土壤修復(fù)的技術(shù)

1、關(guān)于土壤修復(fù)技術(shù)第1頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四 概念篇 環(huán)境修復(fù)的概念、對象和任務(wù)、類型、產(chǎn)生與發(fā)展 土壤的組成與作用、土壤的污染 原理篇 物理修復(fù)原理 化學(xué)修復(fù)原理 微生物修復(fù)原理 植物修復(fù)原理提 綱 第2頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四概念篇 第3頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四 修復(fù)（remediation）是一個工程上的概念，顧名思義，是指借助外界作用力使某個受損的特定對象部分或全部恢復(fù)到原初始狀態(tài)的過程。 環(huán)境修復(fù)（environmental remediation）就是研究對被污染的環(huán)境采取物理、化學(xué)與生

2、物學(xué)技術(shù)措施，使存在于環(huán)境中的污染物質(zhì)濃度減少或毒性降低或完全無害化，使得環(huán)境能夠部分或者全部的恢復(fù)到原始狀態(tài)。 環(huán)境污染健康環(huán)境 環(huán)境修復(fù)和環(huán)境凈化 環(huán)境修復(fù)”三廢”治理 環(huán)境修復(fù)的概念第4頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四 根據(jù)環(huán)境修復(fù)的概念可知，其對象是自然界中各種各樣因為環(huán)境污染和破壞等而形成的環(huán)境問題，如污染的大氣、水體、土壤等 任務(wù)是即使得污染的環(huán)境能夠部分或者全部恢復(fù)到原始狀態(tài)。環(huán)境修復(fù)的對象和任務(wù)第5頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四 根據(jù)環(huán)境修復(fù)的對象，環(huán)境修復(fù)可分為土壤環(huán)境修復(fù)、水體環(huán)境修復(fù)、大氣環(huán)境修復(fù)、固體廢物環(huán)境修復(fù)等幾個類

3、型。 根據(jù)環(huán)境修復(fù)的方法和技術(shù)手段，環(huán)境修復(fù)可分為工程修復(fù)、物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)四大類型。 根據(jù)修復(fù)的形式，環(huán)境修復(fù)可分為原位修復(fù)和異位修復(fù)兩個類型。環(huán)境修復(fù)的類型第6頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四 人們對環(huán)境質(zhì)量越來越高的要求與隨工業(yè)文明而來的環(huán)境污染和生態(tài)破壞之間的矛盾促使了環(huán)境修復(fù)學(xué)科的產(chǎn)生。污染預(yù)防工程、傳統(tǒng)的環(huán)境工程（即“三廢”治理工程）和環(huán)境修復(fù)工程分別屬于污染物控制的產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后三個環(huán)節(jié)，它們共同構(gòu)成污染控制的全過程體系。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境修復(fù)的理論研究不斷深入，工程技術(shù)手段也不斷更新，形成了目前物理、化學(xué)、生物多種方法共存的局面，并

4、有由物理化學(xué)方法向生物方法發(fā)展的趨勢。環(huán)境修復(fù)的產(chǎn)生和發(fā)展第7頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四土壤環(huán)境大氣環(huán)境水體環(huán)境地質(zhì)環(huán)境生物環(huán)境土壤環(huán)境第8頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四大 氣 (空氣遷移)水 體(水過程)生 物(生物過程)巖 石(風(fēng)化過程)物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)物質(zhì)的平衡和循環(huán)物理的 化學(xué)的 生物的（土壤膠體表面本質(zhì)和特性）（水、 熱、 能量）物質(zhì)的能量流動和平衡土壤環(huán)境的地位、內(nèi)涵與功能大氣與痕量氣體交換放吸CO2CH4H2SN2OO2水平衡、循環(huán)、轉(zhuǎn)化土 壤 （固、氣、 液、生）原、次生礦物、無機物組成生物養(yǎng)分物質(zhì)循環(huán)動植物區(qū)系及微

5、生物組成、有機物水分性質(zhì)與組成大氣與土壤氣體組成水循環(huán)平衡支調(diào)生物過程提供生物水、養(yǎng)分地質(zhì)循環(huán)地球皮膚第9頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四土壤污染的概念 土壤污染是指，人類活動產(chǎn)生的污染物進(jìn)入土壤并積累到一定程度，引起土壤質(zhì)量惡化、功能降低的現(xiàn)象。第10頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四1、有機物類：農(nóng)藥、除莠劑、酚、苯并芘、油類等。2、化學(xué)肥料：氮、磷、微量營養(yǎng)元素。3、重金屬：鎘、汞、鉛、鎳、鉻、砷、銅、鋅。4、放射性物質(zhì)：銫-137、鍶-90等。5、致病微生物：腸細(xì)菌、腸寄生蟲、結(jié)核桿菌。土壤污染物質(zhì)第11頁，共89頁，2022年，5月20日

6、，5點29分，星期四1）工業(yè)污染源：工業(yè)“三廢”物質(zhì)排放。2）農(nóng)業(yè)污染源：化肥、農(nóng)藥、畜禽糞便。3）生活污染源：城鄉(xiāng)生活廢水、農(nóng)家肥等。4）其它污染源（廢棄物焚燒等）土壤污染類型與來源第12頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四土壤污染的特點 1、隱蔽性和滯后性 2、累積性：持久性有機污染物（POPs）多氯聯(lián)苯（PCBs）、多環(huán)芳烴（PAHs）、多氯代二苯并二噁英（PCDDs）和重金屬等 3、不可逆性/持久性：難降解性污染物 4、環(huán)境遷移與擴散影響 5、食物鏈污染第13頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四原理篇 第14頁，共89頁，2022年，5月20日，

