污染土修復(fù)技術(shù)課件

1、1第七章 污染土壤的修復(fù)技術(shù)本章摘要：根據(jù)國(guó)內(nèi)外污染土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，介紹了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外污染土壤修復(fù)技術(shù)的主要類型、基本原理、技術(shù)要點(diǎn)及其實(shí)用實(shí)例，并扼要說明污染土壤修復(fù)技術(shù)選擇的主要原則。土壤修復(fù)是指利用物理、化學(xué)和生物的方法轉(zhuǎn)移、吸收、降解和轉(zhuǎn)化土壤中的污染物，使其濃度降低到可接受水平，或?qū)⒂卸居泻Φ奈廴疚镛D(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)。 從根本上說，污染土壤修復(fù)的技術(shù)原理可包括為：（1）改變污染物在土壤中的存在形態(tài)或同土壤的結(jié)合方式，降低其在環(huán)境中的可遷移性與生物可利用性；（2）降低土壤中有害物質(zhì)的濃度。研究進(jìn)展美國(guó)在20世紀(jì)90年代用于污染土壤修復(fù)方面的投資有近1000億美元。污染土壤修復(fù)的理論

2、與技術(shù)已成為整個(gè)環(huán)境科學(xué)與技術(shù)研究的前沿。土壤的修復(fù)的過程相當(dāng)漫長(zhǎng)，當(dāng)前解決土壤污染問題，需要有不同學(xué)科的科學(xué)家如土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物地球化學(xué)、海洋科學(xué)以及涉及農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)等有關(guān)的生產(chǎn)單位和政府決策者的共同努力。中國(guó)土壤污染已對(duì)土地資源可持續(xù)利用與農(nóng)產(chǎn)品生態(tài)安全構(gòu)成威脅。全國(guó)受有機(jī)污染物污染的農(nóng)田已達(dá)3600萬(wàn)公頃，污染物類型包括石油類、多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、有機(jī)氯等；因油田開采造成的嚴(yán)重石油污染土地面積達(dá)1萬(wàn)公頃，石油煉化業(yè)也使大面積土地受到污染；在沈撫石油污水灌區(qū)，表層和底層土壤多環(huán)芳烴含量均超過600mg/kg，造成農(nóng)作物和地下水的嚴(yán)重污染。全國(guó)受重金屬污染土地達(dá)2000萬(wàn)公頃，其中

3、嚴(yán)重污染土地超過70萬(wàn)公頃，其中13萬(wàn)公頃土地因鎘含量超標(biāo)而被迫棄耕。據(jù)不完全調(diào)查，全國(guó)受污染的耕地約有1.5億畝，污水灌溉污染耕地3250萬(wàn)畝，固體廢棄物堆存占地和毀田200萬(wàn)畝，合計(jì)約占耕地總面積的1/10以上，其中多數(shù)集中在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)。嚴(yán)重的土壤污染造成巨大危害。據(jù)估算，全國(guó)每年因重金屬污染的糧食達(dá)1200萬(wàn)噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元。政 策2019年3月份出臺(tái)的“十二五”規(guī)劃綱要將節(jié)能環(huán)保列為七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之首。其中，土壤修復(fù)是在環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展之列并明確提出要強(qiáng)化土壤污染防治監(jiān)督管理。根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十二五”科技發(fā)展規(guī)劃，“十二五”期間，國(guó)家治理重金屬污染的投

4、入將達(dá)595億元，而用于防治土壤污染的全部財(cái)政資金將達(dá)數(shù)千億元用于土壤污染防治領(lǐng)域?？梢哉f，“十二五”期間，土壤修復(fù)行業(yè)面臨較好的發(fā)展機(jī)遇。環(huán)保部牽頭頒布的主要政策文件有：重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃全國(guó)土壤環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃污染場(chǎng)地土壤環(huán)境管理暫行辦法及相配套的多個(gè)“技術(shù)導(dǎo)則”7習(xí)近平總書記就中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定向十八屆三中全會(huì)作說明時(shí)指出“我們要認(rèn)識(shí)到，山水林田湖是一個(gè)生命共同體，人的命脈在田，田的命脈在水，水的命脈在山，山的命脈在土，土的命脈在樹。用途管制和生態(tài)修復(fù)必須遵循自然規(guī)律，如果種樹的只管種樹、治水的只管治水、護(hù)田的單純護(hù)田，很容易顧此失彼，最終造成

5、生態(tài)的系統(tǒng)性破壞。由一個(gè)部門負(fù)責(zé)領(lǐng)土范圍內(nèi)所有國(guó)土空間用途管制職責(zé)，對(duì)山水林田湖進(jìn)行統(tǒng)一保護(hù)、統(tǒng)一修復(fù)是十分必要的?！?挑 戰(zhàn)首先，中國(guó)目前的社會(huì)核心問題仍然是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)問題，環(huán)境污染治理與保護(hù)方面的投資，取決于污染治理和環(huán)境保護(hù)所帶來(lái)的長(zhǎng)期利益與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶來(lái)的短期利益之間博弈的結(jié)果;其次，與其他環(huán)保產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域相比，盡管土壤修復(fù)歷史欠賬嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)可行性相對(duì)較高，但由于目前國(guó)內(nèi)修復(fù)技術(shù)不夠成熟，在法律和制度層面仍有待完善，未來(lái)發(fā)展仍然障礙重重。土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（1）在決策導(dǎo)向上，從基于污染物總量控制轉(zhuǎn)變到基于污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；（2）在技術(shù)上，從單一的修復(fù)技術(shù)發(fā)展到多技術(shù)聯(lián)合的原位修復(fù)技術(shù)、綜合集

