土壤污染與修復(fù)

1、1 1、水環(huán)境污染現(xiàn)狀、水環(huán)境污染現(xiàn)狀2 2、水體修復(fù)的概念和原則、水體修復(fù)的概念和原則 3 3、水體修復(fù)的分類、水體修復(fù)的分類4 4、水體修復(fù)技術(shù)、水體修復(fù)技術(shù)5 5、水體修復(fù)中若干常見問題的探討、水體修復(fù)中若干常見問題的探討回回 顧顧下篇：生物修復(fù)與生態(tài)工程下篇：生物修復(fù)與生態(tài)工程三、土壤污染與修三、土壤污染與修復(fù)復(fù) 1 1 土壤中污染物的來源與危害土壤中污染物的來源與危害 2 2 污染土壤修復(fù)的現(xiàn)場調(diào)查與評價污染土壤修復(fù)的現(xiàn)場調(diào)查與評價 3 3 污染土壤修復(fù)的可處理性研究污染土壤修復(fù)的可處理性研究 4 4 污染土壤典型修復(fù)技術(shù)及原理污染土壤典型修復(fù)技術(shù)及原理 Department of

2、Environmental Science and Engineering 1.1 土壤污染的定義 1.2 土壤污染的特點 1.3 土壤中污染物的來源 1.4 土壤污染的類型 1.5 土壤污染的危害 Department of Environmental Science and Engineering1.1 土壤污染的定義o “絕對性絕對性”定義定義: :由人類的活動向土壤添加有害化由人類的活動向土壤添加有害化合物，此時土壤即受到了污染合物，此時土壤即受到了污染。這個定義的關(guān)鍵是這個定義的關(guān)鍵是存在有可鑒別的人為添加污染物。存在有可鑒別的人為添加污染物。o “相對性相對性”定義：定義：以特定的

3、參照數(shù)據(jù)來加以判斷，以特定的參照數(shù)據(jù)來加以判斷，如以背景值加兩倍標準差為臨界值，若超過這一數(shù)如以背景值加兩倍標準差為臨界值，若超過這一數(shù)值，即認為該土壤為某元素所污染。值，即認為該土壤為某元素所污染。o “綜合性綜合性”定義：定義：不但要看含量的增加，還要看后不但要看含量的增加，還要看后果，即加入土壤的物質(zhì)給生態(tài)系統(tǒng)造成了危害。果，即加入土壤的物質(zhì)給生態(tài)系統(tǒng)造成了危害。 Department of Environmental Science and Engineering1.1 污染土壤的定義o 三種定義的出發(fā)點雖然不同，但有一點是共三種定義的出發(fā)點雖然不同，但有一點是共同的，即認為土壤中某種

4、成分的含量明顯高同的，即認為土壤中某種成分的含量明顯高于原有含量時即構(gòu)成了污染。所以，于原有含量時即構(gòu)成了污染。所以，土壤污土壤污染就是指人為因素有意或無意地將對人類或染就是指人為因素有意或無意地將對人類或其他生命體有害的物質(zhì)施加到土壤中，使其其他生命體有害的物質(zhì)施加到土壤中，使其某種成分的含量明顯高于原有含量、并引起某種成分的含量明顯高于原有含量、并引起土壤環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。土壤環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。 Department of Environmental Science and Engineering1.2 土壤污染的特點o （1 1）隱蔽性或潛伏性）隱蔽性或潛伏性: :水體和大氣的污染比

5、較直觀，水體和大氣的污染比較直觀，嚴重時通過人的感官即能發(fā)現(xiàn)嚴重時通過人的感官即能發(fā)現(xiàn); ;而土壤污染則往往而土壤污染則往往要通過農(nóng)作物包括糧食、蔬菜、水果或牧草以及攝要通過農(nóng)作物包括糧食、蔬菜、水果或牧草以及攝食的人或動物的健康狀況才能反映出來，從遭受污食的人或動物的健康狀況才能反映出來，從遭受污染到產(chǎn)生惡果有一個相當長的逐步積累過程，具有染到產(chǎn)生惡果有一個相當長的逐步積累過程，具有隱蔽性或潛伏性。日本的第二公害病隱蔽性或潛伏性。日本的第二公害病痛痛病痛痛病6060年代發(fā)生于富山縣神通川流域，直至年代發(fā)生于富山縣神通川流域，直至7070年代才基本年代才基本證實是鎘污染土壤所生產(chǎn)的證實是鎘污染

