污染土壤修复治理技术的研究上海市普陀区科学技术协会.doc

污染土壤修复治理技术研究
可行性研究汇报

中船勘察设计研究院有限企业
6月

目 录
一、 项目概述 1
（一）工程背景概述 1
（二）污染土治理一般措施 6
（三）重点关注治理措施 9
1、换土技术 9
2、固化/稳定化（S/S）技术 11
3、化学淋洗技术 12
4、植物修复技术 16
二、项目目、研究内容、和关键技术 20
（一）项目目 20
（二）研究内容 20
（三）关键技术 21
三、技术路线方案、课题分解 22
四、组织方式及分工 24
（一）科研项目工作措施 24
（二）现场组织措施 25
参照文献 25

一、 项目概述
（一）工程背景概述
伴随我国都市化进程提速和围绕着都市工业设施健全，都市周围土壤污染程度日益加剧。详细表目前，首先未经处理工业废水，废气和废渣，空气粉尘所携带大量污染物，雨水对都市区域冲刷携带污染物最终会汇聚到土壤中和河道中。这些堆积污染物会很轻易地通过水循环，大气循环，食物链再一次进入到人体，危害健康。另首先矿产资源不合理开发及其冶炼排放、长期对土壤进行污水浇灌和污泥施用、人为活动引起大气沉降、化肥农药使用等原因，导致了土地污染面积不停扩大，土壤污染日益严重。
根据全国土壤污染调查成果，目前我国受污染耕地约有1.5亿亩，占18亿亩耕地8.3%，多是集中在经济较发达地区。另根据国家环境保护部门组织《经典区域土壤环境质量状况探查研究》显示，珠三角部分都市有近40%农田菜地土壤重金属污染超标，其中10%属严重超标。据估算，全国每年因重金属污染粮食达1200万吨，导致直接经济损失超过200亿元。土壤污染具有隐蔽性、毒害性、累积性、长期性、多样性和滞后性特点，被污染土壤通过地下水或生物富集作用直接或间接地影响着人类健康。
出于历史原因，中国土壤污染主体大多是各类国有工厂，通过多轮改制重组，诸多工厂产权归属关系已经多次变化，即便产权明晰，也很难有能力再去支付高额土壤修复费用。因此，“谁污染，谁治理”这一环境保护行业通行准则，在土壤修复行业主线行不通。目前少数比较成熟商业化项目，重要依托于房地产，由房地产开发商买单。除此之外，绝大多数土壤修复项目重要依托财政拨款或者银行贷款方式进行。但今背面对大量类似项目，完全依托政府支付显然并不现实。鉴于此，目前土壤修复多是场地修复，耕地修复由于难以找到买单人，修复很少。
欧美等发达国家都市，在郊区化和逆都市化过程中，也曾出现大量因工业企业搬迁而废弃遗留下来“棕地”。自20 世纪70 年代开始，欧美等发达国家采用了一系列措施应对此类环境问题，包括制定政策法规、编制行业原则、设置修复基金、鼓励修复技术与装备创新等。我国对污染场地问题关注比较晚， 年原国家环境保护总局才开始规定对搬迁遗留污染场地必须进行监测和修复后方可再使用(“有关切实做好企业搬迁过程中环境污染防治工作告知”环办［ ］47 号)。同欧美等发达国家相比，我国在工业污染场地方面法律法规体系、现实状况调查和特性分析、修复技术研发水平以及实际工程应用经验上还存在较大差距。
上海西北角普陀桃浦地区，是上世纪著名老工业基地，众多化工、医药企业为桃浦乃至整个上海经济、产业产值做出了杰出奉献。不过不可防止工业排放却也污染了区域环境，影响了桃浦整体形象。此后十年，曾经污染严重上海老工业重镇桃浦将“再造一种漕河泾”，并实现城区再生、产业升级、环境修复再生之路。未来桃浦有望通过新一代科技商务园区、地区级公共活动中心、多元化都市宜居小区和超大规模生态型中央主题公园分期建设，形成工作-生活-休闲-学习融为一体发展格局，详见图1。

