污染土壤的环境修复技术环境修复原理与技术课件.ppt

1、第一章 绪论第二章 污染环境的物理修复原理第三章 污染环境的化学修复原理第四章 污染环境的生物修复原理第五章 污染环境的植物修复原理第六章 污染环境修复的生态工程第七章 污染土壤的环境修复技术第八章 污染水环境修复技术第九章 污染大气环境修复技术第十章 固体废弃物环境修复技术第七章污染土壤的环境修复技术 地球陆地表面，由固态岩石经风化而成，能生长绿色植物，由固、液、气三相物质组成的多相疏松孔体系；其物理状态是矿物质、有机质、水、空气，具有孔隙结构的介质。土壤土壤固相(占容积的50)孔隙矿物质(质量占固相总质量的90以上)有机质和生物（质量占固相总质量的110）土壤溶液空气土壤溶液和空气占土壤总

2、体积的50，典型土壤约有35%的体积是充满空气的孔隙。指在不受或少受人类活动影响和现代工业污染与破坏的前提下，土壤原有的化学组成和结构特征；土壤环境背景值是代表土壤环境发展的一个历史阶段的相对数值；土壤环境背景值是一个范围值，而不是确定值 土壤中某种成分的含量明显高于原有含量时构成了污染。人类活动产生的污染物质通过各种途径输入土壤，其输入速度超过了土壤净化作用的速度，破坏了自然动态平衡，使污染物质的积累逐渐占据优势，导致土壤正常功能失调，土壤质量下降，从而影响土壤动物、植物、微生物的生长发育及农副产品的产量和质量的现象 指在自然因素作用下，土壤生态系统通过一系列的化学、物理与生物化学反应，使污

3、染物在土壤环境中的数量、浓度或毒性、活性降低的过程。包括物理净化、物理化学净化、化学净化和生物净化60年代日本的痛痛病，到70年代才证实是镉污染土壤生产的“镉米”引起1966年，沈阳污水灌区发生酚类、镉污染，土壤毒化、水稻矮化、稻米异味、镉含量超标粮食安全至食品安全 指通过物理、化学、生物、和生态工程的方法和原理，并采用人工调控措施，使土壤污染物浓度降低，或无害化和稳定化的措施物理、化学、生物、和生态工程原位修复异位修复物理修复化学修复生物修复生态工程修复联合修复在实际工程建设之前，进行的小度和中度实验研究，通过可处理性研究为土壤修复工程设计提出标准、费用和运行方案等节省修复项目建设工程的投资

4、 现有的各种单一的污染土壤修复技术，都有适用范围的限制，并存在某些问题，因而联合修复的研究与应用是未来的方向：植物微生物结合的菌根菌剂联合修复、物理化学生物联合稳定化修复技术、物理化学和生物法结合的淋洗反应器联合修复等第七章污染土壤的环境修复技术利用适当的污染环境物理修复技术，降低土壤中污染物浓度的技术物理修复技术物理分离蒸汽浸提固定/稳定化玻璃化低温冰冻热力学方法电动力学方法 依据污染物和土壤颗粒的特性，借助物理手段将污染物从土壤分离开来的技术，工艺简单，费用低 粒径分离、密度分离、浮选分离、水动力学分离、磁分离 在污染土壤引入清洁空气产生驱动力，利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯度，在气

5、压降低的情况下，将其转化为气态污染物排出土壤外的过程 原位土壤蒸汽浸提、异位土壤蒸汽浸提、多相浸提技术原位土壤蒸汽浸提技术的应用条件原位土壤蒸汽浸提技术效果的影响因素治理挥发性的有机卤代物或非卤代物，包括多环芳烃、重金属等异位土壤蒸汽浸提技术效果的影响因素该技术蒸汽浸提技术的强化，同时对地下水和土壤蒸汽进行提取；包括两项浸提技术、两生浸提技术污染土壤多相浸提修复技术示意图 利用蒸汽浸提或者生物通风技术向不饱和土壤中输送气流，以修复挥发性有机物和油类污染物污染土壤的过程典型的两相浸提系统示意图 两生浸提技术既可以在高真空下，也可以在低真空下使用潜水或者空气泵工作典型的两重浸提系统示意图 防止或者

