1、环境修复原理与技术第七章第七章 污染土壤的环境修技术污染土壤的环境修技术(下下)环境修复原理与技术7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术7.2.7.1技术介绍技术介绍电动力学修复技术是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态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。环境修复原理与技术阴极收集池电 源石 墨 电 极阳极收集池污染土壤图23污染土壤电动力修复的装置与过程示意图7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术环境修复原理与技术修复重金属污染的优势限制因素（1）对现有景观、建筑和结构
2、等的影响小；（2）土壤本身的结构不会遭到破坏，且该过程不受土壤低渗透性的影响；（3）金属离子从根本上被去除；（4）对于不能原位修复的现场，可以采用异位修复的方法；（5）可能对饱和、不饱和层都有效；（6）水力传导性较低特别是黏土含量高的土壤适用性较强；（7）对有机和无机污染物都有效（1）污染物的溶解性和污染物从土壤胶体表面的脱附性能对该技术的成功应用有重要的影响；（2）需要电导性的孔隙流体来活化污染物；（3）埋藏的地基、碎石、大块金属氧化物、大石块等会降低处理效率；（4）金属电极电解过程中发生溶解，产生腐蚀性物质，因此电极需采用惰性物质如碳、石墨、铂等；（5）污染物的溶解性和脱附能力限制技术的有
3、效应用；（6）土壤含水量低于10的场合，处理效果大大降低；（7）非饱和层水的引入会将污染物冲洗出电场影响区域，埋藏的金属或绝缘物质会引起土壤中电流的变化；（8）当目标污染物的浓度相对于背景值(非污染物浓度)较低时，处理效率降低表9电动力学修复重金属污染的优势和限制因素7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术环境修复原理与技术7.2.7.2技术应用技术应用 Lasagna工艺工艺Lasagna工艺是一种综合的土壤原位修复技术。该工艺是在污染土壤中建立近似断面的渗透性区域,通过向里面加入适当的物质(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(如重金属)从土壤迁移
4、至处理区,在吸附、固定等作用下得到去除。该工艺适用于低渗透性土壤或者是包含低渗透性区域的非均相土壤。7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术环境修复原理与技术Lasagna工艺工艺 电极的水平结构：电极的水平结构：电极的垂直结构：电极的垂直结构：这种结构的电极装置适用于浅层土这种结构的电极装置适用于浅层土壤污染壤污染(15m)及土壤不是超固结及土壤不是超固结状态时。电极垂直插入污染土壤的状态时。电极垂直插入污染土壤的两端两端,形成一个水平方向上的直流形成一个水平方向上的直流电场。这种结构可以和其他的处理电场。这种结构可以和其他的处理方法结合起来以提高处理效果。方法结合起来以提高处理效果。一
5、般来说一般来说,水平结构的电极装置水平结构的电极装置适用于超固结粘土。在垂直方向适用于超固结粘土。在垂直方向上上,污染土壤的上面和下面插入污染土壤的上面和下面插入石墨电极形成垂向电场。另外石墨电极形成垂向电场。另外,可以向中间加入试剂来提高处理可以向中间加入试剂来提高处理效果。效果。Lasagna工艺工艺7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术环境修复原理与技术图24 Lasagna 方法的水平结构图25 Lasagna 方法的垂直结构 Lasagna工艺工艺7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术环境修复原理与技术技术的优点与缺陷：技术的优点与缺陷：优点：在低渗透性土壤中效果显著；污
6、染物可以在地下去除；操作起来无噪声污染；安装迅速；处理时间相对较少。Lasagna工艺工艺7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术环境修复原理与技术 缺陷及将来的发展：设计和操作过程中要考虑的因素太多,如处理区的间距、化学试剂的选择、垂直粒状电极的放置方法等;Lasagna工艺有可能处理土壤中多种污染物,但是对于某种污染物要采用特定的方法以确保这种处理工艺的兼容性;该工艺电极的水平结构利用水力压裂及加入泥浆可以处理深层区域的土壤污染,但是要考虑电极的接触问题和电解产生的气体的去除。可考虑生物处理工艺与Lasagna工艺结合使用。7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术环境修复原理与技术