图1 桃浦未来规划图

根据所掌握桃浦地区资料，该地辨别布如下工业类型：化学原料及化学品制造，造纸及纸制品，金属冶炼及延压加工，废弃资源和废旧材料回收加工，燃气生产和供应，生活垃圾和餐饮等，也许受到污染类型有：挥发性有机物，半挥发性有机物，重金属，持久性有机污染物，农药，氯代有机物，有机物等。以往研究发现，该地区土壤中发现含量异常重金属有：镉，铬，汞，镍，铅，铜，锌。 根据有关参照资料，按照1：10000布置原则，桃浦区8种重金属评价质量按图2~图9所示：

图2 镉质量评级 图3 铬质量评级

图4 汞质量评级 图5 镍质量评级

图6 铅质量评级 图7 砷质量评级

图8 铜质量评级 图9 锌质量评级

由以上8种重金属质量评级，可看到镉、锌大部分区域处在二级原则，部分区域超二级原则；铬、汞、铅、铜基本上都处在二级原则；镍和砷处在一级原则。
根据有关规范可知，不超过二级原则，表明清洁或者尚清洁，但予以警惕，及时找出和控制土壤污染源；超过二级原则，可进行深入详查，若有有关污染危害则进行整改。初步可以判断桃浦区受关注无机污染重要为镉、锌和砷污染。另根据有关环评资料可知，桃浦地区也受挥发性和半挥发性有机污染。不管是无机污染还是有机污染，在场地调查时需深入详查。

（二）污染土治理一般措施
污染土处置与修复应根据污染程度、分布范围、土性质、修复原则、处理工期和处理成本等综合考虑。国内常见污染土修复治理措施诸多，如物理，化学，微生物等修复技术，这些措施合用范围及局限性如表1所示。国外常常使用整改措施：生物通气法、化学措施，详情见图10～图13。

表1 常见场地土壤修复技术优缺陷对比
修复技术类别
修复内容及应用范围
局限性
换土技术
被污染土壤挖除并置换成洁净土壤，污染场地急需使用。
技术成熟，但需占用大量场地，也许形成二次污染。
土壤淋洗技术
运用流体淋洗出土壤中污染物。合用于SVOCs、燃油和无机物，该技术提供回收金属和大范围清除有机和无机污染物粗颗粒土也许。
细土壤颗粒（如粉土和粘土）也许规定加入聚合物使它们从洗液中清除，复杂废物混合物（例如金属与有机物混合）使洗液配方难以确定，土壤中高腐殖质含量也许规定预处理，水流规定处理。
微生物修复技术
运用各类微生物对污染土壤中有机物进行降解，最终产物是CO2和H2O。合用于各类油类污染物以及半挥发性及非挥发性有机物、燃料、PCP、杂芬油、PCBs等物质。
合用于各类油类污染物以及半挥发性及非挥发性有机物、燃料、PCP、杂芬油、PCBs等物质。
化学修复技术
运用氧化还原反应将土壤当中具有危害性污染物转化成为低毒和无毒化合物或者化学稳定性更高、迁移性更弱新化合物。重要用于氯化物处理和脱氧作用。
在土壤透气度低或者土壤已分化场地使用，成效不高。
物理分离技术
通过物理方式将污染土壤中污染物从土壤当中转移出去，以到达修复目。合用多种有机污染和重金属污染。
目前仍处在试验研究阶段，进行大规模工程应用，仍需处理诸多实际问题。
植物修复技术
借助植物对土壤当中污染物进行吸取、转移、降解措施。
合用于土壤污染程度相对较低、面积广场地。
高温处理技术
通过10000C左右高温将污染物中卤代化合物以及其他某些难融解有机物进行热解焚毁并挥发出去。
费用比较高，残留物质有潜在处理问题，对操作工艺规定相对较高。

图10 化学措施示意图
该措施视不一样场地，具有不一样污染物状况而定。化学措施需要处理大量具有危险性气化剂。部分受关注化学污染物具有抗氧化能力。当时在土壤透气度低或者土壤已分化场地使用这些措施，成效不高。

图11 生物通气法原理示意图
该措施被证明可以整改被石油碳氢化合物，不含氯溶剂，部分除虫剂和其他有机化学品污染土壤，该措施成效受土壤湿度影响，透气度低土壤会减少该措施效用。

图12 洗土法
该措施需要大面积场地，以便放置有关设备。处理后土壤可以再运用，但有少许残渣需要弃置。若土壤腐殖质含量偏高，便需要作预先处理，但吸附在粘土型颗粒上有机物质也许难以清除。