7、5點29分，星期四污染土壤的物理修復(fù)第15頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四 物理分離修復(fù) 蒸氣浸提修復(fù) 固定穩(wěn)定化修復(fù) 電動力學(xué)修復(fù) 熱力學(xué)修復(fù) 污染土壤的物理修復(fù)第16頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四物理分離修復(fù)基本過程：圖1 物理分離修復(fù)的基本過程第17頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四物理分離修復(fù)概念和原理 粒徑分離（篩分） 干篩分、濕篩分、摩擦洗滌等 水力學(xué)分離 淘選機、機械粒度分級機、水力旋風(fēng)分離器 密度（重力）分離 振動篩、螺旋富集器、搖床 脫水分離 過濾、壓濾、離心、沉淀 泡沫浮選分離 磁分離圖2 物理分離修復(fù)

8、設(shè)備第18頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四物理分離修復(fù)特點和應(yīng)用 物理分離技術(shù)主要應(yīng)用在污染土壤中無機污染物的修復(fù)技術(shù)上，它最適合用來處理小范內(nèi)射擊場污染的土壤，從土壤、沉積物、廢渣中分離重金屬、清潔土壤、恢復(fù)土壤正常功能。 大多數(shù)物理分離修復(fù)技術(shù)都有設(shè)備簡單、費用低廉、可持續(xù)高產(chǎn)出等優(yōu)點，但是在具體分離過程中，其技術(shù)的可行性，要考慮各種因素的影響。例如： 物理分離技術(shù)要求污染物具有較高的濃度并且存在于具有不同物理特征的相介質(zhì)中； 篩分干污染物時會產(chǎn)生粉塵； 固體基質(zhì)中的細(xì)粒徑部分和廢液中的污染物需要進(jìn)行再處理。第19頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星

9、期四蒸氣浸提修復(fù)概念和原理圖3 蒸氣浸提修復(fù)原理 蒸氣浸提技術(shù)是通過降低土壤空氣蒸氣壓，把土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為蒸氣的形式而加以去除，是通過物理方法去除不飽和土壤中揮發(fā)性有機組分（VOCs）污染的一種修復(fù)技術(shù)，適用于處理高揮發(fā)性的污染物。第20頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四蒸氣浸提修復(fù)特點和應(yīng)用 蒸氣浸提技術(shù)的主要優(yōu)點包括：能夠原位操作，比較簡單，對周圍的干擾能夠限定在盡可能小的范圍之內(nèi)； 非常有效地去除揮發(fā)性有機物；在可接受的成本范圍之內(nèi)能夠處理盡可能多的受污染的土壤； 系統(tǒng)容易安裝和轉(zhuǎn)移； 容易與其他技術(shù)組合使用。 浸提技術(shù)主要用于揮發(fā)性有機鹵代物和非鹵代物的修復(fù)，

10、通常應(yīng)用的污染物是那些亨利系數(shù)大于0.01或蒸氣壓大于66.7Pa的揮發(fā)性有機物，有時也應(yīng)用于去除環(huán)境中的油類、重金屬及其有機物、多環(huán)芳烴等污染物。在美國，蒸氣浸提幾乎已經(jīng)成為修復(fù)受加油站污染的地下水和土壤的“標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。 限制土壤蒸氣浸提技術(shù)應(yīng)用效果的因素主要有下層土壤的異質(zhì)性、土壤的滲透性、地下水位、排出的氣體需要進(jìn)行進(jìn)一步處理等。第21頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四固定/穩(wěn)定化修復(fù)概念和原理 固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)是指防止或者降低污染土壤釋放有害化學(xué)物質(zhì)過程的一組修復(fù)技術(shù)，它是用物理/化學(xué)方法將污染物固定或包封在密實的惰性基材中，使其穩(wěn)定化的一種過程。固化過程有的是

11、將污染物通過化學(xué)轉(zhuǎn)變或引入某種穩(wěn)定的晶格中的過程；有的是將污染物用惰性材料加以包容的過程；有的兼有上述兩種過程。 穩(wěn)定和固定化技術(shù)處理的一般步驟包括：中和過量的酸度；破壞金屬配合物；控制金屬的氧化還原狀態(tài)；轉(zhuǎn)化為不溶性的穩(wěn)定形態(tài)；采用固化劑形成穩(wěn)定的固體形態(tài)物質(zhì)。 磷酸鹽、硫化物和碳酸鹽等都可以作為污染物穩(wěn)定化處理的反應(yīng)劑。第22頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四固定/穩(wěn)定化修復(fù)圖3 固定/穩(wěn)定化修復(fù)原理第23頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四第24頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四固定/穩(wěn)定化修復(fù)特點和應(yīng)用 通常用于重金屬和放

