩倍標(biāo)準(zhǔn)差為臨界值，若超過(guò)這一數(shù)值，即認(rèn)為該土壤為某元素所污倍標(biāo)準(zhǔn)差為臨界值，若超過(guò)這一數(shù)值，即認(rèn)為該土壤為某元素所污染。染。 “綜合性綜合性”定義：定義：不但要看含量的增加，還要看后果，即加入土壤不但要看含量的增加，還要看后果，即加入土壤的物質(zhì)給生態(tài)系統(tǒng)造成了危害。的物質(zhì)給生態(tài)系統(tǒng)造成了危害。第3頁(yè)/共46頁(yè)1.1 污染土壤的

3、定義污染土壤的定義 三種定義的出發(fā)點(diǎn)雖然不同，但有一點(diǎn)是共同的，即認(rèn)為土壤中某種成分的含量明顯高于原有含量時(shí)即構(gòu)三種定義的出發(fā)點(diǎn)雖然不同，但有一點(diǎn)是共同的，即認(rèn)為土壤中某種成分的含量明顯高于原有含量時(shí)即構(gòu)成了污染。所以，成了污染。所以，土壤污染就是指人為因素有意或無(wú)意地將對(duì)人類或其他生命體有害的物質(zhì)施加到土壤中，土壤污染就是指人為因素有意或無(wú)意地將對(duì)人類或其他生命體有害的物質(zhì)施加到土壤中，使其某種成分的含量明顯高于原有含量、并引起土壤環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。使其某種成分的含量明顯高于原有含量、并引起土壤環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。第4頁(yè)/共46頁(yè)1.2 土壤污染的特點(diǎn)土壤污染的特點(diǎn) （1 1）隱蔽性或潛伏

4、性）隱蔽性或潛伏性: :水體和大氣的污染比較直觀，嚴(yán)重時(shí)通過(guò)人水體和大氣的污染比較直觀，嚴(yán)重時(shí)通過(guò)人的感官即能發(fā)現(xiàn)的感官即能發(fā)現(xiàn); ;而土壤污染則往往要通過(guò)農(nóng)作物包括糧食、蔬菜、而土壤污染則往往要通過(guò)農(nóng)作物包括糧食、蔬菜、水果或牧草以及攝食的人或動(dòng)物的健康狀況才能反映出來(lái)，從遭受水果或牧草以及攝食的人或動(dòng)物的健康狀況才能反映出來(lái)，從遭受污染到產(chǎn)生惡果有一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的逐步積累過(guò)程，具有隱蔽性或潛伏污染到產(chǎn)生惡果有一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的逐步積累過(guò)程，具有隱蔽性或潛伏性。日本的第二公害病性。日本的第二公害病痛痛病痛痛病6060年代發(fā)生于富山縣神通川流域，年代發(fā)生于富山縣神通川流域，直至直至7070年代才基本證實(shí)

5、是鎘污染土壤所生產(chǎn)的年代才基本證實(shí)是鎘污染土壤所生產(chǎn)的“鎘米鎘米”所致。所致。第5頁(yè)/共46頁(yè) （2 2）不可逆性和長(zhǎng)期性）不可逆性和長(zhǎng)期性: : 土壤一旦遭到污染后極難土壤一旦遭到污染后極難恢復(fù)，重金屬元素對(duì)土壤的污染是一個(gè)不可逆過(guò)程，恢復(fù)，重金屬元素對(duì)土壤的污染是一個(gè)不可逆過(guò)程，而許多有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的污染也需要一個(gè)比較長(zhǎng)的降解而許多有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的污染也需要一個(gè)比較長(zhǎng)的降解時(shí)間，例如時(shí)間，例如19661966年冬至年冬至19771977年春，沈陽(yáng)年春，沈陽(yáng)撫順污水灌撫順污水灌區(qū)發(fā)生的石油、酚類以及后來(lái)張土灌區(qū)的鎘污染，造區(qū)發(fā)生的石油、酚類以及后來(lái)張土灌區(qū)的鎘污染，造成大面積的土壤毒化、水稻矮化

