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1 水環(huán)境污染現(xiàn)狀2 水體修復的概念和原則3 水體修復的分類4 水體修復技術5 水體修復中若干常見問題的探討 回顧 下篇 生物修復與生態(tài)工程 三 土壤污染與修復 1土壤中污染物的來源與危害2污染土壤修復的現(xiàn)場調查與評價3污染土壤修復的可處理性研究4污染土壤典型修復技術及原理 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 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 這個定義的關鍵是存在有可鑒別的人為添加污染物 相對性 定義 以特定的參照數(shù)據來加以判斷 如以背景值加兩倍標準差為臨界值 若超過這一數(shù)值 即認為該土壤為某元素所污染 綜合性 定義 不但要看含量的增加 還要看后果 即加入土壤的物質給生態(tài)系統(tǒng)造成了危害 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 即認為土壤中某種成分的含量明顯高于原有含量時即構成了污染 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)境質量惡化的現(xiàn)象 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 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的 鎘米 所致 2 不可逆性和長期性 土壤一旦遭到污染后極難恢復 重金屬元素對土壤的污染是一個不可逆過程 而許多有機化學物質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)生標準 經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 才逐步恢復其部分生產力 付出了大量的勞力和代價 1 2土壤污染的特點 3 后果的嚴重性 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 反應關系 污灌引起的污染越嚴重 人群的肝腫大串越高 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的主要對象 而在這些污染源中 化學物質對土壤的污染是人們最為關注的 污染物進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 農藥和化肥 大氣沉降物等 1 3土壤中污染物的來源 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 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 全球物質循環(huán) 土壤污染物的來源 土壤污染的類型目前并無嚴格的劃分 如從污染物的屬性來考慮 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的污染 1 有機物污染 石油 有機農藥等 2 無機物污染 重金屬污染等 3 生物污染 細菌 真菌等 4 放射性污染 放射性核素等 1 4土壤污染的類型 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 影響農產品的產量和質量 植物可從污染土壤中吸收污染物 從而引起代謝失調 生長發(fā)育受阻或導致遺傳變異 3 影響生態(tài)系統(tǒng)安全 通過生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質循環(huán)影響整個生態(tài)系統(tǒng) 1 5土壤污染的危害 2污染土壤修復現(xiàn)場的調查與評價 開展生物修復之前需要對修復現(xiàn)場進行調查評價 確定生物修復的適應性 主要指標包括 污染物的性質 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 現(xiàn)場評估必須回答這些問題 獲得足夠的數(shù)據 便于工程設計 2 1現(xiàn)場調查 1 污染物的性質 2 污染物的濃度與分布 3 地下水的水文概況 4 地質概況 了解現(xiàn)場特性的目的一是收集使土壤修復過程最優(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修復原理的數(shù)據 第二階段是收集有關工程設計和過程控制等數(shù)據 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 2 3原位修復評價 1 了解污染物的類型和所在位置 2 了解亞表層的地質和水文條件 3 污染區(qū)的水文隔離 4 最低傳質可能的位置 5 設計亞表層注入或抽取的系統(tǒng) 6 預測化學品注入后的土壤化學反應 7 建立過程控制的亞表層監(jiān)測系統(tǒng) 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 評價含水層導水率變化 6 確定運行中注入或回收速率 3污染土壤修復的可處理性研究 