污染土壤的环境修复技术

7.污染土壤的环境修复技术7.3污染土壤的化学修复技术定义：它是指根据污染物和土壤的性质，选择合适的化学修复剂(氧化剂、还原剂、沉淀剂、解吸剂、增溶剂等)加入土壤，使污染物和修复剂发生一定的化学反应而被降解或解毒的技术。污染土壤的化学修复技术根据反应特点分类：土壤性能改良化学氧化修复化学还原和还原脱氯化学淋洗溶剂浸提燃烧氧化降解水解7.3.1土壤性能改良修复技术对于污染程度较轻的土壤,可以根据污染物在土壤中的存在特性,向土壤中施加某些化学改良剂和吸附剂,如石灰、磷酸盐、堆肥、硫磺、高炉渣、铁盐以及粘土矿物等,修复被重金属和有机物污染的土壤,这就是土壤性能化学改良技术(chemicalameliorationremediationofsoilproperties)。土壤性能改良修复技术主要方法：1.施用改良剂石灰性物质有机物质和黏土矿物离子拮抗剂化学沉淀剂2.改变氧化还原电位（调节土壤的Eh）土壤性能改良修复技术应用实例：1998年美国某公司在两个被铅污染的土壤使用了土壤改良的EnvirobondTM技术，修复表明铅的浓度由382mg/L降到1.4mg/L，降幅达99%，同时修复后的土壤还减少了12.1%的铅的生物可利用性。7.3.2化学氧化修复技术定义：化学氧化修复在多数情况下是指原位化学氧化修复，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、低移动性产物的目标。化学氧化修复技术主要修复对象：污染期长和难生物降解的污染物，如油类、有机溶剂、多环芳烃、PCP、农药以及非水溶态氯化物（如三氯乙烯、TCE）常用到的氧化剂：液态的过氧化氢、高锰酸钾和气态的臭氧化学氧化修复系统的组成：

注射井、抽取井、氧化剂化学氧化修复技术氧化分散技术传统的氧化分散技术有竖直井、水平井、过滤装置和处理栅等。对于低渗土壤,可以采取创新的技术方法如土壤深度混合、液压破裂等方式对氧化剂进行分散化学氧化修复技术应用实例：Gates等发现,每kg土壤中加20gK2MnO4可降解100%TCE、90%PCE。West等也注意到K2MnO4处理TCE的高效性,作为技术推广前的筛选实验,他们发现90min内,115%K2MnO4能将溶液中的TCE浓度1000mg/L降低到10mg/L。化学氧化修复技术Day发现,在含有100mg/kg苯的土壤中,通入500mg/kg的臭氧能够达到81%的去除率。Masten等的试验证明,向含有萘酚的土壤中以250mg/h的速度通O3,213h后可达到95%的降解率。如果污染物是苯,在流速为600mg/h、时间为4h的情况下,其降解率为91%。7.3.3化学还原与还原脱氯修复技术定义：化学还原与还原脱氯修复是指采用化学还原剂对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。化学还原与还原脱氯修复技术原理：原位化学还原与还原脱氯修复技术需要构建一个可渗透反应区并填充以化学还原剂,修复地下水中对还原作用敏感的污染物，当这些污染物迁移到反应区时,或者被降解,或者转化成固定态,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。通常这个反应区设在污染土壤的下方或污染源附近的含水土层中。化学还原与还原脱氯修复技术常用的还原剂有SO2、H2S气体和Fe0胶体等。系统设计：化学还原与还原脱氯修复的过程涉及到：注射、反应和将试剂与反应物抽取出来三个阶段。化学还原与还原脱氯修复技术应用实例：Amonette等在实验室人为构建了一个土壤下层污染区,观察SO2对无机和有机污染物的修复效率、SO2还原反应持续的时间和反应活性,结果表明,1/4的Fe3+能够很快被还原,并且随着还原程度的升高,还原效率呈指数下降,直到75%的Fe3+被还原为止。在此基础上构建的以含水土壤为主要组分的还原活性反应区能够在1周内降解90%的CCl4。化学还原与还原脱氯修复技术Thornton探讨了H2S原位修复处理土壤Cr6+的可行性:Cr6+浓度为200mg/kg,以N2为载气,让浓度为200mg/m3和2000mg/m3的H2S通过土壤柱,直到S/Cr为10∶1为止,然后用地下水或去离子水淋洗土柱,并分析淋洗液中Cr浓度,结果发现90%的Cr已经失去活性。7.3.4化学淋洗修复技术定义：化学淋洗修复技术是指借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的化学/生物化学溶剂,在重力作用下或通过水力压头推动淋洗液,将其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。化学淋洗修复技术原位化学淋洗修复技术原位化学淋洗修复技术要在原地搭建修复设施,包括淋洗液投加系统、土壤下层淋出液收集系统和淋出液处理系统;同时,由于污染物在与化学清洗剂相互作用过程中,通过解吸、螯合、溶解或络合等物理化学过程而形成了可迁移态化合物,因此有必要把污染区域封闭起来,通常采用隔离墙等物理屏障。为了节省工程费用,该技术还应包括淋出液再生系统化学淋洗修复技术异位化学淋洗修复技术与原位化学淋洗修复技术不同的是,异位化学淋洗修复技术要把污染土壤挖掘出来放在容器中,用溶于水的化学试剂来清洗、去除污染物,再处理含有污染物的废水或废液;然后,洁净的土壤可以回填或运到其他地点。化学淋洗修复技术应用实例：美国新泽西州温斯洛镇的污染土壤异位修复,这块4hm2的土地是KOP公司的工业废物丢弃点,周围的土壤和污泥被砷、铍、镉、铬、铜、铅、镍和锌所污染,其中铬、铜和镍在污泥中的浓度最高值各自均超过了10000mg/kg。进行土壤化学清洗修复工作后,清洁土壤中的镍平均浓度下降到25mg/kg,铬下降至73mg/kg,铜下降为110mg/kg。7.3.5溶剂浸提修复技术溶剂浸提修复技术(solventextrationremediation)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。属于土壤的异位处理。溶剂浸提修复技术应用实例：美国Terra-Kleen公司在这方面作了许多有益的探索并已成功用于土壤修复。到目前为止,Terra-Kleen公司利用该技术已经修复了大约2×104m3被PCBs和二恶英污染的土壤和沉积物,浓度高达2×104mg/kg的PCBs被减少到1mg/kg,二恶英的浓度减幅甚至达到了99.9%。7.4污染土壤的生物修复技术定义：它是利用生物，通过人为控制，将土壤中的有毒有害污染物吸收、分解和转化为无害物质的过程。生物修复技术分类：原位微生物修复、异位微生物修复和植物修复异位微生物修复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、土壤耕作、预备床、堆腐、泥浆生物反应器。异位微生物修复1.土地填埋

