《土壤污染与防治》课件-模块三：任务一 土壤修复概念及分类

模块三：土壤污染修复与防治

任务一：土壤修复概念及分类2024/8/151

概念篇

环境修复的概念、对象和任务、类型、产生与发展土壤修复概念及分类原理篇物理修复原理化学修复原理微生物修复原理植物修复原理2024/8/152概念篇2024/8/153

修复（remediation）是一个工程上的概念，顾名思义，是指借助外界作用力使某个受损的特定对象部分或全部恢复到原初始状态的过程。环境修复（environmentalremediation）就是研究对被污染的环境采取物理、化学与生物学技术措施，使存在于环境中的污染物质浓度减少或毒性降低或完全无害化，使得环境能够部分或者全部的恢复到原始状态。

环境污染→健康环境环境修复≠和环境净化环境修复≠”三废”治理

环境修复的概念2024/8/154

根据环境修复的概念可知，其对象是自然界中各种各样因为环境污染和破坏等而形成的环境问题，如污染的大气、水体、土壤等

任务是即使得污染的环境能够部分或者全部恢复到原始状态。环境修复的对象和任务2024/8/155

根据环境修复的对象，环境修复可分为土壤环境修复、水体环境修复、大气环境修复、固体废物环境修复等几个类型。根据环境修复的方法和技术手段，环境修复可分为工程修复、物理修复、化学修复、生物修复四大类型。根据修复的形式，环境修复可分为原位修复和异位修复两个类型。环境修复的类型2024/8/156

人们对环境质量越来越高的要求与随工业文明而来的环境污染和生态破坏之间的矛盾促使了环境修复学科的产生。污染预防工程、传统的环境工程（即“三废”治理工程）和环境修复工程分别属于污染物控制的产前、产中和产后三个环节，它们共同构成污染控制的全过程体系。随着科学技术的发展，环境修复的理论研究不断深入，工程技术手段也不断更新，形成了目前物理、化学、生物多种方法共存的局面，并有由物理化学方法向生物方法发展的趋势。环境修复的产生和发展2024/8/157土壤环境大气环境水体环境地质环境生物环境土壤环境2024/8/158大气

(空气迁移)水体(水过程)生物(生物过程)岩石(风化过程)物质的组成、性质、结构物质的平衡和循环物理的化学的生物的（土壤胶体表面本质和特性）（水、热、能量）物质的能量流动和平衡土壤环境的地位、内涵与功能大气与痕量气体交换放吸CO2CH4H2SN2OO2水平衡、循环、转化土壤（固、气、液、生）原、次生矿物、无机物组成生物养分物质循环动植物区系及微生物组成、有机物水分性质与组成大气与土壤气体组成水循环平衡支调生物过程提供生物水、养分地质循环地球皮肤2024/8/159人为因素导致某种物质进入陆地表层土壤，引起土壤化学、物理、生物等方面特性的改变，影响土壤功能和有效利用，危害公共健康或者破坏生态环境的现象。指通过源头控制、农艺调控、土壤改良、品种替代、植物修复等措施，改善受污染耕地土壤环境容量，减少农产品中污染物含量，降低农产品污染物超标风险。指在治理的基础上，通过物理、化学和生物等方法，进一步降低耕地土壤中有毒有害的污染物含量，使其对农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境风险降低到可以忽略的程度。关键词

土壤污染

土壤污染治理

土壤污染修复2024/8/1510土壤自净与修复2024/8/1511土壤自净作用土壤对外界环境条件和外来物质具有很大的缓冲能力导致土壤自净作用结合强化人工修复形成土壤污染控制技术体系2024/8/1512土壤自净作用是指污染物进入土壤后经生物和化学降解变为无毒害物质，或通过化学沉淀、络合和螯合作用、氧化还原作用变为不溶性化合物，或为土壤胶体牢固地吸附，暂时退出生物小循环，脱离食物链或排出土壤。2024/8/1513在土壤矿物质、有机质和土壤微生物的作用下，进入土壤的重金属通过吸附、沉淀、配位、氧化还原等作用，转变为难溶性化合物，暂缓生物循环，减少在食物链的传递；有机污染物进入土壤后，经过化学、生物学等作用活性降低，一定条件下会转变为无毒或低毒物质。土壤自净作用2024/8/1514土壤自净作用过程土壤环境主要的自净作用吸附 分解 迁移转化2024/8/1515土壤自净作用特点土壤环境自

发存在在土壤污染控制过程应加以充分利用，并创造条件，增强土壤自净作用；过程缓慢污染物输入和自净过程共同存在，由于自净作用缓慢，因此会导致污染积累。2024/8/1516土壤自净作用特点影响因素复杂土壤环境容量土壤环境条件污染物性质人类活动影响2024/8/1517土壤自身的净化能力和速率通常满足不了污染消除的需要，人们开始重视土壤污染治理和修复技术的研究。通过技术手段促使受污染的土壤恢复其基本功能和重建生产力的过程（陈怀满，2010）。外延所有降低土壤环境风险、减轻土壤环境污染物危害的相关技术、措施。土壤修复2024/8/1518绿色土壤修复 GreenSoil