（三）重点关注治理措施
根据国内外目前常用污染土壤修复方式，考虑到治理工程时效性与经济性，结合目前单位实际，选用如下四种措施，以供选择和参照，这也是本次科研重点。
1、换土技术
“换土”是一种异位土壤修复技术，它包括异地填埋和异地水泥窑焚烧等。由于该措施见效快，对原址开发建设进度影响小，另由于诸多房地产开发商对于场地开发有时间限制，大多是3-6个月。因此目前在国内土壤修复被较多采用。它一般分为客土、换土、深层翻土等措施，详见图13。
① 客土是把未经污染土壤加入到污染土壤中，使表面土层污染物含量减少来处理污染土壤措施，减少对人类及自然界危害。
② 换土是将污染场地土壤运送到其他地方，在移走污染土壤场地上换上未污染土壤。
③ 深层翻土就是将受污染土壤场地，用机械挖掘设备将深层未被污染土壤或是污染较轻土壤，翻至场地表面，覆盖其污染土壤。

图13 换土修复技术
为便于污染土壤外运，工程可采用分层分区倒退挖掘方式进行施工，挖掘土壤直接装车外运至接受点进行路基垫层铺设或者将转移后土壤，为控制在转移后污染发生扩散和二次污染风险，可选择周期更为长生物修复（修复场地面积大，不急于使用，修复实行以便，但维护植物总体费用较高）。施工中要严格控制污染土壤去向，运送车辆进出场都需经确认程序，运送途中派专人负责巡查，以保证所有污染土壤所有运至指定接受点处置。为了控制二次污染，施工区域车辆出场必须进行清洗，运送车辆出场所有进行覆盖，防止土壤洒落。假如土壤污染深度较深，在进行挖掘过程，需进行必要基坑设计以及对应降水设计，但须注意场地降水排放和处理。

2、固化/稳定化（S/S）技术
固化-稳定化技术是将污染物在污染介质中固定，使其处在长期稳定状态，是较普遍应用于土壤污染迅速控制修复措施。该技术可分为原位和异位稳定-固化修复技术。原位稳定-固化技术合用于重金属污染土壤修复，一般不合用于有机污染物土壤修复；异位稳定-固化技术一般合用于处理无机污染物质，不合用于半挥发性有机污染物和农药杀虫剂污染土壤修复。该处理技术费用比较低廉，对某些非敏感区污染土壤可大大减少污染治理成本。常用固化稳定剂有飞灰、石灰、沥青和硅酸盐水泥等，其中水泥应用最为广泛，详见图14。但其所需设备较多，如螺旋转井、混合设备、集尘系统、大型储存池等。其作用机理及有关设备详见图15。此外，污染物埋藏深度、土壤pH值和有机质含量等都会在一定程度上影响该技术应用以及有效性。

图14 重要固化/稳定化材料

图15 原位和异位稳定化机理和现场设备

3、化学淋洗技术
化学淋洗技术（soil leaching and flushing/washing ）是指借助能增进土壤环境中污染物溶解或迁移作用溶剂，通过水力压头推进清洗液，将其注入到被污染土层中，然后再把包具有污染物液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理技术。使用化学助剂提高土壤中污染物溶解性或液相中可迁移性是实行该技术关键。

图16 原位淋洗技术流程图

该技术合用范围较广，重要围绕着使用表面活性剂处理有机污染物，用螯合剂或者酸处理重金属修复被污染土壤。其可以在原位进行修复，也可以进行异位修复。
原位土壤淋洗技术是通过在污染场地使用注射井向土壤中注入淋洗剂，它重要是根据污染物分布深浅，通过让淋洗剂自身重力或是外界力使淋洗剂向下渗透与污染物发生化学反应。在此过程中具有污染物溶剂可以通过提取井方式回收，经处理达标后排放。该技术装备重要由如下几种部分构成：污染区包围屏障系统，淋洗液施加系统，污染物-淋出液搜集系统，淋出液再生及循环系统，污染物处理及排放系统。淋洗过程如图16所示。污染区包围屏障系统起到对污染区进行包围封闭，防止淋洗过程对周围地区二次污染。该技术合用污染物有：重金属（铬，镉，铅，铜，锌），芳烃（苯，甲苯，甲酚，苯酚），石油类，卤代试剂（TCE, 三氯烷），多氯联苯和氯代苯酚，原位淋洗技术流程图如图9所示。

