土壤污染與修復(fù)

關(guān)于土壤污染與修復(fù)第一頁，共四十六頁，2022年，8月28日下篇：生物修復(fù)與生態(tài)工程三、土壤污染與修復(fù)1土壤中污染物的來源與危害2污染土壤修復(fù)的現(xiàn)場調(diào)查與評價

3污染土壤修復(fù)的可處理性研究

4污染土壤典型修復(fù)技術(shù)及原理第二頁，共四十六頁，2022年，8月28日1土壤中污染物的來源與危害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土壤污染的危害第三頁，共四十六頁，2022年，8月28日1.1

土壤污染的定義“絕對性”定義: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。這個定義的關(guān)鍵是存在有可鑒別的人為添加污染物?！跋鄬π浴倍x：以特定的參照數(shù)據(jù)來加以判斷，如以背景值加兩倍標(biāo)準(zhǔn)差為臨界值，若超過這一數(shù)值，即認(rèn)為該土壤為某元素所污染?！熬C合性”定義：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。第四頁，共四十六頁，2022年，8月28日1.1

污染土壤的定義三種定義的出發(fā)點雖然不同，但有一點是共同的，即認(rèn)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，土壤污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。第五頁，共四十六頁，2022年，8月28日1.2

土壤污染的特點（1）隱蔽性或潛伏性:水體和大氣的污染比較直觀，嚴(yán)重時通過人的感官即能發(fā)現(xiàn);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(dāng)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——痛痛病60年代發(fā)生于富山縣神通川流域，直至70年代才基本證實是鎘污染土壤所生產(chǎn)的“鎘米”所致。第六頁，共四十六頁，2022年，8月28日（2）不可逆性和長期性: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，而許多有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的污染也需要一個比較長的降解時間，例如1966年冬至1977年春，沈陽—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(biāo)準(zhǔn)。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，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

土壤污染的特點第七頁，共四十六頁，2022年，8月28日（3）后果的嚴(yán)重性:由于土壤污染的隱蔽性或潛伏性、以及它的不可逆性或長期性，因而往往通過食物鏈危害動物和人體的健康。研究表明，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—反應(yīng)關(guān)系，污灌引起的污染越嚴(yán)重，人群的肝腫大串越高。第八頁，共四十六頁，2022年，8月28日第九頁，共四十六頁，2022年，8月28日土壤污染源可分為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。污染物進(jìn)入土壤的途徑按照所劃分的土壤污染源可分為污水灌溉、固體廢物的利用、農(nóng)藥和化肥、大氣沉降物等。1.3

土壤中污染物的來源第十頁，共四十六頁，2022年，8月28日1.3

土壤中污染物的來源大氣沉降(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）化肥農(nóng)藥施用（硝酸鹽、PCB、DDT等）固體廢物堆放處置（各種污染物）工業(yè)生產(chǎn)(石油、多環(huán)芳烴和重金屬污染等)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壤）全球物質(zhì)循環(huán)第十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日土壤污染物的來源第十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日土壤污染的類型目前并無嚴(yán)格的劃分，如從污染物的屬性來考慮，一般可分為有機(jī)物污染、無機(jī)物污染、生物污染和放射性物質(zhì)的污染。（1）有機(jī)物污染:石油、有機(jī)農(nóng)藥等；（2）無機(jī)物污染：重金屬污染等；（3）生物污染：細(xì)菌、真菌等；（4）放射性污染：放射性核素等。1.4

土壤污染的類型第十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日（1）影響人體和生物健康:土壤可以通過食物鏈影響人體健康；（2）影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量：植物可從污染土壤中吸收污染物，從而引起代謝失調(diào)，生長發(fā)育受阻或?qū)е逻z傳變異。（3）影響生態(tài)系統(tǒng)安全：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)。1.5

土壤污染的危害第十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日2污染土壤修復(fù)現(xiàn)場的調(diào)查與評價開展生物修復(fù)之前需要對修復(fù)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查評價，確定生物修復(fù)的適應(yīng)性。主要指標(biāo)包括：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；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?，F(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。第十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日2.1

現(xiàn)場調(diào)查（1）污染物的性質(zhì)；（2）污染物的濃度與分布；（3）地下水的水文概況；（4）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)。第十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日2.2

生物過程評價（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。第十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日2.3

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)。第十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日2.4

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收速率。第十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日3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)之前，進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)、費用和運行方案等。目的是節(jié)省修復(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)工程一般可處理性研究費用為5－20萬美元，可以節(jié)省100萬美元的工程建設(shè)費用。第二十頁，共四十六頁，2022年，8月28日準(zhǔn)備調(diào)查