Remediation2024/8/1519绿色土壤修复 GreenSoil

RemediationSustainableremediationincludesminimizing

allimpactstotheenvironmentduringtheremediationprocessandpreventingfutureproblems

fromoccurring.“雄安新区健康土壤先行区”2024/8/15202024/8/1521污染土壤修复工程应用上海迪士尼乐园土壤修复（2010-2012）北京市焦化厂保障性住房土壤修复项目（2013-2017）2024/8/1522履带式快速取样设备现场钻井2024/8/1523土壤柱状圆筒采样器光离子化检测器（PID）土壤重金属检测仪2024/8/1524常温解析设备变径回转窑原位土壤搅拌设备2024/8/1525修复药剂（化学氧化）及其现场投加2024/8/1526多种原位修复集成系统大型修复车间及尾气处理系统2024/8/1527前后土壤修复效果2024/8/1528土壤污染治理与修复的成本如何?土壤污染治理与修复的成本因污染物类型、污染程度以及修复技术的不同，其成本差异较大。一般来说，农用地治理与修复成本每亩从几千元到几万元，污染地块土壤治理与修复成本每立方米从几百元到几千元。污染土壤修复工程应用2024/8/1529污染土壤修复技术分类2024/8/1530土壤污染修复技术则是指采用化学、物理学和生物学的技术与方法以降低土壤中污染物的浓度、固定土壤污染物、将土壤污染物转化成为低毒或无毒物质、阻断土壤污染物在生态系统中的转移途径的技术总称。理论上可行的修复技术有植物修复技术、微生物修复技术、化学修复技术、物理修复技术和综合修复技术等几大类。部分修复技术，如可降解有机污染物和重金属污染土壤的修复等方面已进入现场应用阶段，并取得了较好的效果。对污染土壤实施修复阻断污染物进入食物链，防止对人体健康造成危害，促进土地资源保护和可持续发展具有重要意义2024/8/1531目的根据土壤污染类型在选择土壤污染修复技术时必须考虑修复的目的、社会经济状况、修复技术的可行性等方面。就修复的目的而言，有的是为了使污染土壤能够在安全地被农业利用，而有的则是限制土壤污染物对其他环境组分(如水体和大气等)的污染，而不考虑修复后能否被农业利用。不同修复目的可选择的修复技术不同，就社会经济状况而言，有的修复工作可以在充足的经费支撑下进行，此时可供选择的修复技术比较多；有的修复工作只能在有限的经费支撑下进行。此时可供选择的修复技术就有限。土壤是一个高度复杂的体系，任何修复方案都必须根据当地的实际情况而制定，不可完全照搬其他国家、地区和其他土壤的修复方案。2024/8/1532污染土壤修复技术分类按修复原理分物理修复、化学修复和生物修复三大类按实施场址分原位修复、异位修复和原址异位修复三大类2024/8/1533按污染土壤修复原理分物理修复技术利用污染物在土壤的吸附、扩散等物理学规律，以物理过程对土壤的污染物进行清除；化学修复技术利用加入到土壤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。2024/8/1534按污染土壤修复原理分物理化学修复技术现场修复工程常用修复技术经常包括物理、化学多种过程，或多种物理化学修复技术联合。电动修复 化学氧化固化稳定化

热解吸

化学淋洗

气相抽提 化学还原 物理分离2024/8/1535土壤气相抽提技术(SoilVaporExtraction,SVE)是一种处理非饱和区土壤挥发性有机物污染的技术，其利用抽真空或注入空气在受污染区域诱导产生气流，将被吸附的、溶解状态的或者自由相的污染物转变为气相(气化)，抽提到地面，然后再进行收集和处理。2024/8/15362024/8/1537按污染土壤修复原理分生物修复技术则包含了广义和狭义两种类型：狭义的生物修复技术则特指通过微生物的作用消除土壤的污染物，或是使污染物无害化的过程；广义的生物修复技术是指一切以利用生物为主体的环境污染治理技术，包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤的污染物，或是使污染物无害化的过程。2024/8/1538植物固定净化空气净化水体植物净化植物提取植物挥发植物降解根际圈生物生物修复

