土壤修复核心技术.doc

污染土壤修复污染土壤修复是指通过物理、化学、生物、生态学原理，并采用人工调控办法，使土壤污染物浓(活)度减少，实现污染物无害化和稳定化，以达到人们盼望解毒效果技术办法。当前，理论上可行修复技术有植物修复、微生物修复、化学修复、物理修复和综合修复等几大类。有些修复技术已经进入现场应用阶段并获得了较好效果。污染土壤实行修复，对阻断污染物进入食物链，防止对人体健康导致危害，增进土地资源保护和可持续发展具备重要意义。当前关于该技术研发重要集中于可降解有机污染物和重金属污染土壤修复两大方面。修复分类一、物理修复技术1、物理分离修复技术重要是应用在污染土壤中无机污染物修复技术上，它最适当用来解决小范畴污染土壤，从土壤、沉积物、废渣中分离重金属，恢复正常功能。它基本原理是依照土壤介质及污染物物理特性，采用不同办法将污染物质从土壤中分离出来，涉及：根据粒径大小采用过滤或微过滤办法进行分离：根据分布、密度大小采用沉淀或离心分离；根据磁性特性采用磁分离手段：根据表面特性采用浮选法进行分离等。多数物理分离修复技术均有设备简朴，费用低廉，可持续高产等长处，但是在详细分离过程中，要考虑技术可行性和各种因素影响。涉及规定污染物与土壤颗粒物理特性差别明显，特别是当土壤中有较大比例黏粒、粉粒和腐殖质存在时很难操作等等。2、蒸汽浸提修复技术是指运用物理办法通过减少土壤孔隙蒸汽压，把土壤中污染物转化为蒸汽形式而加以去除技术，又可分为原位土壤蒸汽浸提技术、异位土壤蒸汽浸提技术和多相浸提技术。气提技术合用于地下含水层以上包气带土壤；多相浸提技术合用于包气带好地下含水层。该技术合用于高挥发性化学污染土壤修复。原位土壤蒸汽浸提技术合用于解决蒸汽压不不大于66.66Pa挥发性有机化合物，如挥发性有机卤代物或非卤代物，也可合用于除去土壤中油类、重金属、多环芳烃或二恶英等污染物：异位土壤蒸汽浸提技术合用于修复具有挥发性有机卤代物和非卤代物污染土壤；多相浸提技术合用于解决中、低渗入型地层中挥发性有机物。其明显特点是可操作性强，解决污染物范畴广，可由原则设备操作，不破坏土壤构造以及可回收运用有潜在价值废弃物等。但在原位土壤蒸汽浸提技术应用中，上下层土壤异质性，特别是低渗入性和高地下水位土壤等都成为其应用限制因素。3、稳定/固化修复技术指通过固态形式在物理上隔离污染物或者将污染物转化成化学性质不活泼形态，通过减少污染物生物有效性来消除或减少污染物危害；可分为原位稳定、固化修复技术和异位稳定/固化修复技术。原位稳定/固化修复技术普通合用于重金属污染土壤修复，普通不合用于有机污染物污染土壤修复：异位稳定/固化修复技术普通合用于解决无机污染物质，不合用于半挥发性有机物和农药杀虫剂污染土壤修复。其中，固化是指运用水泥一类物质与土壤相混合将污染物包被起来，使之成颗粒状或大块状存在，进而使污染物处在相对稳定状态。封装可以是对污染土壤进行压缩，也可以是由容器来进行封装。稳定是运用磷酸盐、硫化物和碳酸盐等作为污染物，将有害化学物质转化成毒性较低或迁移性和生物有效性较低物质。但是该技术只是暂时地减少了污染物在土壤中毒性，并没有从主线上去除其污染物，当外界条件变化时，这些污染物质尚有也许释放出来污染环境。特别要注旨在解决过程中使用过量解决剂泄漏二次污染问题。4、热解决修复技术是指通过直接或间接热互换，将污染介质及其所具有机污染物加热到足够温度(150540)，使有机污染物从污染介质挥发或分离过程，按温度可提成低温热解决技术(土壤温度为150315)和高温热解决技术(土壤温度为315540)。