6、成的工程修復(fù)技術(shù)；（3）在設(shè)備上，從固定式設(shè)備的異位修復(fù)發(fā)展到移動(dòng)式設(shè)備的原位修復(fù)；（4）在應(yīng)用上，發(fā)展到多種污染物復(fù)合或混合污染土壤的組合式修復(fù)技術(shù)；從單一廠址場(chǎng)地走向特大場(chǎng)地；從單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)發(fā)展到大氣、水體同步監(jiān)測(cè)的多技術(shù)多設(shè)備協(xié)同的場(chǎng)地土壤-地下水一體化修復(fù)11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，通過可處理性研究為土壤修復(fù)工程設(shè)計(jì)提出標(biāo)準(zhǔn)、費(fèi)用和運(yùn)行方案等。12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13可處理性研究的目標(biāo)（1）評(píng)價(jià)整個(gè)過程的可行性；（2）確定修復(fù)可以達(dá)到的濃度；（3）確定

7、處理過程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；（4）估算處理過程的設(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)處理過程中存在的問題；（9）提供修復(fù)工程連續(xù)運(yùn)行的最優(yōu)化方法。14實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施 在確的研究目的之前，需要促使可處理性研究開展的外部因素。這些因素包括： （1）管理部門的目的； （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。15實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施設(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

8、使用標(biāo)準(zhǔn)方案還是專門方案； （3）確定開展室內(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。16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)過程； （6）是否需要補(bǔ)充電子供體;17 （7）修復(fù)項(xiàng)

9、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； （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）控制過程的監(jiān)測(cè)頻率； （15）運(yùn)行限制條件。18第一節(jié) 污染土壤修復(fù)技術(shù)及原理19污染土壤修復(fù)技術(shù)體系按修復(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；

10、 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。20（2）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)；21原位修復(fù)異位修復(fù)優(yōu)點(diǎn)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和肥力破壞??；需要進(jìn)一步處理和棄置的殘余物少。處理過程的條件控制較好；與污染物的接觸較好；容易控制產(chǎn)生的廢氣和廢物的排放。缺點(diǎn)對(duì)處理過程產(chǎn)生的廢氣和廢水控制較難；通常需要較長(zhǎng)的實(shí)施周期,且由于土壤及含水層存在差異性,不能保證處理的一致性在處理之前需要挖土和運(yùn)輸；會(huì)影響土壤的再使用；費(fèi)用一般較高。22按照技術(shù)類別分類（

11、1）物理化學(xué)修復(fù)： 加熱方法；穩(wěn)定固化法；淋洗；萃??；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23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)定異位穩(wěn)定典型修復(fù)技術(shù)的流程24分類方法技 術(shù)成熟性適合的目標(biāo)污染物適合的土壤類型3)治理成本4)污染物去除（%）修復(fù)時(shí)間5)污染源植物修復(fù)Paf無(wú)關(guān)￥90112個(gè)月生物堆FadCI￥75112個(gè)月化學(xué)氧化（原位）Faf不詳￥

12、50112個(gè)月化學(xué)氧化/還原（異位）Faf不詳￥50112個(gè)月熱處理Faf,除了cAI￥90112個(gè)月土壤淋洗（原位）FafFI￥5090112個(gè)月土壤淋洗（異位）FbfFI￥+9016個(gè)月電動(dòng)Pef不詳￥50氣提技術(shù)FabFI￥75906個(gè)月2年挖掘FafAI￥9513個(gè)月暴露途徑帽封FcfAI￥75906個(gè)月2年穩(wěn)定/固化Fc，efAI￥90612個(gè)月垂直/水平阻控系統(tǒng)FcfAI￥2年以上受體改變土地利用方式FafAI￥移走受體FafAI￥注：1）成熟性：F-規(guī)模應(yīng)用；P-中試規(guī)模。2）污染物類型：a-揮發(fā)性；b-半揮發(fā)性；c-重碳水化合物；d-殺蟲劑；e-無(wú)機(jī)物；f-重金屬。3）土壤類型

13、：A-細(xì)粘土；B-中粒粘土；C-淤質(zhì)粘土；D-粘質(zhì)肥土；E-淤質(zhì)肥土；F-淤泥；G-砂質(zhì)粘土：H-砂質(zhì)肥土；I-砂土。4）￥=低成本；￥+=低到中等成本；￥=中等成本；￥=高成本。5）修復(fù)時(shí)間為每種技術(shù)的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，不包括修復(fù)調(diào)查、可行性研究、修復(fù)技術(shù)篩選、修復(fù)工程設(shè)計(jì)等的時(shí)間。6）“”表示不確定原位修復(fù)異位修復(fù)我國(guó)土壤修復(fù)技術(shù)研究起步較晚，加之區(qū)域發(fā)展不均衡性，土壤類型多樣性，污染場(chǎng)地特征變異性，污染類型復(fù)雜性，技術(shù)需求多樣性等因素，目前主要以植物修復(fù)為主，已建立許多示范基地、示范區(qū)和試驗(yàn)區(qū)，并取得許多植物修復(fù)技術(shù)成果27 第二節(jié) 污染土壤修復(fù)技術(shù)分述一、物理修復(fù)技術(shù)（一）土壤蒸氣提取技術(shù)

