重金屬無害化及土壤修復技術(shù)-初稿

重金屬無害化及土壤修復技術(shù)北京華清佰利環(huán)保工程有限公司天津設計部2014.3.31大綱重金屬無害化

（1）重金屬污染（2）重金屬無害化技術(shù)土壤修復技術(shù)

（1）環(huán)境修復的概念、對象和任務、類型、產(chǎn)生與發(fā)展（2）土壤的組成與作用（3）土壤的污染（4）土壤修復技術(shù)介紹（5）土壤修復工程介紹重金屬無害化

重金屬污染指由重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染。主要由采礦、廢氣排放、污水灌溉和使用重金屬制品等人為因素所致。因人類活動導致環(huán)境中的重金屬含量增加，超出正常范圍，并導致環(huán)境質(zhì)量惡化。2011年4月初，我國首個“十二五”專項規(guī)劃——《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》獲得國務院正式批復，防治規(guī)劃力求控制5種重金屬（汞、鎘、鉻、鉛、砷等）。重金屬污染PbCdCrHgAs重金屬污染危害及特點重金屬危害：(1)影響植物根和葉的發(fā)育；(2)破壞人體神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)等重金屬污染特點：重金屬在不同的賦存介質(zhì)（水體、空氣、土壤、固廢等）之間可進行遷移轉(zhuǎn)化，并可通過食物鏈危害人體健康，具有隱蔽性、長期性、不可逆性等特征。重金屬無害化水體重金屬治理技術(shù)

水體重金屬污染修復治理采用以下兩條基本途徑，一是降低重金屬在水體中的遷移能力和生物可利用性；二是將重金屬從被污染水體中徹底清除。目前國內(nèi)外主要存在5種治理水體重金屬污染的方法：

（1）稀釋法、換水法；（2）化學混凝、吸附法；（3）離子還原、交換法；（4）膜分離法；（5）生物（植物、動物、微生物和藻類）修復法。重金屬無害化空氣重金屬無害化技術(shù)

空氣中的重金屬是存在于大氣顆粒物(TSP)當中的，而粒徑小于10μm的大氣顆粒物(可吸入顆粒物PM10)含有更高含量的重金屬。據(jù)報道，大約75%～90%的重金屬分布在PM10中，且粒徑越小，重金屬含量越高。因此，要提取大氣中的重金屬，首先得除塵。除塵后形成的污染物，例如飛灰、污泥等則為含重金屬污染的固體廢棄物。因此空氣重金屬無害化技術(shù)可劃歸為固體廢棄物重金屬無害化技術(shù)。重金屬無害化固體廢物重金屬無害化技術(shù)

對于含有大量重金屬的固體廢棄物，例如尾礦（尾砂、礦冶廢渣、煤矸石、廢石等）、工業(yè)污泥、生活垃圾、污染土壤等無害化，目前已經(jīng)有許多應用性成果可供借鑒。在諸多處理手段中，已發(fā)展了許多重金屬污染治理技術(shù)，穩(wěn)定化技術(shù)是重金屬污染廢棄物無害化的一項重要技術(shù)，在區(qū)域性集中管理系統(tǒng)中占有重要地位。這些重金屬穩(wěn)定化技術(shù)概括起來包括：惰性固體基材固化技術(shù)，藥劑穩(wěn)定化技術(shù)，pH值控制技術(shù)，氧化還原電勢控制技術(shù)，沉淀技術(shù)，束縛于不溶性基質(zhì)技術(shù)，吸附技術(shù)等。重金屬無害化

將有害廢物固定或包封在惰性固體基材中的處理方法，稱為穩(wěn)定化或固化。有害廢物經(jīng)過穩(wěn)定化／固化處理，其浸出毒性將大大降低，能安全地運輸，并能方便地進行最終處置。對于穩(wěn)定性和強度適宜的產(chǎn)品，還可作為建筑基材使用，穩(wěn)定化/固化技術(shù)作為廢物資源化利用或最終處置的預處理技術(shù)，在國內(nèi)外已得到廣泛應用。