热解决修复技术合用于解决土壤中挥发性有机物、半挥发性有机物、农药、高沸点氯代化合物，不合用于解决土壤重金属、腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原剂等。玻璃化修复技术是对土壤及其污染物进行1600高温解决，使有机物和一某些无机化合物，如硝酸盐、磷酸盐和碳酸盐等以挥发或热解形式从土壤中去除过程。许多因素对这一技术应用效果产生影响，涉及：埋设导体通路(管状、堆状)：砾石含量超过20%；土壤加热引起污染物向清洁土壤迁移；易燃易爆物质积累；土壤或污泥中可燃有机物质量比例；固化物质对此后土地运用与开发影响等。5、电动力学修复技术基本原理，涉及土壤中污染物电迁移、电渗析、电泳和酸性迁移等电动力学过程。电动力学修复技术普通有几种应用办法；原位修复，直接将电极插入受污染土壤，污染修复过程对现场影响最小；序批修复，污染土壤被输送至修复设备分批解决；电动栅修复，在受污染土壤中依次排列一系列电极用于去除地下水中离子态污染物。与挖掘、上壤冲洗等异位技术相比电动力学技术对既有景观、建筑和构造等影响，不会破坏土壤自身构造，并且该过程不受土壤低渗入性影响，并对有机污染物和无机污染物均有效。挖掘是指通过机械、人工等手段，使土壤离开原位置过程。普通涉及挖掘过程和挖掘土壤后解决、处置和再运用过程。在场地修复各个阶段和各种修复技术实行过程中都可采用挖掘填埋技术。但必要注意是污染土壤异地转后来扩散和二次污染问题。6、针对受到重金属污染土壤进行修复，采用物理修复办法重要有，重金属污染土壤电动修复，这是一种新兴技术，当前处在实验室和小规模实验研究阶段，这种办法应用了离子电动力学和电渗析原理，因此有学者也称之为电渗析土壤修复，这种技术是在土壤处在酸性条件下，使用直流电对重金属进行清除解决，实验表白，在对土壤酸性条件下铅和镉都可被有效地清除，如果在土壤中使用盐酸溶液，则可对铅和镉达到很高比例清除。这种技术长处是在某些特殊山区使用比较以便，由于对于土壤解决，仅仅限于两个电极之间，不涉两极及以外地区土壤。这种办法对于质地黏重土壤效果良好，由于黏土表面有负电荷，同步在饱和及不饱和土壤中都可应用。二、化学修复技术1、化学淋洗修复技术是指借助能增进土壤环境中污染物溶解或迁移作用化学/生物化学溶剂，在重力作用下或通过水力压头推动清洗液，将其注入被污染土层中，然后再把包具有污染物液体从土层中抽提出来，进行分离和污水解决技术。清洗液是包括化学冲洗助剂溶液，具备增溶、乳化效果，或变化污染物化学性质。提高污染土壤中污染物溶解性和它在液相中可迁移性是实行该技术核心。到当前为止，化学淋洗技术重要环绕着用表面活性剂解决有机污染物，用螯合剂或酸解决重金属来修复被污染土壤。开展修复工作时，既可在原位进行修复，也可在异位进行修复。化学淋洗修复技术合用于各种类型污染物治理，如重金属、放射性元素以及许多有机物，涉及具备低辛烷/水分派系数有机化合物、石油烃、羟基类化合物、易挥发有机物、PCBs以及多环芳烃等。2、对地下水具备污染效应化学物质经常在土壤下层较深较大范畴内呈斑块状扩散，这使常规修复技术往往难以奏效。一种较好办法是构建化学活性反映区或反映墙，当污染物通过这个特殊区域时侯被降解或固定，这就是原位化学还原与还原脱氯修复技术，多用于地下水污染治理，是当前在欧美等发达国家新兴起来用于原位去除污染水中有害成分办法。原位化学还原与还原脱氯修复技术需要构建一种可渗入反映区并填充化学还原剂，修复地下水中对还原作用敏感污染物和某些氯代试剂，当这些污染物迁移到反映区(可渗入反映墙)时，或者被降解，或者转化成固定态，从而使污染物在土壤环境中迁移性和生物可运用性减少。