6、、稻米異味，含鎘量成大面積的土壤毒化、水稻矮化、稻米異味，含鎘量超過(guò)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)十余年的艱苦努力，包括施超過(guò)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)十余年的艱苦努力，包括施用改良劑、深翻、清灌、客土、選擇品種等各種措施，用改良劑、深翻、清灌、客土、選擇品種等各種措施，才逐步恢復(fù)其部分生產(chǎn)力，付出了大量的勞力和代價(jià)。才逐步恢復(fù)其部分生產(chǎn)力，付出了大量的勞力和代價(jià)。1.2 土壤污染的特點(diǎn)土壤污染的特點(diǎn)第6頁(yè)/共46頁(yè) （3 3）后果的嚴(yán)重性）后果的嚴(yán)重性: :由于土壤污染的隱蔽性或潛伏性、以及它的不可逆性或長(zhǎng)期性，由于土壤污染的隱蔽性或潛伏性、以及它的不可逆性或長(zhǎng)期性，因而往往因而往往通過(guò)食物鏈危害動(dòng)物和人體的健

7、康通過(guò)食物鏈危害動(dòng)物和人體的健康。研究表明，土壤和糧食的污染與一些。研究表明，土壤和糧食的污染與一些地區(qū)居民肝腫大之間有著明顯的劑量地區(qū)居民肝腫大之間有著明顯的劑量反應(yīng)關(guān)系，污灌引起的污染越嚴(yán)重，人群的反應(yīng)關(guān)系，污灌引起的污染越嚴(yán)重，人群的肝腫大串越高。肝腫大串越高。第7頁(yè)/共46頁(yè)第8頁(yè)/共46頁(yè) 土壤污染源可分為土壤污染源可分為天然污染源和人為污染源天然污染源和人為污染源。后者是土壤污染研究和污染土壤修復(fù)。后者是土壤污染研究和污染土壤修復(fù)的主要對(duì)象，而在這些污染源中，化學(xué)物質(zhì)對(duì)土壤的污染是人們最為關(guān)注的。的主要對(duì)象，而在這些污染源中，化學(xué)物質(zhì)對(duì)土壤的污染是人們最為關(guān)注的。 污染物進(jìn)入土壤的

8、途徑按照所劃分的土壤污染源可分為污染物進(jìn)入土壤的途徑按照所劃分的土壤污染源可分為污水灌溉污水灌溉、固體廢物的利用固體廢物的利用、農(nóng)藥和化肥、大氣沉降物農(nóng)藥和化肥、大氣沉降物等。等。1.3 土壤中污染物的來(lái)源土壤中污染物的來(lái)源第9頁(yè)/共46頁(yè)1.3 土壤中污染物的來(lái)源 大氣沉降大氣沉降(土壤酸化、多環(huán)芳烴和二惡英等土壤酸化、多環(huán)芳烴和二惡英等) 污水排灌（重金屬、多環(huán)芳烴等）污水排灌（重金屬、多環(huán)芳烴等） 化肥農(nóng)藥施用（硝酸鹽、化肥農(nóng)藥施用（硝酸鹽、PCB、DDT等）等） 固體廢物堆放處置（各種污染物）固體廢物堆放處置（各種污染物） 工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)(石油、多環(huán)芳烴和重金屬污染等石油、多環(huán)芳烴和

9、重金屬污染等) 交通運(yùn)輸交通運(yùn)輸（汽油中添加的防爆劑四乙基鉛隨廢氣排出污染土（汽油中添加的防爆劑四乙基鉛隨廢氣排出污染土壤壤 ） 全球物質(zhì)循環(huán)全球物質(zhì)循環(huán)第10頁(yè)/共46頁(yè)ConfiningUnit Water tableSaline WaterLateralintrusion of saline water OceanMunicipalwater well Abandonedoil wellDeepAquiferpondInfiltration ofpesticides andfertilizers fromfarmlands Brine leakage from ruptured well