7、 阴极区注导电性溶液工艺阴极区注导电性溶液工艺 实验装置实验装置图26 导电性溶液注入阴极和土壤之间图27 技术现场应用示意图7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术环境修复原理与技术 阴极区注导电性溶液工艺阴极区注导电性溶液工艺 优点及不足优点及不足 重金属的处理效率大为提高;装置简单易行,但位于处理土壤和阴极之间的导电性溶液的长度至少要两倍于处理土壤的长度,且pH缓冲容量、介质的阳离子交换能力及导电性溶液与土壤的相互反应可能影响酸碱迁移带的前进和pH跃迁的位置,这还需要更多的现场实验数据,另外导电性溶液要放在一个特殊的容器中,这可能会增大处理成本。7.2.7 电动力学修复技术电动力学修
8、复技术环境修复原理与技术 阳离子选择性透过膜阳离子选择性透过膜将一个阳离子选择性透过膜放在土壤中靠近阴极的地方,H+和金属阳离子可以通过阳离子选择性透过膜,而OH 则无法通过。这样可以把高pH区限制在靠近阴极的地方,提高重金属离子的去除效率。图28 带阳离子选择性透过膜的电动力装置7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术环境修复原理与技术电电动动力力学学修修复复技技术术常常用用方方法法 原位修复原位修复：序批修复：序批修复：电动栅修复：电动栅修复：直接将电极插入受污染土壤，污染修直接将电极插入受污染土壤，污染修复过程对现场的影响最小复过程对现场的影响最小 污染土壤被输送到修复设备分批处理污
9、染土壤被输送到修复设备分批处理 受污染土壤中依次排列一系列电极用受污染土壤中依次排列一系列电极用于去除地下水中的离子态污染物于去除地下水中的离子态污染物 7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术环境修复原理与技术需求信息基础/应用水力传导性匀质、渗透性和含水量高的场合（如黏土含量高）应用效果较好地下水位饱和层和不饱和层土壤应用的技术方法不同污染空间分布确定电极和回收井的位置电渗析渗透性能估计产生水流和污染物的迁移速率阳离子交换能力阳离子交换能力低的场合应用效果较好金属分析水溶性污染物（非极性有机物除外）应用效果较好盐分分析盐分低的场合应用效果较好半电池电势用以分析可能的化学反应污染物传输系
10、数用以确认修复所需的电流孔隙水的pH孔隙水的pH影响污染物的价态，导致污染不易于沉降表10 电动力学修复现场所需信息7.2.7 电动力学修复技术电动力学修复技术环境修复原理与技术7.2.8 冰冻修复技术冰冻修复技术 冰冻土壤修复技术是通过适当的管道布置，在地下以等距离的形式围绕已知的污染源垂直安放，然后将对环境无害的冰冻剂溶液送入管道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。冻土屏障提供了一个与外界土壤隔离的“空间”，另外还需要一个冷冻厂或车间来维持冻土屏障层的温度低于0。7.2.8.1技术介绍技术介绍环境修复原理与技术技术优点限制因素（1）提供与外界相隔离的独立“
11、空间”；（2）冰冻介质（水和冰）是于环境无害的物质；（3）冻土层屏蔽可以通过升温溶化容易地完全去除；（4）冻土屏蔽出现破损时，泄漏处可以通过原位注水加以修复。（1）需要电力来维持冻土层的存在，而且为了保证修复过程中不出现故障，还必须有备用的发电设施；（2）用于污染土地的体积较大，不利于一般性污染土壤修复，而且溶解性的污染成分可能会对饮水水源产生危害作用；（3）尽管尽量使用于环境无害的制冷剂，但制冷剂及其有害成分的泄漏，仍然是人们关心的问题，许多制冷剂如果流失到环境中，会造成严重的环境问题；（4）在能够引入水分使干燥土壤中的水分达到饱和的技术形成之前，尚不应用在干燥/沙质土壤；（5）在构筑物（地
12、下池槽等）周围的细质土壤中应用，必须考虑土壤水分运动的影响；（6）在受低凝固点污染物污染的场所，需要较昂贵的制冷工艺；（7）安装制冷管道需要非常细心，以保证冻土层屏障的完整性。表11 冰冻土壤修复技术的优点和限制因素7.2.8 冰冻修复技术冰冻修复技术 环境修复原理与技术7.2.8.2技术应用技术应用冰冻技术用于污染土壤的修复还是一门新兴的技术，其广泛安全的应用尚需要发展与之配套的相关技术以确保环境安全，如无毒或低毒廉价的冰冻剂使用；制冷管道的温度测量装置提供制冷信息；地表原位传感器监控冻土层的情况；地下探测技术（雷达、地震波、声波、电势分析和示踪等）探测冻土层结构等。关于不同土壤的扩散特性、