6、降低污染土壤释放有害物质、或其中污染物转移的修复技术，包括原位和异位固定/稳定化固定/稳定化的基本工艺流程通过将污染封与粘结剂混合形成的物理封闭（如降低孔隙率等）或者发生化学反应（如形成氢氧化物或硫化物沉淀等），从而降低污染土壤中污染物活性异位固定/稳定化影响因素直接将修复物质输入污染土壤中混合，处理后的土壤留在原地原位固定/稳定化影响因素 通过高强度能量输入，使污染土壤熔化，将含有挥发性污染物的蒸汽回收处理，同时污染土壤冷却后成玻璃状团块固定原位玻璃化技术异位玻璃化技术通过向污染介质中插入电极，对污染介质固体组分给予1600-2000摄氏度的高温处理，使有机污染物和一部分无机化合物如硝酸盐、

7、硫酸盐和碳酸盐等挥发或热解而从污染环境中去除的技术使用等离子体、电流或其他热源在1600-2000摄氏度的高温熔化土壤及其中的污染物，有机污染物补热解或者蒸发去除，有害无机离子则得以固定化，产生的水分和热解产物则由气体收集系统收集进一步处理玻璃化修复技术的影响因素 利用热传导（热毯、热井或热墙等）或热辐射（无线电波加热）等加热污染土壤后降低其中污染物浓度的技术高温加热修复技术低温加热修复技术电磁波加热修复技术通过热毯或加热井中的加热器件进行热传导加热，并通过汽提井和鼓风机将水蒸汽和污染物收集起来加以处理的技术采用覆盖在土壤表层的加热毯加热，每一块加热毯上面都覆盖一层防渗膜，内部设有管道和气体排

8、放收集口。各个管道的气体由总管引至真空管。土壤加热以及加热毯地下面抽风机造成的负压，使得污染物蒸发，汽化迁移到土壤层中，再将气态的污染物引至热处理设施进行氧化处理。将电子元件置入间隔3m的竖直加热井中，加热井升温至1000摄氏度加热周围的土壤，热量从井中向周围土壤热传导，进中安装了有孔筛网，同时其上部由装置连接到总管，利用真空将气流引入处理设施氧化、吸附有机物。利用蒸汽井（蒸汽注射钻头、热水浸泡或电阻加热产生蒸汽）加热土壤，温度可达，蒸发污染物，使非水质液体进入提取井，再利用潜水泵收集流体，真空泵收集气体，送至处理设施进行处理。由四部分组成的污染土壤加热修复系统。热力学修复技术的适用性和影响因

9、素 利用直接或间接热交换，通过控制热解吸系统的床温和物料停留时间有选择地使污染物得以挥发去除的技术：可分为两步：加热污染介质使污染物挥发和处理废气防止污染物扩散到大气 向污染土壤中插入两个电极，形成低压直流电场，通过电化学和电动力学的复合作用，使水溶态和吸附于土壤的颗粒污染物根据自身带电特性在电场内作定向移动，在电极附近富集或收集回收而去除的过程Lasagna工艺阴极区注导电性溶液工艺阳离子选择性透过膜电动力学修复重金属污染的优势和影响因素原位修复，在污染土壤中加入适当的物质，如吸附剂、催化剂、微生物、缓冲剂，将其变成处理区，然后采用电动力学法使污染物从土壤迁移至处理区，在吸附、固定等作用下得

10、到去除。该工艺适用于低渗透性土壤或包含低渗透性区域的非均相土壤Lasagna工艺的优缺点电动力学处理重金属污染土壤，土壤中产生酸性与碱性迁移带，碱性迁移带促使重金属沉淀，降低效率；在阴极和土壤之间注入导电溶液，将碱性迁移带产生的高pH溶液区控制在土壤和阴极之间优点：重金属的处理效率显著提高影响因素：需特殊的容器放置导电性溶液，这会增大处理成本阴极区注导电性溶液优点及影响因素将阳离子选择性透过膜放置在土壤靠近阴极处，H+和金属阳离子可透过膜，而OH-则无法通过，则将高pH区限制在靠近阴极的地方，提高重金属离子的去除效率 在地下以等距离的形式围绕污染源垂直安放管道，将对环境无害的冰冻剂溶液送入管道

11、而冻结土壤中的水分，形成地下冻土屏障，防止土壤或地下水中的污染物扩散；需要一个冷冻厂或车间来维持冻土屏障层的温度低于0摄氏度冰冻修复技术的优点与限制因素第七章污染土壤的环境修复技术利用加入到土壤中的化学修复剂与污染物发生一定的化学反应，使污染物浓度降低的修复技术，修复剂包括氧化剂、还原剂、解吸剂、增溶剂和沉淀剂土壤性能改良化学氧化修复化学还原修复化学淋洗溶剂浸提 通过改良土壤性能的方法使污染物转变为难迁移、低活性物质或从土壤中去除；此法主要针对重金属污染，也称重金属钝化法施用改良剂调节土壤Eh污染程度较轻的土壤石灰性物质 有机物质及粘土矿物 离子拮抗剂 化学沉淀剂石灰性物质石灰性物质的三个改良