現(xiàn)在已經(jīng)得到開發(fā)利用的穩(wěn)定化/固化技術(shù)主要包括水泥固化、凝硬性材料固化、熱塑性做包胎、大型包膠、自膠結(jié)固化和水玻璃固化等幾種類型。常規(guī)的穩(wěn)定化、固化技術(shù)存在著一些不可忽視的問題，如廢物經(jīng)固化處理后，其增容比較大；固化體的長期穩(wěn)定性等。目前對固化試樣的長期化學浸出行為和物理完整性還沒有客觀的評價，這些都影響常規(guī)穩(wěn)定化/固化技術(shù)在未來危險廢物處理中的進一步應用。針對這些問題，近年來提出采用高效化學穩(wěn)定藥劑進行無害化處理的概念。重金屬無害化惰性固體基材固化技術(shù)

藥劑穩(wěn)定化處理是指在廢棄物中加入某種化學物質(zhì)，使廢物中的有害成分經(jīng)過變化或被引人某種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)中而無害化。在廢物中先加入某些藥劑，使有害成分先與其發(fā)生作用，再進行固化，其浸出毒性將大大降低。

用藥劑穩(wěn)定化技術(shù)處理危險廢物，可以在實現(xiàn)廢物無害化的同時，達到廢物少增容或不增容，從而提高危險廢物處理、處置系統(tǒng)的總體效率和經(jīng)濟合理性。同時，還可通過改進螯合劑等的結(jié)構(gòu)和性能，使其與廢物中的危險成分之間的化學螯合作用得到強化，進而提高穩(wěn)定化產(chǎn)物的長期穩(wěn)定性，減少最終處置過程中穩(wěn)定化產(chǎn)物對環(huán)境的影響。因此，藥劑穩(wěn)定化固化投術(shù)將有其廣泛的應用前景。重金屬無害化藥劑穩(wěn)定化技術(shù)pH值控制技術(shù)是一種最普遍、最簡單的方法。其原理為：加人堿性藥劑，將廢物的pH值調(diào)整致使重金屬離子具有最小溶解度的范圍，從而實現(xiàn)其穩(wěn)定化。常用的pH值調(diào)節(jié)劑有石灰、蘇打、氫氧化鈉等。對于不同的重金屬離子，其最小溶解度的范圍不同。另外，除了這些常用的強堿外，大部分固化基材，如普通水泥、石灰窯灰渣、硅酸鈉等也都是堿性物質(zhì)，它們在固化廢物的同時，也有調(diào)整pH值的作用，另外，石灰及一些類型的黏土可做pH值緩沖材料。重金屬無害化pH值控制技術(shù)

為了使某些重金屬離子更易沉淀，常要將其還原為最有利的價態(tài)。最典型的是把六價鉻(Cr6+)還原為三價鉻(Cr3+)，五價砷(As5+)還原為三價砷(As3+)；常用的還原劑有硫酸亞鐵、硫代硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、二氧化硫等。重金屬無害化氧化還原電位技術(shù)

即通過添加化學物質(zhì)來改變固體廢棄物中重金屬的溶解性的方法來達到穩(wěn)定的技術(shù)。常用的沉淀劑包括氫氧化物/氧化物、硫化物、硅酸鹽、無機和有機配合物等。部分有機化合物表面的活性基團反應可與重金屬離子結(jié)合形成穩(wěn)定的沉淀，從而去除水相中溶解的重金屬。該技術(shù)可用于濕法選礦形成的尾礦庫廢水中重金屬處理。重金屬無害化沉淀技術(shù)

作為處理重金屬廢物的常用的吸附劑有活性炭、黏土、金屬氧化物(氧化鐵、氧化鎂、氧化鋁)等．天然材料(鋸末、沙、泥炭、沸石等)、人工材料(飛灰、活性氧化鋁、有機聚臺物離子交換樹脂、硅膠)等。上述各種穩(wěn)定化技術(shù)在具體項目中往往需要耦合使用，才能滿足工程治理目標的要求。重金屬無害化吸附技術(shù)環(huán)境修復的概念