13、不同污染物浓度和溶液对冻土层退化的影响等诸多问题上有待于从理论和实践两方面加以探讨。7.2.8 冰冻修复技术冰冻修复技术 环境修复原理与技术7.3 污染土壤的化学修复技术污染土壤的化学修复技术v定义：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，使污染物被降解和毒性被去除或降低的修复技术。v修复手段：依污染土壤的特征和污染物的不同而分类v修复剂：氧化剂、还原剂、解吸剂、增溶剂和沉淀剂环境修复原理与技术v强调：通常情况下，根据污染物类型和土壤特征，优先考虑使用生物修复法。v 化学修复法自身优点：发展较早、相对成熟v 按照化学反应特点分类：v 修复技术的选择:依赖于仔细的土壤实地勘察和预
14、备试验的结果环境修复原理与技术类型 适用性 土壤性能改良 主要针对无机污染物，如重金属、阳离子和非金属及腐蚀性物质 化学氧化修复主要用于被油类、有机溶剂、多环芳烃、农药以及非水溶态氯化物等污染的土壤。化学还原与还原脱氯氧化态金属（六价铬、六价硒）、含氯有机物、非饱和芳香烃、多氯联苯、卤化物和脂肪族化合物等污染物。化学淋洗化学淋洗适用范围广泛适用范围广泛 溶剂浸提 适用于有机污染的土壤，如多氯联苯（PCBs）、石油类碳氢化合物、燃烧氧化有机污染物 降解水解异降解或水解的有机污染物 聚合脂肪族化合物和含氧有机物 质子传递TCDD、酮类和多氯联苯（PCBs）等。挥发专性有机污染物 环境修复原理与技术
15、 7.3.1 土壤性能改良修复技术土壤性能改良修复技术v技术介绍：土壤污染是一个世界性的问题，美国、荷兰等国家的重金属污染问题日益严重 对于重金属污染的土壤，可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。v亦称重金属的钝化：主要针对重金属污染v两种改良方式：施用改良剂 调节土壤的Eh环境修复原理与技术v改良方式一：施用改良剂v适用性：污染程度较轻的土壤v常用改良剂：石灰性物质 有机物质及黏土矿物 离子拮抗剂 化学沉淀剂环境修复原理与技术石灰性物质石灰性物质v 包括：熟石灰、硅酸钙、硅酸镁钙和碳酸钙v 目的：中和土壤酸性，降低重金属的溶解度v 实例：石灰与土壤黏粒中的A
16、l3+或与有机质中的羧基反应 2Al3+-黏粒+3CaCO32Al(OH)3+3Ca2+-黏粒+3H2O+3CO2 2R-COOH+CaCO3 H2O+CO2+R-COO-Ca2+R-COO-环境修复原理与技术v石灰性物质对土壤的改良作用主要体现在三个方面:1.改变土壤固相中的阳离子构成,增加土壤阳离子的代换 量 2.改善土壤结构 3.增加土壤胶体的凝聚性,增强植物根表面对重金属离子 的拮抗作用 v改良效果:依土壤特性和石灰物质的状态而定 采取措施：投加粉末状石灰 石灰性物质修复技术的局限性：与某些植物营养元素反应，不能普遍使用环境修复原理与技术有机物质和粘土矿物有机物质和粘土矿物 有机物质和
17、粘土矿物的两大作用：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络合、螯合作用，黏土矿物对重金属离子和有机污染物产生强力的物理、化学吸附作用，使污染物分子失去活性，从而减轻土壤污染对植物和生态系统的伤害 有机物质：生物体排泄物、泥炭类物质和污泥等环境修复原理与技术v有机物质对重金属污染的缓冲和净化机制主要表现在五个方面：1.参与土壤离子交换反应 2.稳定土壤结构 3.提供微生物活性物质 4.提供微生物活性基质及能源 5.是重金属的螯（络）合剂环境修复原理与技术离子拮抗剂离子拮抗剂 v作用原理：化学性质相似的元素之间，可能会因为竞争植物根部同一吸收点而产生离子拮
18、抗作用。v 实例应用：在被镉污染的土壤，可以合适的锌/镉浓度比施入植物肥料，缓解镉对农作物的毒害作用。环境修复原理与技术化学沉淀剂化学沉淀剂 v作用原理：磷酸盐化合物很容易与重金属形成难溶态沉淀产物.v适用性:用于改良被铅、铁、锰、铬、锌污染的土壤v土壤施磷的效果因磷酸盐种类的不同而不同 （以融磷效果最好）环境修复原理与技术改良方式二改良方式二:调节土壤的调节土壤的Ehv目的：控制土壤中重金属的迁移v措施：调节土壤的水分含量v实例：将汞或砷污染的水田改为旱地，铬污染的 旱地改为水田。环境修复原理与技术v铬在土壤环境中的行为：Cr3+可被低相对分子质量的有机酸活化，配位的Cr3+与带负电的MnO
