土壤污染修复技术.pptx
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1、内容提要1.工程措施2.生物修复技术3.农业措施4.改良剂实施第1页/共65页1 工程措施 工程措施是指用物理(机械)、物理化学原理治理污染土壤,且工程量比较大的一类方法。第2页/共65页 1 工程措施 1.1 客土、换土、去表土、翻土 客土法就是向污染土壤加入大量的干净土壤,覆盖在表层或混匀,使污染物浓度降低到临界危害浓度以下或减少污染物与植物根系的接触,从而达成减轻危害的目的。第3页/共65页 1 工程措施 1.1 客土、换土、去表土、翻土 换土法就是把污染土壤取走,换入新的干净的土壤。该方法对小面积严重污染且污染物具放射性或易扩散难分解的土壤是必需的,以防止扩大污染范围,危害人畜健康。对
2、换出的土壤应妥善处理,以防止二次污染。第4页/共65页1 工程措施 1.1 客土、换土、去表土、翻土 去表土法 就是去除表层土壤。1530cm可使米镉下降50左右。翻土法就是深翻土壤,使聚积在表层的污染物分散到更深的层次,达到稀释的目的。该法适用于土层较深厚的土壤,且要配合增加施肥量,以弥补耕层养分的减少。第5页/共65页1 工程措施 1.1 客土、换土、去表土、翻土 该法的特点:治理效果显著,不受土壤条件限制。但需大量人力、物力,投资大,且肥力会有所降低,应多施肥料以补充肥力。第6页/共65页 1 工程措施 1.2隔离法 隔离法就是用各种防渗材料,如水泥、粘土、石板、塑料板等,把污染土壤就地
3、与未污染土壤或水体分开,以减少或阻止污染物扩散到其它土壤或水体的做法。该法应用于污染严重、易于扩散且污染物又可在一段时间后分解的情况下,如较大规模事故性农药污染的土壤。第7页/共65页 1 工程措施 1.3 清洗法 清洗法就是用清水或含有能增加重金属水溶性的某些化学物质的水把污染物冲至根外层,再用含有一定配位体的化合物或阴离子与重金属形成较稳定的络合物或生成沉淀,以防止污染地下水。第8页/共65页 1 工程措施 1.3 清洗法 EDTA可提高金属离子的移动性,使之从表层淋洗到下层。日本用稀盐酸或EDTA淹水清洗土壤重金属效果较好。将EDTA(30kga)撤在稻田或旱地(土壤含镉分别为10.4,
4、27.9mgkg),淹水或小雨淋洗,清洗12次,水量以能达到根层以外而未到达地下水为宜。试验表明,清洗一次可使耕层土壤镉降低50,二次使米镉减少81,Fe、Zn效果最好,Mn、Ni效果较差,而先用氯化物(Ni用硫破盐),后用EDTA淋洗效果更好。第9页/共65页 1 工程措施 1.3 清洗法 清洗法对于烃、硝破盐等污染,较经济。该法较适合于轻质土壤,如砂土、砂壤土等,对重污染效果较好,但易造成地下水污染及土壤养分流失,土壤变性。第10页/共65页 1 工程措施 1.4 热处理 热处理就是把已经隔离成末隔离的污染土壤加热,使污染物产生热分解的方法。该法多用于能够热分解的有机污染,如石油污染。产生
5、热的方法有多种,主要从经济实用方面考虑,例如红外线辐射,微波和射频方式加热,管道输入水蒸汽,或打井通气使污染物挥发去除。第11页/共65页 1 工程措施 1.5 电化法 近年来国外采用电化学方法净化土壤中的重金属及部分有机污染物,该类方法特别适用于其他方法难以处理的透水性差的粘土类土壤。美国路易斯安那州立大学研制出的方法是:在水饱和的土壤中插入些电极(最好用石墨电极,电极间距和深度根据需要而定),通过低强度宜流电(15mA)。通电后,阴极附近产生的H+便向土壤毛孔移动,并把污染物释放到毛管溶液中。水溶液以电渗透的方式移到阳极附近,并被吸到土壤表层,再清除。第12页/共65页 1 工程措施 小结