14、（soil vapor extraction） 土壤蒸氣提取技術(shù)是一種通過布置在不飽和土壤層中的提取片，真空向土壤導(dǎo)入空氣，空氣流經(jīng)土壤時(shí)，揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物隨空氣進(jìn)入真空井而排出土壤，土壤中污染濃度因而降低的技術(shù)。有時(shí)也稱為真空提取技術(shù)，屬于一種原位處理技術(shù)，但在必要時(shí)也可用于異位修復(fù)。 28適合的目標(biāo)污染物： 揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機(jī)污染物；也可以用于促進(jìn)原位生物修復(fù)。如，石油的輕產(chǎn)品（汽油）、二氯苯、氯仿等 29氣流氣流UST鼓風(fēng)機(jī)空氣排放氣體處理裝置游離石油產(chǎn)物土壤蒸氣提取系統(tǒng)示意圖30土壤蒸氣提取技術(shù)特點(diǎn): 可操作性強(qiáng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，容易安裝； 對(duì)處理地點(diǎn)的破壞很??； 處理時(shí)間較短，在理

15、想條件下，6-24個(gè)月即可； 可與其他技術(shù)結(jié)合使用； 可以處理固定建筑物下的污染土壤缺點(diǎn) 難得到90%以上的去除率； 在低滲透土壤和有層理土壤上有效性不確定； 只能處理不飽和帶土壤。 31 影響因素：土壤滲透性土壤質(zhì)地：土壤蒸汽提取技術(shù)效果，在礫質(zhì)、砂質(zhì)效果好；粉砂土、壤土的效果中；粘土效果差。裂隙多的土壤，滲透性大，效果好。具有水平層理的土壤，使蒸汽側(cè)向流動(dòng)，從而降低蒸汽提取效果。地下水位過高，可能淹沒部分污染土壤和提取井，致使氣體不流動(dòng)。一般來(lái)講，地下水位3.0m為宜，地下水位高于0.9m不宜，水位在0.93.0的，可采取空間控制措施，分區(qū)降低局部地下水位，分區(qū)提取污染物。土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)有機(jī)

16、污染物的吸附能力很強(qiáng)，OM含量高，降低提取效果32有機(jī)污染物的揮發(fā)性： 土壤蒸汽提取技術(shù)適用于這樣的有機(jī)污染物：蒸汽壓高于66.661Pa；或，沸點(diǎn)低于250300；或，亨利常數(shù)大于1.013107Pa33原位土壤蒸氣浸提技術(shù)的影響因素（周啟星，2019）條件有利因素不利因素污染物 主要形態(tài)氣態(tài)或蒸氣態(tài)固態(tài)或強(qiáng)烈吸附于土壤 蒸氣壓大于13332.2pa小于13332.2pa 水中溶解度小于100mg/L大于1000mg/L 亨利常數(shù)大于0.01（無(wú)量綱）小于0.01（無(wú)量綱）土壤 溫度大于20（通常需要額外加熱）小于10（通常北方氣候條件下）濕度小于10%體積大于10%體積空氣傳導(dǎo)率大于10-

17、4cm/s小于10-6cm/s組成均勻不均勻土壤表面積小于0.1m2/g土壤大于1.0m2/g土壤地下水深度大于20m小于1m34（二）固化穩(wěn)定化技術(shù)（solidification/stabilization） 固化穩(wěn)定化技術(shù)是指通過物理的或化學(xué)的作用以固定污染物的一組技術(shù)。 固化技術(shù)指向土壤添加黏結(jié)劑而引起石塊狀固體形成的過程； 穩(wěn)定化技術(shù)指通過化學(xué)物質(zhì)與污染物之間的化學(xué)反應(yīng)使污染物轉(zhuǎn)化成不溶態(tài)的過程。 根據(jù)黏結(jié)劑的不同常分為： 適合污染物：無(wú)機(jī)污染物，一般不適于有機(jī)污染物。 采用的粘結(jié)劑：水泥、石灰、瀝青、熱塑塑料、一些有專利的添加劑等。35根據(jù)修復(fù)位置分： 原位固化/穩(wěn)定化技術(shù) 異位固化

18、/穩(wěn)定化技術(shù)原位：鉆孔、注射粘結(jié)劑，大型攪拌裝置混合。處理后，凝結(jié)層上覆蓋清潔土壤。不適用于有機(jī)污染物；水泥固化時(shí)土壤溫度升高，有機(jī)污染物和Hg揮發(fā)。異位：污染土壤挖掘出來(lái)，與粘結(jié)劑結(jié)合，使污染物固化。處理后的土壤可以運(yùn)回原處，也可運(yùn)往別處填埋處置。主要用于無(wú)機(jī)污染物，但水泥固化也曾被用于加拿大安大略湖沿湖一個(gè)多氯聯(lián)苯PCBs污染土壤的處理：污染土壤PCBs含量達(dá)到50-700 mg/kg。36原位固化過程示意圖（Pierzynski G.M.,2019） 37污染土壤干料膠結(jié)物質(zhì)水處理后土壤異位固化示意圖38 固化/穩(wěn)定化技術(shù)可被用于處理大量的無(wú)機(jī)物，也可適用于部分有機(jī)物：優(yōu)點(diǎn)：可同時(shí)處理多

