土壤污染防治

1、土壤的基本特征: (1是三相體系(2是膠體體系(3是氧化還原體系(4是絡(luò)合螯合體系(5是生命體系(6有自凈作用(7一旦污染很難治理土壤污染的方式(1水體污染型(2大氣污染型(3農(nóng)業(yè)污染型(4固廢污染型(5生物污染型:土壤環(huán)境背景值:土壤在未受人類活動(dòng)影響時(shí),其中的物質(zhì)含量及狀況.土壤環(huán)境容量Q:土壤所能容納污染物的最大量.Q = 差值容量+ 同化容量差值容量(g/畝 =(CK-B×150土壤污染的診斷:通過土壤生態(tài)系統(tǒng)中最具有代表性的生物指示物,快速而準(zhǔn)確地使生態(tài)系統(tǒng)受害的現(xiàn)狀得到充分反映的工作.土壤重金屬污染的特征:1. 主要集中在土壤的表層2. 有可變的價(jià)態(tài)3. 與土壤微生物存在

2、相互作用4. 具有隱蔽性和永久性土壤重金屬污染的防治原則:1. 施加化學(xué)沉淀劑:如石灰, Na2S等.2. 改變耕作制度:水田改旱田,或旱田改水田.3. 翻土,客土和換土:僅適合小面積污染土壤4. 生物改良:篩選抗性的高富集系數(shù)植物,吸收去除污染重金屬.農(nóng)藥對土壤的污染:1.污染的途徑:直接施用、已被污染的生物帶入、污水帶入2. 在土壤中的殘留性:半衰期> 1年稱殘留性農(nóng)藥;有機(jī)氯農(nóng)藥>> 有機(jī)磷農(nóng)藥目前在理論和技術(shù)上都可行的修復(fù)技術(shù)有:植物修復(fù)、微生物修復(fù)(狹義生物修復(fù) 、化學(xué)修復(fù)、物理修復(fù)、綜合修復(fù)。一、土壤的植物修復(fù)定義:利用植物及其根際微生物體系的吸收揮發(fā),降解等作用

3、來清除環(huán)境中污染物的一項(xiàng)新技術(shù).廣義指對水,土和氣污染的修復(fù),狹義指對土壤污染的修復(fù).通常的植物修復(fù)是指利用植物對土壤重金屬的去除.1.植物提取修復(fù):利用超富集植物的超量吸收,再將植物收獲,如此反復(fù)至污染物含量下降到可接受的水平.超富集植物(hyperaccumulation plant是植物修復(fù)的主要理論基礎(chǔ),很多科研人員認(rèn)為:此類植物有液泡區(qū)室化和有機(jī)酸對重金屬的鰲合,起了解毒作用.衡量標(biāo)準(zhǔn):富集系數(shù)大,位移系數(shù)大(地上部分含量/地下部分含量2.植物揮發(fā)修復(fù):揮發(fā)性污染物-植物吸收-以氣態(tài)物質(zhì)釋放入大氣3.植物穩(wěn)定修復(fù):通過植物根系分泌物來積累和沉淀根際圈的污染物,使其失去生物有效性,并防

4、止污染物向下淋移或向周圍轉(zhuǎn)移.有上述作用之一的植物稱固化植物.4. 植物降解修復(fù):主要針對有機(jī)物, 一般有兩種形式:吸收降解(礦化,揮發(fā),貯藏,解毒等根際分泌物降解,這種修復(fù)只能對結(jié)構(gòu)簡單的有機(jī)物適用,有較高的去除率,結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物植物無能為力.5.根際圈生物降解修復(fù):利用根際圈的真菌,細(xì)菌等微生物的降解作用達(dá)到有機(jī)物污染土壤的修復(fù)目的.實(shí)際上是微生物-植物聯(lián)合作用,微生物起主要作用.植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn):在原位修復(fù)和異位修復(fù)中,植物修復(fù)屬于原位修復(fù),其優(yōu)點(diǎn)有:?徹底地解決問題?減少擴(kuò)散,二次污染?經(jīng)濟(jì)可行?(可在大面積的土壤上進(jìn)行比較安全。物的生長創(chuàng)造良好條件. 4. 縮短修復(fù)周期(花期收割,育