微生物修复植物修复微生物转化作用微生物降解作用植物去除作用植物稳定作用2024/8/1539按污染土壤修复实施的场址分原位修复（in-situ

remediation，on-site

remediation）在污染场地原址开展的修复异位修复（ex-situ

remediation,

out-side

remediation）将污染土壤移出，在其他地方开展的修复原址异位修复在污染场地上建异位修复车间或设施开展修复2024/8/1540按污染土壤修复实施的场址分原位修复成本低避免土壤扰动与破坏维持土壤生态功能原位修复不需开挖，可节约大量的土方量，具有成本低、不影响土壤功能等优点，是现场工程可优先考虑的修复方式。2024/8/1541按污染土壤修复实施的场址分异位修复避免污染物扩散，效率高，周期短修复后场地作商住等开发用途时常用异位修复2024/8/1542按污染土壤修复实施的场址分原址异位修复在污染场地上建异位修复车间或设施开展修复本质上为异位修复避免长距离运输风险扩散和成本提高便于就地回填北京炼焦化学厂部分土壤修复（开挖后原址异位热解吸）2024/8/1543土壤修复技术应用与集成在修复实践，很难将物理、化学和生物修复截然分开，每一个修复过程基本上均包含了物理、化学和生物学过程，即修复技术集成（联合修复技术）。物化修复技术植物-微生物联合修复技术物化-微生物联合修复技术2024/8/1544选择原则(一)因地制宜原则土壤污染修复技术的选择受到很多因素影响：环境条件、污染物来源和毒性、污染物潜在的危害、土壤的物理化学性质、土地使用性质、修复的有效期、公众接受程度以及成本效益等。所以，在实际应用时要根据实际情况选择适合的技术方法。(二)可行性原则针对不同类型的污染土壤在选择修复方法时应考虑两方面可行性：经济可行性，应考虑污染地的实际情况和经济承担能力，花费不宜太高；技术可行性，所采用的技术必须可靠、可行，能达到预期的修复目的。(三)保护耕地原则我国地少人多。耕地资源紧缺，选择修复技术时，应充分考虑土壤的二次污染和持续利用问题，避免处理后土壤完全丧失生产能力，如玻璃化技术、热处理技术和固化技术等。2024/8/1545技术策略针对受重金属、农药、石油、POPs等中轻度污染的农业土壤，应选择能大面积应用的、廉价的、环境友好的生物修复技术和物化稳定技术，实现边修复边生产，以保障农村生态环境、农业生产环境和农民居住环境安全；针对工业企业搬迁的化工、冶炼等各类重污染场地土壤，应选择原位或异位的物理、化学及其联合修复工程技术，选择土壤-地下水一体化修复技术与设备，形成系统的场地土壤修复标准和技术规范，以保障人居环境安全和人群健康；针对各类矿区及尾矿污染土壤，应着力选择能控制生态退化与污染物扩散的生物稳定化与生态修复技术。将矿区边际土壤开发利用为植物固碳和生物质能源生产的基地，以保障矿区及周边生态环境安全和饮用水源2024/8/1546原理篇2024/8/1547国内外常规修复技术应用原位：异位=49：51

主要修复技术：69%

气相抽提

稳定化固化

焚烧3.微生物修复：11%4.热脱附：8%。土壤污染修复技术

2024/8/1548原位：异位=17：81主要稳定技术：

稳定化固化（40%）

水泥窖处置（18%）

化学氧化（15%）

三者占总数的73%气相抽提：7%热脱附：9%我国现有修复技术应用2024/8/1549第一步污染土壤的现场分析、调查和风险评价第二步根据调查结果选择修复技术制订修复方案第三步土壤修复工程的设计与施工、运行、维护和监测第四步污染土壤的清理与恢复，及修复效果评价修复技术选择：依据污染物种类、程度、范围和土地功能用途2024/8/1550污染土壤的物理修复2024/8/1551

物理分离修复蒸气浸提修复固定稳定化修复电动力学修复热力学修复污染土壤的物理修复2024/8/1552物理分离修复基本过程：图1物理分离修复的基本过程2024/8/1553物理分离修复概念和原理

粒径分离（筛分）

干筛分、湿筛分、摩擦洗涤等水力学分离

淘选机、机械粒度分级机、水力旋风分离器密度（重力）分离

振动筛、螺旋富集器、摇床脱水分离

过滤、压滤、离心、沉淀泡沫浮选分离磁分离图2物理分离修复设备2024/8/1554物理分离修复特点和应用

物理分离技术主要应用在污染土壤中无机污染物的修复技术上，它最适合用来处理小范内射击场污染的土壤，从土壤、沉积物、废渣中分离重金属、清洁土壤、恢复土壤正常功能。大多数物理分离修复技术都有设备简单、费用低廉、可持续高产出等优点，但是在具体分离过程中，其技术的可行性，要考虑各种因素的影响。例如：①物理分离技术要求污染物具有较高的浓度并且存在于具有不同物理特征的相介质中；②筛分干污染物时会产生粉尘；③固体基质中的细粒径部分和废液中的污染物需要进行再处理。2024/8/1555蒸气浸提修复概念和原理图3蒸气浸提修复原理

蒸气浸提技术是通过降低土壤空气蒸气压，把土壤中的污染物转化为蒸气的形式而加以去除，是通过物理方法去除不饱和土壤中挥发性有机组分（VOCs）污染的一种修复技术，适用于处理高挥发性的污染物。2024/8/1556蒸气浸提修复特点和应用