12、射性物質(zhì)污染土壤的無害化處理， 異位固化穩(wěn)定化通常用于處理無機污染物質(zhì)。對于受半揮發(fā)性的有機物質(zhì)及農(nóng)藥殺蟲劑等污染物污染的情況，異位固化穩(wěn)定化進(jìn)行修復(fù)的適用性有限。原位固化穩(wěn)定化通常用于修復(fù)金屬污染的介質(zhì)。 固化與穩(wěn)定化技術(shù)具有以下一些特點：需要污染土壤與固化劑穩(wěn)定劑等進(jìn)行原位或異位混合，與其他固定技術(shù)相比，破壞無機物質(zhì)，但可能改變有機物質(zhì)的性質(zhì)；穩(wěn)定化可能與封裝等其他固定技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，并可能增加污染物的總體積； 固化穩(wěn)定化處理后的污染土壤應(yīng)當(dāng)有利于后續(xù)處理； 現(xiàn)場應(yīng)用需要安裝全部或部分設(shè)施。 固化穩(wěn)定化技術(shù)是少數(shù)幾個能夠原位修復(fù)金屬污染介質(zhì)的技術(shù)之一具有的優(yōu)點包括： 可以處理多種復(fù)雜金屬廢物

13、； 費用低廉； 加工設(shè)備容易轉(zhuǎn)移； 所形成的固體毒性降低，穩(wěn)定性增強； 凝結(jié)在固體中的微生物很難生長，不致破壞結(jié)塊結(jié)構(gòu)。第25頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四電動力學(xué)修復(fù)概念和原理 電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)的基本原理類似電池，利用插入介質(zhì)（土壤或沉積物）中的兩個電極在污染介質(zhì)兩端加上低壓直流電場，在低強度直流電的作用下，水溶的或者吸附在土壤顆粒表層的污染物根據(jù)各自所帶電荷的不同而向不同的電極方向運動：陽極附近的酸開始向介質(zhì)的毛細(xì)孔移動，打破污染物與介質(zhì)的結(jié)合鍵，此時，大量的水以電滲析方式在介質(zhì)中流動，土壤等介質(zhì)毛細(xì)孔中的液體被帶到陽極附近，這樣就將溶解到介質(zhì)溶液中的污染物吸收至

14、土壤表層得以去除。通過電化學(xué)和電動力學(xué)的復(fù)合作用，土壤中的帶電顆粒在電場內(nèi)定向移動，土壤污染物在電極附近富集或者被收集回收。污染物去除主要涉及電遷移、電滲析、電泳和酸性遷移4種電動力學(xué)過程。第26頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四電動力學(xué)修復(fù)圖4 電動力學(xué)修復(fù)原理第27頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四電動力學(xué)修復(fù)特點與應(yīng)用 電動力學(xué)技術(shù)主要用于低滲透性土壤(由于水力傳導(dǎo)性問題，傳統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用受到限制)的修復(fù)，適用于大部分無機污染物，也可用于對放射性物質(zhì)及吸附性較強的有機物的治理。電動力學(xué)技術(shù)可以有效地去除土壤和地下水中的重金屬離子，也可以去除土壤中

15、強吸附性的極性有機化合物，如苯酚和乙酸等。 最新的發(fā)展趨向是將電動力學(xué)技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，強化電動力學(xué)修復(fù)。圖5概括了電動力學(xué)技術(shù)強化的原理。電動力學(xué)技術(shù)與現(xiàn)場生物修復(fù)技術(shù)優(yōu)化組合，用以現(xiàn)場降解和去除土壤和地下水中的有機污染物。在這種技術(shù)組合中，電動力學(xué)方法克服水力輸送的缺點，有效地將營養(yǎng)物質(zhì)輸送至土壤微孔中去，或者將微生物輸送至污染區(qū)域，從而促進(jìn)微生物的生長，提高其降解土壤中有機物的效率。第28頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四電動力學(xué)修復(fù)圖5 電動力學(xué)生物強化修復(fù)第29頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四熱力學(xué)修復(fù)概念和原理 熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)涉及利

16、用熱傳導(dǎo)(加熱井和熱墻)或輻射(如無線電波加熱)實現(xiàn)對污染環(huán)境(如土壤)的修復(fù)，如高溫(約l000)原位加熱修復(fù)技術(shù)、低溫(約100)原位加熱修復(fù)技術(shù)和原位電磁波加熱技術(shù)等。第30頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四熱力學(xué)修復(fù)第31頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四熱力學(xué)修復(fù)： 直接加熱使污染物揮發(fā)或分解，間接加熱使污染物揮發(fā)； 針對高濃度土壤污染。 対象：VOCs、水銀、農(nóng)藥、油等； 優(yōu)點：可使VOCs完全實現(xiàn)無害化； 日處理能力可達(dá)200t。第32頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四熱力學(xué)修復(fù)特點與應(yīng)用 高溫原值加熱技術(shù)主要處理

17、的污染物有半揮發(fā)性的鹵代有機物和非鹵代有機物、多氯聯(lián)苯以及密度較高的非水質(zhì)的液體有機物。低溫原位加熱處理的污染物主要有半揮發(fā)性的鹵代物和非鹵代物以及濃的非溶性的液態(tài)物質(zhì)，揮發(fā)性有機物也可以用此方法進(jìn)行處理。此外，原位電磁波加熱修復(fù)技術(shù)屬于高溫原位加熱技術(shù)，它利用高頻電壓產(chǎn)生的電磁波能量對現(xiàn)場土壤進(jìn)行加熱，利用熱量強化土壤蒸氣浸提技術(shù)，使污染物在土壤顆粒內(nèi)解吸而達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的。第33頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四污染環(huán)境的化學(xué)修復(fù)第34頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四第35頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四 化學(xué)淋洗