5、苗移栽等二、土壤的微生物修復(fù)場地條件:主要是各種運(yùn)行條件和因子的調(diào)控.1. 基本條件:(1. 氧氣:有機(jī)化合物的降解要在好氧條件下進(jìn)行;(2.水分與濕度:重要的兩個(gè)因子.(微生物的生存條件、污染物溶解狀態(tài)、流動(dòng) (3. 營養(yǎng)元素:研究表明: 施加有機(jī)或無機(jī)肥料可促進(jìn)微生物降解. (4.溫度:強(qiáng)烈影響因子。溫度影響微生物的生長和代謝,不同微生物有其最適宜,最高耐受,最低耐受,致死溫度。溫度影響污染物的狀況,因此,要注意氣候季節(jié)的影響。不同微生物對溫度的要求不同。(5土壤pH:土壤pH通過影響土壤的營養(yǎng)狀況來影響微生物的活性。多數(shù)真菌和細(xì)菌的最適pH是中性。6污染物的特征:這關(guān)系到易降解程度,烷烴

6、最易降解,正構(gòu)烷烴>異構(gòu)烷烴,鏈烴>環(huán)烴。(7微生物接種(生物擴(kuò)增:考慮兩個(gè)問題:a.是否需要接種?b.接種是否成功?以下情況應(yīng)接種:1.存在土著微生物不易降解的污染物。2.污染物濃度過高或有金屬等抑制土著微生物。3.需要對事故性污染現(xiàn)場進(jìn)行迅速生物修復(fù)。4.污染物降解中間產(chǎn)物毒害土著微生物。5.難降解污染物的低濃度現(xiàn)場。篩選和培養(yǎng)接種菌應(yīng)注意以下幾點(diǎn): 1.接種菌的生態(tài)適應(yīng)性,故接種菌應(yīng)在現(xiàn)場環(huán)境相似的條件下培養(yǎng)。2.接種菌進(jìn)入土壤后數(shù)量會減少,故需給予高接種量,以保證足夠的存活率和種群數(shù)量但費(fèi)用相應(yīng)提高。一般要求達(dá)到每克108個(gè)。3.對石油烴的微生物降解,土壤狀況有影響,但尚未

7、有系統(tǒng)的研究,如質(zhì)地,化學(xué)組成,氧化還原電位,黏土含量等。顆粒和有機(jī)質(zhì)的的影響不容忽視。自然微生物修復(fù)的場地條件:雖不需施加任何工程措施,仍需做到:(1對現(xiàn)場土壤進(jìn)行調(diào)查和分析。(2對現(xiàn)場有降解作用的微生物做詳細(xì)的調(diào)查(3通過現(xiàn)場監(jiān)測,檢驗(yàn)自然微生物修復(fù)的效率。工程微生物修復(fù)的場地條件:工程微生物修復(fù)是一種利用現(xiàn)場工程化改造加速污染土壤中微生物活動(dòng)的修復(fù)方法,其戰(zhàn)略是分離和控制現(xiàn)場的各個(gè)點(diǎn)使成為原位生物反應(yīng)器。其條件有: (1進(jìn)行地下水循環(huán)的系統(tǒng),含有污染物的地段的水力傳導(dǎo)率要大于每秒0.0001cm(2進(jìn)行氣體循環(huán)的系統(tǒng),整體滲透性大于0.000000001cm2 (3 高濃度有機(jī)污染物(石