19、種污染物污染的土壤，設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低。缺點(diǎn)：它不破壞、不減少污染物，僅僅是限制污染物對(duì)環(huán)境的有效性。隨著時(shí)間的推移，被固定的污染物有可能重新釋放出來(lái)，對(duì)環(huán)境造成危害。39（三）玻璃化技術(shù)（vitrification） 玻璃化技術(shù)是指用高溫熔融污染土壤使其形成玻璃體或固結(jié)成團(tuán)的技術(shù)。廣義上講，玻璃化技術(shù)屬于固化技術(shù)。 無(wú)機(jī)污染物被結(jié)合在玻璃體中，有機(jī)污染物揮發(fā)。 40 原位玻璃化技術(shù)指指向污染土壤插人電極，對(duì)污染土壤固體組分施加1600-2000的高溫處理，使有機(jī)污染物和部分無(wú)機(jī)污染物如硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽等得以揮發(fā)或熱解而從土壤中去除的過程，無(wú)機(jī)污染物(如重金屬和放射性物質(zhì)等)被包覆在冷卻

20、后形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的、不滲水的堅(jiān)硬玻璃體(類似黑耀巖或玄武巖)中；熱解產(chǎn)生的水分和熱解產(chǎn)物由氣體收集系統(tǒng)收集后作進(jìn)一步的處理。 41 原位玻璃化技術(shù)示意圖（Iskandar et al.,2019）考慮的因素有：導(dǎo)體的填埋方式、礫石含量、易燃易爆物質(zhì)的積累、可燃有機(jī)質(zhì)的含量、地下水位和含水量。 42異位玻璃化技術(shù)指污染土壤挖出，利用等離子體、電流或其他熱源在1600-2000的高溫下熔化土壤及其污染物，有機(jī)污染物在此高溫下被熱解或蒸發(fā)而去除，產(chǎn)生的水汽和熱解產(chǎn)物收集后由尾氣處理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理后排放。熔化物冷卻后形成的玻璃體將無(wú)機(jī)污染物包覆起來(lái)，使其失去遷移性。 異位玻璃化技術(shù)示意圖 43（

21、四）熱處理技術(shù)（thermal treatment） 熱處理技術(shù)是利用高溫所產(chǎn)生的一些物理和化學(xué)作用，如揮發(fā)、燃燒、熱解，去除或破壞土壤中的有毒物質(zhì)的過程。該技術(shù)常用于處理有機(jī)污染的土壤，如揮發(fā)性有機(jī)物、半揮發(fā)性有機(jī)物、農(nóng)藥、高沸點(diǎn)氯代化合物，也適用于部分重金屬污染的土壤，如揮發(fā)性金屬汞，也可以通過熱處理技術(shù)被去除。 A 熱解吸技術(shù) 包括兩個(gè)過程： 污染物通過揮發(fā)作用，從土壤轉(zhuǎn)移到蒸氣中； 以濃縮污染物或高溫破壞污染物的方式處理第一階段產(chǎn)生的廢氣中的污染物。44典型的熱解包括：預(yù)處理、解析、固相后處理和氣體后處理等過程。熱解吸技術(shù)適用的污染物有：揮發(fā)和半揮發(fā)有機(jī)污染物、鹵化和半鹵化有機(jī)污染物、

22、多環(huán)芳烴、重金屬、氰化物、炸藥等。不適合于多氯聯(lián)苯、二惡英、呋喃、除草劑和農(nóng)藥、石棉、非金屬、腐蝕性材料。45B 焚燒 高溫條件下（800-2500 ）通過熱氧化作用以破壞污染物的異位熱處理技術(shù)。適用于揮發(fā)和半揮發(fā)有機(jī)污染物、鹵化和半鹵化有機(jī)污染物、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、二惡英、呋喃、除草劑和農(nóng)藥、氰化物、炸藥、石棉、腐蝕性物質(zhì)。不適用于非金屬和重金屬。46 熱處理：直接加入使污染物揮發(fā)或分解，間接加熱使污染物揮發(fā)； 針對(duì)高濃度土壤污染。 對(duì)象：VOCs、水銀、農(nóng)藥、油等； 優(yōu)點(diǎn)：可使VOCs完全實(shí)現(xiàn)無(wú)害化； 日處理能力可達(dá)200t。47實(shí)際工程污染土壤外熱裝置修復(fù)土壤焚燒裝置煙囪熱交換填埋熱解

23、氣體化學(xué)試劑熱處理典型流程：48（五）電動(dòng)學(xué)修復(fù)技術(shù)（thermal treatment） 向土壤施加直流電場(chǎng),在電解、電遷移、擴(kuò)散、電滲透、電泳等作用的共同作用下，使土壤溶液中的離子向電極附近富集從而被去除的技術(shù)，稱為電動(dòng)力學(xué)技術(shù)。 基本原理與電池類似，是利用插人土壤中的兩個(gè)電極在污染土壤兩端加上低壓直流電場(chǎng)，在低強(qiáng)度直流電的作用下，土壤中的帶電顆粒在電場(chǎng)內(nèi)作定向移動(dòng)，土壤污染物在電極附近富集或被收集回收。目標(biāo)污染物包括大部分無(wú)機(jī)污染物、放射性物質(zhì)及吸附性較強(qiáng)的有機(jī)物。 49A 電遷移 指離子和離子型絡(luò)合物在外加直流電場(chǎng)的作用下向相反電極的移動(dòng)。其速度取決于土壤孔隙水流密度、顆粒大小，離子移