6、土壤所生產(chǎn)的“鎘米鎘米”所致。所致。 Department of Environmental Science and Engineeringo （2 2）不可逆性和長期性）不可逆性和長期性: : 土壤一旦遭到污染后極難恢土壤一旦遭到污染后極難恢復(fù)，重金屬元素對土壤的污染是一個不可逆過程，而復(fù)，重金屬元素對土壤的污染是一個不可逆過程，而許多有機化學(xué)物質(zhì)的污染也需要一個比較長的降解時許多有機化學(xué)物質(zhì)的污染也需要一個比較長的降解時間，例如間，例如19661966年冬至年冬至19771977年春，沈陽年春，沈陽撫順污水灌區(qū)撫順污水灌區(qū)發(fā)生的石油、酚類以及后來張土灌區(qū)的鎘污染，造成發(fā)生的石油、酚類以及后

7、來張土灌區(qū)的鎘污染，造成大面積的土壤毒化、水稻矮化、稻米異味，含鎘量超大面積的土壤毒化、水稻矮化、稻米異味，含鎘量超過食品衛(wèi)生標準。經(jīng)過十余年的艱苦努力，包括施用過食品衛(wèi)生標準。經(jīng)過十余年的艱苦努力，包括施用改良劑、深翻、清灌、客土、選擇品種等各種措施，改良劑、深翻、清灌、客土、選擇品種等各種措施，才逐步恢復(fù)其部分生產(chǎn)力，付出了大量的勞力和代價。才逐步恢復(fù)其部分生產(chǎn)力，付出了大量的勞力和代價。1.2 土壤污染的特點 Department of Environmental Science and Engineeringo （3 3）后果的嚴重性）后果的嚴重性: :由于土壤污染的隱蔽性或由于土壤污

8、染的隱蔽性或潛伏性、以及它的不可逆性或長期性，因而往潛伏性、以及它的不可逆性或長期性，因而往往往通過食物鏈危害動物和人體的健康通過食物鏈危害動物和人體的健康。研究表。研究表明，土壤和糧食的污染與一些地區(qū)居民肝腫大明，土壤和糧食的污染與一些地區(qū)居民肝腫大之間有著明顯的劑量之間有著明顯的劑量反應(yīng)關(guān)系，污灌引起的反應(yīng)關(guān)系，污灌引起的污染越嚴重，人群的肝腫大串越高。污染越嚴重，人群的肝腫大串越高。 Department of Environmental Science and Engineering Department of Environmental Science and Engineering

9、o 土壤污染源可分為土壤污染源可分為天然污染源和人為污染源天然污染源和人為污染源。后者是土壤污染研究和污染土壤修復(fù)的主要對后者是土壤污染研究和污染土壤修復(fù)的主要對象，而在這些污染源中，化學(xué)物質(zhì)對土壤的污象，而在這些污染源中，化學(xué)物質(zhì)對土壤的污染是人們最為關(guān)注的。染是人們最為關(guān)注的。o 污染物進入土壤的途徑按照所劃分的土壤污染污染物進入土壤的途徑按照所劃分的土壤污染源可分為源可分為污水灌溉污水灌溉、固體廢物的利用固體廢物的利用、農(nóng)藥和農(nóng)藥和化肥、大氣沉降物化肥、大氣沉降物等。等。1.3 土壤中污染物的來源 Department of Environmental Science and Engin

10、eering1.3 土壤中污染物的來源 大氣沉降大氣沉降(土壤酸化、多環(huán)芳烴和二惡英等土壤酸化、多環(huán)芳烴和二惡英等) 污水排灌（重金屬、多環(huán)芳烴等）污水排灌（重金屬、多環(huán)芳烴等） 化肥農(nóng)藥施用（硝酸鹽、化肥農(nóng)藥施用（硝酸鹽、PCB、DDT等）等） 固體廢物堆放處置（各種污染物）固體廢物堆放處置（各種污染物） 工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)(石油、多環(huán)芳烴和重金屬污染等石油、多環(huán)芳烴和重金屬污染等) 交通運輸交通運輸（汽油中添加的防爆劑四乙基鉛隨廢氣排出污染土（汽油中添加的防爆劑四乙基鉛隨廢氣排出污染土壤壤 ） 全球物質(zhì)循環(huán)全球物質(zhì)循環(huán) Department of Environmental Science

11、and EngineeringConfiningUnit Water tableSaline WaterLateralintrusion of saline water OceanMunicipalwater well Abandonedoil wellDeepAquiferpondInfiltration ofpesticides andfertilizers fromfarmlands Brine leakage from ruptured well casingseptic tank leakage Fresh water Accidental fuel spill Municipal