8、油產(chǎn)品和含氯溶劑每公斤風(fēng)干土小于8-10g.否則會在亞表層有機(jī)液體層,限制液體和氣體的通過.微生物修復(fù)的主要工藝:原位處理(in situ:這種工藝常常需要各種工程化措施加以強(qiáng)化,以提高處理的效果。如:泵處理(P/T技術(shù)生物通氣(Bioventing滲濾(Percolation空氣擴(kuò)散。三種工藝的共同優(yōu)點(diǎn):工藝路線和處理過程都較簡單。處理費(fèi)用低。對周圍環(huán)境影響小,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小。非原位(異位處理(ex-situ:土地耕作(Land-farming :將污染土以10-30厘米的厚度鋪于非透性的墊層和沙層土上,淋灑降解菌及營養(yǎng)物,定期翻土充氧,并收集滲漏液回淋,以徹底清除污染物。挖掘堆置:也稱處理床(

9、Treatment bed或預(yù)備床(Prepared bed,就是將污染土運(yùn)輸?shù)绞孪葴?zhǔn)備好的工程場地堆放成斜坡,經(jīng)處理后再運(yùn)回原地。預(yù)備的工程場地可簡單可復(fù)雜,依經(jīng)濟(jì)和處理要求而定。用于土壤污染初期限制污染物擴(kuò)散和遷移,減少污染范圍。但費(fèi)用高。堆肥修復(fù)工藝(composting bioremediation 將污染土壤和有機(jī)廢物混合后堆置,靠堆肥過程中的微生物作用降解土壤中的難以降解的有機(jī)污染物。方法有三種:污染土和堆肥原料混合堆置(從無到有污染土和已堆制過的材料混合堆置(已有污染土中施用堆肥產(chǎn)品(已有。生物反應(yīng)器(Bioreactor:類似于污水處理,處理后的土壤脫水后再運(yùn)回原地。產(chǎn)生的水根

10、據(jù)水質(zhì)或直接排放或送入處理廠處理后排放。反應(yīng)器有兩種類型:生物反應(yīng)器(注意:有機(jī)污染物與土壤吸附時(shí),需用易降解的有機(jī)溶劑或表面活性劑洗脫下。降解菌形式是生物膜或絮狀體,為強(qiáng)化對目標(biāo)污染物的降解可以外起源投加。、土壤泥漿反應(yīng)器(也叫液固接觸式(Liqid Solid Contact LSC 方法。序批式。第一單元:將土壤,降解菌,營養(yǎng)物,水表面活性劑等混合,形成土壤固體為20-25 %混合相。第二單元:初步處理,完成大部分污染物的生物降解。第三單元:深度處理。三種生物修復(fù)方法的比較:以同一種污染物的污染土壤用三種方法處理,進(jìn)行比較.生物反應(yīng)器處理效果最佳,比原位處理高25%以上,速率最快,比原位

11、處理快一倍,比較順序如下:生物反應(yīng)器>非原位處理>原位處理考慮經(jīng)濟(jì),簡便等因素,根據(jù)不同情況選擇不同生物修復(fù)的方法. 三、土壤的化學(xué)修復(fù):利用加入到土壤中的化學(xué)修復(fù)劑與污染物發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng),使污染物被降解和毒性被降低的修復(fù)技術(shù),稱化學(xué)修復(fù).(化學(xué)修復(fù)是一種發(fā)展較早,相對成熟的方法,用于生物修復(fù)的速度,深度和廣度不能滿足修復(fù)的需要時(shí).化學(xué)修復(fù)劑:氧化劑,還原劑,沉淀劑,解吸劑,增溶劑等修復(fù)劑形態(tài):氣體,液體和活性膠體技術(shù)要點(diǎn):將化學(xué)修復(fù)劑滲透到土壤表層以下.技術(shù)手段:井注射(傳統(tǒng),各種創(chuàng)新技術(shù),如土壤深度混合,液壓技術(shù)等.技術(shù)類型:原位化學(xué)淋洗、異位化學(xué)淋洗、溶劑浸提、化學(xué)氧化修