修復（remediation）是一個工程上的概念，顧名思義，是指借助外界作用力使某個受損的特定對象部分或全部恢復到原初始狀態(tài)的過程。環(huán)境修復（environmentalremediation）就是研究對被污染的環(huán)境采取物理、化學與生物學技術(shù)措施，使存在于環(huán)境中的污染物質(zhì)濃度減少或毒性降低或完全無害化，使得環(huán)境能夠部分或者全部的恢復到原始狀態(tài)。

環(huán)境污染→健康環(huán)境環(huán)境修復≠環(huán)境凈化環(huán)境修復≠”三廢”治理土壤修復技術(shù)環(huán)境修復的對象和任務根據(jù)環(huán)境修復的概念可知，其對象是自然界中各種各樣因為環(huán)境污染和破壞等而形成的環(huán)境問題，如污染的大氣、水體、土壤等

任務是即使得污染的環(huán)境能夠部分或者全部恢復到原始狀態(tài)。土壤修復技術(shù)環(huán)境修復的類型

根據(jù)環(huán)境修復的對象，環(huán)境修復可分為土壤環(huán)境修復、水體環(huán)境修復、大氣環(huán)境修復、固體廢物環(huán)境修復等幾個類型。根據(jù)環(huán)境修復的方法和技術(shù)手段，環(huán)境修復可分為工程修復、物理修復、化學修復、生物修復四大類型。根據(jù)修復的形式，環(huán)境修復可分為原位修復和異位修復兩個類型。土壤修復技術(shù)人們對環(huán)境質(zhì)量越來越高的要求與隨工業(yè)文明而來的環(huán)境污染和生態(tài)破壞之間的矛盾促使了環(huán)境修復學科的產(chǎn)生。污染預防工程、傳統(tǒng)的環(huán)境工程（即“三廢”治理工程）和環(huán)境修復工程分別屬于污染物控制的產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后三個環(huán)節(jié)，它們共同構(gòu)成污染控制的全過程體系。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境修復的理論研究不斷深入，工程技術(shù)手段也不斷更新，形成了目前物理、化學、生物多種方法共存的局面，并有由物理化學方法向生物方法發(fā)展的趨勢。土壤修復技術(shù)環(huán)境修復的產(chǎn)生和發(fā)展土壤修復技術(shù)土壤環(huán)境大氣環(huán)境水體環(huán)境地質(zhì)環(huán)境生物環(huán)境土壤環(huán)境土壤修復技術(shù)大氣

(空氣遷移)水體(水過程)生物(生物過程)巖石(風化過程)物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)物質(zhì)的平衡和循環(huán)物理的化學的生物的（土壤膠體表面本質(zhì)和特性）（水、熱、能量）物質(zhì)的能量流動和平衡土壤環(huán)境的地位、內(nèi)涵與功能大氣與痕量氣體交換放吸CO2CH4H2SN2OO2水平衡、循環(huán)、轉(zhuǎn)化土壤（固、氣、液、生）原、次生礦物、無機物組成生物養(yǎng)分物質(zhì)循環(huán)動植物區(qū)系及微生物組成、有機物水分性質(zhì)與組成大氣與土壤氣體組成水循環(huán)平衡支調(diào)生物過程提供生物水、養(yǎng)分地質(zhì)循環(huán)地球皮膚土壤修復技術(shù)

土壤污染是指，人類活動產(chǎn)生的污染物進入土壤并積累到一定程度，引起土壤質(zhì)量惡化、功能降低的現(xiàn)象。土壤污染的概念1、有機物類：農(nóng)藥、除莠劑、酚、苯并芘、油類等。2、化學肥料：氮、磷、微量營養(yǎng)元素。3、重金屬：鎘、汞、鉛、鎳、鉻、砷、銅、鋅。4、放射性物質(zhì)：銫-137、鍶-90等。5、致病微生物：腸細菌、腸寄生蟲、結(jié)核桿菌。土壤污染物質(zhì)土壤修復技術(shù)土壤修復技術(shù)1）工業(yè)污染源：工業(yè)“三廢”物質(zhì)排放。2）農(nóng)業(yè)污染源：化肥、農(nóng)藥、畜禽糞便。3）生活污染源：城鄉(xiāng)生活廢水、農(nóng)家肥等。4）其它污染源（廢棄物焚燒等）土壤污染類型及來源土壤修復技術(shù)土壤污染的特點1、隱蔽性和滯后性；2、累積性：持久性有機污染物（POPs）－多氯聯(lián)苯（PCBs）、多環(huán)芳烴（PAHs）、多氯代二苯并二噁英（PCDDs）和重金屬等；3、不可逆性/持久性：難降解性污染物4、環(huán)境遷移與擴散影響5、食物鏈污染土壤修復技術(shù)土壤修復技術(shù)根據(jù)土壤污染類型、特點和污染程度，目前土壤修復技術(shù)主要有工程修復、物理修復、化學修復、生物修復等修復技術(shù)。各修復技術(shù)在經(jīng)濟適用性、技術(shù)可行性方面具有不同特點，針對具體土壤修復項目，可使用不同的修復技術(shù)，或者耦合幾種修復技術(shù)進行修復。

