污染土壤的修复技术ppt课件.ppt
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1、 本章摘要:本章摘要:根据国内外污染土壤修复技术发展的趋势,介绍了当前国内外污染土壤修复技术的主要类型、基本原理、技术要点及其实用实例,并扼要说明污染土壤修复技术选择的主要原则。 土壤修复土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物,使其浓度降低到可接受水平,或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。 从根本上说,污染土壤修复的技术原理可包括为:(1)改变污染物在土壤中的存在形态或同土壤的结合方式,降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性;(2)降低土壤中有害物质的浓度。 美国在20世纪90年代用于污染土壤修复方面的投资有近1000亿美元。 污染土壤修复的理论与技术已成
2、为整个环境科学与技术研究的前沿。 土壤的修复的过程相当漫长,当前解决土壤污染问题,需要有不同学科的科学家如土壤学、农学、生态学、生物地球化学、海洋科学以及涉及农业、林业、渔业等有关的生产单位和政府决策者的共同努力。 中国土壤污染已对土地资源可持续利用与农产品生态安全构成威胁。 全国受有机污染物有机污染物污染的农田已达3600万公顷,污染物类型包括石油类、多环芳烃、农药、有机氯等; 因油田开采造成的严重石油污染土地面积达1万公顷,石油炼化业也使大面积土地受到污染;在沈抚石油污水灌区,表层和底层土壤多环芳烃含量均超过600mg/kg,造成农作物和地下水的严重污染。 全国受重金属重金属污染土地达20
3、00万公顷,其中严重污染土地超过70万公顷,其中13万公顷土地因镉含量超标而被迫弃耕。 据不完全调查,全国受污染的耕地约有1.5亿亩,污水灌溉污染耕地3250万亩,固体废弃物堆存占地和毁田200万亩,合计约占耕地总面积的1/10以上,其中多数集中在经济较发达的地区。严重的土壤污染造成巨大危害。据估算,全国每年因重金属污染的粮食达1200万吨,造成的直接经济损失超过200亿元。 2012年3月份出台的“十二五十二五”规划纲要规划纲要将节能环保列为七大战略性新兴产业之首。其中,土壤修复是在环保产业的重点发展之列并明确提出要强化土壤污染防治监督管理。 根据国家环境保护国家环境保护“十二五十二五”科技
4、发展规划科技发展规划,“十二五”期间,国家治理重金属污染的投入将达595亿元,而用于防治土壤污染的全部财政资金将达数千亿元用于土壤污染防治领域。可以说,“十二五”期间,土壤修复行业面临较好的发展机遇。环保部牵头颁布的主要政策文件有: 重金属污染综合防治重金属污染综合防治“十二五十二五”规划规划全国土壤环境保护全国土壤环境保护“十二五十二五”规划规划 污染场地土壤环境管理暂行办法污染场地土壤环境管理暂行办法及相及相配套的多个配套的多个“技术导则技术导则” 习近平总书记就习近平总书记就中共中央关于全面深化改革若干中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定重大问题的决定向十八届三中全会作说明时指出“
5、我们要认识到,山水林田湖是一个生命共同体,人的命脉在田,田的命脉在水,水的命脉在山,山的命脉在土,土的命脉在树。用途管制和生态修复必须遵循自然规律,如果种树的只管种树、治水的只管治水、护田的单纯护田,很容易顾此失彼,最终造成生态的系统性破坏。由一个部门负责领土范围内所有国土空间用途管制职责,对山水林田湖进对山水林田湖进行统一保护、统一修复是十分必要的行统一保护、统一修复是十分必要的。” 首先,中国目前的社会核心问题仍然是经济增长问题,环境污染治理与保护方面的投资,取决于污染治理和环境保护所带来的长期利益与经济增长带来的短期利益之间博弈的结果; 其次,与其他环保产业重点领域相比,尽管土壤修复历史
6、欠账严重,经济可行性相对较高,但由于目前国内修复技术不够成熟,在法律和制度层面仍有待完善,未来发展仍然障碍重重。土壤修复技术发展趋势(1)在决策导向上,从基于污染物总量控制转变到基于污染风险评估;(2)在技术上,从单一的修复技术发展到多技术联合的原位修复技术、综合集成的工程修复技术;(3)在设备上,从固定式设备的异位修复发展到移动式设备的原位修复;(4)在应用上,发展到多种污染物复合或混合污染土壤的组合式修复技术;从单一厂址场地走向特大场地;从单项修复技术发展到大气、水体同步监测的多技术多设备协同的场地土壤-地下水一体化修复准备调查准备调查 现场调查现场调查 详细调查详细调查 分析评价分析评价