12、復(fù)、化學(xué)還原和還原脫氯、土壤性能改良修復(fù)技術(shù)特點(diǎn):快捷, 積極, 對污染物的類型和濃度不敏感等.原位化學(xué)淋洗技術(shù):在過去25 年中,曾經(jīng)是美國超基金計(jì)劃(1200個(gè)危險(xiǎn)廢物污染點(diǎn)修復(fù)工程實(shí)施時(shí),各州立和聯(lián)邦的環(huán)境機(jī)構(gòu)以及私立公司趕興趣的技術(shù)手段之一.技術(shù)路線:水力壓頭推動(dòng)清洗液-溶解污染物-抽提清洗液-分離污染物及污水處理-循環(huán)或排放適用范圍:(1 土壤類型:多孔隙,易滲透的土壤. 如沙地,沙礫土壤,沖擊土和濱海土等.推薦水傳導(dǎo)系數(shù)> 0.001cm/s的土壤紅壤和黃壤等因質(zhì)地較細(xì),與污染物吸附較強(qiáng),需多次淋洗. (2 污染位置:地下水位以上的吸附態(tài)污染物. (3 污染物類型: 最適合用

13、于重金屬,易揮發(fā)鹵代有機(jī)物和非鹵代有機(jī)物污染.低辛烷/水分配系數(shù)的較適合. (4 淋洗液類型:水、水加添加劑、有機(jī)溶劑(不提倡用于原位淋洗系統(tǒng):由三部分組成:(1.加液設(shè)備:地面實(shí)施-用漫灌,溝渠或噴灑等,適合處理深度4米內(nèi)的污染物.地勢平坦,坡度< 3%。地下注射-用浸滲溝和浸滲床等,先挖空土再填粗沙礫形成區(qū)域,靠壓力驅(qū)動(dòng)可使淋洗液縱橫向分散。(2 下層淋出液收集系統(tǒng):包括抽提井,物理屏障等. 物理屏障用于收集水量過大時(shí)(3 淋出液處理系統(tǒng):可在原位可運(yùn)至處理廠.一般原則:易揮發(fā)有機(jī)物(活性炭柱、難揮發(fā)有機(jī)物(活性炭柱,生物處理、重金屬(化學(xué)沉淀,離子交換異位化學(xué)淋洗技術(shù):始于1980

14、年,土地資源珍貴的國家較熱衷.主要用于重金屬和多環(huán)芳烴污染土壤的修復(fù).溶劑浸提技術(shù):異位技術(shù), 序批式, 處理量可達(dá)125 t /d.優(yōu)點(diǎn):可處理難以從土壤中除去的污染物,適用于PCBS,PAHS等,不適用于重金屬和無機(jī)物.原位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù):適用于有機(jī)污染物的土壤的修復(fù).優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)完成后只在原污染區(qū)留下水和CO2等無害物質(zhì).原位化學(xué)還原修復(fù)技術(shù):適用于地下水的污染治理.利用還原劑的注入造成一個(gè)還原區(qū),將污染物還原為難溶態(tài),而難以在土壤遷移,同時(shí)可使其生物有效性降低.土壤性能改良技術(shù):主要適用于重金屬。四、土壤污染的物理修復(fù)近年來歐美發(fā)達(dá)國家非常重視,主要包括以下方法:物理分離、蒸汽浸提、固

15、定/ 穩(wěn)定化修復(fù)、玻璃化修復(fù)、低溫冷凍修復(fù)、熱力學(xué)修復(fù)、電動(dòng)力學(xué)修復(fù)A.物理分離:是一項(xiàng)無機(jī)物污染修復(fù)的技術(shù),特別是針對重金屬污染,一般作為土壤污染修復(fù)的初步處理,難以達(dá)到修復(fù)要求,其作用有兩個(gè):初步分選和減少體積。分離原理:根據(jù)粒級(粗砂,細(xì)砂和粘粒等,粒徑,形狀用篩子分離。根據(jù)水動(dòng)力學(xué)原理,將不同沉降速率和不同密度的顆粒分離。根據(jù)污染物或顆粒是否有磁性進(jìn)行分離。方法舉例:(1格篩,震動(dòng)篩等。(2淘洗機(jī)(原理(3泡沫浮選:氣體在泥漿池中升流,選擇性黏附特定的顆粒升至上部形成泡沫而得以收集分離。方法特點(diǎn):(1原位挖掘修復(fù),設(shè)施通常是流動(dòng)單元。(2工藝簡單,費(fèi)用較低。(3處理能力一般在9-450