24、動(dòng)性、污染物濃度和總離子濃度。B 電滲透 指當(dāng)施加一個(gè)直流電流于充滿液體的多孔介質(zhì)時(shí)，液體就產(chǎn)生相對(duì)靜止的帶電固體表面的移動(dòng)。當(dāng)表面帶負(fù)電時(shí)，液體向陰極移動(dòng)。其大小取決于土壤水中離子和帶電顆粒的移動(dòng)性和水化作用、離子濃度、介電常數(shù)和溫度等。50C 電泳 指帶電粒子或膠體在電場(chǎng)的作用下的移動(dòng)， 結(jié)合在可移動(dòng)粒子上的污染物也隨之而移動(dòng)。陰極反應(yīng)：H2O2H+1/2O2(g)+2e-陽(yáng)極反應(yīng)：2H2O+2e-2OH-+H2(g)電動(dòng)力技術(shù)可以影響的污染物有：重金屬、放射性核素、有毒陰離子、稠的、非水相液體、氰化物、石油烴、炸藥、有機(jī)/離子混合污染物、鹵代烴、非鹵化污染物、多核芳香烴。其中最適合對(duì)金屬

25、污染物的處理。適合于電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)的土壤具有如下特征：水力傳導(dǎo)率較低、污染物水溶性較高、水中的離子化物質(zhì)濃度相對(duì)較低。51電動(dòng)力修復(fù)原理示意圖 52電動(dòng)力學(xué)修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)：適用于任何地點(diǎn)；可在不挖掘條件下處理土壤；最適合黏質(zhì)土；對(duì)飽和和不飽和土壤都潛在有效；可處理有機(jī)無(wú)機(jī)污染物；可從非均質(zhì)的介質(zhì)中除去污染物；費(fèi)用效益比較好電動(dòng)力學(xué)修復(fù)的缺點(diǎn)：污染物的溶解度高度依賴于土壤pH值；要添加增強(qiáng)溶液；當(dāng)高壓電使用到土壤時(shí)，由于溫度的升高，過程的效率降低；如果土壤含碳酸鹽、巖石、石礫時(shí)。去除效率會(huì)顯著下降。53電滲析：土壤處理槽電極槽點(diǎn)源絮凝沉淀回收給水給水泵給水塔抽水泵54（六）稀釋（dilution）

26、和覆土（covering with clean soil）稀釋作用 將污染物含量低的清潔土壤混合于污染土壤，以降低污染土壤污染物的含量。 該作用能降低土壤污染物濃度，因而可降低作物對(duì)土壤污染物的吸收。可通過將深層土壤犁翻上來(lái)與表層土壤混合。覆土 在污染土壤上覆蓋一層清潔土壤，以避免污染土層中的污染物進(jìn)入食物鏈。清潔土層厚度要足夠，以使植物根系不會(huì)延伸到污染土壤中。55優(yōu)點(diǎn)： 技術(shù)性較簡(jiǎn)單、操作容易。缺點(diǎn)： 不能去除土壤污染物，沒有徹底排除土壤污染物的潛在危害，只能抑制土壤污染物對(duì)食物鏈的影響，并不能減少土壤污染物對(duì)地下水等其他環(huán)境部分的危害。56挖掘堆置法系統(tǒng)示意圖57二、化學(xué)修復(fù)技術(shù)（一）土

27、壤淋洗技術(shù)（soil flushing/ washing） 土壤淋洗技術(shù)是在淋洗劑（水或酸或堿溶液、螯合劑、還原劑、絡(luò)合劑以及表面活性劑溶液）的作用下，將土壤污染物從土壤顆粒去除的一種修復(fù)技術(shù)。 可分為：原位淋洗技術(shù)和異位淋洗技術(shù)兩種。58原位淋洗技術(shù)：在田間直接將淋洗劑加入污染土壤中，經(jīng)過必要的混合，使土壤污染物溶解進(jìn)入淋洗溶液，而后使淋洗溶液往下滲透或水平排出，最后將含有污染物的淋洗溶液收集、再處理的過程。影響因素有：土壤質(zhì)地和陽(yáng)離子交換量。異位淋洗技術(shù)：指將污染土壤挖掘出來(lái)，用水或其他化學(xué)溶液進(jìn)行清洗使污染物從土壤中分離出來(lái)的一種化學(xué)處理方法。土壤性質(zhì)嚴(yán)重影響該技術(shù)的應(yīng)用，質(zhì)地較輕土壤適