12、landfill Leakage from hazardous waste siteContaminated shallow well Leakingpetroleumtank ConfiningUnit Department of Environmental Science and Engineeringo 土壤污染的類型目前并無嚴格的劃分，如從土壤污染的類型目前并無嚴格的劃分，如從污污染物的屬性染物的屬性來考慮，一般可分為有機物污染、來考慮，一般可分為有機物污染、無機物污染、生物污染和放射性物質(zhì)的污染。無機物污染、生物污染和放射性物質(zhì)的污染。o （1 1）有機物污染）有機物污染: : 石油

13、、有機農(nóng)藥等；石油、有機農(nóng)藥等；o （2 2）無機物污染：）無機物污染：重金屬污染等；重金屬污染等；o （3 3）生物污染：）生物污染：細菌、真菌等；細菌、真菌等；o （4 4）放射性污染：）放射性污染：放射性核素等。放射性核素等。1.4 土壤污染的類型 Department of Environmental Science and Engineeringo （1 1）影響人體和生物健康）影響人體和生物健康: : 土壤可以通過食物土壤可以通過食物鏈影響人體健康；鏈影響人體健康；o （2 2）影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量：）影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量：植物可從污染植物可從污染土壤中吸收污染物，從而引起代謝

14、失調(diào)，生長土壤中吸收污染物，從而引起代謝失調(diào)，生長發(fā)育受阻或?qū)е逻z傳變異。發(fā)育受阻或?qū)е逻z傳變異。o （3 3）影響生態(tài)系統(tǒng)安全：）影響生態(tài)系統(tǒng)安全：通過生態(tài)系統(tǒng)的能量通過生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)影響整個生態(tài)系統(tǒng)。流動和物質(zhì)循環(huán)影響整個生態(tài)系統(tǒng)。1.5 土壤污染的危害 Department of Environmental Science and Engineering 開展生物修復(fù)之前需要對修復(fù)現(xiàn)場進行調(diào)查評價，開展生物修復(fù)之前需要對修復(fù)現(xiàn)場進行調(diào)查評價，確定生物修復(fù)的適應(yīng)性。主要指標包括：確定生物修復(fù)的適應(yīng)性。主要指標包括：污染物的污染物的性質(zhì)；污染物的濃度和分布；現(xiàn)場的微生物活性；性

15、質(zhì)；污染物的濃度和分布；現(xiàn)場的微生物活性；現(xiàn)場的水力條件；現(xiàn)場的氧化還原電位；土壤和水現(xiàn)場的水力條件；現(xiàn)場的氧化還原電位；土壤和水的特性；養(yǎng)分的有效性等。的特性；養(yǎng)分的有效性等?，F(xiàn)場評估必須回答這些現(xiàn)場評估必須回答這些問題，獲得足夠的數(shù)據(jù)，便于工程設(shè)計。問題，獲得足夠的數(shù)據(jù)，便于工程設(shè)計。 Department of Environmental Science and Engineering （1）污染物的性質(zhì)；）污染物的性質(zhì)； （2）污染物的濃度與分布；污染物的濃度與分布； （3）地下水的水文概況；）地下水的水文概況； （4）地質(zhì)概況。）地質(zhì)概況。 了解現(xiàn)場特性的目的一是收集使土壤修復(fù)過了解

16、現(xiàn)場特性的目的一是收集使土壤修復(fù)過程最優(yōu)化的信息，二是收集控制環(huán)境條件使之程最優(yōu)化的信息，二是收集控制環(huán)境條件使之維持最佳條件的信息。因此，第一階段是收集維持最佳條件的信息。因此，第一階段是收集有關(guān)修復(fù)原理的數(shù)據(jù)，第二階段是收集有關(guān)工有關(guān)修復(fù)原理的數(shù)據(jù)，第二階段是收集有關(guān)工程設(shè)計和過程控制等數(shù)據(jù)。程設(shè)計和過程控制等數(shù)據(jù)。 Department of Environmental Science and Engineering （1）微生物可利用的碳源和能源； （2）可利用的受體和氧化還原條件； （3）現(xiàn)有的微生物活性和可能的毒性； （4）營養(yǎng)物的有效性； （5）現(xiàn)場環(huán)境條件。 Departmen