10、 casingseptic tank leakage Fresh water Accidental fuel spill Municipal landfill Leakage from hazardous waste siteContaminated shallow well Leakingpetroleumtank ConfiningUnit 第11頁(yè)/共46頁(yè) 土壤污染的類型目前并無(wú)嚴(yán)格的劃分，如從土壤污染的類型目前并無(wú)嚴(yán)格的劃分，如從污染物的屬性污染物的屬性來(lái)考慮，一般可分為有機(jī)來(lái)考慮，一般可分為有機(jī)物污染、無(wú)機(jī)物污染、生物污染和放射性物質(zhì)的污染。物污染、無(wú)機(jī)物污染、生物污染和放射性物質(zhì)

11、的污染。 （1 1）有機(jī)物污染）有機(jī)物污染: : 石油、有機(jī)農(nóng)藥等；石油、有機(jī)農(nóng)藥等； （2 2）無(wú)機(jī)物污染：）無(wú)機(jī)物污染：重金屬污染等；重金屬污染等； （3 3）生物污染：）生物污染：細(xì)菌、真菌等；細(xì)菌、真菌等； （4 4）放射性污染：）放射性污染：放射性核素等。放射性核素等。1.4 土壤污染的類型土壤污染的類型第12頁(yè)/共46頁(yè) （1 1）影響人體和生物健康）影響人體和生物健康: : 土壤可以通過(guò)食物鏈影響人體健康；土壤可以通過(guò)食物鏈影響人體健康； （2 2）影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量：）影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量：植物可從污染土壤中吸收污染物，從而引起代謝失植物可從污染土壤中吸收污染物，從而引起

12、代謝失調(diào)，生長(zhǎng)發(fā)育受阻或?qū)е逻z傳變異。調(diào)，生長(zhǎng)發(fā)育受阻或?qū)е逻z傳變異。 （3 3）影響生態(tài)系統(tǒng)安全：）影響生態(tài)系統(tǒng)安全：通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。1.5 土壤污染的危害土壤污染的危害第13頁(yè)/共46頁(yè) 開(kāi)展生物修復(fù)之前需要對(duì)修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查評(píng)價(jià)，確定生物修復(fù)的適應(yīng)性。主要指標(biāo)包括：污染物的性質(zhì)；污染物的濃度和分布；現(xiàn)場(chǎng)的微生物活性；現(xiàn)場(chǎng)的水力條件；現(xiàn)場(chǎng)的氧化還原電位；土壤和水的特性；養(yǎng)分的有效性等。現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估必須回答這些問(wèn)題，獲得足夠的數(shù)據(jù)，便于工程設(shè)計(jì)。第14頁(yè)/共46頁(yè) （1）污染物的性質(zhì)； （2）污染物的濃度與分布；

13、 （3）地下水的水文概況； （4）地質(zhì)概況。 了解現(xiàn)場(chǎng)特性的目的一是收集使土壤修復(fù)過(guò)了解現(xiàn)場(chǎng)特性的目的一是收集使土壤修復(fù)過(guò)程最優(yōu)化的信息，二是收集控制環(huán)境條件使之程最優(yōu)化的信息，二是收集控制環(huán)境條件使之維持最佳條件的信息。因此，第一階段是收集維持最佳條件的信息。因此，第一階段是收集有關(guān)修復(fù)原理的數(shù)據(jù)，第二階段是收集有關(guān)工有關(guān)修復(fù)原理的數(shù)據(jù)，第二階段是收集有關(guān)工程設(shè)計(jì)和過(guò)程控制等數(shù)據(jù)。程設(shè)計(jì)和過(guò)程控制等數(shù)據(jù)。第15頁(yè)/共46頁(yè) （1）微生物可利用的碳源和能源； （2）可利用的受體和氧化還原條件； （3）現(xiàn)有的微生物活性和可能的毒性； （4）營(yíng)養(yǎng)物的有效性； （5）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件。第16頁(yè)/共46頁(yè)