28、合于本技術(shù)，黏重土壤處理起來(lái)較困難。59土壤淋洗法對(duì)象：重金屬、農(nóng)藥、油等土壤淋洗法60車載式固定式61淋洗機(jī)械分離裝置30m3/h處理能力淋洗修復(fù)工程62（二）原位化學(xué)氧化技術(shù)（in-site chemical oxidation） 原位化學(xué)氧化技術(shù)是通過混入土壤的氧化劑與污染物發(fā)生氧化反應(yīng)，使污染物降解成為低濃度、低移動(dòng)性產(chǎn)物的技術(shù)。 該技術(shù)適用于被油類、有機(jī)溶劑、多環(huán)芳烴、農(nóng)藥以及非水溶性氯化物所污染的土壤。 常用的氧化劑有K2MnO4、H2O2、O3以及溶解氧等。田間最常用的是Fenton試劑，是一種加入鐵氧化劑的H2O2氧化劑。63原位化學(xué)氧化技術(shù)概念圖 64（三）化學(xué)脫鹵技術(shù)（ch

29、emical dehalogenation） 化學(xué)脫鹵修復(fù)技術(shù)又稱氣相還原技術(shù)，是一種異位化學(xué)修復(fù)技術(shù)，處理過程包括使用特殊還原劑或高溫和還原條件使鹵化有機(jī)污染物還原。 該技術(shù)適用于揮發(fā)和半揮發(fā)性有機(jī)污染物、鹵化有機(jī)污染物、多氯聯(lián)苯、二惡英、呋喃等所污染的土壤，不適用于非金屬鹵化有機(jī)污染物和重金屬、多環(huán)芳烴、除草劑和農(nóng)藥、炸藥、石棉、氰化物、腐蝕性物質(zhì)、非鹵化有機(jī)污染物等。 65（四）溶劑提取技術(shù)（solvent extraction） 溶劑提取技術(shù)，是一種異位修復(fù)技術(shù)，在該過程中，污染物轉(zhuǎn)移進(jìn)入有機(jī)溶劑或超臨界液（SCF），而后溶劑被分離以進(jìn)一步處理或棄置。 該技術(shù)適用于揮發(fā)和半揮發(fā)性有機(jī)污

30、染物、鹵化或非鹵化有機(jī)污染物、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、二惡英、呋喃、除草劑和農(nóng)藥、炸藥等所污染的土壤，不適用于非金屬和重金屬、石棉、氰化物、腐蝕性物質(zhì)。另外黏質(zhì)土和泥炭土不適用與該技術(shù)。 66（五）農(nóng)業(yè)改良措施（agricultural remediation） 農(nóng)業(yè)改良措施指采用一般農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可操作的技術(shù)措施，以達(dá)到降低土壤重金屬有效性、抑制土壤重金屬向農(nóng)作物遷移的技術(shù)。農(nóng)業(yè)改良措施包括施用改良物料和調(diào)節(jié)土壤氧化還原狀況等方面。 該技術(shù)包括添加石灰等無(wú)機(jī)材料、有機(jī)物和還原物質(zhì)（如多硫碳酸鹽和硫酸亞鐵等）。改良物料不能去除土樣中的污染物，但卻能夠在一定時(shí)期內(nèi)不同程度地固定土壤污染物，抑制其危害性。

31、 671.中性化技術(shù)中性化技術(shù)是指利用中性化材料（如石灰、鈣鎂磷肥）提高酸性土壤pH以降低重金屬的移動(dòng)性和有效性的技術(shù)。該技術(shù)在酸性土壤的改良方面的應(yīng)用有著悠久的歷史。優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用低、取材方便、見效快、可接受性和可操作性較好； 缺點(diǎn)：不能從污染土壤中取出污染物，效果具有一定的時(shí)間性。土壤中的重金屬除因pH升高而產(chǎn)生沉淀外，還包括與鈣、鎂產(chǎn)生共沉淀，與磷酸根、碳酸根形成沉淀，與土壤硫離子形成硫化物沉淀等。 682.有機(jī)改良物料有機(jī)改良劑包括各種有機(jī)物料，如植物秸稈、各種有機(jī)肥、泥炭（或腐殖酸）、活性炭等。有機(jī)物料可通過與重金屬的配合作用而改變土壤中重金屬的形態(tài)，也可通過改變土壤的其他化學(xué)條件（pH

32、、Eh、微生物活性等）而改變土壤重金屬形態(tài)和生物有效性。有機(jī)物料可能抑制重金屬有效性，也可能促進(jìn)土壤重金屬有效性。693.無(wú)機(jī)改良物料除石灰和鈣鎂磷肥等中性化材料之外，還可以使用其他無(wú)機(jī)改良劑以降低土壤重金屬有有效性，抑制作物對(duì)土壤重金屬的吸收。常用的無(wú)機(jī)改良劑有石灰、鈣鎂磷肥、沸石、磷肥、膨潤(rùn)土、褐藻土、鐵錳氧化物、鋼渣、粉煤灰、風(fēng)化煤等。石灰、鈣鎂磷肥、鋼渣、粉煤灰等通過提高土壤pH影響土壤重金屬活性，而沸石、膨潤(rùn)土、褐藻土等主要是通過對(duì)重金屬的吸附固定來(lái)降低土壤重金屬活性和有效性。704.氧化還原技術(shù)有些重金屬元素本身會(huì)發(fā)生氧化態(tài)和還原態(tài)的轉(zhuǎn)變（如As、Cr、Hg等），不同的氧化態(tài)有不同