治理重金屬污染土壤的常規(guī)工程修復技術(shù)主要包括客土、換土和深耕翻土等措施。通過客土、換土和深耕翻土與污土混合，可以降低土壤中重金屬的含量，減少重金屬對土壤-植物系統(tǒng)產(chǎn)生的毒害，降低重金屬元素進入食物鏈的量，從而使農(nóng)產(chǎn)品達到食品衛(wèi)生標準土壤修復技術(shù)工程修復技術(shù)土壤修復技術(shù)物理修復技術(shù)

物理分離修復蒸氣浸提修復固定穩(wěn)定化修復電動力學修復熱力學修復土壤修復技術(shù)物理分離修復技術(shù)概念和原理

粒徑分離（篩分）

干篩分、濕篩分、摩擦洗滌等水力學分離

淘選機、機械粒度分級機、水力旋風分離器密度（重力）分離

振動篩、螺旋富集器、搖床脫水分離

過濾、壓濾、離心、沉淀泡沫浮選分離磁分離土壤修復技術(shù)

蒸氣浸提技術(shù)（SVE）是通過降低土壤空氣蒸氣壓，把土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為蒸氣的形式而加以去除，是通過物理方法去除不飽和土壤中揮發(fā)性有機組分（VOCs）污染的一種修復技術(shù)，適用于處理高揮發(fā)性的污染物。限制土壤蒸氣浸提技術(shù)應用效果的因素主要有下層土壤的異質(zhì)性、土壤的滲透性、地下水位、排出的氣體需要進行進一步處理等。蒸氣浸提修復（SVE）土壤修復技術(shù)

物理

固化/穩(wěn)定化修復技術(shù)就是是用物理方法將污染物固定或包封在密實的惰性基材中，使其穩(wěn)定化（無害化或者資源化）的一種過程固化/穩(wěn)定化技術(shù)

電動力學修復技術(shù)利用插入介質(zhì)（土壤或沉積物）中的兩個電極在污染介質(zhì)兩端加上低壓直流電場，在低強度直流電的作用下，水溶的或者吸附在土壤顆粒表層的污染物根據(jù)各自所帶電荷的不同而向不同的電極方向運動：陽極附近的酸開始向介質(zhì)的毛細孔移動，打破污染物與介質(zhì)的結(jié)合鍵，此時，大量的水以電滲析方式在介質(zhì)中流動，土壤等介質(zhì)毛細孔中的液體被帶到陽極附近，這樣就將溶解到介質(zhì)溶液中的污染物吸收至土壤表層得以去除。土壤修復技術(shù)電動力學修復技術(shù)

高溫原位加熱技術(shù)主要處理的污染物有半揮發(fā)性的鹵代有機物和非鹵代有機物、多氯聯(lián)苯以及密度較高的非水質(zhì)的液體有機物。低溫原位加熱處理的污染物主要有半揮發(fā)性的鹵代物和非鹵代物以及濃的非溶性的液態(tài)物質(zhì)，揮發(fā)性有機物也可以用此方法進行處理。此外，原位電磁波加熱修復技術(shù)屬于高溫原位加熱技術(shù)，它利用高頻電壓產(chǎn)生的電磁波能量對現(xiàn)場土壤進行加熱，利用熱量強化土壤蒸氣浸提技術(shù)，使污染物在土壤顆粒內(nèi)解吸而達到修復污染土壤的目的。土壤修復技術(shù)熱力學修復技術(shù)土壤修復技術(shù)