18、修復(fù) 化學(xué)固定修復(fù) 化學(xué)氧化修復(fù) 化學(xué)還原修復(fù) 原位可滲透反應(yīng)墻污染環(huán)境的化學(xué)修復(fù)第36頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四化學(xué)淋洗修復(fù)概念和原理 借助能促進(jìn)土壤環(huán)境中污染物溶解或遷移的化學(xué)/生物化學(xué)溶劑，利用重力作用或通過水力壓頭推動淋洗液注入被污染的土層中，然后把含有污染物的液體從土層中抽提出來，進(jìn)行分離和污水處理的技術(shù)。圖6 化學(xué)淋洗修復(fù)原理圖第37頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四対象：重金屬、農(nóng)藥、油等化學(xué)淋洗修復(fù)第38頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四化學(xué)淋洗修復(fù)淋洗液種類 化學(xué)淋洗可去除土壤中的重金屬、芳烴和石油類等

19、烴類化合物以及TCE、多氯聯(lián)苯、氯代苯酚等鹵化物。主要的淋洗液包括： 清水?？杀苊舛挝廴締栴}，但去除效率有限，主要用于溶于水的重金屬離子的去除。 無機溶劑，如酸、堿、鹽。通過酸解、絡(luò)合或離子交換作用來破壞土壤表面官能團(tuán)與污染物的結(jié)合。有成本低、效果好、作用快的優(yōu)點，但破壞土壤結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生大量廢液，后處理成本高等。 螯合劑。包括EDTA類人工螯合劑和檸檬酸、蘋果酸等天然螯合劑，主要用于重金屬的去除。人工螯合劑有二次污染問題，天然螯合劑應(yīng)用前景廣闊。 表面活性劑。用于重金屬和疏水性有機污染物的去除。化學(xué)表面活性劑有二次污染問題，生物表面活性劑應(yīng)用前景廣闊。第39頁，共89頁，2022年，5月20日

20、，5點29分，星期四單鼠李糖脂R1（左）和雙鼠李糖脂R2（右）EDTA檸檬酸圖7 幾種典型螯合劑和生物表面活性劑第40頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四化學(xué)固定修復(fù)概念和原理 化學(xué)固定是在污染環(huán)境中加入化學(xué)試劑或化學(xué)材料，并利用它們調(diào)節(jié)污染環(huán)境條件、控制反應(yīng)條件、改變污染物的形態(tài)、水溶性、遷移性和生物有效性，使污染物鈍化，形成不溶性或移動性差、毒性小的物質(zhì)而降低其在污染環(huán)境中的生物有效性，減少其向其他環(huán)境系統(tǒng)的遷移或結(jié)合其他修復(fù)技術(shù)手段永久地消除污染物，實現(xiàn)污染環(huán)境的化學(xué)修復(fù)。主要污染物對象為重金屬，作用的機理主要包括吸附和離子交換作用、配合作用和共沉淀作用。第41頁，共

21、89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四表2 一些化學(xué)固定劑的種類和來源第42頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四化學(xué)固定修復(fù)特點與應(yīng)用 它是污染土壤治理過程中一種非常有效的方法，尤其是對于由農(nóng)業(yè)活動引起的程度較輕的面源污染具有明顯的優(yōu)勢。但污染物在環(huán)境條件發(fā)生改變時仍可以釋放變成生物有效形態(tài)，另外化學(xué)試劑或材料的使用將再一定程度上改變環(huán)境條件，對環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響。 在一些土壤中，Ca2+能置換出土壤固體表面的金屬離子使其在土壤溶液中的濃度上升。因此，加入含鈣化合物(如石灰和石膏等)能提高金屬離子的生物有效性，在修復(fù)過程中土壤過度石灰化，會使土壤中重金屬離子

22、濃度長期升高并導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。由于固定物質(zhì)的加入，土壤pH值容易升高，這可能會給植物、土壤動物和土壤本身帶來負(fù)面影響。第43頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四化學(xué)氧化修復(fù)概念和原理 化學(xué)氧化修復(fù)(chemicaloxidation remediation)主要是向污染環(huán)境中加入化學(xué)氧化劑，依靠化學(xué)氧化劑的氧化能力，分解破壞污染環(huán)境中污染物的結(jié)構(gòu)，使污染物降解或轉(zhuǎn)化為低毒、低移動性物質(zhì)的一種修復(fù)技術(shù)。第44頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四化學(xué)氧化修復(fù)氧化劑種類和方法 一般來說，化學(xué)氧化技術(shù)中的氧化劑應(yīng)遵循以下原則進(jìn)行選擇：反應(yīng)必須足夠強烈，使污染物通

23、過降解、蒸發(fā)及沉淀等方式去除，并能消除或降低污染物毒性；氧化劑及反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)對人體無害；修復(fù)過程應(yīng)是實用和經(jīng)濟的?，F(xiàn)有化學(xué)氧化技術(shù)所用的氧化劑主要有二氧化氯、高錳酸鉀、臭氧、雙氧水及Fenton試劑高級氧化法、光催化氧化等，其中雙氧水及Fenton試劑高級氧化法目前得到了越來越多的應(yīng)用。第45頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四化學(xué)氧化修復(fù)特點與應(yīng)用 化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)是降解水中污染物的有效方法。水中呈溶解狀態(tài)的無機物和有機物，通過化學(xué)反應(yīng)被氧化為微毒或無毒的物質(zhì)，或者轉(zhuǎn)化為容易與水分離的形態(tài)，從而達(dá)到處理的目的。對于污染土壤來說，化學(xué)氧化技術(shù)不需要將污染土壤全部挖掘出來，而只