33、的溶解性經(jīng)及不同的生物有效性和毒性。如Cr在土壤中大多以固態(tài)存在，有效性較低，而Cr則大多以溶解態(tài)存在，有效性較高，毒性也較高。土壤環(huán)境氧化還原狀態(tài)的控制，一般可以通過水分管理來(lái)實(shí)現(xiàn)，如鎘污染土壤可以采用淹水種稻的方式抑制其有效性。71方法使用的化學(xué)修復(fù)劑適用性過程描述土壤性能改良（一般為原位修復(fù)）石灰、廄肥或其他有機(jī)質(zhì)、污泥、活性炭、離子交換樹脂主要是無(wú)機(jī)污染物，包括重金屬（如鎘、銅、鎳、鋅）、陽(yáng)離子和非金屬及腐蝕性物質(zhì)石灰作為粉狀或以溶劑形式加入土壤，使土壤pH升高，可促使土壤顆粒對(duì)重金屬的吸附增加，使許多重金屬的生物有效性降低；有機(jī)質(zhì)的作用在于對(duì)污染物有強(qiáng)烈的吸附、固定作用；對(duì)于酸性土壤

34、來(lái)說，施石灰還包括酸堿反應(yīng)等，其過程為：H+HO-H2O氧化作用氧化劑氰化物、有機(jī)污染物失去電子的過程，這時(shí)原子、離子或分子的化學(xué)價(jià)增；對(duì)于有機(jī)污染物來(lái)說，氧化過程通常是分子中加入氧，最終結(jié)果是生成二氧化和水，有機(jī)污染物在高溫作用下分子加入氧，最終生成二氧化碳和水燃燒過程（高溫氧化）有機(jī)污染物有機(jī)污染物在高溫作用下分子中加入氧，最終產(chǎn)生二氧化碳和水催化氧化催化劑酯類、酰胺、氨基甲酸酯、磷酸酯和農(nóng)藥等在催化劑的作用下失去電子的過程還原作用還原劑(如多硫碳酸鈉、多硫代碳酸宜酯(Polithiocarbonate）、硫酸鐵和有機(jī)物質(zhì)等)Cr6+、Se6+、含氯有機(jī)污染物、非飽和芳香烴、多氯聯(lián)苯、鹵化

35、物和脂肪族有機(jī)污染物等得到電子的過程，這時(shí)原子、離子或分子的化學(xué)價(jià)下降，如Cr6+Cr3+對(duì)于有機(jī)污染物來(lái)說，這通常是分子中加入氫的過程水解作用水或鹽溶液有機(jī)污染物RX+H2OROH+HX環(huán)境pH、溫度、表面化學(xué)以及催化物質(zhì)的存在，對(duì)該過程發(fā)生影響降解作用易降解有機(jī)污染物通過化學(xué)降解，污染物最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水聚合作用聚合劑脂肪化合物、含氧有機(jī)物幾個(gè)小分子的結(jié)合形成更為復(fù)雜的大分子的過程，即所謂的聚合作用；不同分子的聯(lián)合，為共聚作用質(zhì)子傳遞質(zhì)子供體TCDD、酮類、PCBs等通過質(zhì)子傳遞改變污染物的毒性或生物有效性脫氯反應(yīng)堿金屬氫氧化物（如氫氧化鉀）等PCBs、二惡英/呋喃，含鹵有機(jī)污染物，揮

36、發(fā)性/半揮發(fā)性有機(jī)污染物主要涉及含鹵有機(jī)污染物的還原，如PCBs被還原為甲烷和氯化氫，往往通過升高溫度（有時(shí)達(dá)到850以上）、使用特定化學(xué)修復(fù)劑、熱還原過程實(shí)現(xiàn)其他揮發(fā)促進(jìn)劑專性有機(jī)污染物促進(jìn)有機(jī)污染物的揮發(fā)作用以達(dá)到揮發(fā)的目的污染土壤化學(xué)修復(fù)的一些較為典型的方法 72三、植物修復(fù)技術(shù) 植物修復(fù)技術(shù)（phytoremediation）指利用植物及其根際微生物對(duì)土壤污染物的吸收、揮發(fā)、轉(zhuǎn)化、降解、固定作用而去除土壤中污染物的修復(fù)技術(shù)。 廣義植物修復(fù)技術(shù)不僅包括污染環(huán)境土壤的植物修復(fù)，還包括污水植物修復(fù)和植物空氣的凈化等。具有將污染物從土壤中徹底去除、對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小、提高土壤肥力、成本低、操作簡(jiǎn)單等

37、優(yōu)點(diǎn)。73 根據(jù)美國(guó)能源部規(guī)定，能用于植物修復(fù)的最好的植物應(yīng)具有以下幾個(gè)特性： （a）即使在污染物濃度較低時(shí)也有較高的積累速率； （b）能在體內(nèi)積累高濃度的污染物； （c）能同時(shí)積累幾種金屬； （d）生長(zhǎng)快，生物量大； （e）具有抗蟲抗病能力。 經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)室研究及野外試驗(yàn)，人們已經(jīng)找到了一些能吸收不同金屬的植物種類，及改進(jìn)植物吸收性能的方法，并逐步向商業(yè)化發(fā)展。74植物修復(fù)示意圖 75（一）植物提取技術(shù)（phytoextraction） 植物提取指植物根系吸收污染物并將污染物富集于植物體內(nèi)，而后將植物體收獲、集中處置的過程。 適用于植物提取技術(shù)的污染物包括：金屬（Ag、Cd、Co、Cr、H