19、2作用生成Cr6+.vCr6+为致癌物质，故需保持土壤的还原环境，使铬保持在低价态形式下，降低人类健康风险.环境修复原理与技术v砷在土壤环境中的行为：HAsO2+MnO2(MnO2)HAsO2 -(MnO2)HAsO2+H2O H3AsO4+MnO -H3AsO4 H2AsO4-+H+-H2AsO4-HAsO42-+H+-(MnO2)HAsO2+2H+H3AsO4+Mn2+-H3AsO4+2H+2e HAsO2+2H2O -环境修复原理与技术7.3.2 7.3.2 化学氧化修复技术化学氧化修复技术v技术介绍：化学氧化修复是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到土壤
20、中，使氧化剂与污染物产生氧化反应，达到使污染物降解或转化为低毒、低迁移性产物的一项污染土壤原位氧化修复技术。v适用性：污染期长且难以降解的污染物，如油类、有机溶剂、农药以及非水溶态氯化物等 环境修复原理与技术图3-1 污染土壤化学氧化修复技术示意图 环境修复原理与技术v化学氧化修复技术三大优点：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专门处理 可以处理其他技术不能处理的污染源，如地下水深处的污染环境修复原理与技术化学氧化修复技术两大要素：化学氧化修复技术两大要素：化学氧化剂和分散技术化学氧化剂和分散技术 v 化学氧化技术中的氧化剂遵循的三大原则：反应必须足够强烈，使污染物
21、通过降解、蒸发及沉淀等方式去除，并能消除或降低污染物毒性 氧化剂及反应产物应对人体无害 修复过程应是实用和经济的常用的三种氧化剂：（1）双氧水双氧水（2）高锰酸钾高锰酸钾 （3）臭氧臭氧环境修复原理与技术常用的三种氧化剂的特点常用的三种氧化剂的特点氧化剂过氧化氢高锰酸钾臭氧最适PH2-47-8中性降解性与水接触后很快降解比较稳定在土壤中降解有限催化剂加入FeSO4形成Fenton试剂无无优势不需要光照；不受污染物浓度限制；无毒，经济高效无环境风险；稳定易控制；氧化有机物更有效分散能力高；省时、经济环境修复原理与技术v传统的氧化剂分散技术：竖直井 水平井 过滤装置 处理栅氧化剂分散技术氧化剂分散
22、技术环境修复原理与技术特例：H2O2作为氧化剂作为氧化剂的化学修复技术的化学修复技术v Fenton氧化反应：关键在于产生大量的OH v氧化还原电势比较：O O3 3 2.07V 2.07V H H2 2O O2 2 1.77V1.77V OH 2.80V2.80Vv键能比较：OH键能：502.42kJ/mol化学键名称键能(kJ/mol)C-C347.5C-H414.49C-N305.64C-O351.69O-H464.73N-H389.37环境修复原理与技术v反应机理：Fe2+H2O2 Fe3+OH+OH-在酸性条件和过量Fe2+下：Fe2+OH Fe3+OH-反应条件合适的情况下：Fe3
23、+H2O2 Fe2+HO2+H+-环境修复原理与技术vFenton氧化反应的优势：1.Fe2+、H2O2都没毒，且价格便宜 2.催化体系中不需要额外的光照 3.H2O2以电化学方式自动产生，增加了修复效率 4.不受污染物浓度限制 5.反应速率很快环境修复原理与技术土壤中的腐殖质对土壤中的腐殖质对Fenton氧化的影响氧化的影响v1.影响污染物的吸附v2.影响过氧化氢的分解路径v3.腐殖质含有大量的醌类等电子传递体系，促进 氧化反应v4.土壤有机质会消耗部分氧化剂，降低污染物去除效率环境修复原理与技术7.3.3 化学还原与还原脱氯修复技术化学还原与还原脱氯修复技术v技术介绍：化学还原与还原脱氯修
24、复是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和生物可利用性降低的一项污染土壤原位修复技术多适用于地下水的污染治理多适用于地下水的污染治理在欧美等发达国家已被广泛用来治理污染水中的在欧美等发达国家已被广泛用来治理污染水中的有害组分有害组分 环境修复原理与技术v可渗透反应墙概念：可渗透反应墙（permeable reactive barrier，PRB）按照美国环保局的定义，是一种由被动反应材料构成的物理墙，通过挖掘来构造，然后进行重新定位，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
25、的。环境修复原理与技术v 技术介绍：在1982年，美国国家环境保护局发行的环境处理手册中，该思想被首次提出。v 首次工程实例：1989年，加拿大滑铁卢大学在安大略省的Borden成功运用此技术修复污染地下水，取得良好效果环境修复原理与技术v传统的地下水泵-处理方式缺点：只能限制污染物的进一步扩散，不能原位修复 泵的使用需要能量供给，且系统需要定期维护检修 一旦停止泵抽提，污染会重新形成环境修复原理与技术图图3-2 3-2 可透性化学活性反应墙示意可透性化学活性反应墙示意 环境修复原理与技术v化学还原与还原脱氯技术的两大关键要素：化学药剂化学药剂 代表性的还原剂主要有：1.液态的SO2 2.气态