12、作用措施局限性有机物质及粘土矿物有机物质及粘土矿物的两个改良作用提高土壤的肥力增强土壤对重金属离子和有机物的吸附能力，通过有机物质与重金属的缝合、螯合作用，粘土矿物与重金属离子和有机污染物的物理、化学吸附作用，使污染物分子活性降低离子拮抗剂根据植物的离子拮抗作用，在被污染的土壤，添加适当的离子拮抗剂，缓解污染物对植物伤害向土壤中添加磷酸盐化合物，使其与重金属，包括铅、铁、锰、铬、锌等形成难溶态沉淀产物化学沉淀剂目的措施实例 通过在污染区设置不同深度的钻井，然后通过钻井中的泵将化学氧化剂注入土壤，使氧化剂与污染物发生反应，降低污染物浓度化学氧化剂分散技术 难以降解的污染物，如油、有机溶剂、农药及

13、非水溶态氯化物等污染土壤化学氧化修复技术示意图化学氧化修复技术的三个优点反应的化学产物是水和二氧化碳，对环境无害泵出的液体不需要进行再次处理可处理地层深处的污染化学氧化技术中的氧化剂选取的原则：反应必须足够强烈，使污染物可被彻底氧化氧化剂及反应产物应对人体无害氧化剂易得常用氧化剂：双氧水高锰酸钾臭氧常用三种氧化剂的特点竖直井、水平井、过滤装置、处理栅氧化剂分散技术 利用化学还原剂将污染物还原为难溶态，从而使污染物在土壤环境中的迁移性或其它活性降低传统的地下水泵处理可渗透反应墙 地下水的污染治理；欧美等国家已广泛用其治理污染水中的有害物质化学还原与还原脱氯修复的设计步骤化学还原修复过程的三个阶段

14、传统的地下水泵处理方式的缺点可渗透反应墙概念墙体是由天然物质和一种或几种活性物质混合在一起构成，这些反应材料能够降解和滞留流经该墙体地下水的污染组分，从而达到治理污染组分的目的可渗透化学活性反应墙示意图化学还原技术的关键要素：还原剂系统设计常用还原剂：液态SO2气态的H2SFe0胶体Fe0胶体活性反应栅示意图 借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学/生物化学溶剂，在重力作用下或通过水力压推动淋洗液注入到被污染土层中与污染物反应，然后再把包含有污染物的液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理原位化学淋洗修复异位化学淋洗修复污染土壤化学修复的淋洗过程原位化学淋洗修复示意图异位化学淋洗修复示意图

15、化学淋洗修复的特点 利用溶剂将有害化学物质从污染土壤中提取出来或去除 处理不溶于水的污染物，如油脂类、多氯联苯(PCBs)等进一步处理物溶剂浸提修复技术示意图溶剂浸提修复技术的优势第七章污染土壤的环境修复技术 利用生物（包括动物、植物和微生物），通过人为调控，吸收、分解或转化土壤中污染物的过程成本低不破坏土壤结构无二次污染操作简单 将污染土壤、沉积物移离原地，在异地接种微生物，降解污染物，使受污染的土壤恢复原有的功能的过程土地填埋生物农耕预备床堆腐泥浆生物反应器将污染土壤与水混合成泥浆，将污泥浆施入土壤，通过施肥、灌溉、添加石灰等方式调节土壤营养、湿度和pH，保持污染物在土壤 的降解速率；参与

16、降解的微生物是土著土壤微生物群系，为了提高降解能力，可加入特效微生物通过促进通风（翻耕、加蓬松剂）、加入营养（化肥、粪肥）调节pH（加入石灰、明矾、磷酸）等手段，使污染土壤中的好氧微生物生长与代谢速率提高，进而提高了污染物降解效率预备床设备包括衬里、通气管道等，呈上升的斜坡，将污染土壤运输到该设备上堆放，并在此装置中进行生物恢复的处理，处理过程中通过施肥、灌溉、控制pH、微生物和表面活性剂等方式促进微生物对污染物的降解速率，处理后的土壤再运回原地；其可防止污染物向地下水或更广大地域扩散，效率较高污染土壤与有机物等混合后堆积，并通过翻耕和增加土壤透气性和改善土壤结构，同时控制湿度、pH和养分，促