化學淋洗修復化學穩(wěn)定化修復化學氧化還原修復可滲透反應墻化學修復技術(shù)土壤修復技術(shù)化學淋洗修復

借助能促進土壤環(huán)境中污染物溶解或遷移的化學/生物化學溶劑，利用重力作用或通過水力壓頭推動淋洗液注入被污染的土層中，然后把含有污染物的液體從土層中抽提出來，進行分離和污水處理的技術(shù)。土壤修復技術(shù)淋洗液種類

化學淋洗可去除土壤中的重金屬、芳烴和石油類等烴類化合物以及TCE、多氯聯(lián)苯、氯代苯酚等鹵化物。主要的淋洗液包括：清水?？杀苊舛挝廴締栴}，但去除效率有限，主要用于溶于水的重金屬離子的去除。無機溶劑，如酸、堿、鹽。通過酸解、絡合或離子交換作用來破壞土壤表面官能團與污染物的結(jié)合。有成本低、效果好、作用快的優(yōu)點，但破壞土壤結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生大量廢液，后處理成本高等。螯合劑。包括EDTA類人工螯合劑和檸檬酸、蘋果酸等天然螯合劑，主要用于重金屬的去除。人工螯合劑有二次污染問題，天然螯合劑應用前景廣闊。表面活性劑。用于重金屬和疏水性有機污染物的去除?；瘜W表面活性劑有二次污染問題，生物表面活性劑應用前景廣闊。土壤修復技術(shù)化學穩(wěn)定化修復技術(shù)

化學穩(wěn)定化是在污染土壤中加入化學試劑或化學材料，并利用它們調(diào)節(jié)污染土壤環(huán)境條件、控制反應條件、改變污染物的形態(tài)、水溶性、遷移性和生物有效性，使污染物鈍化，形成不溶性或移動性差、毒性小的物質(zhì)而降低其在污染環(huán)境中的生物有效性，減少其向其他環(huán)境系統(tǒng)的遷移或結(jié)合其他修復技術(shù)手段永久地消除污染物，實現(xiàn)污染環(huán)境的化學修復。主要修復對象為重金屬，作用的機理主要包括吸附和離子交換作用、配合作用和共沉淀作用。土壤修復技術(shù)化學氧化修復(chemicaloxidationremediation)主要是向污染環(huán)境中加入化學氧化劑，依靠化學氧化劑的氧化能力，分解破壞污染環(huán)境中污染物的結(jié)構(gòu)，使污染物降解或轉(zhuǎn)化為低毒、低移動性物質(zhì)的一種修復技術(shù)。對于污染土壤來說，化學氧化技術(shù)不需要將污染土壤全部挖掘出來，而只是在污染區(qū)的不同深度鉆井，將氧化劑注入土壤中，通過氧化劑與污染物的混合、反應使污染物降解或?qū)е滦螒B(tài)的變化，達到修復污染環(huán)境的目的?；瘜W氧化修復技術(shù)能夠有效地處理土壤及水環(huán)境中的鐵、錳和硫化氫、三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)等含氯溶劑，以及苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)等生物修復法難以處理的污染物。除了單獨使用外，化學氧化修復技術(shù)還可與其他修復技術(shù)(如生物修復)聯(lián)合使用，作為生物修復或自然生物降解之前的一個經(jīng)濟而有效的預處理方法。

一般來說，化學氧化技術(shù)中的氧化劑應遵循以下原則進行選擇：反應必須足夠強烈，使污染物通過降解、蒸發(fā)及沉淀等方式去除，并能消除或降低污染物毒性；氧化劑及反應產(chǎn)物應對人體無害；修復過程應是實用和經(jīng)濟的?，F(xiàn)有化學氧化技術(shù)所用的氧化劑主要有二氧化氯、高錳酸鉀、臭氧、雙氧水及Fenton試劑高級氧化法、光催化氧化等，其中雙氧水及Fenton試劑高級氧化法目前得到了越來越多的應用?；瘜W氧化修復技術(shù)