7、 方法选定方法选定 施工管理施工管理 计划完成计划完成131617192021原位修复原位修复异位修复异位修复优点优点 对土壤结构和肥力破坏小; 需要进一步处理和弃置的残余物少。 处理过程的条件控制较好; 与污染物的接触较好; 容易控制产生的废气和废物的排放。缺点缺点 对处理过程产生的废气和废水控制较难; 通常需要较长的实施周期,且由于土壤及含水层存在差异性,不能保证处理的一致性 在处理之前需要挖土和运输; 会影响土壤的再使用; 费用一般较高。22污染土壤修复工作流程污染土壤修复工作流程可处理计划系统分析应急对策长期对策净化处理稳定处理原位修复异位修复原位分解原位提取分离分解净化原位稳定异位稳
8、定24分类分类方法方法技技 术术成熟成熟性性适合的目适合的目标污染物标污染物适合的土适合的土壤类型壤类型3)治理治理成本成本4)污染物污染物去除(去除(%)修复修复时间时间5)污染源植物修复Paf无关¥90112个月生物堆FadCI¥75112个月化学氧化(原位)Faf不详¥50112个月化学氧化/还原(异位)Faf不详¥50112个月热处理Faf,除了cAI¥90112个月土壤淋洗(原位)FafFI¥5090112个月土壤淋洗(异位)FbfFI¥+9016个月电动Pef不详¥50气提技术FabFI¥75906个月2年挖掘FafAI¥9513个月暴露途径帽封FcfAI¥75906个月2年稳定/
9、固化Fc,efAI¥90612个月垂直/水平阻控系统FcfAI¥2年以上受体改变土地利用方式FafAI¥移走受体FafAI¥注:1)成熟性:F-规模应用;P-中试规模。2)污染物类型:a-挥发性;b-半挥发性;c-重碳水化合物;d-杀虫剂;e-无机物;f-重金属。3)土壤类型:A-细粘土;B-中粒粘土;C-淤质粘土;D-粘质肥土;E-淤质肥土;F-淤泥;G-砂质粘土:H-砂质肥土;I-砂土。4)¥=低成本;¥+=低到中等成本;¥=中等成本;¥=高成本。5)修复时间为每种技术的实际运行时间,不包括修复调查、可行性研究、修复技术筛选、修复工程设计等的时间。6)“”表示不确定原位修复原位修复异位修复
10、异位修复我国土壤修复技术研究起步较晚,加之区域发展不我国土壤修复技术研究起步较晚,加之区域发展不均衡性,土壤类型多样性,污染场地特征变异性,均衡性,土壤类型多样性,污染场地特征变异性,污染类型复杂性,技术需求多样性等因素,目前主污染类型复杂性,技术需求多样性等因素,目前主要以植物修复为主,已建立许多示范基地、示范区要以植物修复为主,已建立许多示范基地、示范区和试验区,并取得许多植物修复技术成果和试验区,并取得许多植物修复技术成果27 第二节第二节 污染土壤修复技术分述污染土壤修复技术分述一、物理修复技术一、物理修复技术(一)土壤蒸气提取技术(一)土壤蒸气提取技术(soil vapor extr
11、action) 土壤蒸气提取技术是一种通过布置在不饱和土壤层中的提取片,真空向土壤导入空气空气,空气流经土壤时,挥发性和半挥发性有机物随空气进入真空井而排出土壤,土壤中污染浓度因而降低的技术。有时也称为真空提取技术,属于一种原位处理技术,但在必要时也可用于异位修复。 适合的目标污染物:适合的目标污染物: 挥发性、半挥发性有机污染物;也可以用于促进原位生物修复。如,石油的轻产品(汽油)、二氯苯、氯仿等 气流气流UST鼓风机空气排放气体处理装置游离石油产物土壤蒸气提取系统示意图30313233原位土壤蒸气浸提技术的影响因素(周启星,原位土壤蒸气浸提技术的影响因素(周启星,20042004)条件条件
12、有利因素有利因素不利因素不利因素污染物污染物 主要形态气态或蒸气态固态或强烈吸附于土壤 蒸气压大于13332.2pa小于13332.2pa 水中溶解度小于100mg/L大于1000mg/L 亨利常数大于0.01(无量纲)小于0.01(无量纲)土壤土壤 温度大于20(通常需要额外加热)小于10(通常北方气候条件下)湿度小于10%体积大于10%体积空气传导率大于10-4cm/s小于10-6cm/s组成均匀不均匀土壤表面积小于0.1m2/g土壤大于1.0m2/g土壤地下水深度大于20m小于1m34(二)固化稳定化技术(solidification/stabilization)35n原位:原位:钻孔、