38、g、Mo、Ni、Pb、Zn、As、Se）、放射性元素（90Sr、137Cs、239Pu、238U、234U）和非金屬（B）等。76植物提取技術(shù)應(yīng)用最廣泛的是利用超富集植物進(jìn)行修復(fù)，所謂超富集植物是指能超量富集金屬元素的植物。如砷的超富集植物蜈蚣草、鋅的超富集植物東南景天等。植物提取技術(shù)的影響因素：植物本身的富集能力、植物可收獲部分的生物量以及土壤條件（如土壤質(zhì)地、土壤酸度、土壤肥力、金屬種類及形態(tài)等）77種產(chǎn)地CuPbZnCdNiCoCrAsAeollanthus biformifolius De Wild非洲砂壩哈39202820Haumaniastrum Robertti非洲砂壩哈2070

39、10200Armeria Maritima Var. Halleri德國(guó)1600Cardaminossis balleri德國(guó)13600Dichapetalum gelonioides非洲砂壩哈30000Minuartia verna南斯拉夫11400Polycarpaea synandra澳大利亞10506960Thlaspi brachypetalum法國(guó)15300T. caerulescens歐洲中西部2740437102130T. ochroleucum希臘12104130T.rotundifolim subsp.cepaeifolium奧地利/意大利820017300T. caeru

40、lescens英國(guó)86423036258T. rotundifolim (L.) Gaudin subsp. Cepaeifolium中歐8200Viola calaminaria比利時(shí)/德國(guó)10000Alyssum bertolonii意大利13400Bornmuellera tymphacea希臘31200Dicoma niccolifera Wild津巴布韋1500Sutera fodina Wild津巴布韋2400Pteris vittata L.中國(guó)5000 一些典型的超富集植物及其植物體中最大金屬含量 78（二）植物降解作用（phytodegradation） 植物降解作用指被吸收

41、的污染物通過植物體內(nèi)代謝過程而降解的過程，或污染物在植物產(chǎn)生的化合物（如酶）的作用下在植物體外降解的過程。優(yōu)點(diǎn)：可出現(xiàn)在生物降解無(wú)法處理的土壤條件中。缺點(diǎn)：可形成有毒的中間產(chǎn)物或降解產(chǎn)物，較難測(cè)定植物體內(nèi)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物植物降解對(duì)象主要是有機(jī)污染物，如含氯溶劑、除草劑、殺蟲劑、炸藥等79（三）植物穩(wěn)定化作用（phytostabilization） 植物穩(wěn)定化作用指通過根系的吸收和富集、根系表面的吸附或植物根圈的沉淀作用而產(chǎn)生的穩(wěn)定化作用；或利用植物或植物根系保護(hù)污染物，使其不因風(fēng)、侵蝕、淋溶以及土壤分散而遷移的穩(wěn)定化作用。 植物穩(wěn)定化作用通過根際微生物活動(dòng)、根際化學(xué)反應(yīng)和土壤性質(zhì)或污染物的化學(xué)變

42、化而起作用的。80優(yōu)點(diǎn)：不需要移動(dòng)土壤，費(fèi)用低，對(duì)土壤的破壞小，植被恢復(fù)還可促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)重建，不要求對(duì)有害物質(zhì)或生物體進(jìn)行處置。缺點(diǎn)：并沒有將環(huán)境中的重金屬離子去除，只是暫時(shí)將其固定，使其對(duì)環(huán)境中的生物不產(chǎn)生毒害作用，沒有徹底解決環(huán)境中的重金屬問題。如果環(huán)境條件發(fā)生變化，金屬的生物可利用性可能又會(huì)發(fā)生改變。 植物穩(wěn)定化作用對(duì)象主要是重金屬，如砷、鎘、鉻、銅、汞、鉛、鋅等。81 （三）植物揮發(fā)作用（phytovolatilization) 植物揮發(fā)是利用植物去除環(huán)境中的一些揮發(fā)性污染物，即植物將污染物吸收到體內(nèi)后又將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中。 有人研究了利用植物揮發(fā)去除環(huán)境中汞，即將細(xì)菌體內(nèi)的汞還原基因轉(zhuǎn)入十字花科擬南芥屬（Arabidopsis)中，這一基因在該植物體內(nèi)表達(dá)，將植物從環(huán)境中吸收的汞還原為HgO，使其成為氣體而揮發(fā)。 由于這一方法只適用于揮發(fā)性污染物，應(yīng)用范圍很小，并且將污染物轉(zhuǎn)移到大氣中對(duì)人類和生物有一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此它的應(yīng)用將受到限制。82四、生物修復(fù)技術(shù) 污染土壤生物修復(fù)技術(shù)，也稱生物處理指利用天然存在的或特別培養(yǎng)的微生物在可調(diào)控的環(huán)境條件下將土壤中有毒污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒污染物的處理技術(shù)。 生物修復(fù)技術(shù)取決于生物過程或因生物而發(fā)生的過程，如降解、轉(zhuǎn)化、吸附、富集或溶解等。83生物修復(fù)技術(shù)的分類： 1.自然生物