14、2.3 原位修復(fù)評(píng)價(jià) （1）了解污染物的類型和所在位置； （2）了解亞表層的地質(zhì)和水文條件； （3）污染區(qū)的水文隔離； （4）最低傳質(zhì)可能的位置； （5）設(shè)計(jì)亞表層注入或抽取的系統(tǒng)； （6）預(yù)測(cè)化學(xué)品注入后的土壤化學(xué)反應(yīng)； （7）建立過(guò)程控制的亞表層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。第17頁(yè)/共46頁(yè)2.4 過(guò)程控制評(píng)價(jià) （1）流體的流向； （2）流速； （3）污染物遷移時(shí)間； （4）養(yǎng)分遷移； （5）評(píng)價(jià)含水層導(dǎo)水率變化； （6）確定運(yùn)行中注入或回收速率。第18頁(yè)/共46頁(yè)3 污染土壤修復(fù)的可處理性研究 所謂污染土壤修復(fù)的可處理性研究，是指在實(shí)際工程建設(shè)之前，進(jìn)行的小試和中試實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)可處理性研究為土壤修復(fù)工程

15、設(shè)計(jì)提出標(biāo)準(zhǔn)、費(fèi)用和運(yùn)行方案等。目的是節(jié)省修復(fù)項(xiàng)目建設(shè)工程的投資，一個(gè)造價(jià)千萬(wàn)美元的土壤修復(fù)工程一般可處理性研究費(fèi)用為520萬(wàn)美元，可以節(jié)省100萬(wàn)美元的工程建設(shè)費(fèi)用。第19頁(yè)/共46頁(yè)準(zhǔn)備調(diào)查 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 詳細(xì)調(diào)查 分析評(píng)價(jià) 方法選定 施工管理 計(jì)劃完成第20頁(yè)/共46頁(yè) （1）評(píng)價(jià)整個(gè)過(guò)程的可行性； （2）確定修復(fù)可以達(dá)到的濃度； （3）確定處理過(guò)程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)； （4）估算處理過(guò)程的設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用； （5）決定控制參數(shù)和最優(yōu)化實(shí)施的限制條件； （6）評(píng)價(jià)物料供應(yīng)處理技術(shù)與設(shè)備； （7）證實(shí)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況和污染物的最終歸趨； （8）評(píng)價(jià)處理過(guò)程中存在的問(wèn)題； （9）提供修復(fù)工程連續(xù)運(yùn)行的最優(yōu)化方

16、法。第21頁(yè)/共46頁(yè) 在明確研究目的之前，需要促使可處理性研究開(kāi)展的外部因素。這些因素包括： （1）管理部門(mén)的目的； （2）客戶的要求； （3）污染物的危害程度； （4）污染地點(diǎn)的敏感性； （5）污染地點(diǎn)的政治敏感性； （6）時(shí)間計(jì)劃的靈活程度； （7）項(xiàng)目預(yù)算的靈活程度。第22頁(yè)/共46頁(yè) 3.2.1 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) （1）如何完成、量化和記錄可處理性研究； （2）確定使用標(biāo)準(zhǔn)方案還是專門(mén)方案； （3）確定開(kāi)展室內(nèi)研究還是進(jìn)行室外模擬； （4）確定實(shí)驗(yàn)方案和數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量控制水平； （5）確定使用的分析方法。第23頁(yè)/共46頁(yè) 3.2.2 方案制定與實(shí)施 可處理性研究分為三個(gè)階段，第一個(gè)階段是

17、修復(fù)方法的篩選；第二個(gè)階段是修復(fù)方法的挑選；第三個(gè)階段是修復(fù)方法調(diào)查和可行性研究計(jì)劃進(jìn)行（中試）。一個(gè)可處理研究計(jì)劃可以看作是一套分別進(jìn)行的單項(xiàng)組合，這些項(xiàng)目是： （1）土著微生物對(duì)靶標(biāo)污染物的降解轉(zhuǎn)化能力； （2）接種微生物的強(qiáng)化降解能力； （3）環(huán)境參數(shù)的最佳適宜范圍； （4）添加基質(zhì)和電子受體的需求效果； （5）添加基質(zhì)的充足和缺乏的循環(huán)過(guò)程； （6）是否需要補(bǔ)充電子供體;第24頁(yè)/共46頁(yè) （7）修復(fù)項(xiàng)目的預(yù)期時(shí)間; （8）不同條件下污染物的降解速率； （9）處理可達(dá)到的水平； （10）土水系統(tǒng)可能發(fā)生的反應(yīng)和阻塞； （11）由于混合、表面活性劑和中間產(chǎn)物的積累而 造成的毒性變化； （