图17 异位淋洗技术流程图
异位土壤淋洗技术实行过程如图17所示。其一般采用5个环节。第1步：将受到污染土壤进行挖掘。第2步：把挖掘出来污染土壤进行物理分离，清除大块杂物，再分离出沙砾，黏土，将受污染那部分土运送到指定污染土壤处理设备处。第3步：在处理厂对污染土壤和淋洗液按照一定固液比混合，然后放入淋洗反应器或是反应池中，通过搅拌等外力辅助作用下让污染土壤和淋洗液发生化学反应作用。第4步：通过一定期间待土壤中污染物由固相转移到液相时候，可将液体通过自然蒸发或液体重力渗透分离。第5步：处理后土壤可以投入到其他用途，而具有污染物淋洗液则通过处理达标后排放或回收。
该技术合用污染物有：重金属，放射性元素及污染物（石油类碳氢化合物，易挥发有机物，PCBs，PAHs）。
异位土壤淋洗技术较原位技术，愈加灵活机动，淋洗设备是可运送，可随时搭建。但通过对原位和异位土壤淋洗修复技术分析，它们都存在某些待改善问题，见表2。

表2 原/异位淋洗技术存在问题对比
名称
存在问题
原位淋洗技术
对修复土地地质比较粘重，渗透性差土壤修复处理效果不是很明显。还轻易导致由淋洗剂中化学成分再次污染土壤和深层地下水。
异位淋洗技术
将污染土壤运送到较远异位淋洗工厂进行淋洗，整个修复时间较长，运送较麻烦，且对于大片污染场地，工程量大费用高，不适宜实现。

4、植物修复技术
植物修复技术（phytoremediation）是指运用植物生命代谢来吸取并降解污染物。该种修复技术首先可以有效变化重金属在土壤中存在形态，到达对重金属在土壤中净化、减少和积累固定作用，对有机物降解有机污染物质途径重要有两条：一是将有机物吸取到植物体内，再将其降解；二是通过根分泌物中某些物质直接或间接在根部将其降解。植物体对污染物吸取，排泄和积累动态过程，这个动态过程随环境条件（植物吸取，鳌合作用，温度，水分变化等）变化而变化。因此可以通过变化植物周围环境来提高修复效率。植物修复机理如图18所示。

图18 植物修复机理示意图
针对重金属污染治理，可以采用超级积累植物，这种植物概念在1977年被提出。此类植物具有超强吸取土壤中重金属能力，其茎和叶重金属含量可以是一般植物在同毕生长条件下100倍。有代表性植物如表3所示。
此外，植物根系对有机污染物吸取强度不如对无机污染物如重金属吸取强度大，植物根系对有机物修复重要是依托根系分泌物对有机污染物产生络合和降解等作用，以及根系释放到土壤中酶直接降解作用。其中通过变化土壤物理化学性质来调整污染物降解率，例如PAHs属于难降解性污染物，采用有机肥可以对污染物降解有一定增进作用。常用于治理污染植物体及其相对应污染物如表4所示。
表3 部分超积累植物及其地上部重金属（干重）
超积累植物
积累重金属
含量/(mg/kg)
蒿莽草属
钴
10200
天蓝遏兰菜
锌
51600
圆叶遏兰菜
铅
8200
澳洲坚果属
镉
2400
灯心草
铬
8670
九节木属
镍
47500
高山甘薯
铜
12300
蜈蚣草
砷
5000

表4 用于治理污染植物体及其相对应污染物
植物名称
所修复污染物
成果
研究参照
麻风树
Jatropha curcas
燃煤灰，铅，镉，砷 和 铬
在飞灰里加入0.3g/kgEDTA 时，可以加强对重金属摄取，根部提高117%，茎部提高62%，叶子部分提高96%。此外麻风树可以在芽部积累镉，铅。伴随土壤中金属含量增长，对砷，铬生物积累作用会增强
Santosh et al., ()
Jamil et al., ()
Mangkoediharjo and Surahmaida ()
Carex exigua, 柳枝
Panicum virgatum,
鸭茅状磨擦禾（饲料草）Tripsacum
dactyloides,
石油烃类
在污染土上种植这些植物，一年后，70% 污染物被清除
Euliss et al.,()
蚕豆
Vicia faba
原油
在60天里，47% 污染物被降解
Diab ()
杨树 Populus tremula
镉，锌
这两类金属元素积累在叶子里，最大浓度到达35，2400mg/kg,
Hassinen et al., ()