26、的H2S 3.Fe0胶体 系统设计系统设计 环境修复原理与技术v（1 1）SOSO2 2还原剂还原剂 作用原理：通过SO2产生系列反应，先把土壤矿物结构中的Fe3+还原成Fe2+，再由Fe2+还原迁移态的敏感污染物，使之成为活性反应区 通常将SO2溶解在碱性溶液中，以碳酸盐和重碳酸盐做缓冲溶液注入污染土壤环境修复原理与技术v（2）气态）气态H2S还原剂还原剂 H2S作为还原剂可以原位修复Cr6+污染土壤，加入的H2S还原剂能够将Cr6+还原成Cr3+，并继续转化成氢氧化铬沉淀，H2S本身转化成硫化物。8CrO42-+3H2S+10H+4H2O8Cr(OH)3+3SO42-v 优点：硫化物没有危
27、险；反应产物不会导致环境问题v 缺点：气态H2S有毒环境修复原理与技术v（3 3）FeFe0 0胶体还原剂胶体还原剂 Fe0胶体是很强的还原剂，可脱掉氯化溶剂的氯离子，把可迁移的氧化阴离子（CrO42-）转化成难迁移态。应用研究：用含Fe0胶体的活性反应墙来处理污染地下水 注射Fe0胶体优点：1.安装和操作相对经济 2.工作人员暴露于有害物质的危险性减小环境修复原理与技术系统设计系统设计v化学还原和还原脱氯修复的过程的三个阶段：注射反应将试剂与反应物抽提出来环境修复原理与技术实例：实例：Fe0胶体活性反应栅胶体活性反应栅环境修复原理与技术化学还原与还原脱修复的设计步骤化学还原与还原脱修复的设计
28、步骤现场勘查：确定土壤物理异质性和估测化学成分多样性现场勘查：确定土壤物理异质性和估测化学成分多样性实验研究：测定化学指标和沉积物种类化学异质性实验研究：测定化学指标和沉积物种类化学异质性分析试验结果，并设计小规模现场试验分析试验结果，并设计小规模现场试验进行小规模现场试验，并定为活性反应区进行小规模现场试验，并定为活性反应区分析试验结果，确定可行性分析试验结果，确定可行性进行修复的最后设计进行修复的最后设计成功成功未成功，重新设未成功，重新设计计环境修复原理与技术7.3.47.3.4 化学淋洗修复技术化学淋洗修复技术v化学淋洗修复概念化学淋洗修复概念 化学淋洗修复（chemical leac
29、hing and flushing/washing remediation）是一种重要的应用于污染土壤环境修复的技术，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头推动淋洗液注入到被污染土层中，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的技术。环境修复原理与技术v污染土壤修复的淋洗过程：污染土壤修复的淋洗过程：淋洗液向土壤表面扩散淋洗液向土壤表面扩散 对污染物质的溶解对污染物质的溶解 淋洗出的污染物在土壤内部扩散淋洗出的污染物在土壤内部扩散 淋洗出的污染物从土壤表面向液体扩散淋洗出的污染物从土壤表面向液体扩散 环境修复原理与技术v化学淋
30、洗修复分类化学淋洗修复分类 按照场地场地划分，化学淋洗法分为：原位化学淋洗修复（in-situ chemical leaching and flushing/washing remediation）异位化学淋洗修复（ex-situ chemical leaching and flushing/washing remediation）环境修复原理与技术3-3 3-3 原位化学淋洗技术流程图原位化学淋洗技术流程图环境修复原理与技术污染物污染物相关工业相关工业重金属（镉、铬、铅、铜、锌）重金属（镉、铬、铅、铜、锌）金属电镀、电池工业金属电镀、电池工业芳烃（苯、甲苯、甲酚、苯酚）芳烃（苯、甲苯、甲酚、
31、苯酚）木材加工木材加工石油类石油类汽车、油脂业汽车、油脂业卤代试剂（卤代试剂（TCETCE、三氯烷）、三氯烷）干结产业、电子生产线干结产业、电子生产线多氯联苯和氯代苯酚多氯联苯和氯代苯酚农药、除草剂、电力工业农药、除草剂、电力工业环境修复原理与技术异位化学淋洗修复异位化学淋洗修复v1980年，由美国国家环境保护局和其他国家的环保机构开始研究。v土壤清洗之前进行土壤分级以提高处理效率v适于处理的污染物：重金属、放射性元素、石油类化合物、易挥发有机物等环境修复原理与技术3-4 异位土壤化学淋洗修复技术示意图异位土壤化学淋洗修复技术示意图环境修复原理与技术优点适用污染土壤性质适用污染物原位化学淋洗修