蒸气浸提技术的主要优点包括：①能够原位操作，比较简单，对周围的干扰能够限定在尽可能小的范围之内；②非常有效地去除挥发性有机物；③在可接受的成本范围之内能够处理尽可能多的受污染的土壤；④系统容易安装和转移；⑤容易与其他技术组合使用。浸提技术主要用于挥发性有机卤代物和非卤代物的修复，通常应用的污染物是那些亨利系数大于0.01或蒸气压大于66.7Pa的挥发性有机物，有时也应用于去除环境中的油类、重金属及其有机物、多环芳烃等污染物。在美国，蒸气浸提几乎已经成为修复受加油站污染的地下水和土壤的“标准’’技术。限制土壤蒸气浸提技术应用效果的因素主要有下层土壤的异质性、土壤的渗透性、地下水位、排出的气体需要进行进一步处理等。2024/8/1557固定/稳定化修复概念和原理

固化/稳定化修复技术是指防止或者降低污染土壤释放有害化学物质过程的一组修复技术，它是用物理/化学方法将污染物固定或包封在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程。固化过程有的是将污染物通过化学转变或引入某种稳定的晶格中的过程；有的是将污染物用惰性材料加以包容的过程；有的兼有上述两种过程。稳定和固定化技术处理的一般步骤包括：①中和过量的酸度；②破坏金属配合物；③控制金属的氧化还原状态；④转化为不溶性的稳定形态；⑤采用固化剂形成稳定的固体形态物质。磷酸盐、硫化物和碳酸盐等都可以作为污染物稳定化处理的反应剂。2024/8/1558固定/稳定化修复图3固定/稳定化修复原理2024/8/15592024/8/1560固定/稳定化修复特点和应用

通常用于重金属和放射性物质污染土壤的无害化处理，异位固化／稳定化通常用于处理无机污染物质。对于受半挥发性的有机物质及农药杀虫剂等污染物污染的情况，异位固化／稳定化进行修复的适用性有限。原位固化／稳定化通常用于修复金属污染的介质。固化与稳定化技术具有以下一些特点：①需要污染土壤与固化剂／稳定剂等进行原位或异位混合，与其他固定技术相比，破坏无机物质，但可能改变有机物质的性质；②稳定化可能与封装等其他固定技术联合应用，并可能增加污染物的总体积；③固化／稳定化处理后的污染土壤应当有利于后续处理；④现场应用需要安装全部或部分设施。固化／稳定化技术是少数几个能够原位修复金属污染介质的技术之一具有的优点包括：①可以处理多种复杂金属废物；②费用低廉；③加工设备容易转移；④所形成的固体毒性降低，稳定性增强；⑤凝结在固体中的微生物很难生长，不致破坏结块结构。2024/8/15612024/8/1562电动力学修复概念和原理

电动力学修复技术的基本原理类似电池，利用插入介质（土壤或沉积物）中的两个电极在污染介质两端加上低压直流电场，在低强度直流电的作用下，水溶的或者吸附在土壤颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动：阳极附近的酸开始向介质的毛细孔移动，打破污染物与介质的结合键，此时，大量的水以电渗析方式在介质中流动，土壤等介质毛细孔中的液体被带到阳极附近，这样就将溶解到介质溶液中的污染物吸收至土壤表层得以去除。通过电化学和电动力学的复合作用，土壤中的带电颗粒在电场内定向移动，土壤污染物在电极附近富集或者被收集回收。污染物去除主要涉及电迁移、电渗析、电泳和酸性迁移4种电动力学过程。2024/8/1563电动力学修复图4电动力学修复原理2024/8/1564电动力学修复特点与应用

电动力学技术主要用于低渗透性土壤(由于水力传导性问题，传统的技术应用受到限制)的修复，适用于大部分无机污染物，也可用于对放射性物质及吸附性较强的有机物的治理。电动力学技术可以有效地去除土壤和地下水中的重金属离子，也可以去除土壤中强吸附性的极性有机化合物，如苯酚和乙酸等。最新的发展趋向是将电动力学技术与其他技术相结合，强化电动力学修复。图5概括了电动力学技术强化的原理。电动力学技术与现场生物修复技术优化组合，用以现场降解和去除土壤和地下水中的有机污染物。在这种技术组合中，电动力学方法克服水力输送的缺点，有效地将营养物质输送至土壤微孔中去，或者将微生物输送至污染区域，从而促进微生物的生长，提高其降解土壤中有机物的效率。2024/8/1565电动力学修复图5电动力学生物强化修复2024/8/1566热力学修复概念和原理

热力学修复技术涉及利用热传导(加热井和热墙)或辐射(如无线电波加热)实现对污染环境(如土壤)的修复，如高温(约l000℃)原位加热修复技术、低温(约100℃)原位加热修复技术和原位电磁波加热技术等。2024/8/1567热力学修复2024/8/1568热力学修复：