芦苇，苜蓿 Ditch reed and Alfalfa
液体沥青琼脂（石蜡，环烷）和土壤里具有PAHs
在这两种植物作用下，27个月之后，82% 污染物被清除
Muratova et al., ()
牛尾草 Tall fescue
PAHs
36个月里，对苊，氟清除效果明显
Robinson et al., ()
黑麦草，草木樨Rye grass and sweet clover
天然气生产设备溢出老化PAHs
12个月，对PAHs清除明显，清除率到达9-24%
Parish et al., ()
另首先可以提高都市绿化率，鉴于桃浦地区新动工中央绿地公园，占地约800亩，将成为本市外环以内最大公园项目。可考虑在公园内部把换土遗留污染土壤规划到公园某些游人不能靠近区域采用植物修复措施进行治理，由于植物修复周期比较长，不过可以起到双赢效果。
植物修复特点和优势：① 效果永久性；② 植物稳定作用可以防止污染扩散；③ 植物蒸腾作用可以防止地下水二次污染；④ 经修复土壤，有机质含量和土壤肥力会增长；⑤成本低。
缺陷：① 修复植物对污染物耐性有限；② 污染土壤为有机和无机共同污染状况下，一种修复植物往往无法满足规定；③ 植物根系往往集中在土壤表面，如草本植物多数集中于0-50 cm范围内，生长环境受光照和温度影响，修复周期一般较长。

二、项目目、研究内容、和关键技术
（一）项目目
本科研项目依托桃浦区污染土壤治理工程（洽谈中），针对不一样污染类型，采用不一样污染治理措施（重点关注治理措施）或者采用联合修复技术（协同两种或两种以上修复措施），更好理解诸如固化/稳定化（S/S）技术修复机理以及通过加固后监测和检测，明确对应掺量配合比或者修复植物类型和总结有关治理措施施工经验，为后来类似污染土壤修复积累宝贵经验。

（二）研究内容
国内有关污染土壤修复技术研究还处在起步阶段，诸多试验都处在试验室模拟阶段，并且尚没有人提出一套行之有效修复技术体系。大规模工程应用时，尚需处理诸多实际问题，如投资费用高、环境原因影响、二次污染控制等。
本科研项目立足于桃浦区污染土壤治理工程，根据不一样污染类型，形成一套行之有效修复技术体系。为了更好完毕这一任务，领导专门设置工程征询企业（负责整个污染土修复技术指导和协调）、岩土施工部（负责野外取样作业）和岩土工程企业（负责污染土修复施工）等三个实行项目部以及科技质量部统筹整个项目实行质量。更重要是目前我单位与上海化工研究院签订了战略合作框架，在土壤检测与化验以及环境评估这个版块，上海化工研究院具有雄厚实力。
根据污染程度、分布范围、土性质、修复原则、处理工期和处理成本等综合考虑，采用有关污染土壤治理措施，掌握其修复机理，通过野外实行，同步加强检测和监测，形成有关数据库，加以分析和总结，最终形成一整套修复技术成功经验。详细研究内容如下所示：
1、通过文献搜集、实地调研，掌握目前市场需求，确定污染土治理课题前沿性和创新性。
2、明确污染土治理整个流程，把对应工作包括前期场地调查、污染土取样、室内试验以及污染土治理施工进行针对性分解，贯彻到各个部门，也可与对应有资质单位进行合作，搭建整个污染土治理工作框架。
3、通过工程征询企业、岩土工程企业、岩土施工部和科技质量部分工协作，可进行前期场地调查、取样、试验和治理方案试运行，然后可将实际操作过程碰到问题进行归纳和总结，完毕污染土治理工作试运行。
4、深入完善整个污染土治理生产工作，形成纯熟可行生产操作流程。