17、t of Environmental Science and Engineering2.3 原位修復(fù)評價 （1）了解污染物的類型和所在位置； （2）了解亞表層的地質(zhì)和水文條件； （3）污染區(qū)的水文隔離； （4）最低傳質(zhì)可能的位置； （5）設(shè)計亞表層注入或抽取的系統(tǒng)； （6）預(yù)測化學(xué)品注入后的土壤化學(xué)反應(yīng)； （7）建立過程控制的亞表層監(jiān)測系統(tǒng)。 Department of Environmental Science and Engineering2.4 過程控制評價 （1）流體的流向； （2）流速； （3）污染物遷移時間； （4）養(yǎng)分遷移； （5）評價含水層導(dǎo)水率變化； （6）確定運行中注入或回

18、收速率。 Department of Environmental Science and Engineering3 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，是指在實際工程建設(shè)之所謂污染土壤修復(fù)的可處理性研究，是指在實際工程建設(shè)之前，進行的小試和中試實驗研究，通過可處理性研究為土壤前，進行的小試和中試實驗研究，通過可處理性研究為土壤修復(fù)工程設(shè)計提出標準、費用和運行方案等。修復(fù)工程設(shè)計提出標準、費用和運行方案等。目的是節(jié)省修目的是節(jié)省修復(fù)項目建設(shè)工程的投資復(fù)項目建設(shè)工程的投資，一個造價千萬美元的土壤修復(fù)工程，一個造價千萬美元的土壤修復(fù)工程一般可處理性研究費用為一般可處理性研究費

19、用為520萬美元，可以節(jié)省萬美元，可以節(jié)省100萬美萬美元的工程建設(shè)費用。元的工程建設(shè)費用。 Department of Environmental Science and Engineering準備調(diào)查準備調(diào)查 現(xiàn)場調(diào)查現(xiàn)場調(diào)查 詳細調(diào)查詳細調(diào)查 分析評價分析評價 方法選定方法選定 施工管理施工管理 計劃完成計劃完成 Department of Environmental Science and Engineering （1）評價整個過程的可行性；）評價整個過程的可行性； （2）確定修復(fù)可以達到的濃度；確定修復(fù)可以達到的濃度； （3）確定處理過程的設(shè)計標準；）確定處理過程的設(shè)計標準； （4）

20、估算處理過程的設(shè)備和運行費用；）估算處理過程的設(shè)備和運行費用； （5）決定控制參數(shù)和最優(yōu)化實施的限制條件；）決定控制參數(shù)和最優(yōu)化實施的限制條件； （6）評價物料供應(yīng)處理技術(shù)與設(shè)備；）評價物料供應(yīng)處理技術(shù)與設(shè)備； （7）證實現(xiàn)場運行情況和污染物的最終歸趨；）證實現(xiàn)場運行情況和污染物的最終歸趨； （8）評價處理過程中存在的問題；）評價處理過程中存在的問題； （9）提供修復(fù)工程連續(xù)運行的最優(yōu)化方法。）提供修復(fù)工程連續(xù)運行的最優(yōu)化方法。 Department of Environmental Science and Engineering 在明確研究目的之前，需要促使可處理性研究開展在明確研究目的之前

21、，需要促使可處理性研究開展的外部因素。這些因素包括：的外部因素。這些因素包括： （1）管理部門的目的；）管理部門的目的； （2）客戶的要求；客戶的要求； （3）污染物的危害程度；）污染物的危害程度； （4）污染地點的敏感性；）污染地點的敏感性； （5）污染地點的政治敏感性；）污染地點的政治敏感性； （6）時間計劃的靈活程度；）時間計劃的靈活程度； （7）項目預(yù)算的靈活程度。）項目預(yù)算的靈活程度。 Department of Environmental Science and Engineering 3.2.1 設(shè)計的基礎(chǔ)設(shè)計的基礎(chǔ) （1）如何完成、量化和記錄可處理性研究；如何完成、量化和記錄可

22、處理性研究； （2）確定使用標準方案還是專門方案；）確定使用標準方案還是專門方案； （3）確定開展室內(nèi)研究還是進行室外模擬；）確定開展室內(nèi)研究還是進行室外模擬； （4）確定實驗方案和數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量控制水平；）確定實驗方案和數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量控制水平； （5）確定使用的分析方法。）確定使用的分析方法。 Department of Environmental Science and Engineering 3.2.2 方案制定與實施方案制定與實施 可處理性研究分為三個階段，可處理性研究分為三個階段，第一個階段是修復(fù)方法的篩第一個階段是修復(fù)方法的篩選；第二個階段是修復(fù)方法的挑選；第三個階段是修復(fù)方選；第