18、12）污染物的揮發(fā)程度; （13）不同優(yōu)化措施下的費(fèi)用-效益; （14）控制過(guò)程的監(jiān)測(cè)頻率； （15）運(yùn)行限制條件。第25頁(yè)/共46頁(yè) 4.1 污染土壤修復(fù)技術(shù)體系 4.2 典型修復(fù)技術(shù)及原理第26頁(yè)/共46頁(yè)4.1 污染土壤修復(fù)技術(shù)體系 4.1.1 按修復(fù)場(chǎng)地分類（1）原位（in situ）修復(fù)： 污染土壤氣體提取法(SVE)； 井中汽提法（In-well Vapor Stripping）； 生物通氣； 空氣攪動(dòng)法（Air Sparging） 原位沖洗、淋洗； 加熱方法； 處理墻方法； 原位穩(wěn)定固化方法； 電動(dòng)力學(xué)方法； 原位微生物修復(fù)方法； 植物微生物聯(lián)合修復(fù)方法等。第27頁(yè)/共46頁(yè)（2

19、）異位（ex situ）修復(fù)： 氣提法； 泥漿反應(yīng)器修復(fù)； 土壤耕作法； 土壤堆腐； 焚燒法； 客土法； 預(yù)制床； 淋洗/萃??； 淋洗生物反應(yīng)器聯(lián)合修復(fù)；第28頁(yè)/共46頁(yè) 4.1.2 按照技術(shù)類別分類（1）物理化學(xué)修復(fù)： 加熱方法；穩(wěn)定固化法；淋洗；萃取；電動(dòng)力學(xué)等（2）生物修復(fù)： 微生物修復(fù)；生物通氣、泥漿反應(yīng)器、預(yù)制床等 植物修復(fù)；濕地修復(fù)；菌根修復(fù)等； 植物微生物聯(lián)合修復(fù)；菌根菌劑聯(lián)合修復(fù)等；（3）物理化學(xué)生物聯(lián)合修復(fù)： 淋洗反應(yīng)器聯(lián)合修復(fù)等。第29頁(yè)/共46頁(yè)污染土壤修復(fù)工作流程可處理計(jì)劃系統(tǒng)分析應(yīng)急對(duì)策長(zhǎng)期對(duì)策凈化處理穩(wěn)定處理原位修復(fù)異位修復(fù)原位分解原位提取分離分解凈化原位穩(wěn)定異位

20、穩(wěn)定第30頁(yè)/共46頁(yè) 在受石油污染地區(qū)，土壤中的污染物降解會(huì)降低土壤中的氧氣濃度，增加CO2濃度，進(jìn)而抑制污染物進(jìn)一步生物降解。因此，為了提高土壤中的微生物降解效率，可通過(guò)在污染場(chǎng)地打豎井并安裝鼓風(fēng)機(jī)和抽真空機(jī)向污染區(qū)域供給空氣或氧氣。這項(xiàng)技術(shù)通常用在輕質(zhì)石油類污染的土壤。 第31頁(yè)/共46頁(yè)第32頁(yè)/共46頁(yè)泥漿法也稱生物反應(yīng)器法，是將污染土壤置于一專門(mén)的反應(yīng)器中處理的方法。生物反應(yīng)器處理的過(guò)程為：將挖出的石油污染土壤移到反應(yīng)器內(nèi)，加入3 9 倍的水混合，使其呈泥漿狀，加入適量的營(yíng)養(yǎng)鹽、表面活性劑，并鼓入空氣、劇烈攪拌使微生物與污染物充分接觸和增加氧氣濃度。為了提高降解速率，常在反應(yīng)器先前處理的土壤中分離出已被馴化的微生物，并將其加入到準(zhǔn)備處理的土壤中。含油土壤經(jīng)處理后，液體部分可排入處置井（坑、池）或另作他用（如回用），固體部分可施用于農(nóng)田。第33頁(yè)/共46頁(yè)第34頁(yè)/共46頁(yè)生物反應(yīng)器