直接加热使污染物挥发或分解，间接加热使污染物挥发；针对高浓度土壤污染。対象：●VOCs、●水银、●农药、●油等；优点：可使VOCs完全实现无害化；日处理能力可达200t。2024/8/1569热力学修复特点与应用

高温原值加热技术主要处理的污染物有半挥发性的卤代有机物和非卤代有机物、多氯联苯以及密度较高的非水质的液体有机物。低温原位加热处理的污染物主要有半挥发性的卤代物和非卤代物以及浓的非溶性的液态物质，挥发性有机物也可以用此方法进行处理。此外，原位电磁波加热修复技术属于高温原位加热技术，它利用高频电压产生的电磁波能量对现场土壤进行加热，利用热量强化土壤蒸气浸提技术，使污染物在土壤颗粒内解吸而达到修复污染土壤的目的。2024/8/1570污染环境的化学修复2024/8/15712024/8/1572

化学淋洗修复化学固定修复化学氧化修复化学还原修复原位可渗透反应墙污染环境的化学修复2024/8/1573化学淋洗修复概念和原理

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，利用重力作用或通过水力压头推动淋洗液注入被污染的土层中，然后把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。图6化学淋洗修复原理图2024/8/1574対象：●重金属、●农药、●油等化学淋洗修复2024/8/1575化学淋洗修复淋洗液种类

化学淋洗可去除土壤中的重金属、芳烃和石油类等烃类化合物以及TCE、多氯联苯、氯代苯酚等卤化物。主要的淋洗液包括：清水。可避免二次污染问题，但去除效率有限，主要用于溶于水的重金属离子的去除。无机溶剂，如酸、碱、盐。通过酸解、络合或离子交换作用来破坏土壤表面官能团与污染物的结合。有成本低、效果好、作用快的优点，但破坏土壤结构，产生大量废液，后处理成本高等。螯合剂。包括EDTA类人工螯合剂和柠檬酸、苹果酸等天然螯合剂，主要用于重金属的去除。人工螯合剂有二次污染问题，天然螯合剂应用前景广阔。表面活性剂。用于重金属和疏水性有机污染物的去除。化学表面活性剂有二次污染问题，生物表面活性剂应用前景广阔。2024/8/1576单鼠李糖脂R1（左）和双鼠李糖脂R2（右）EDTA柠檬酸图7几种典型螯合剂和生物表面活性剂2024/8/1577化学固定修复概念和原理

化学固定是在污染环境中加入化学试剂或化学材料，并利用它们调节污染环境条件、控制反应条件、改变污染物的形态、水溶性、迁移性和生物有效性，使污染物钝化，形成不溶性或移动性差、毒性小的物质而降低其在污染环境中的生物有效性，减少其向其他环境系统的迁移或结合其他修复技术手段永久地消除污染物，实现污染环境的化学修复。主要污染物对象为重金属，作用的机理主要包括吸附和离子交换作用、配合作用和共沉淀作用。2024/8/1578表2一些化学固定剂的种类和来源2024/8/1579化学固定修复特点与应用

它是污染土壤治理过程中一种非常有效的方法，尤其是对于由农业活动引起的程度较轻的面源污染具有明显的优势。但污染物在环境条件发生改变时仍可以释放变成生物有效形态，另外化学试剂或材料的使用将再一定程度上改变环境条件，对环境系统产生一定的影响。在一些土壤中，Ca2+能置换出土壤固体表面的金属离子使其在土壤溶液中的浓度上升。因此，加入含钙化合物(如石灰和石膏等)能提高金属离子的生物有效性，在修复过程中土壤过度石灰化，会使土壤中重金属离子浓度长期升高并导致农作物减产。由于固定物质的加入，土壤pH值容易升高，这可能会给植物、土壤动物和土壤本身带来负面影响。2024/8/1580化学氧化修复概念和原理

化学氧化修复(chemicaloxidationremediation)主要是向污染环境中加入化学氧化剂，依靠化学氧化剂的氧化能力，分解破坏污染环境中污染物的结构，使污染物降解或转化为低毒、低移动性物质的一种修复技术。2024/8/1581化学氧化修复氧化剂种类和方法

一般来说，化学氧化技术中的氧化剂应遵循以下原则进行选择：反应必须足够强烈，使污染物通过降解、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。现有化学氧化技术所用的氧化剂主要有二氧化氯、高锰酸钾、臭氧、双氧水及Fenton试剂高级氧化法、光催化氧化等，其中双氧水及Fenton试剂高级氧化法目前得到了越来越多的应用。2024/8/1582化学氧化修复特点与应用