普通这个反映区设在污染土壤下方或污染源附近含水土层中。惯用还原剂有SO2、H2S气体等。普通在污染地下水过流断面上，把本来土壤挖掘出来，代之以一种可渗入反映墙。可渗入反映墙墙体可以由特殊种类泥浆填充，加入其她被动反映材料，如降解易挥发有机物化学品，滞留重金属螯合剂或沉淀剂，以及提高微生物降解作用营养物质等。抱负墙体材料除了要可以有效进行物理化学反映外，还要保证不导致二次污染。3、原位化学氧化修复技术重要是通过掺进土壤中化学氧化剂与污染物所产生氧化反映，使污染物降解或转化为低毒、低移动性产物一项修复技术。原位化学氧化技术不需要将污染土壤所有挖掘出来，而只是在污染区不同深度钻井，将氧化剂注入土壤中通过氧化剂与污染物混合、反映使污染物降解或导致形态变化。成功原位氧化修复技术离不开向注射井中加入氧化剂分散手段，对于低渗土壤可以采用创新技术办法，如土壤深度混合、液压破裂等方式对氧化剂进行分散。惯用氧化剂涉及KMnO4、H2O2和臭氧气体等。KMnO4与有机物反映产生MnO2、CO2和中问有机产物，没有环境风险，MnO2比较稳定，容易控制；不利因素在于对土壤渗入性有负而影响。H2O2可以运用Fenton反映开展原位化学氧化技术产生自由基(HO-)能无选取性地袭击有机物分子中C-H键，对有机溶剂如酯、芳香烃以及农药等有害有机物破坏能力高于H2O2自身。但由于H2O2进入土壤后及时分解成水蒸气和氧气，因此要采用特别分散技术避免氧化剂失效。4、原位覆盖技术是用带有清洁剂化学修复剂来覆盖污染土壤。可以通过灌溉将其灌溉或喷洒在污染土壤表层；或通过注入并把液态化学修复剂注入亚表层土壤中。如果试剂会产生不良环境效应，或者所使用化学试剂需要回收再运用，则可以通过水泵从土壤中抽提化学试剂。非水溶性改良剂或抑制剂可通过人工撒施、注入、填埋等办法施入污染土壤。如果土壤温度较大并且污染物质重要分布在土壤表层，则适合使用人工撒施办法。为保证化学稳定剂能与污染物充分接触，人工撒施之后还需要采用普通农业技术(例如耕作)把固态化学修复剂充分注入污染土壤表层，有时甚至需要深耕。如果非水潜性化学修复剂颗粒比较细，可以用水、缓冲液或是弱酸配制成悬浊液，用水泥枪或者近距离探针注入污染土壤。对于封锁地表污染物和明显地减少地底垃圾移动，覆盖是一种可信赖技术。如果地面没有被冻结或没有饱和，覆盖可以在任何实际地点被建造并且相对迅速地被建造完毕。大某些有效单层覆盖物是由混凝土或沥青构成。覆盖物厚度由估算居民数量、本地气候条件、污染物类型和土壤条件决定。定期为沥青和混凝土线路提供地表保养，可以提高它们寿命和效力。单层覆盖只可以在一种较窄地点条件和运用范畴下合用。例如，南黏士或自然界土壤混合制造沥青覆盖物与否被使用取决于最后修复完毕时间长度。另一种使用单层覆盖潜在也许存在于这样地区：土壤水分蒸发蒸腾损失总量大幅度超过降雨量地区；或者被污染和近期可使用地下水水源距离较远地区。在这些状况下，可以考虑使用极低渗入性土壤或者将覆盖物混合在冻结可达深度如下自然土壤中，这样上层土壤可以保护覆盖层不干裂。最初6个月必要经常检测，由于问题常在这期间浮现。使用几年后，应当有规律地进行定期检查。5、溶剂浸提修复技术是一种运用溶剂将有害化学物质从污染土壤中提取出来或去除技术。PCBs等油脂类物质不溶于水，易吸附或黏贴在土壤上，解决比较困难。溶剂浸提技术可以克服这些困难，解决土壤中PCBs与油脂类污染物占溶剂浸提修复技术是运用批量平衡法，将污染土壤挖掘出来并放黄在一系列提取箱(除出口外密封很严容器)内，在其中进行溶剂与污染物离子互换等化学反映。