6、 工程措施治理效果最为彻底,稳定,是一种治本措施,适用于大多数污染物和土壤条件。但投资大,易引起土壤肥力减弱,适于小面积的重度污染区。近年来,把其它工业领域,特别是污水、大气污染治理技术引入土壤污染治理过程中,为土壤污染治理研究开辟了新途径,如磁分离技术、阴阳离子膜代换法等。虽然多还处于试验探索阶段,但积极吸收、转化新技术、新材料,在保证治理效果的基础上,降低治理成本,提高工程实用性,有着重要的实际意义。第13页/共65页 2 生物修复技术 生物措施是利用某些特定的动、植物和微生物较快地吸走或降解土壤中的污染物质,而达到净化土壤的目的。第14页/共65页 生物修复(Bioremediation
7、)是指利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物的浓度或使其完全无害化,从而使污染了的土壤环境能够部分地或完全地恢复到原初状态的过程。2.1 2.1 生物修复的概念生物修复的概念第15页/共65页相同的表达有生物恢复(Biorestoration)生物清除(Bioelimination)生物再生(Bioreclamation)。相近的概念是生物净化(biopurification)2.1 2.1 生物修复的概念生物修复的概念第16页/共65页根据生物类型动物修复植物修复微生物修复植物微生物联合修复 2.2 2.2 生物修复的类型生物修复的类型 第17页/共65页根据修复的位置 原位修复技术
8、(In-Situ)原位修复是指不移动受污染土壤,通过直接加营养物、供氧或使受污染地下水与降解菌充分接触,加快污染物分解的技术。美国犹他州针对航空发动机油污染的土壤,采用原位生物降解,在污染区打竖井,通过竖井抽风,经过13个月后土壤中平均油含量由410mg/kg降至38mg/kg。2.2 2.2 生物修复的类型生物修复的类型 第18页/共65页根据修复的位置 异位修复技术(EX-Situ)异位修复是指将受污染土壤、沉积物移离原地,集中起来进行生物降解。主要方法包括土地耕作法(land farming)、堆 肥 法(Composting)、生 物 浆 床 反 应 法(Bioslurry treat
9、ment)和厌氧处理法。2.2 2.2 生物修复的类型生物修复的类型 第19页/共65页 现场处理(on-situ)现场修复技术 在原地翻动土壤使之与降解菌接种物、营养物及支撑材料混合。2.2 2.2 生物修复的类型生物修复的类型 第20页/共65页 2.3 动物修复技术 利用某些特定的动物吸走或降解土壤中的污染物质,而达到净化土壤的技术。蚯蚓及某些鼠类能降解土壤中的一些农药,吸走土壤或污泥中的重金属。第21页/共65页 2.4 植物修复技术 利用某些特定的植物吸走或降解土壤中的污染物质,而达到净化土壤的技术。一些野生植物能吸收累积大量的重金属,通过人工栽培可用于重金属污染土壤的治理。比如,羊
10、齿类铁角蕨属植物及富镉苋科植物等,对土壤镉的吸收能力根强,香蒲植物对铅锌具有强的忍耐和吸收能力,可以用于净化铅锌矿废水污染的土壤。第22页/共65页 利用特殊植物治理是利用有些植物能忍耐(基因突变而产生的植物特定的生理机制)和超量累积某种或某些重金属的特性来清除污染土壤中的污染物(重金属),另一个方面是利用植物及其共存微生物体系来共同清除环境中污染物的环境治理技术,具体如图所示。2.4 植物修复技术第23页/共65页第24页/共65页 植物修复是一种很有希望的、可有效和廉价处理某些有害物质(特别是重金属)的新方法,在美国等发达国家己开展了大规模的实验,并被证明是有效的。目前已发现400多种植物