24、是在污染區(qū)的不同深度鉆井，將氧化劑注入土壤中，通過氧化劑與污染物的混合、反應(yīng)使污染物降解或?qū)е滦螒B(tài)的變化，達(dá)到修復(fù)污染環(huán)境的目的。化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)能夠有效地處理土壤及水環(huán)境中的鐵、錳和硫化氫、三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)等含氯溶劑，以及苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)等生物修復(fù)法難以處理的污染物。除了單獨使用外，化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)還可與其他修復(fù)技術(shù)(如生物修復(fù))聯(lián)合使用，作為生物修復(fù)或自然生物降解之前的一個經(jīng)濟而有效的預(yù)處理方法。第46頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四化學(xué)還原修復(fù)概念和原理 化學(xué)處原修復(fù)技術(shù)主要是利用化學(xué)還原劑將污染環(huán)境中的污染物質(zhì)還原從而去除

25、的方法，多用于地下水的污染治理，是目前在歐美等發(fā)達(dá)國家新興起來的用于原位去除污染水中有害組分的方法?；瘜W(xué)還原法主要修復(fù)地下水中對還原作用敏感的污染物，如鉻酸鹽、硝酸鹽和一些氯代試劑，通常反應(yīng)區(qū)設(shè)在污染土壤的下方或污染源附近的含水土層中。第47頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四化學(xué)還原修復(fù)還原劑種類和方法 根據(jù)采用的不同還原劑化學(xué)還原修復(fù)法可以分為活潑金屬還原法和催化還原法。前者以鐵、鋁、鋅等金屬單質(zhì)為還原劑，后者以氫氣以及甲酸、甲醇等為還原劑，一般都必須有招化劑存在才能使反應(yīng)進(jìn)行。常用的還原劑有S02、H2S氣體和零價Fe膠體等。其中零價Fe膠體是很強的還原劑，能夠還原硝

26、酸鹽為亞硝酸鹽，繼而將其還原為氮氣或氨氮。零價Fe膠體能夠脫掉很多氯代試劑中的氯離子，并將可遷移的含氧陰離子如CrO42-和TcO4-以及UO22+等含氧陽離子轉(zhuǎn)化成難遷移態(tài)。零價Fe既可以通過井注射，也可以放置在污染物流經(jīng)的路線上，或者直接向天然含水土層中注射微米甚至納米零價Fe膠體。注射微米、納米零價Fe膠體后，由于反應(yīng)的活性表面積增大，因此用少劑量的還原劑就可達(dá)到設(shè)計的處理效率。第48頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四原位可滲透反應(yīng)墻概念和原理 原位可滲透反應(yīng)墻技術(shù)是一種實用的現(xiàn)場修復(fù)技術(shù)?？蓾B透反應(yīng)墻(Permeable Reactive Barrier，PRB)

27、是一種被動原位處理技術(shù)，按照美國環(huán)保局的定義，可滲透反應(yīng)墻是個被動的反應(yīng)材料的原位處理區(qū)，這些反應(yīng)材料能夠降解和滯留流經(jīng)該墻體地下水的污染組分，從而達(dá)到治理污染組分的目的。被修復(fù)的污染土壤及地下水在地下水走向下游區(qū)域內(nèi)的土壤具有一定的可滲透能力，使處于地下水走向上游的“污染斑塊”中的污染物能夠順著地下水流以自身水力梯度進(jìn)入“處理裝置”，而處理裝置通常通過挖一人工溝渠建成，溝渠中則裝填著滲透性較差的化學(xué)活性物質(zhì)。污染物通過天然或者人工的水力梯度被運送到經(jīng)過精心放置的處理介質(zhì)中，形成一個扣染地下水斑塊。這種污染地下水斑塊流經(jīng)反應(yīng)墻，經(jīng)過介質(zhì)的吸附、淋濾以及化學(xué)和生物降解，去除溶解的有機質(zhì)、金屬、放

28、射性以及其他的污染物質(zhì)(見圖7)。第49頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四原位可滲透反應(yīng)墻圖7 原位可滲透反應(yīng)墻原理圖第50頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四特點與應(yīng)用 與傳統(tǒng)的地下水處理技術(shù)相比較，可滲透反應(yīng)墻技術(shù)是一個無需外加動力的被動系統(tǒng)特別是，該處理系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)在地下進(jìn)行，不占地面空間，比原來的泵取地下水的地面處理支術(shù)要經(jīng)濟、便捷。百滲透反應(yīng)墻一旦安裝完畢，除某些情況下需要更換墻體反應(yīng)材料外，幾乎不需要其他運行手維護(hù)費用。實踐表明，與傳統(tǒng)的地下水抽出再處理方式相比，該技術(shù)操作費用至少能夠節(jié)考30以上。 可滲透反應(yīng)墻技術(shù)存在的弊病包括：首先，不可

29、能保證把“污染斑塊”中擴散出來的擴染物完全按處理的需要予以攔截和捕捉；其次，隨著有毒金屬、鹽和生物活性物質(zhì)在可滲五反應(yīng)墻中的不斷沉積和積累，該被動處理系統(tǒng)會逐漸失去其活性，所以需要定期地更換填的化學(xué)活性物質(zhì)；最后，環(huán)境條件發(fā)生改變時，這些被固定的有毒金屬可能重新活化。原位可滲透反應(yīng)墻第51頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四污染環(huán)境的生物修復(fù)第52頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四什么是生物修復(fù)基本知識 生物修復(fù)技術(shù)主要是利用生物特有的分解有毒有害物質(zhì)的能力，去除污染環(huán)境如土壤中的污染物，達(dá)到清除環(huán)境污染的目的。 廣義的生物修復(fù)通常是指利用各種生物（包