溶剂类型依赖于污染物化学构造和土壤特性。监测表白，土壤中污染物基本溶解于浸提剂时，再借助泵力量将其中浸出液排出提取箱并引导到溶剂恢复系统中。按照这种方式重复提取过程，直到目的土壤中污染物水平达到预期原则。同步，要对解决后土壤引入活性微生物群落和富营养介质，迅速降解残留浸提液。三、生物修复技术广义生物修复指一切以运用生物为主体环境污染治理技术。它涉及运用植物、动物和微生物吸取、降解、转化土壤和水体中污染物，使污染物浓度减少到可接受水平，或将有毒有害污染物转化为无害物质，也涉及将污染物稳定化，以减少其向周边环境扩散。生物修复也曾被称为生物恢复、生物清除、生物再生和生物净化等。普通分为微生物修复、植物修复和动物修复三种类型。依照生物修复污染物种类，它可分为有机污染生物修复和重金属污染生物修复和放射性物质生物修复等。微生物修复技术是指通过微生物作用清除土壤中污染物，或是使污染物无害化过程。它涉及自然和人为控制条件下污染物降级或无害化过程。微生物对有机污染土壤修复是以其对污染物降解和转化为基本，重要涉及好氧和厌氧两个过程。完全好氧过程可使土壤中有机污染物通过微生物降解和转化而成为CO2和H2O，厌氧过程重要产物为有机酸与其她产物。然而有机污染物降解是一种涉及许多酶和微生物种类分步过程，某些污染物不也许被彻底降解，只是转化成毒性和移动性较弱或更强中间产物 1 。影响因子1、污染土壤修复污染物性质污染物在土壤中常以各种形态贮存，不同化学形态有效性不同。此外，污染方式(单一污染或复合污染)、污染物浓度高低也是影响修复效果重要因素。有机污染物构造不同，其在土壤中降解差别也较大。2、污染土壤修复环境因子理解和掌握土壤水分、营养等供应状况，拟订适当施肥、灌水、通气等管理方案，补充微生物和植物在对污染物修复过程中养分和水分消耗，可提高生物修复效率。普通来说，土壤盐度、酸碱度和氧化还原条件与生物可运用性及生物活性有密切关系，也是影响污染土壤修复效率重要环境条件。对有机污染土壤进行修复时，添加外源营养物可加速微生物对有机污染物降解。对PAHs污染土壤微生物修复研究表白，当调控C：N：P为120：10：l时，降解效果最佳。此外，采用生物通风、土壤真空抽取及加入H2O2等办法对修复土壤添加电子受体，可明显改进微生物对污染物降解速度与限度。此外，虽然是同一种生物通风系统，也应依照被修复场地详细状况而进行设计。3、污染土壤修复生物体自身微生物种类和活性直接影响修复效果。由于微生物生物体很小，吸取金属量较少，难后来续解决，限制了运用微生物进行大面积现场修复应用。因而，在选取修复技术时，应依照污染物性质、土壤条件、污染限度、预期修复目的、时间限制、成本、修复技术合用范畴等因素加以综合考虑。微生物虽具备可适应特殊污染场地环境特点，但土著微生物普通存在生长速度慢、代谢活性不高。在污染区域中接种特异性微生物并形成生长优势，可增进微生物对污染物降解 2 。发展趋势1、向绿色与环境和谐土壤生物修复技术发展运用太阳能和自然植物资源植物修复、土壤中高效专性微生物资源微生物修复、土壤中不同营养层食物网动物修复、基于监测综合土壤生态功能自然修复，将是21世纪土壤环境修复科学技术研发重要方向。农田耕地土壤污染修复技术规定能原位地有效消除影响到粮食生产和农产品质量微量有毒有害污染物，同步既不能破坏土壤肥力和生态环境功能，又不能导致二次污染发生。发展绿色、安全、环境和谐土壤生物修复技术能满足这些需求，并能合用于大面积污染农地土壤治理，具备技术和经济上双重优势。