（三）关键技术
本课题作为工程实践与理论分析综合性问题，怎样将理论与工程实践有机结合将是课题研究能否深入关键。同步现场监测及检测数据去粗取精，所分析数据合理性将直接影响后续分析对性。因此检测及监测数据整顿应全面、周到及对现场条件理解是研究成败关键。本科研项目重要根据修复治理后检测和监测数据采集，对污染治理机理及修复效果等深入研究。

三、技术路线方案、课题分解
本课题将沿着 “明确研究对象—确定研究问题意义—把握研究问题发展规律—产品制备和研发—产品推广”这一思绪展开本课题研究工作，详细研究技术路线图19如下所示。

明确研究对象
污染土修复技术内容、发展现实状况与问题
明确重点关注污染土修复技术在为污染土治理方面前沿性

确定研究问题意义
多种重点关注污染土修复技术创新性、重要性以及对应效果
把握研究问题发展规律
污染土修复技术需求培育模式
需求分析：市场构成、市场主体特性和市场形成规律
产品制备与开发
与有关有实力高校和科研院所进行合作，研究与开发污染土修复技术产品研发
产品推广
污染土修复技术制备后需向市场推广和运用，减少污染和增长使用土壤面积。
图19 技术路线

根据工程监测及检测数据，从局部到全面评估措施，分析测试数据，得出科研成果。课题分界如下：
（一）野外取样作业
野外取样作业按照时间节点重要分为场地调查取样、治理施工取样和工后检测取样。根据有关野外技术规定以及化验室规定， 针对不一样污染深度和污染类型，采用不一样取样方式，可进行有关总结。
（二）化验作业
根据前期场地调查以及野外取样样品，进行有关化验作业，提交对应数据，判断修复技术有效性，这些数据非常宝贵，将有指导意义。
（三）治理施工
根据场地调查和环评资料，对重点关注污染修复技术进行筛选，确定对应修复技术，进行野外治理施工，可总结有关修复技术施工经验。
（四）质量把关
整个治理过程根据有关规范和法规进行全程质量把关，及时进行总结和整改。

四、组织方式及分工
（一）科研项目工作措施
1、根据研究进展和日程安排执行研究工作
2、组织我院有丰富经验和责任感强科研工作人员构成科研项目和技术工人承担本科研。
3、制定详细现场监测及检测方案，进行详细技术交底。
（二）现场组织措施
1、由本院总办、项目负责人等构成现场领导小组，负责现场技术指导工作。
2、科研工作人员：本课题拟投入科研工作人员20人（包括合作单位），其中专家级高工3人，高级工程师5人，高级技师5人，硕士及以上4人，工程师3人。

参照文献
1. 香港受污染土地勘察及整改实务指南.
2．廖晓勇，崇忠义，阎秀兰，林丹. 都市工业污染场地：中国环境修复领域新课题[J]. 环境科学，，32（3）：784~793.
3．赵金艳，李莹，李珊珊，张爽. 我国污染土壤修复技术及产业现实状况[J]. 中国环境保护产业交流平台，：53~57.
4. 许丽萍，李韬，陈辉. 国内外污染土修复治理现实状况[A]. 第二届全国岩土与工程学术大会论文集[J]. 科学出版社， : 860～863.
5. 土壤环境监测技术规范（HJ/T 166-）.
6. 傅世法，赵玉林. 污染土地基岩土工程勘察实例[J].勘察科学技术，1991(6)：22~26.
7. 土壤环境质量原则（修订）（GB15618-）.
8. 岩土工程勘察规范（修订）（GB50021-）（）.
9. 吕本儒，杨湘智. 采用换土法进行污染土壤异位修复探讨[J].环境与可持续发展, (3)：108~109.
10. 金一凡，周连杰，杰克，叶旭明. 污染土壤修复技术探讨[J].环境科技，，25（5）：68~72.
11. 周启星 宋玉芳 等著. 污染土壤修复原理与措施. 科学出版社，.
12. Abioye, O. Peter. Biological remediation of hydrocarbon and heavy metals contaminated soil ().Soil contamination. 127-142.
13. K. B. Mmolawa, A. S. Likuku and G. K. Gaboutloeloe. Assessment of heavy metal pollution in soils along major roadside area in Botswana (). African Journal of Environmental Science and Technology Vol.5(3),186-196.