30、括微生物，動物和植物）的特性，吸收、降解、轉(zhuǎn)化環(huán)境中的污染物，使受污染的環(huán)境得到改善的治理技術(shù)。廣義的生物修復(fù)可以分為微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動物修復(fù)和生態(tài)修復(fù)四大類。 狹義的生物修復(fù)通常是指在自然或人工控制的條件下，利用特定的微生物降解、清除環(huán)境中污染物的技術(shù)。第53頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四生物修復(fù)的類型 按修復(fù)主體可分為微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動物修復(fù)、生態(tài)修復(fù)。 按修復(fù)受體可分為土壤生物修復(fù)、地下水生物修復(fù)、河流生物修復(fù)、湖泊水庫生物修復(fù)、海洋生物修復(fù)、大氣生物修復(fù)、礦區(qū)生物修復(fù)、垃圾場生物修復(fù)等。 按修復(fù)場所可分為原位生物修復(fù)、異位生物修復(fù)和原位-異位聯(lián)合生

31、物修復(fù)?；局R第54頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四第55頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四生物修復(fù)的產(chǎn)生與發(fā)展 生物修復(fù)起源于有機污染物的治理，利用好氧或厭氧微生物處理污水已有l(wèi)00多年的歷史，但是利用生物修復(fù)技術(shù)處理現(xiàn)場有機污染物才有30年的歷史。1972年美國清除賓夕法尼亞州的Ambler管線泄漏的汽油是史料所記載的首次應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)。 20世紀(jì)80年代以后基礎(chǔ)研究的成果被應(yīng)用于大范圍的污染環(huán)境治理，并取得了相當(dāng)?shù)某晒?，從而發(fā)展成為一種新的生物治理技術(shù)。 1989年，美國阿拉斯加海域受到大面積石油污染，生物修復(fù)技術(shù)首次大規(guī)模應(yīng)用，取得了很

32、好的效果。阿拉斯加溢油生物修復(fù)成為生物修復(fù)史上的里程碑，至此，生物修復(fù)技術(shù)成為一種可被人們接受的油泄漏治理方法。 我國關(guān)于生物修復(fù)的研究起步較晚，目前尚處于小試與中試階段，還需進(jìn)一步發(fā)展基本知識第56頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四第57頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四生物修復(fù)的特點 與化學(xué)、物理處理方法相比，生物修復(fù)技術(shù)具有下列的優(yōu)點： 費用少，僅為傳統(tǒng)化學(xué)、物理修復(fù)經(jīng)費的3050； 操作簡便，環(huán)境影響小； 最大限度地降低污染物的濃度； 可應(yīng)用于其它技術(shù)難以應(yīng)用的場地； 可以同時處理受污染的土壤和地下水，與其它技術(shù)結(jié)合彈性大。 同時有以下缺點：

33、 耗時長； 運行條件苛刻； 對污染物有選擇性，低生物有效性、難降解性常使生物修復(fù)不能進(jìn)行。 基本知識第58頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四生物修復(fù)的原則 生物修復(fù)必須遵循的四項原則是使用適合的生物、在適合的場所、適合的環(huán)境條件和適合的技術(shù)費用下進(jìn)行。 適合的生物是生物修復(fù)的先決條件，它是指具有正常生理和代謝能力，并能以較大的速率降解或轉(zhuǎn)化污染物，并在修復(fù)過程中不產(chǎn)生毒性產(chǎn)物的生物體系。 適合的場所是指要有污染物和合適的生物相接觸的地點，污染場地不含對降解菌種有抑制作用的物質(zhì)且目標(biāo)化合物能夠被降解。 適合的環(huán)境條件是指要控制或改變環(huán)境條件，使生物的代謝與生長活動處十最佳狀

34、態(tài)。環(huán)境因子包括溫度、濕度、O2、pH值、無機養(yǎng)分、電子受體等。 適合的技術(shù)費用是指生物修復(fù)技術(shù)費用必須盡可能低，至少低于同樣可以消除該污染物的其他技術(shù)。基本知識第59頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四污染環(huán)境的微生物修復(fù)第60頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四用于生物修復(fù)的微生物土著微生物 污染環(huán)境中的原有微生物，種類多、代謝類型多樣，“食譜”廣。據(jù)報道，能夠降解烴類的微生物有70多個屬、200余種；其中細(xì)菌約有40個屬。表1列舉了某些難降解有機物和重金屬及其相應(yīng)的降解轉(zhuǎn)化微生物。外來微生物 人為富集和培養(yǎng)的高效菌，一般為復(fù)合菌群。基因工程菌 采用

35、基因工程技術(shù)，將降解性質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌體內(nèi)定向地構(gòu)建高效降解難降解污染物的工程菌。用于生物修復(fù)的其他微生物 包括藻類和微型動物。微生物產(chǎn)品和酶環(huán)境微生物修復(fù)機理第61頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四環(huán)境微生物修復(fù)機理表2 難降解有機物和重金屬及其相應(yīng)的降解轉(zhuǎn)化微生物第62頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四環(huán)境微生物修復(fù)機理第63頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四污染物的生物遷移轉(zhuǎn)化途徑污染物的擴散遷移環(huán)境微生物修復(fù)機理污染物的吸附與沉積微生物對污染物的吸收污染物的降解與累積污染物的富集污染物的生物轉(zhuǎn)