化学氧化修复技术是降解水中污染物的有效方法。水中呈溶解状态的无机物和有机物，通过化学反应被氧化为微毒或无毒的物质，或者转化为容易与水分离的形态，从而达到处理的目的。对于污染土壤来说，化学氧化技术不需要将污染土壤全部挖掘出来，而只是在污染区的不同深度钻井，将氧化剂注入土壤中，通过氧化剂与污染物的混合、反应使污染物降解或导致形态的变化，达到修复污染环境的目的。化学氧化修复技术能够有效地处理土壤及水环境中的铁、锰和硫化氢、三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)等含氯溶剂，以及苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)等生物修复法难以处理的污染物。除了单独使用外，化学氧化修复技术还可与其他修复技术(如生物修复)联合使用，作为生物修复或自然生物降解之前的一个经济而有效的预处理方法。2024/8/1583化学还原修复概念和原理

化学还原修复技术主要是利用化学还原剂将污染环境中的污染物质还原从而去除的方法，多用于地下水的污染治理，是目前在欧美等发达国家新兴起来的用于原位去除污染水中有害组分的方法。化学还原法主要修复地下水中对还原作用敏感的污染物，如铬酸盐、硝酸盐和一些氯代试剂，通常反应区设在污染土壤的下方或污染源附近的含水土层中。2024/8/1584化学还原修复还原剂种类和方法

根据采用的不同还原剂化学还原修复法可以分为活泼金属还原法和催化还原法。前者以铁、铝、锌等金属单质为还原剂，后者以氢气以及甲酸、甲醇等为还原剂，一般都必须有招化剂存在才能使反应进行。常用的还原剂有S02、H2S气体和零价Fe胶体等。其中零价Fe胶体是很强的还原剂，能够还原硝酸盐为亚硝酸盐，继而将其还原为氮气或氨氮。零价Fe胶体能够脱掉很多氯代试剂中的氯离子，并将可迁移的含氧阴离子如CrO42-和TcO4-以及UO22+等含氧阳离子转化成难迁移态。零价Fe既可以通过井注射，也可以放置在污染物流经的路线上，或者直接向天然含水土层中注射微米甚至纳米零价Fe胶体。注射微米、纳米零价Fe胶体后，由于反应的活性表面积增大，因此用少剂量的还原剂就可达到设计的处理效率。2024/8/1585原位可渗透反应墙概念和原理

原位可渗透反应墙技术是一种实用的现场修复技术。可渗透反应墙(PermeableReactiveBarrier，PRB)是一种被动原位处理技术，按照美国环保局的定义，可渗透反应墙是—个被动的反应材料的原位处理区，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的。被修复的污染土壤及地下水在地下水走向下游区域内的土壤具有一定的可渗透能力，使处于地下水走向上游的“污染斑块”中的污染物能够顺着地下水流以自身水力梯度进入“处理装置”，而处理装置通常通过挖一人工沟渠建成，沟渠中则装填着渗透性较差的化学活性物质。污染物通过天然或者人工的水力梯度被运送到经过精心放置的处理介质中，形成一个扣染地下水斑块。这种污染地下水斑块流经反应墙，经过介质的吸附、淋滤以及化学和生物降解，去除溶解的有机质、金属、放射性以及其他的污染物质(见图7)。2024/8/1586原位可渗透反应墙图7原位可渗透反应墙原理图2024/8/1587特点与应用

与传统的地下水处理技术相比较，可渗透反应墙技术是一个无需外加动力的被动系统特别是，该处理系统的运转在地下进行，不占地面空间，比原来的泵取地下水的地面处理支术要经济、便捷。渗透反应墙一旦安装完毕，除某些情况下需要更换墙体反应材料外，几乎不需要其他运行手维护费用。实践表明，与传统的地下水抽出再处理方式相比，该技术操作费用至少能够节约30％以上。可渗透反应墙技术存在的弊病包括：首先，不可能保证把“污染斑块”中扩散出来的扩染物完全按处理的需要予以拦截和捕捉；其次，随着有毒金属、盐和生物活性物质在可渗五反应墙中的不断沉积和积累，该被动处理系统会逐渐失去其活性，所以需要定期地更换填／的化学活性物质；最后，环境条件发生改变时，这些被固定的有毒金属可能重新活化。原位可渗透反应墙2024/8/1588污染环境的生物修复2024/8/1589什么是生物修复基本知识

生物修复技术主要是利用生物特有的分解有毒有害物质的能力，去除污染环境如土壤中的污染物，达到清除环境污染的目的。广义的生物修复通常是指利用各种生物（包括微生物，动物和植物）的特性，吸收、降解、转化环境中的污染物，使受污染的环境得到改善的治理技术。广义的生物修复可以分为微生物修复、植物修复、动物修复和生态修复四大类。狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件下，利用特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。2024/8/1590生物修复的类型

按修复主体可分为微生物修复、植物修复、动物修复、生态修复。按修复受体可分为土壤生物修复、地下水生物修复、河流生物修复、湖泊水库生物修复、海洋生物修复、大气生物修复、矿区生物修复、垃圾场生物修复等。按修复场所可分为原位生物修复、异位生物修复和原位-异位联合生物修复。基本知识2024/8/15912024/8/1592生物修复的产生与发展