所謂污染土壤修復的可處理性研究 是指在實際工程建設之前 進行的小試和中試實驗研究 通過可處理性研究為土壤修復工程設計提出標準 費用和運行方案等 目的是節(jié)省修復項目建設工程的投資 一個造價千萬美元的土壤修復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費用 3 1可處理性研究的目標 1 評價整個過程的可行性 2 確定修復可以達到的濃度 3 確定處理過程的設計標準 4 估算處理過程的設備和運行費用 5 決定控制參數(shù)和最優(yōu)化實施的限制條件 6 評價物料供應處理技術與設備 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 提供修復工程連續(xù)運行的最優(yōu)化方法 3 2實驗設計與實施 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 項目預算的靈活程度 3 2實驗設計與實施 3 2 1設計的基礎 1 如何完成 量化和記錄可處理性研究 2 確定使用標準方案還是專門方案 3 確定開展室內研究還是進行室外模擬 4 確定實驗方案和數(shù)據分析的質量控制水平 5 確定使用的分析方法 3 2實驗設計與實施 3 2 2方案制定與實施可處理性研究分為三個階段 第一個階段是修復方法的篩選 第二個階段是修復方法的挑選 第三個階段是修復方法調查和可行性研究計劃進行 中試 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 1 土著微生物對靶標污染物的降解轉化能力 2 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 4 添加基質和電子受體的需求效果 5 添加基質的充足和缺乏的循環(huán)過程 6 是否需要補充電子供體 3 2實驗設計與實施 7 修復項目的預期時間 8 不同條件下污染物的降解速率 9 處理可達到的水平 10 土水系統(tǒng)可能發(fā)生的反應和阻塞 11 由于混合 表面活性劑和中間產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 4污染土壤修復技術及原理 4 1污染土壤修復技術體系4 2典型修復技術及原理 4 1污染土壤修復技術體系 4 1 1按修復場地分類 1 原位 insitu 修復 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 電動力學方法 原位微生物修復方法 植物 微生物聯(lián)合修復方法等 5 1污染土壤修復技術體系 2 異位 exsitu 修復 氣提法 泥漿反應器修復 土壤耕作法 土壤堆腐 焚燒法 客土法 預制床 淋洗 萃取 淋洗 生物反應器聯(lián)合修復 4 1污染土壤修復技術體系 4 1 2按照技術類別分類 1 物理化學修復 加熱方法 穩(wěn)定固化法 淋洗 萃取 電動力學等 2 生物修復 微生物修復 生物通氣 泥漿反應器 預制床等植物修復 濕地修復 菌根修復等 植物 微生物聯(lián)合修復 菌根菌劑聯(lián)合修復等 3 物理化學 生物聯(lián)合修復 淋洗 反應器聯(lián)合修復等 4 2典型修復技術的流程及原理 4 2典型修復技術的流程及原理 4 2 1原位修復技術 1 生物通風技術 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機和抽真空機向污染區(qū)域供給空氣或氧氣 這項技術通常用在輕質石油類污染的土壤 4 2典型修復技術的流程及原理 4 2 2異位修復技術 1 泥漿反應器技術 泥漿法也稱生物反應器法 是將污染土壤置于一專門的反應器中處理的方法 生物反應器處理的過程為 將挖出的石油污染土壤移到反應器內 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田 4 2典型修復技術的流程及原理 生物反應器修復系統(tǒng)示意圖 4 2典型修復技術的流程及原理 4 2 2異位修復技術 2 預制床法 預制床的設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) 預制床的底面為滲透性低的物質 如高密度的聚乙烯或黏土 將污染土壤轉移到預制床上 通過施肥 灌溉 調節(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)域的原位處理技術相比 預制床處理對3環(huán)和3環(huán)以上的多環(huán)芳烴的降解率明顯提高 4 2典型修復技術的流程及原理 3 土壤耕作法 對石油污染的土壤進行翻耕 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) 水分和通氣條件 土壤淋洗法対象 重金屬 農藥 油等 車載式 固定式 30m3 h處理能力淋洗修復工程 熱處理 即向污染土壤通入熱蒸汽或用低頻加熱的方法 促使污染物從土壤中揮發(fā)并回收再處理 対象 VOCs 水銀 農藥 油等 優(yōu)點 可使VOCs完全實現(xiàn)無害化 日處理能力可達200t 實際工程 污染土壤 外熱裝置 修復土壤 焚燒裝置 煙囪 熱交換 填埋 熱解氣體 化學試劑 熱處理典型流程 石油污染修復一般流程 4 2典型修復技術的流程及原理 4 2 3石油污染土壤修復