36、化第64頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四有機污染物進(jìn)入微生物體的過程主動運輸 需要消耗能量，可以逆物質(zhì)濃度梯度進(jìn)行，需要載體蛋白的參與，對被運輸?shù)奈镔|(zhì)有高度的立體專一性，為主要方式。被動擴散 微生物吸收營養(yǎng)物各種方式中最簡單的一種，不規(guī)則運動的營養(yǎng)物質(zhì)分子通過細(xì)胞膜中的含水小孔，由高濃度的胞外向低濃度的胞內(nèi)擴散，具有非特異性。促進(jìn)擴散 在運輸過程中不需要消耗能量，物質(zhì)本身在分子結(jié)構(gòu)上也不會發(fā)生變化，同樣不能進(jìn)行逆濃度運輸需要借助于位于細(xì)胞膜上的一種載體蛋白參與物質(zhì)運輸?；鶊F(tuán)轉(zhuǎn)位 另一類類型的主動運輸，在物質(zhì)運輸過程中，除了物質(zhì)分子發(fā)生化學(xué)變化外，其他特點都與主動運輸相同

37、。厭氧微生物中發(fā)生。胞飲作用 假絲酵母攝取烷烴的一類途徑。環(huán)境微生物修復(fù)機理第65頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四第66頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四污染物降解的基本反應(yīng)氧化作用 包括Fe、S等單質(zhì)的氧化，NH3、N02-等化合物的氧化，以及一些如甲基、醛有機物基團(tuán)的氧化。還原作用 包括高價鐵和硫酸鹽的還原、NO3-的還原等，還原作用需要缺氧或者厭氧(無氧)的環(huán)境?；鶊F(tuán)轉(zhuǎn)移作用 如脫羧、脫氨、脫鹵等。水解作用 使大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿?，如纖維素降解。此外還有酯化作用、縮合作用、氨化作用、乙?；饔谩㈦p鍵斷裂反應(yīng)、鹵原子移動等。環(huán)境微生物修復(fù)機理第6

38、7頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四微生物對重金屬離子的吸附與吸收 微生物對重金屬吸附的機理主要有靜電吸附、共價吸附、絡(luò)合整合、離子交換和無機微沉淀等，重金屬有可能通過沉淀或晶體化作用沉積于細(xì)胞表面，某些難溶性重金屬也可能被胞外分泌物或是細(xì)胞壁的腔洞捕獲而沉積。細(xì)胞被殺死后，經(jīng)過一定的處理，具有一定的粒度、硬度及穩(wěn)定性，可儲存、運輸和實際應(yīng)用。 微生物吸收主要是利用生物新陳代謝作用產(chǎn)生能量，通過單價或二價離子的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)把重金屬離子輸送到細(xì)胞內(nèi)部。由于有細(xì)胞內(nèi)的累積，去除效果可能比單純的撓生物吸附好。但是，由于環(huán)境中要去除的重金屬離子大多有毒有害，抑制生物活性，甚至使其中毒

39、死亡，并且生物的新陳代謝作用受溫度、pH值、能源等諸多因素的影響，因此微生物累積在實際應(yīng)用中受到很大的限制。環(huán)境微生物修復(fù)機理第68頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四第69頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四微生物對重金屬離子的轉(zhuǎn)化 外境中重金屬離子的長期存在使自然界中形成一些特殊微生物，它們對有毒重金屬離子具有抗性，可以使金屬離子發(fā)生轉(zhuǎn)化。對微生物而言，這是一種很好的解毒作用；對環(huán)境而言則是一種很好的修復(fù)作用，汞、鉛、錫、砷等金屬或類金屬離子都能在微生物的作用下通過氧化還原作用而失去毒性。主要包括甲基化作用、氧化作用和還原作用。環(huán)境微生物修復(fù)機理第7

40、0頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四圖8 汞甲基化的途徑之一第71頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四微生物修復(fù)的影響因素營養(yǎng)物質(zhì) 在營養(yǎng)缺乏的環(huán)境中，為了使污染物達(dá)到完全降解，添加適當(dāng)營養(yǎng)物比接種特殊微生物更加重要，例如N、P營養(yǎng)鹽。電子受體 土壤中污染物氧化分解的最終電子受體的種類和濃度也極大地影響著污染物生物降解的速度和程度。微生物氧化還原反應(yīng)的最終電子受體主要包括溶解氧、有機物分解的中間產(chǎn)物和無機酸根(如硝酸根和硫酸根)。共代謝基質(zhì) 微生物的共代謝對一些頑固污染物的降解起著重要作用，因此共代謝基質(zhì)對生物修復(fù)有重要影響有毒有害污染物的物理化學(xué)性質(zhì)

41、 如有機污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、毒性、生物可利用性污染現(xiàn)場和土壤的特性 環(huán)境微生物修復(fù)機理第72頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四生物修復(fù)技術(shù) 微生物修復(fù)技術(shù)是在人為強化的條件下，用自然環(huán)境中的土著微生物或人為投加外源微生物的代謝活動，對環(huán)境中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化、降解與去除的方法。 環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)主要由三方面的內(nèi)容組成： 利用土著微生物代謝能力的技術(shù)； 活化土著微生物分解能力的方法； 添加具有高速分解難降解化合物能力的特定微生物(群)的方法。微生物修復(fù)技術(shù)與方法第73頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四圖8 生物修復(fù)工藝實施程序圖微生物修復(fù)技術(shù)與方法第74頁