生物修复起源于有机污染物的治理，利用好氧或厌氧微生物处理污水已有l00多年的历史，但是利用生物修复技术处理现场有机污染物才有30年的历史。1972年美国清除宾夕法尼亚州的Ambler管线泄漏的汽油是史料所记载的首次应用生物修复技术。

20世纪80年代以后基础研究的成果被应用于大范围的污染环境治理，并取得了相当的成功，从而发展成为一种新的生物治理技术。

1989年，美国阿拉斯加海域受到大面积石油污染，生物修复技术首次大规模应用，取得了很好的效果。阿拉斯加溢油生物修复成为生物修复史上的里程碑，至此，生物修复技术成为一种可被人们接受的油泄漏治理方法。我国关于生物修复的研究起步较晚，目前尚处于小试与中试阶段，还需进一步发展基本知识2024/8/15932024/8/1594生物修复的特点

与化学、物理处理方法相比，生物修复技术具有下列的优点：①费用少，仅为传统化学、物理修复经费的30％～50％；②操作简便，环境影响小；③最大限度地降低污染物的浓度；④可应用于其它技术难以应用的场地；⑤可以同时处理受污染的土壤和地下水，与其它技术结合弹性大。同时有以下缺点：①耗时长；②运行条件苛刻；③对污染物有选择性，低生物有效性、难降解性常使生物修复不能进行。基本知识2024/8/1595生物修复的原则

生物修复必须遵循的四项原则是使用适合的生物、在适合的场所、适合的环境条件和适合的技术费用下进行。①适合的生物是生物修复的先决条件，它是指具有正常生理和代谢能力，并能以较大的速率降解或转化污染物，并在修复过程中不产生毒性产物的生物体系。②适合的场所是指要有污染物和合适的生物相接触的地点，污染场地不含对降解菌种有抑制作用的物质且目标化合物能够被降解。③适合的环境条件是指要控制或改变环境条件，使生物的代谢与生长活动处十最佳状态。环境因子包括温度、湿度、O2、pH值、无机养分、电子受体等。④适合的技术费用是指生物修复技术费用必须尽可能低，至少低于同样可以消除该污染物的其他技术。基本知识2024/8/1596污染环境的微生物修复2024/8/1597用于生物修复的微生物土著微生物污染环境中的原有微生物，种类多、代谢类型多样，“食谱”广。据报道，能够降解烃类的微生物有70多个属、200余种；其中细菌约有40个属。表1列举了某些难降解有机物和重金属及其相应的降解转化微生物。外来微生物人为富集和培养的高效菌，一般为复合菌群。基因工程菌采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向地构建高效降解难降解污染物的工程菌。用于生物修复的其他微生物包括藻类和微型动物。微生物产品和酶环境微生物修复机理2024/8/1598环境微生物修复机理表2难降解有机物和重金属及其相应的降解转化微生物2024/8/1599环境微生物修复机理2024/8/15100污染物的生物迁移转化途径污染物的扩散迁移环境微生物修复机理污染物的吸附与沉积微生物对污染物的吸收污染物的降解与累积污染物的富集污染物的生物转化2024/8/15101有机污染物进入微生物体的过程主动运输需要消耗能量，可以逆物质浓度梯度进行，需要载体蛋白的参与，对被运输的物质有高度的立体专一性，为主要方式。被动扩散微生物吸收营养物各种方式中最简单的一种，不规则运动的营养物质分子通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外向低浓度的胞内扩散，具有非特异性。促进扩散在运输过程中不需要消耗能量，物质本身在分子结构上也不会发生变化，同样不能进行逆浓度运输需要借助于位于细胞膜上的一种载体蛋白参与物质运输。基团转位另一类类型的主动运输，在物质运输过程中，除了物质分子发生化学变化外，其他特点都与主动运输相同。厌氧微生物中发生。胞饮作用假丝酵母摄取烷烃的一类途径。环境微生物修复机理2024/8/151022024/8/15103污染物降解的基本反应氧化作用包括Fe、S等单质的氧化，NH3、N02-等化合物的氧化，以及一些如甲基、醛有机物基团的氧化。还原作用包括高价铁和硫酸盐的还原、NO3-的还原等，还原作用需要缺氧或者厌氧(无氧)的环境。基团转移作用如脱羧、脱氨、脱卤等。水解作用使大分子转变为小分子，如纤维素降解。此外还有酯化作用、缩合作用、氨化作用、乙酰化作用、双键断裂反应、卤原子移动等。环境微生物修复机理2024/8/15104微生物对重金属离子的吸附与吸收