23、二個階段是修復(fù)方法的挑選；第三個階段是修復(fù)方法調(diào)查和可行性研究計劃進行（中試）。法調(diào)查和可行性研究計劃進行（中試）。一個可處理研究一個可處理研究計劃可以看作是一套分別進行的單項組合，這些項目是：計劃可以看作是一套分別進行的單項組合，這些項目是： （1）土著微生物對靶標污染物的降解轉(zhuǎn)化能力；土著微生物對靶標污染物的降解轉(zhuǎn)化能力； （2）接種微生物的強化降解能力；）接種微生物的強化降解能力； （3）環(huán)境參數(shù)的最佳適宜范圍；）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；）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；）添加基質(zhì)的充足和缺乏的循環(huán)過程； （6）

24、是否需要補充電子供體）是否需要補充電子供體; Department of Environmental Science and Engineering （7）修復(fù)項目的預(yù)期時間修復(fù)項目的預(yù)期時間; （8）不同條件下污染物的降解速率；）不同條件下污染物的降解速率； （9）處理可達到的水平；）處理可達到的水平； （10）土水系統(tǒng)可能發(fā)生的反應(yīng)和阻塞；）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）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；造成的毒性變化； （12）污染物的揮發(fā)程度）污染物的揮發(fā)程度; （13）不同優(yōu)化措施下的費用）不同優(yōu)化措施下的費用-

25、效益效益; （14）控制過程的監(jiān)測頻率；）控制過程的監(jiān)測頻率； （15）運行限制條件。）運行限制條件。 Department of Environmental Science and Engineering 4.1 污染土壤修復(fù)技術(shù)體系 4.2 典型修復(fù)技術(shù)及原理 Department of Environmental Science and Engineering4.1 污染土壤修復(fù)技術(shù)體系 4.1.1 按修復(fù)場地分類（1）原位（原位（in situ）修復(fù)：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； 空氣攪動法（Air

26、Sparging） 原位沖洗、淋洗； 加熱方法； 處理墻方法； 原位穩(wěn)定固化方法； 電動力學(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。 Department of Environmental Science and Engineering（2）異位（異位（ex situ）修復(fù)：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)； Department of Environmental Science and Engineering 4.1.2 按照技術(shù)類別分類（1）物理化學(xué)修復(fù)）物理化學(xué)修復(fù)： 加熱方法

27、；穩(wěn)定固化法；淋洗；萃?。浑妱恿W(xué)等加熱方法；穩(wěn)定固化法；淋洗；萃??；電動力學(xué)等（2）生物修復(fù)：）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；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)：）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。淋洗反應(yīng)器聯(lián)合修復(fù)等。 Department of Environmental Science and Engineering污染土壤修復(fù)工作流程污染土壤修復(fù)工作流程可處理計劃系統(tǒng)分

28、析應(yīng)急對策長期對策凈化處理穩(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 Department of Environmental Science and Engineering 在受石油污染地區(qū)，土壤中的污染物降解會降低土壤中的氧氣濃度，增加CO2濃度，進而抑制污染物進一步生物降解。因此，為了提高土壤中的微生物降解效率，可通過在污染場地打豎井并安裝鼓風(fēng)機和抽真空機向污染區(qū)域供給空氣或氧氣。這項技術(shù)通常用在輕質(zhì)石油類污染的土壤。 Department of Environmental Science and Engineering Department of Environ

29、mental Science and Engineering泥漿法也稱生物反應(yīng)器法，是將污染土壤置于一專門的反應(yīng)器中處理的方法。生物反應(yīng)器處理的過程為：將挖出的石油污染土壤移到反應(yīng)器內(nèi)，加入3 9 倍的水混合，使其呈泥漿狀，加入適量的營養(yǎng)鹽、表面活性劑，并鼓入空氣、劇烈攪拌使微生物與污染物充分接觸和增加氧氣濃度。為了提高降解速率，常在反應(yīng)器先前處理的土壤中分離出已被馴化的微生物，并將其加入到準備處理的土壤中。含油土壤經(jīng)處理后，液體部分可排入處置井（坑、池）或另作他用（如回用），固體部分可施用于農(nóng)田。 Department of Environmental Science and Engineering Department of Environmental Science and Engineering生物反應(yīng)器修復(fù)系統(tǒng)示意圖 Department of Environmental Science and Engineering 預(yù)制床的設(shè)計可以使污染物的遷移量減至最小，因為它具有濾液收集和控制排放系統(tǒng)。預(yù)制床的底面為滲透性低的