32、复原位化学淋洗修复长效性、易操作性、高渗透性、费用合理性（依赖于所利用的淋洗助剂），治理的污染物范围很广泛。适用于多孔隙、易渗透的土壤。重金属、具有低辛烷/水分配系数的有机化合物、羟基类化合物、低分子量乙醇和羧基酸类等污染物。异位化学淋洗修复异位化学淋洗修复能耗低,设备投资小,工艺简单,适用范围广,速度快和易于实现废弃物减量化等。污染物集中于大粒级土壤上的情况，砂砾、沙和细沙以及相似土壤成分中的污染物更易处理，含有25%30%粘粒的土壤则不建议。适用于各种类型污染物，如重金属、放射性元素、以及许多有机物，包括石油烃、易挥发有机物、PCBS以及多环芳烃等。环境修复原理与技术7.3.57.3.5
33、溶剂浸提修复技术溶剂浸提修复技术v技术介绍:通常也被称为化学浸提技术，是一种利用溶剂将有害化学物质从污染土壤中提取出来或去除的技术。v适用性：处理不溶于水的污染物，如油脂类、PCBs等。环境修复原理与技术 浸提液浸提液 浸提单元浸提单元需深度处理的污需深度处理的污染物染物污染土壤污染土壤清洁土壤清洁土壤 分离单元分离单元 3-53-5 溶剂浸提修复技术示意图溶剂浸提修复技术示意图 环境修复原理与技术清 洁 溶清 洁 溶剂剂储储存存罐罐 溶溶 剂剂过过滤滤站站微微过过滤滤 沉沉淀淀罐罐溶剂泵溶剂泵 充气装置充气装置 凝缩单元凝缩单元 非非接接触触热热交交换换器器溶剂泵溶剂泵溶剂提取罐溶剂提取罐3
34、-6 3-6 溶剂浸提修复技术过程示意图溶剂浸提修复技术过程示意图环境修复原理与技术v溶剂浸提修复技术的优势：1.处理难以从土壤中去除的污染物2.在原地开展，不必运输污染物到专门的处理厂3.浸提溶剂可循环再利用4.装置组件可运输到所需要的任何位置，系统容量大小可根据处理土壤的体积自动调节环境修复原理与技术7.4污染土壤生物修复污染土壤生物修复环境修复原理与技术污染土壤生物修复的概念和分类 污染土壤生物修复的概念v污染土壤生物修复:生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴的清洁技术，它是传统的生物处理方法的发展。是利用生物（包括动物、植物和微生物），通过人为调控，将土壤中有毒有害污染物
35、吸收、分解或转化为无害物质的过程。环境修复原理与技术土壤生物修复的特点土壤生物修复的特点v污染土壤生物修复技术的特点:与物理、化学修复污染土壤技术相比，它具有成本低，不破坏植物生长所需要的土壤环境，环境安全，无二次污染，处理效果好，操作简单、费用低廉等特点，是一种新型的环境友好替代技术。环境修复原理与技术 异位微生物修复异位微生物修复2原位微生物修复原位微生物修复3植物修复植物修复4土壤修复的生态围隔阻控工程土壤修复的生态围隔阻控工程5 生物修复过程的评价生物修复过程的评价1环境修复原理与技术7.4.1 生物修复过程的评价生物修复过程的评价v以充分的证据来表明微生物是减少污染物浓度的主体，是生
36、物修复的重要一环。这些评价方法可为法规制定者和提供生物修复服务的商家提供一种手段，来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。环境修复原理与技术生物修复过程的评价方法生物修复过程的评价方法v一般地说，污染土壤生物修复的评价方法应包括以下3个方面的内容：v记录生物修复过程中污染物的减少；v以试验结果表明现场污染环境中的微生物具有转化污染物的能力；v用一个或多个例证表明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仍然存在。环境修复原理与技术现场生物修复的监测现场生物修复的监测 v在试验条件下被证明的生物降解潜力是否在场地条件下仍然存在比较困
37、难，因为试验条件往往比现场条件优越。v有两种技术用于现场生物修复的监测，即样品测定，进行试验运行。但模型法更有助于对污染物归宿的进一步理解。更为详细的试验方案取决于多组因素，如污染物、场地地质特征以及评价要求的严格水平等，因此需进一步工作。环境修复原理与技术 环境修复原理与技术7.4.1.1 样品测定样品测定v1、选择对照点进行采样分析，以此作为生物修复技术评价的参照点。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；末受污染或不受生物修复系统影响的地带。v2、以生物修复系统开始运行前样品的分析结果作为对照，以此作为生物修复技术修复效果评价的参照值。然后，将生物修复过程各个时段采集样品
38、的分析结果与运行前的结果作比较，来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环境修复原理与技术7.4.1.2 细菌总数细菌总数v细菌种群测定的第一步是采样。原则上，最好的样品包括团体基质(土壤和支撑地下水的岩石)及与之相连的孔隙水。v细菌种群测定的第二步是细菌总数分析。v a.微生物直接计数法 微生物直接计数法是一种传统技术，是通过用普通显微镜观察样品进行细菌计数。v b.INT活性试验法 INT活性试验法可以通过鉴定电子迁移中的细菌活性的方法增强直接的显微镜计数。环境修复原理与技术vc.平板计数法 平板计数法也是一种细菌计数的方法。这种方法可以定量计数组固定在固体介质(如营养基质