定义：土地填埋是将废物作为一种泥浆，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值，保持污染物在土壤上层的好养降解。异位微生物修复2.土壤耕作土壤耕作是在非透性垫层和砂层上，将污染土壤以10~30cm的厚度平铺其上，并淋洒营养物、水及降解菌株接种物，定期翻动充氧，以满足微生物生长的需要，彻底清除污染物。土壤耕作属于好养微生物降解处理，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值（加入石灰、明矾、磷酸）等手段加以控制。异位微生物修复应用实例：

Hyzy等成功地用该方法对规模4000m3受PAHs污染的池塘沉积物惊醒修复，PAHs的浓度由1000mg/L降至100mg/L。Hutzler在1989年报道了土地耕作修复PCP污染土壤，先在处理床底铺设2mm厚的HDPE膜，渗滤液收集系统上设15cm厚的沙砾层，将污染土壤挖出摊开至0.4m厚置于沙砾层上，并加入8cm厚牛粪和下水道污泥。用此方法修复了4000m3污染土壤，使PCP浓度由100mg/kg降至5mg/kg。异位微生物修复3.预备床:预备床就是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。即将土壤运输到一个经过各种工程准备预备床堆放，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值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。异位微生物修复应用实例：在一受氯酚污染的土壤中，用35m3的软木树皮和70m3的污染土壤构成处理床，然后加入营养物，经过三个月的处理，氯酚浓度从210mg/L降到30mg/L。Ellis等用具有滤液收集和水循环系统的预制床对斯德哥尔摩中部防腐油生产区的土壤进行治理，土壤中多环芳烃的浓度从1024.4mg/L降至324.1mg/L。异位微生物修复4.堆腐法：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的作用来降解土壤中难降解的有机污染物。工艺类型:条形堆，静态堆，反应器堆异位微生物修复应用实例：Beig等报道了在挪威用堆腐法处理20000t被PAHs污染的土壤。将土壤和松树皮1：1混合后定期喷水，并通过堆翻、通气和加过氧化氢等方法进行通风处理，结果表明7周后PAHs浓度由500mg/L降至20mg/L，氮、磷营养元素能显著加速微生物的降解效率，并且环境温度在4摄氏度仍然可以去除PAHs。姜昌亮采用堆腐条形堆法，处理石油污染的土壤，结果表明效果理想。异位微生物修复5.泥浆生物反应器定义：生物泥浆反应器是一种异位生物修复技术,通过为微生物提供最佳的代谢条件而达到快速清除污染物的目的。异位微生物修复典型工艺流程典型的工艺流程说明如下(图1):挖出受污染的土壤,过筛筛去大块部分后送入泥浆反应器,加水稀释为设计浓度的泥浆。在反应器内设搅拌器,以改善土壤的均一性,也能使微生物和底物充分接触。运转过程中根据需要添加营养物,接种高效菌体,鼓入空气,调节pH值和温度,使微生物代谢处于最佳状态,从而快速清除污染物。反应器出水在浓缩池中进行泥水分离,上层液处理后排入下水道,浓缩后的固体则送回原地。原位微生物修复技术原位微生物修复技术原位微生物修复是指不移动受污染的土壤,通过直接加入营养物、供氧以增加土著微生物的代谢活性,从而有效地降解土壤中的污染物。特点:土壤的结构基本不受破坏，对周围环境影响小，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。原位微生物修复生物强化法：它是基于改变生物降解中微生物的活性和强度而设计的。包括土著菌的生物培养法和引进外来菌的投菌法。原位微生物修复生物培养法是定期向土壤中投加过氧化氢和营养元素，以满足污染环境中已经存在的降解菌的需要，以便使土壤微生物通过代谢将污染物彻底矿化成CO2和H2O。投菌法就是直接向遭受污染的土壤接入外源的降解菌同时提供这些细菌生长所需氧源和营养素。以满足污染环境中已经存在的降解菌的需要，以便使土壤微生物通过代谢将污染物彻底矿化成CO2和H2O。原位微生物修复应用实例：