17、进土壤中微生物降解污染物的效率将污染土壤与疏松剂混合后用机械压成条，通过对流空气、翻耕，改善土壤结构，提高微生物的代谢速率 静态堆一般为高6m的污染土壤堆积堆，通过布置在堆下的通风管、鼓风机通气，保持土堆中的氧含量，促进好氧微生物的代谢速率泥浆生物反应器是用于处理污染土壤的特殊反应器，可建在污染现场或异地处理场地。污染土壤与水混合成泥浆后装入反应器内，通过控制的微生物降解条件，提高处理效果；处理结束后通过水分离器脱除泥浆水分并循环再用该方法适用于渗透性好的不饱和土壤的生物修复不破坏土壤的结构对周围环境影响小，生态风险小工艺和处理过程简单，不需要复杂的设备，处理费用大的较低在土壤污染处，添加营养

18、物、供氧和接种分解微生物等措施提高土壤的生物降解能力，同时，把地下水抽至地表，进行生物处理后，再注入土壤中，以再循环的方式改良土壤 改变生物降解中微生物的活性和强度，可分为培养土著微生物的生物培养法和引进外来微生物的投菌法 定期向土壤投加H2O2和营养，以满足污染环境中已存在的降解微生物的代谢需要，使土壤微生物通过代谢将污染物降解 向污染土壤接入外源的微生物，同时提供这些细菌生长所需氧和营养，以便使接入的微生物通过代谢将污染物降解 在污染土壤中设置通气井并于其中安装鼓风机和真空泵，向土壤输入气体并抽提其中气体，使得土壤氧含量提高的同时，CO2含量降低，进而提高微生物代谢速率 在污染区域钻井，井

19、分为两组，一组是注入井，通过其向土壤注入微生物、水、营养物和电子受体（如H2O2)；另一组是抽水井，通过其向地面上抽取地下水，而造成地下水在地层中流动；进而促进微生物和营养物质的均匀分布，保持氧气供应 用于修复受污染地下水和由此引起的土壤污染运用农业技术改善污染土壤对植物生长不利的化学和物理方面的限制条件，使之适于种植，并通过种植优选的植物直接或间接地吸收、挥发、分离或降解污染物，恢复受污染的土壤，并重建自然生态环境和植物景观采用，控制已污染的土地面积扩大，阻止污染物质迁移，使其对周围环境的影响降低，在围隔阻控过程中不扰动土壤，不破坏植被水平系统垂直系统生态覆盖 安装在污染土壤下的阻挡层，以阻

20、挡污染物质向下迁移和防止地下水向上迁移进入污染区 安装于污染介质周围的地下沟渠、地墙或地膜组成的阻控系统，可防治污染物横向或侧向迁移和扩散，可改变局部地下水流模式而减少和阻止污染土壤与地下水接触 将无污染的惰性天然、合成和工业废弃的生态材料定位覆盖于污染土壤表面生态修复过程的评价方法可分为法规制定和生物修复服务的商家提供证明其所提出的或正在进行的原位生物修复项目的真实性；研究者可以利用这一方法评价现场试验的结果生物修复过程中污染物的减少量污染环境中的微生物具有转化污染物的能力试验条件下被证明的生物降解潜力在污染场地条件下是否存在样品测定进行试验运行模型法样品测定细菌总数原生动物数细菌的适应性无

21、机碳浓度 选择对照点进行采样分析；对照点选择的标准是：具有与处理点类似的水力地质条件特征；未污染或不受生物修复系统影响的地带 以生物修复系统开始运行前样品的分析结果为对照，将生物修复过程各个时段采集样品的分析结果与运行前的结果作比较，考察系统运行的动态状况。此方法只适合于工程生物修复系统第一步：采样，团体基质（土壤和支撑地下水的岩石）及孔隙水第二步：微生物总数分析直接计数法即通过用普通显微镜观察样品进行计数INT活性试验法即通过鉴定电子迁移中的微生物活性；平板计数法即定量计数固定在固体介质（如营养基质）上的微生物原生动物捕食微生物，故其数量增加表明细菌总数的增加因此，原生动物种群数量增长所伴随的污染物量的减少这一结果可为生物修复提供佐证 代谢适应性：污染点的微生物经过一段时间调整（代谢过程或遗传特性的变化）后，能产生代谢污染物的能力，使原不能够转化的或转化率非常低的污染物被代谢降解 适应性可以导致能够代谢污染物的细菌总数增加，或个体微生物遗传性或生理特征发生改变 在降解污染物过程中产生无机碳，通常为气态CO2、或溶解态CO2或HCO3-；因此，当样品中含有丰富的水和无机碳气体时表明系统存在生物降解活性；气态CO2浓度可以用气相色谱法检测，水样中的CO2可进行无机碳分析