微生物对重金属吸附的机理主要有静电吸附、共价吸附、络合整合、离子交换和无机微沉淀等，重金属有可能通过沉淀或晶体化作用沉积于细胞表面，某些难溶性重金属也可能被胞外分泌物或是细胞壁的腔洞捕获而沉积。细胞被杀死后，经过一定的处理，具有一定的粒度、硬度及稳定性，可储存、运输和实际应用。微生物吸收主要是利用生物新陈代谢作用产生能量，通过单价或二价离子的转移系统把重金属离子输送到细胞内部。由于有细胞内的累积，去除效果可能比单纯的挠生物吸附好。但是，由于环境中要去除的重金属离子大多有毒有害，抑制生物活性，甚至使其中毒死亡，并且生物的新陈代谢作用受温度、pH值、能源等诸多因素的影响，因此微生物累积在实际应用中受到很大的限制。环境微生物修复机理2024/8/151052024/8/15106微生物对重金属离子的转化

外境中重金属离子的长期存在使自然界中形成一些特殊微生物，它们对有毒重金属离子具有抗性，可以使金属离子发生转化。对微生物而言，这是一种很好的解毒作用；对环境而言则是一种很好的修复作用，汞、铅、锡、砷等金属或类金属离子都能在微生物的作用下通过氧化还原作用而失去毒性。主要包括甲基化作用、氧化作用和还原作用。环境微生物修复机理2024/8/15107图8汞甲基化的途径之一2024/8/15108微生物修复的影响因素营养物质在营养缺乏的环境中，为了使污染物达到完全降解，添加适当营养物比接种特殊微生物更加重要，例如N、P营养盐。电子受体土壤中污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度也极大地影响着污染物生物降解的速度和程度。微生物氧化还原反应的最终电子受体主要包括溶解氧、有机物分解的中间产物和无机酸根(如硝酸根和硫酸根)。共代谢基质微生物的共代谢对一些顽固污染物的降解起着重要作用，因此共代谢基质对生物修复有重要影响有毒有害污染物的物理化学性质如有机污染物的化学结构、毒性、生物可利用性污染现场和土壤的特性

环境微生物修复机理2024/8/15109生物修复技术

微生物修复技术是在人为强化的条件下，用自然环境中的土著微生物或人为投加外源微生物的代谢活动，对环境中的污染物进行转化、降解与去除的方法。环境生物修复技术主要由三方面的内容组成：①利用土著微生物代谢能力的技术；②活化土著微生物分解能力的方法；③添加具有高速分解难降解化合物能力的特定微生物(群)的方法。微生物修复技术与方法2024/8/15110图8生物修复工艺实施程序图微生物修复技术与方法2024/8/15111污染环境的植物修复2024/8/15112什么是植物修复基本知识

植物修复是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的理论为基础，利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发、降解和转化作用来清除环境中污染物质的一项新兴的污染治理技术。具体地说植物修复就是利用植物本身特有的利用、分解和转化污染物的作用，利用植物根系特殊的生态条件加速根际圈的微生态环境中的微生物的生长繁殖，以及利用某些植物特殊的积累与固定能力，提高对环境中某些无机和有机污染物的脱毒和分解能力。广义的植物修复包括利用植物修复重金属污染的土壤、利用植物净化空气和水体、利用植物清除放射性核素和利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中的有机污染物。目前植物修复主要指利用植物及其根际圈微生物体系清洁污染土壤，其中利用重金属超积累植物的提取作用去除污染土壤中的重金属又是植物修复的核心技术。因此狭义的植物修复技术主要指利用植物清除污染土壤中的重金属。2024/8/15113植物修复的类型

根据植物修复在某一方面的修复功能和特点可将植物修复分为6种基本类型：植物净化空气表现为对有害气体的吸收、对降尘和飘尘的阻滞和过滤、杀菌和除菌、吸收二氧化碳、降噪等。植物提取修复利用陆生或水生植物超量吸收一种或几种重金属，并富集到可收割部分再进行集中处理。为应用最多和最有发展前途的植物修复技术。植物挥发修复将挥发性污染物吸收到植株体内，再转化为气态物质释放到大气中，主要集中在挥发性重金属修复方面，如汞、硒、砷。基本知识2024/8/15114植物降解修复两种途径：一是将污染物吸收到植株体内储存于组织中或矿化，二是分泌物质直接降解根系圈内有机污染物。根际圈生物降解修复利用植物根际圈菌根真菌、专性或非专性细菌等微生物的降解作用来转化有机污染物，降低或彻底消除其生物毒性。其中植物对根际圈降解微生物起到活化的作用，此外根分泌的一些有机物质也是细菌通过共代谢降解有机污染物质的原料。这种修复方式实际上是微生物与植物的联合作用过程，其中微生物在降解过程中起主导作用植物固定／稳定化修复一是通过耐性植物根系分泌物质来积累和沉淀根际圈附近的污染物质，二是利用耐性植物在污染土壤上的生长来减少污染土壤的风蚀和水蚀，防止污染物质迁移和扩散。基本知识2024/8/15115植物修复的特点

优点包括：①资源丰富，开发和应用潜力巨大在实践应用中有了良好的技术保障；②能耗较低，可防止水土流失，创造生态效益和经济效益，符合可持续发展战略的理念；③修复工艺操作简单，成本低，减少了公众的担心，