从常规作物中筛选适当修复品种，发展合用于不同土壤类型和条件根际生态修复技术已成为一种趋势。应用生物工程技术如基因工程、酶工程、细胞工程等发展土壤生物修复技术，有助于提高治理速率与效率具备应用前景。2、从单项向联合、杂交土壤综合修复技术发展土壤中污染物种类多，复合污染普遍，污染组合类型复杂，污染限度与厚度差别大。地球表层土壤类型多，其构成、性质、条件空间分异明显。某些场地不但污染范畴大、不同性质污染物复合、土壤与地下水同步受污染，并且修复后土壤再运用方式空间规划规定不同。这样，单项修复技术往往很难达到修复目的，而发展协同联合土壤综合修复模式就成为场地和农田土壤污染修复研究方向，例如：不同修复植物组合修复，降解菌一超积累植物组合修复，真菌-修复植物组合修复，土壤动物-植物-微生物组合修复，络合增溶强化植物修复，化学氧化-生物降解修复，电动修复-生物修复，生物强化蒸气浸提修复，光催化纳米材料修复等。3、从异位向原位土壤修复技术发展将污染土壤挖掘、转运、堆放、净化、再运用是一种经常采用离场异位修复过程。这种异位修复不但解决成本高，并且很难治理深层土壤及地下水均受污染场地，不能修复建筑物下面污染土壤或紧靠重要建筑物污染场地。因而，发展各种原位修复技术以满足不同污染场地修复需求就成为近年来一种趋势。例如，原位蒸气浸提技术、原位固定一稳定化技术、原位生物修复技术、原位纳米零价铁还原技术等。另一趋势是发展基于监测发挥土壤综合生态功能原位自然修复。4、基于环境功能修复材料土壤修复技术发展黏土矿物改性技术、催化剂催化技术、纳米材料与技术已经渗入到土壤环境和农业生产领域，并应用于污染土壤环境修复，例如运用纳米铁粉、氧化钛等去除污染土壤和地下水中有机氯污染物。但是，目的土壤修复环境功能材料研制及其应用技术还刚刚起步具备发展前景。但是，对这些物质在土壤中分派、反映、行为、归趋及生态毒理等尚缺少理解，对其环境安全性和生态健康风险还难以进行科学评估。基于环境功能修复材料土壤修复技术应用条件、长期效果、生态影响和环境风险有待回答。5、基于设备化迅速场地污染土壤修复技术发展土壤修复技术应用在很大限度上依赖于修复设备和监测设备支撑，设备化修复技术是土壤修复走向市场化和产业化基本。植物修复后植物资源化运用、微生物修复菌剂制备、有机污染土壤热脱附或蒸气浸提、重金属污染土壤淋洗或固化一稳定化、修复过程及修复后环境监测等等都需要设备。特别是对都市工业遗留污染场地，因其特殊位置和土地再开发运用规定，需要迅速、高效物化修复技术与设备。开发与应用基于设备化场地污染土壤迅速修复技术是一种发展趋势。某些新物理和化学办法与技术在土壤环境修复领域渗入与应用将会加快修复设备化发展，例如，冷等离子体氧化技术也许是一种有前景有机污染土壤修复技术(未刊登资料)，将带动新修复设备研制。6、向土壤修复决策支持系统及后评估技术发展污染土壤修复决策支持系统是实行污染场地风险管理和修复技术迅速筛选工具。污染土壤修复技术筛选是一种多目的决策过程，需要综合考虑风险削减、环境效益与修复成本等要素。欧美许多土壤修复研究组织如CLARINET、EUGRIS、NATOPCCMS等针对污染场地管理和决策支持进行了系统研究和总结。某些辅助决策工具如文献导则、决策流程图、智能化软件系统等已陆续出台和开发，并在详细场地修复过程中被采纳。基于风险污染土壤修复后评估也是污染场地风险管理重要环节，涉及修复后污染物风险评估、修复基准及土壤环境质量评价等内容。土壤污染类型各种各样，污染场地错综复杂，需要发展场地针对性污染土壤修复决策支持系统及后评估办法与技术