16、立方米/天。B.土壤蒸汽浸提修復(fù):1. 原理:通過降低土壤孔隙的蒸汽壓,使土壤污染物轉(zhuǎn)化為蒸汽而去除。2. 方法:有兩大類:一是挖提取井,真空泵抽提造成負(fù)壓,驅(qū)使空氣通過土壤孔隙將污染物解吸并帶出土壤。適合在水不飽和土層進(jìn)行。二是空氣注射井+提取井真空泵抽提,這是一的改進(jìn)和拓展,使之可用地下水和飽和土層。甚至可注射熱空氣或蒸汽以提高揮發(fā)性組分的驅(qū)除率。該技術(shù)使用大約10年。適用:該技術(shù)適用于高揮發(fā)性化學(xué)污染的土壤的修復(fù)。如汽油,苯類,四氯乙烯等有機(jī)物的污染。(VOCsC. 固化/ 穩(wěn)定化修復(fù)(solidification/stabilization:該方法通常用于重金屬和放射性污染土壤的無害化

17、處理。也用于底泥修復(fù)?？稍豢僧愇?。固化:通過機(jī)械的方法將污染土壤密封隔離起來,從而消除或減低污染物暴露,泄露和釋放的表面積,達(dá)到控制污染物遷移的目的?？梢允峭寥缐嚎s,也可以是容器封裝,也可以澆水泥等使土壤變硬變干形成固體。穩(wěn)定化:通過化學(xué)沉淀劑使土壤污染物轉(zhuǎn)化為不易溶解,低遷移性和低毒狀態(tài)和形式,降低其生物有效性,使其具有較低的泄漏和淋失的風(fēng)險(xiǎn)。如:磷酸鹽,硫化物,碳酸鹽等可做為穩(wěn)定劑。D.玻璃化修復(fù)技術(shù):通過向污染土壤插入電極并通電,對土壤固體組分給予1600-2000度的高溫處理,使污染物揮發(fā)或熱解而從土壤中去除的過程。該技術(shù)可原位可異位。適用于含水量較低,污染物深度小于6 米的土壤。通

18、常修復(fù)期為6-24 個(gè)月,依修復(fù)要求土壤濕度,污染物量等因素而不同。該技術(shù)的處理系統(tǒng)包括:電力系統(tǒng)、逸出氣體的收集處理系統(tǒng)、石墨電極(方形排列,間距0.5米,深度0.3-1.5 米、控制站該方法處理后,土壤會變成似巖石般堅(jiān)硬,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,防泄漏性能好的玻璃態(tài)物質(zhì),故稱為玻璃化修復(fù)。玻璃化深度可達(dá)6米。E.熱力學(xué)修復(fù)技術(shù):一種利用熱傳導(dǎo)(熱井,熱墻等或輻射(電磁波加熱等方式加熱土壤,使污染物蒸發(fā),汽化遷移出土壤。(與玻璃化不同的是,此法加熱的最高溫也低于1000度,小于玻璃化。此法適用于處理半揮發(fā)性有機(jī)物,PCBs 以及密度較高的非水溶性液態(tài)污染物dense non-aqueous phase liquid,DNAPL 揮發(fā)性有機(jī)污染物也可用此法,但有更經(jīng)濟(jì)的方法供選擇,不應(yīng)用該法。該法屬于原位技術(shù),其加熱有兩種方式:1. 高溫原位加熱:熱毯式地表加熱,可加熱底下深1 米的土層到1000 度,用管道收集污染物的蒸氣經(jīng)處理后排放。(熱井也可2. 低溫原位加熱:利用蒸氣井加熱,可將土壤加