Ellis等在一个废弃的木材防腐油生产区，对高浓度低分子量多环芳烃和高分子量的多环芳烃污染进行就地投菌处理。在0.9~4.5m的深度范围内，土壤中防腐油的总浓度为10~3200mg/kg土。在污染区设置一些井，往井中注入含有营养盐的磷酸氢钾，氧源和表面活性剂的溶液，并接种能促进多环芳烃降解的微生物，对污染区进行处理。污染土壤经过4个月的处理，所有多环芳烃的降解都很明显。原位微生物修复生物通风法：生物通风工艺是一种强化污染物生物降解的修复工艺。一般要打两口井，安装鼓风机和真空泵，将新鲜空气强行排入土壤中，然后再抽出，土壤中的挥发的污染物也随之去除。在通入空气时，有时加入一定量的NH3气，可为热中的降解菌提供氮素营养；有时也可将营养物与水经渗滤通道分批供给，从而达到污染物降解的目的。另外还可以将空气加压注入到污染地下水的下部，气流加速地下水和土壤中有机物的挥发和降解。原位微生物修复应用实例：Agrelot等用该技术尝试性地清除CCl4地下储罐泄漏污染，分析表明：土壤通风技术是一种比土壤挖掘、土壤淋洗等更有效的去污技术。Crow等在汽油泄漏做了通风实验，结论表明,随着空气速度增加，汽油蒸汽去除速率增加；在进气井和出气井连线区域，空气速率较高，窄区域土壤中汽油蒸汽浓度降低最快。原位微生物修复泵出生物法该工艺主要用于修复受污染地下水和由此引起的土壤污染，需在受污染的区域钻井。井分为两组，一组是注入井，用来将接种的微生物、水、营养物和电子受体等按一定比例混合后注入土壤中；另一组是抽水井通过向地面上抽取地下水造成地下水在地层中流动，促进微生物的分布和营养物质的运输，保持氧气的供应。原位微生物修复应用实例：Keamfer用泵出生物工艺向被石油污染的土壤和地下水连续注入适量的N、P、NO3-及H2O2等电子受体，经过2天。分析表明随着时间的延长，菌量在增加，细菌多余70种，石油烃的浓度明显下降。工艺特点：简单，费用省，由于强化措施少，处理时间会有所增加，适用于处理污染时间较长、状况已基本稳定的地区或者受污染面积较大的地区。7.4.4植物修复技术植物修复技术就是运用农业技术改善污染土壤对植物的限制条件，使之适于种植，并通过种植优选的植物及其根际微生物直接或间接地吸收、挥发、分离和降解污染物，恢复重建自然生态环境和植被景观，使之不再威胁人类的健康和生存环境。有机污染物的修复1.植物吸收一种是在有机质很少的砂质土壤中，利用根吸收和收获进行植物修复的方法。（举例）另一种是运用植物从土壤中直接提取有机污染物的方法是根累积后经木质部转运，随后从叶表挥发得以去除。（举例）有机污染物的修复植物降解一些有机污染物能被植物或其根际微生物降解甚至矿化。植物的根和茎都有相当的代谢活性，即使在根以外，一些代谢酶在植物修复中也是很有用的。（举例）有机污染物的修复植物稳定它是通过植物的生长改变土壤的水流量，使残存的游离污染物与根结合，增加对污染物的多价螯合作用，从而防止污染土壤的风蚀和水蚀。（举例）无机污染物的修复

无机污染土壤的植物修复主要集中于对重金属的污染修复。植物修复主要是选用超富集植物提取修复技术和普通富集植物的强化修复技术通过根系吸收固定这些重金属,并转移到地面部分,可采用收割的方式去除土壤中重金属。无机污染物的修复土壤重金属污染植物修复的效率以单位面积植物所能提取的重金属总量来表征,即：植物提取总量=重金属含量×修复植物的生物量