13、注射粘结剂,大型搅拌装置混合。处理后,凝结层上覆盖清洁土壤。不适用于有机污染物;水泥固化时土壤温度升高,有机污染物和Hg挥发。n异位:异位:污染土壤挖掘出来,与粘结剂结合,使污染物固化。处理后的土壤可以运回原处,也可运往别处填埋处置。主要用于无机污染物,但水泥固化也曾被用于加拿大安大略湖沿湖一个多氯联苯PCBs污染土壤的处理:污染土壤PCBs含量达到50-700 mg/kg。36原位固化过程示意图(原位固化过程示意图(Pierzynski G.M.,1997) 污染土壤干料胶结物质水处理后土壤异位固化示意图38(三)玻璃化技术(三)玻璃化技术(vitrification) 玻璃化技术玻璃化技术
14、是指用高温熔融污染土壤使其形成玻璃体或固结成团的技术。广义上讲,玻璃化技术属于固化技术。 无机污染物被结合在玻璃体中,有机污染物挥发。 40 原位玻璃化技术示意图(原位玻璃化技术示意图(Iskandar et al.,1997)考虑的因素有:考虑的因素有:导体的填埋方式、砾石含量、易燃易爆物质的积累、可燃有机质的含量、地下水位和含水量。 42异位玻璃化技术示意图异位玻璃化技术示意图 43(四)热处理技术(thermal treatment) 典型的热解包括:预处理、解析、固相后处理和气体后处理等过程。 热解吸技术适用的污染物有:挥发和半挥发有机污染物、卤化和半卤化有机污染物、多环芳烃、重金属、
15、氰化物、炸药等。 不适合于多氯联苯、二恶英、呋喃、除草不适合于多氯联苯、二恶英、呋喃、除草剂和农药、石棉、非金属、腐蚀性材料。剂和农药、石棉、非金属、腐蚀性材料。B 焚烧焚烧 高温条件下(800-2500 )通过热氧化作用以破坏污染物的异位热处理技术。适用于挥发和半挥发有机污染物、卤化和半卤化有机污染物、多环芳烃、多氯联苯、二恶英、呋喃、除草剂和农药、氰化物、炸药、石棉、腐蚀性物质。不适用于非金属和重金属。46 热处理:热处理:直接加入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。 对象: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
16、。实际工程污染土壤外热装置修复土壤焚烧装置烟囱热交换填埋热解气体化学试剂热处理典型流程:热处理典型流程:48(五)电动学修复技术(thermal treatment)49A 电迁移电迁移 指离子和离子型络合物在外加直流电场的作用下向相反电极的移动。其速度取决于土壤孔隙水流密度、颗粒大小,离子移动性、污染物浓度和总离子浓度。B 电渗透电渗透 指当施加一个直流电流于充满液体的多孔介质时,液体就产生相对静止的带电固体表面的移动。当表面带负电时,液体向阴极移动。其大小取决于土壤水中离子和带电颗粒的移动性和水化作用、离子浓度、介电常数和温度等。5051电动力修复原理示意图 5253电渗析:土壤处理槽电极
17、槽点源絮凝沉淀回收给水给水泵给水塔抽水泵54(六)稀释(六)稀释(dilution)和覆土()和覆土(covering with clean soil) 优点:优点: 技术性较简单、操作容易。 缺点:缺点: 不能去除土壤污染物,没有彻底排除土壤污染物的潜在危害,只能抑制土壤污染物对食物链的影响,并不能减少土壤污染物对地下水等其他环境部分的危害。挖掘堆置法系统示意图二、化学修复技术二、化学修复技术(一)土壤淋洗技术(一)土壤淋洗技术(soil flushing/ washing) 土壤淋洗技术是在淋洗剂(水或酸或碱溶液、螯合剂、还原剂、络合剂以及表面活性剂溶液)的作用下,将土壤污染物从土壤颗粒去
18、除的一种修复技术。 可分为:原位淋洗技术和异位淋洗技术两种。 原位淋洗技术:在田间直接将淋洗剂加入污染土壤中,经过必要的混合,使土壤污染物溶解进入淋洗溶液,而后使淋洗溶液往下渗透或水平排出,最后将含有污染物的淋洗溶液收集、再处理的过程。影响因素有:土壤质地和阳离子交换量。 异位淋洗技术:指将污染土壤挖掘出来,用水或其他化学溶液进行清洗使污染物从土壤中分离出来的一种化学处理方法。土壤性质严重影响该技术的应用,质地较轻土壤适合于本技术,黏重土壤处理起来较困难。土壤淋洗法对象:重金属、农药、油等土壤淋洗法车载式固定式淋洗机械分离装置30m3/h处理能力淋洗修复工程(二)原位化学氧化技术(二)原位化学
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