39、)上的细菌。vd.MPN技术 MPN(most-probabale-number)技术也取决于介质中细菌的生长状况。细菌计数是以统计学方法完成的 ve.脱氧聚核苷酸探针 采用现代生物化学和分子生物学方法，使现场样品细菌计数与鉴定更为精确。vf.脂肪酸分析 脂肪酸分析是另一种细菌鉴定技术。这种技术利用存在于细胞膜中的脂肪酸特征进行细菌鉴定。环境修复原理与技术7.4.1.3 原生动物数原生动物数v原生动物捕食细菌，所以原生动物数量的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有效佐证。环境修复原理与技术7.4.1.4 细菌活性率细菌活性率v细菌活
40、性增加通常表明生物修复正在进行，细菌活性是一个关键信号。对生物修复成功判定的一个重要指标是潜在生物转化率。当潜在生物转化率足够大时，表明系统能迅速去除污染物或防止污染物的迁移。细菌活性越大，说明潜在生物转化率越高，这一结果可为生物修复的成功运行提供证据。环境修复原理与技术7.4.1.5 细菌的适应性细菌的适应性v污染点的细菌经过一段时间驯化后，能产生代谢污染物的能力，其结果是使原本在溢漏时不能够转化的或转化非常低的污染物被代谢降解。这一特性被称为代谢适应性，它为现场的污染生物修复提供了可能。适应性可以导致能够代谢污染物的细菌总数增加，或个体细菌遗传性或生理特性发生改变。环境修复原理与技术7.4
41、.1.6 无机碳浓度无机碳浓度v 降解有机污染物时，除了需要更多微生物外，在降解过程中细菌会产生无机碳，通常为气态二氧化碳、溶解态二氧化碳或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。气态二氧化碳浓度可以用气相色谱法检测，水样中的二氧化碳可进行无机碳分析。环境修复原理与技术7.4.2 污染土壤的异位修复技术污染土壤的异位修复技术v异位微生物修复是将受污染的土壤、沉积物移离原地，在异地利用特异性微生物和工程技术手段进行处理，最终污染物被降解，使受污染的土壤恢复原有的功能的过程。主要的工艺类型包括土地填埋、生物农耕、预备床、堆腐和泥浆生物反应器。环境修复原理与技术
42、污染土壤的异位修复技术污染土壤的异位修复技术类型 技术方法描述 适用性 土地填埋将污泥施入土壤，通过施肥、灌溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和pH，保持污染物在土壤上层好氧降解 广泛用于油料工业的油泥处理 土壤耕作 将污染土壤撒于地表（约0.5m），通过定期农耕的方法改善土壤结构，供给氧气、水分和无机营养，促进污染物降解 适用于可降解的有机污染物，如杀虫剂/除草剂，挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物和多环芳烃。不适于二噁英/呋喃和多氯联苯 预备床 将土壤运输到一个经过各种工程准备的预备床上进行生物处理，处理过程中通过施肥、灌溉、控制pH等方式保持对污染物的最佳降解状态，有时也加入一些微
43、生物和表面活性剂 适用于挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物、多环芳烃及爆炸性污染物。堆腐 堆积污染土壤，通过翻耕和施加一定数量的稻草、麦秸、碎木片和树皮等增加土壤透气性和改善土壤结构，促进污染物微生物分解 适用于挥发/半挥发性、非卤有机污染物和多环芳烃。泥浆生物反应器 污染土壤和水混合成泥浆在带有机械搅拌装置的反应器内通过人为调控温度、pH、营养物和供氧等促进专性微生物最大限度地降解污染物适用于杀虫剂/除草剂，挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物、多环芳烃、二垩英/呋喃等有机污染物。环境修复原理与技术7.4.2.2 土地填埋土地填埋v土地填埋:将废物作为一种泥浆，将污泥施入土壤，通过施肥、灌
44、溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和pH，保持污染物在土壤上层的好氧降解。用于降解过程的微生物通常是土著土壤微生物群系。为了提高降解能力,亦可加入特效微生物,以改进土壤生物修复的效率。环境修复原理与技术7.4.2.2 土壤耕作土壤耕作土壤耕作属于好氧生物降解处理，使用土壤为微生物生长基质，为加速微生物的降解需要人为促进通风（翻耕、加蓬松剂）、加入营养液（化肥、粪肥）、调节pH（加入石灰、明矾、磷酸）等手段加以调控。环境修复原理与技术 可应用土壤耕作处理的污染物可应用土壤耕作处理的污染物污染物来源 有机化学污染物 市政污泥、化工厂残留物、杂酚油污泥、食品加工厂污泥、石油化工有害废物、纺织厂污