42、，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四污染環(huán)境的植物修復(fù)第75頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四什么是植物修復(fù)基本知識 植物修復(fù)是以植物忍耐和超量積累某種或某些化學(xué)元素的理論為基礎(chǔ)，利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發(fā)、降解和轉(zhuǎn)化作用來清除環(huán)境中污染物質(zhì)的一項新興的污染治理技術(shù)。具體地說植物修復(fù)就是利用植物本身特有的利用、分解和轉(zhuǎn)化污染物的作用，利用植物根系特殊的生態(tài)條件加速根際圈的微生態(tài)環(huán)境中的微生物的生長繁殖，以及利用某些植物特殊的積累與固定能力，提高對環(huán)境中某些無機和有機污染物的脫毒和分解能力。 廣義的植物修復(fù)包括利用植物修復(fù)重金屬污染的土壤、利

43、用植物凈化空氣和水體、利用植物清除放射性核素和利用植物及其根際微生物共存體系凈化土壤中的有機污染物。目前植物修復(fù)主要指利用植物及其根際圈微生物體系清潔污染土壤，其中利用重金屬超積累植物的提取作用去除污染土壤中的重金屬又是植物修復(fù)的核心技術(shù)。因此狹義的植物修復(fù)技術(shù)主要指利用植物清除污染土壤中的重金屬。第76頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四植物修復(fù)的類型 根據(jù)植物修復(fù)在某一方面的修復(fù)功能和特點可將植物修復(fù)分為6種基本類型：植物凈化空氣 表現(xiàn)為對有害氣體的吸收、對降塵和飄塵的阻滯和過濾、殺菌和除菌、吸收二氧化碳、降噪等。植物提取修復(fù) 利用陸生或水生植物超量吸收一種或幾種重金屬

44、，并富集到可收割部分再進(jìn)行集中處理。為應(yīng)用最多和最有發(fā)展前途的植物修復(fù)技術(shù)。植物揮發(fā)修復(fù) 將揮發(fā)性污染物吸收到植株體內(nèi)，再轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)釋放到大氣中，主要集中在揮發(fā)性重金屬修復(fù)方面，如汞、硒、砷?；局R第77頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四植物降解修復(fù) 兩種途徑：一是將污染物吸收到植株體內(nèi)儲存于組織中或礦化，二是分泌物質(zhì)直接降解根系圈內(nèi)有機污染物。根際圈生物降解修復(fù) 利用植物根際圈菌根真菌、專性或非專性細(xì)菌等微生物的降解作用來轉(zhuǎn)化有機污染物，降低或徹底消除其生物毒性。其中植物對根際圈降解微生物起到活化的作用，此外根分泌的一些有機物質(zhì)也是細(xì)菌通過共代謝降解有機污染物質(zhì)的

45、原料。這種修復(fù)方式實際上是微生物與植物的聯(lián)合作用過程，其中微生物在降解過程中起主導(dǎo)作用植物固定穩(wěn)定化修復(fù) 一是通過耐性植物根系分泌物質(zhì)來積累和沉淀根際圈附近的污染物質(zhì)，二是利用耐性植物在污染土壤上的生長來減少污染土壤的風(fēng)蝕和水蝕，防止污染物質(zhì)遷移和擴散?；局R第78頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四植物修復(fù)的特點 優(yōu)點包括： 資源豐富，開發(fā)和應(yīng)用潛力巨大在實踐應(yīng)用中有了良好的技術(shù)保障； 能耗較低，可防止水土流失，創(chuàng)造生態(tài)效益和經(jīng)濟效益，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理念； 修復(fù)工藝操作簡單，成本低，減少了公眾的擔(dān)心，可以在大面積污染范圍內(nèi)實施。 缺點包括： 具有不確定性和多學(xué)科交

46、叉性，受環(huán)境條件和病蟲害影響較大； 受植物栽培和生長的限制，周期較長?；局R第79頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四第80頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四植物修復(fù)作用原理植物修復(fù)的基本原理 植物修復(fù)作用原理如圖9所示，主要是通過植物自身的光合、呼吸、蒸騰和分泌等代謝活動與環(huán)境中的污染物質(zhì)和微生態(tài)環(huán)境發(fā)生交互反應(yīng)，從而通過吸收、分解、揮發(fā)、固定等過程使污染物達(dá)到凈化和脫毒的修復(fù)效果。圖9 植物修復(fù)作用原理示意圖第81頁，共89頁，2022年，5月20日，5點29分，星期四根的生理作用 首先，植物根具有深纖維根效應(yīng)，根的形態(tài)可以影響土壤的物化性質(zhì)以及污染物的生物可利用性和降解程度。 其次，根可以通過吸收和吸附作用在根部積累大量的污染物質(zhì)，加強了對污染物質(zhì)的固定，其中根系對污染物質(zhì)的吸收在污染土壤修復(fù)中起重要作用。 再次，根還有生物合成的作用，可以合成多種氨基酸、植物堿、有機氮和有機磷等有機物，同時還能向周圍土壤中分泌有機酸、糖類物質(zhì)、氨基酸