現(xiàn)場調(diào)查

詳細(xì)調(diào)查

分析評價

方法選定

施工管理

計劃完成第二十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日3.1

可處理性研究的目標(biāo)（1）評價整個過程的可行性；（2）確定修復(fù)可以達(dá)到的濃度；（3）確定處理過程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；（4）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；（6）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；（8）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。第二十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日3.2

實驗設(shè)計與實施在明確研究目的之前，需要促使可處理性研究開展的外部因素。這些因素包括：（1）管理部門的目的；（2）客戶的要求；（3）污染物的危害程度；（4）污染地點的敏感性；（5）污染地點的政治敏感性；（6）時間計劃的靈活程度；（7）項目預(yù)算的靈活程度。第二十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日3.2

實驗設(shè)計與實施3.2.1設(shè)計的基礎(chǔ)（1）如何完成、量化和記錄可處理性研究；（2）確定使用標(biāo)準(zhǔn)方案還是專門方案；（3）確定開展室內(nèi)研究還是進(jìn)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；（5）確定使用的分析方法。第二十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日3.2

實驗設(shè)計與實施3.2.2方案制定與實施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)方法調(diào)查和可行性研究計劃進(jìn)行（中試）。一個可處理研究計劃可以看作是一套分別進(jìn)行的單項組合，這些項目是：（1）土著微生物對靶標(biāo)污染物的降解轉(zhuǎn)化能力；（2）接種微生物的強(qiáng)化降解能力；（3）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；（5）添加基質(zhì)的充足和缺乏的循環(huán)過程；（6）是否需要補(bǔ)充電子供體;第二十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日3.2

實驗設(shè)計與實施（7）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；（9）處理可達(dá)到的水平；（10）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)物的積累而造成的毒性變化；（12）污染物的揮發(fā)程度;（13）不同優(yōu)化措施下的費用-效益;（14）控制過程的監(jiān)測頻率；（15）運行限制條件。第二十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日4污染土壤修復(fù)技術(shù)及原理4.1污染土壤修復(fù)技術(shù)體系4.2典型修復(fù)技術(shù)及原理第二十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日4.1

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（insitu）修復(fù)：污染土壤氣體提取法(SVE)；井中汽提法（In-wellVaporStripping）；生物通氣；空氣攪動法（AirSparging）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。第二十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日5.1

污染土壤修復(fù)技術(shù)體系（2）異位（exsitu）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)；第二十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日4.1

污染土壤修復(fù)技術(shù)體系4.1.2按照技術(shù)類別分類（1）物理化學(xué)修復(fù)：加熱方法；穩(wěn)定固化法；淋洗；萃取；電動力學(xué)等（2）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；（3）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。第三十頁，共四十六頁，2022年，8月28日污染土壤修復(fù)工作流程可處理計劃系統(tǒng)分析應(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4.2

典型修復(fù)技術(shù)的流程及原理第三十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日4.2

典型修復(fù)技術(shù)的流程及原理4.2.1原位修復(fù)技術(shù)（1）生物通風(fēng)技術(shù)：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(jìn)而抑制污染物進(jìn)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(jī)和抽真空機(jī)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。第三十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日4.2

典型修復(fù)技術(shù)的流程及原理4.2.2異位修復(fù)技術(shù)（1）泥漿反應(yīng)器技術(shù)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(zhǔn)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。第三十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日4.2

典型修復(fù)技術(shù)的流程及原理生物反應(yīng)器修復(fù)系統(tǒng)示意圖第三十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日4.2

典型修復(fù)技術(shù)的流程及原理4.2.2異位修復(fù)技術(shù)（2）預(yù)制床法：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物質(zhì)，如高密度的聚乙烯或黏土。將污染土壤轉(zhuǎn)移到預(yù)制床上，通過施肥、灌溉、調(diào)節(jié)pH，有時還加入微生物和表面活性劑，使其最適合污染物的降解。與同一區(qū)域的原位處理技術(shù)相比，預(yù)制床處理對3環(huán)和3環(huán)以上的多環(huán)芳烴的降解率明顯提高。第三十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日4.2

典型修復(fù)技術(shù)的流程及原理第三十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日（3）土壤耕作法：對石油污染的土壤進(jìn)行翻耕，耕層深度為30cm左右，同時向土壤中添加肥料、表面活性劑等物質(zhì)并定期灌溉，從而盡可能地為微生物降解石油提供一個良好的環(huán)境，使其有充足的營養(yǎng)、水分和通氣