45、泥、炼油厂污泥、造纸厂污泥等 苯、甲苯、乙苯、二甲苯；汽油、柴油、石油；五氯酚；多氯联苯；多环芳烃（蒽、菲、二苯并呋喃、萘、苯并a蒽等）；农药 环境修复原理与技术7.4.2.3 预备床预备床v预备床就是将受污染的土壤从污染地区挖掘起来进行异地处理，防止污染物向地下水或更广大地域扩散。v这种方法的技术特点是需要很大的工程，即将土壤运输到一个经过各种工程准备(包括布置衬里设置通气管道等)预备床上堆放，形成上升的斜坡，并在此进行生物恢复的处理，处理过程中通过施肥、灌溉、控制pH等方式保持对污染物的最佳降解状态，有时也加入一些微生物和表面活性剂，处理后的土壤再运回原地环境修复原理与技术处理床挖掘堆置法
46、处理床挖掘堆置法预备床的设计应满足处理高效和避免污染物外溢的要求，通常具有淋滤液收集系统和外溢控制系统，从系统中渗流出来的水要收集起来，重新喷散或另外处理。环境修复原理与技术预备床技术的优点预备床技术的优点 v可以在土壤受污染之初限制污染物的扩散和迁移，减少污染范围。但用在挖土方和运输方面的费用显著高于原位处理方法，另外在运输过程中可能会造成进一步的污染物暴露，还会由于挖掘而破坏原地点的土壤生态结构。环境修复原理与技术7.4.2.4 堆腐法堆腐法 堆腐修复工艺就是利用传统的积肥方法，堆积污染土壤，将污染土壤与有机物(施加一定数量的稻草、麦秸、碎木片和树皮等)、粪便等混合起来依靠堆肥过程中微生物
47、的作用来降解土壤中难降解的有机污染物。可以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，促进污染物分解。环境修复原理与技术堆腐法条形堆:将污染土壤或污泥与疏松剂混合后，用机械压成条通过对流空气 运动供氧，每天翻耕保持微生物的好氧状态 静态堆:通过布置在堆下的通风管，通过鼓风机强制性通气保持微生物的好 氧状态，静态堆一般为6m高，封闭操作可控制水分和尘土飞扬 反应器堆:使用先进的传送和混合设备传送污染土壤及促进通气，该系统可以最佳 控制气流，但最小空间，但是欠灵活性，设备的维护也较为复杂和昂贵 环境修复原理与技术静态堆示意图静态堆示意图静态堆环境修复原理与技术7.4.2.5
48、泥浆生物反应器泥浆生物反应器v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。污染土壤用水调成泥浆,装入生物反应器内,通过控制一些重要的微生物降解条件,提高处理效果。驯化的微生物种群通常从前一批处理中引入到下一批新泥浆。处理结束后通过水分离器脱除泥浆水分并循环再用。v泥浆生物反应器模型:土壤、水悬浮混合液采样口探头空气C O2收 集器直 接 传动 混 合器环境修复原理与技术 泥浆生物反应器修复过程流程图空气进口压缩机压.滤机固体排除澄清池浓缩池反 应 器阶段1反 应 器阶段2反应器阶段3泥浆混合器循环滤液预 处理 的固体该方法采用批式运行，在第一单元中混合土壤、水、
49、营养、菌种、表面活性剂等物质，最终形成含540的泥水混合相，然后进入第二单元进行初步处理，完成大部分的生物降解，最后在第三单元中进行深度处理。环境修复原理与技术 7.4.3 污染土壤的原位修复技术污染土壤的原位修复技术v原位处理法:污染土壤不经搅动、在原位和易残留部位之间进行原位处理。最常用的原位处理方式是进入土壤饱和带污染物的生物降解。可采取添加营养物、供氧(加H2O2)和接种特异工程菌等措施提高土壤的生物降解能力，亦可把地下水抽至地表,进行生物处理后，再注入土壤中，以再循环的方式改良土壤。v特点:该法适用于渗透性好的不饱和土壤的生物修复。在处理污染的过程中土壤的结构基本不受破坏，对周围环境
50、影响小，生态风险小；工艺路线和处理过程相对简单，不需要复杂的设备，处理费用较低；但是整个处理过程难于控制。环境修复原理与技术污染土壤的原位修复技术污染土壤的原位修复技术类型 技术方法描述 适用性 投菌法 直接向污染土壤接入外源的污染降解菌,同时提供这些细菌生长所需营养 不同的菌种可处理不同的污染物质 生物通风 在不饱和土壤中通入空气，并注入营养液，为微生物降解提供充足的氧气、碳源和能源，促进其最大限度地降解 适用于挥发/半挥发性、含卤和非卤和多环芳烃等有机污染物 生物搅拌 向土壤饱和部分注入空气，从土壤不饱和部分吸出空气，加大气体流动性为微生物供氧，促进其最大限度地降解 适于无机污染物、腐蚀性