11、能够超积累各种重金属,如茵草科的九节本属(Psychoha dourrei)有明显超积累作用,其地上部分的Ni含量可达47500mg/kg,山龙眼科的粗脉叶澳洲坚果(Macadamia neurophylla)对Mn有明显累积作用,其地上部分的Mn含量达51800mg/kg。还有一些超积累植物能同时积累多种重金属。2.4 植物修复技术第25页/共65页植物提取技术(Phytoextraction):种植对重金属富集能力较高的植物通过吸收和转运过程,将重金属富集在可收割的部位。植物转化技术(Phytotransformation):在植物的根部成其他部位通过新陈代谢作用将重金属转化为无害形态;如
12、高效率铁离子植物拟南芥利用还原机理从土壤中抽提铁,在根的表面,Fe(III)被螯合物还原酶还原为少毒的亚离子铁Fe(II)。2.4 植物修复技术第26页/共65页 植物挥发技术(Phytovo1atilization):利用一些植物的生理活动来促使重金属转变为可挥发的形态,继而从土壤和植物表面逸出。Ruch CL等研究表明,将来源于细菌中的汞抗性基因转入到植物,可以使其具有在通常生物中毒的汞浓度条件下生长的能力,而且还能将土壤中吸收的汞还原成挥发性的单质汞。许多植物可以从污染土壤中吸收硒,并将其转化为可挥发态的二甲基硒,从而降低了硒对土壤生态系统的毒性。2.4 植物修复技术第27页/共65页植
13、物固定技术(Phytostabilization):利用植物活动来降低重金属的活动性,使其不能为生物所利用,如植物枝叶分解物、根系分泌物对重金属的固定作用、腐殖质对金属离子的整合作用等过程;如增施有机肥可以固定土壤中多种重金属以降低其污染。2.4 植物修复技术第28页/共65页植物促进技术(Phytostimulation):植物本身不能吸收重金属,但植物的根系分泌物如氨基酸、糖、酶等物质可促进根系周围的土壤的微生物的活性和生化反应,有利于重金属的释放和微生物的吸收。2.4 植物修复技术第29页/共65页1.寻找更多能降解污染物的植物种类。2.优化植物修复方法的过程。比如优质植物种类的筛选和转
14、基因技术研究。3.深入研究植物根系区域对修复作用影响的机理。植物修复技术研究前沿领域:植物修复技术研究前沿领域:2.4 植物修复技术第30页/共65页 微生物修复技术是在人为优化的条件下,利用自然环境中生息的微生物或人为投加特效微生物的生命代谢活动,来分解土壤中的污染物,以修复受污染的环境。2.5.12.5.1概述概述 2.5 微生物修复技术第31页/共65页土壤中细菌的形状土壤中细菌的形状形状多为棒状或杆状第32页/共65页常见的真菌常见的真菌酵母菌l蘑菇l霉菌l菌根第33页/共65页 微生物对物质进行各种转化作用的生理学基础是其新陈代谢活动,即分解代谢(Catabolism)和合成代谢(A
15、nablism)。在新陈代谢过程中,微生物使各种物质经历了种种复杂的转化。对于土壤中农药残留的代谢,土著土壤微生物群系起着很重要的作用。农药可以在土壤微生物的作用下直接分解或通过共代谢作用分解为低毒或无毒代谢产物,也可以是微生物分泌的酶系(胞内酶和胞外酶)对农药的代谢作用等。2.5.12.5.1概述概述 2.5 微生物修复技术第34页/共65页 为了强化对某种特定农药的降解作用,运用分子生物学、遗传学和基因工程等新理论、新技术分离和选育高效降解菌种及酶系,并增强它们对污染物的降解能力,是提高土壤微生物修复效果的研究热点。2.5.12.5.1概述概述 2.5 微生物修复技术第35页/共65页 微
16、生物的修复技术还包括微生物植物系统的联合修复技术。如前所述,高等植物可提供微生物生长的碳源和能源,根系周围微生物数量多,活性强,对污染农药的降解活性更强。2.5.12.5.1概述概述 2.5 微生物修复技术第36页/共65页 影响农药污染土壤生物修复技术的因子很多,主要取决于污染物自身特性、土壤微生物生态结构以及土壤中的环境因子等。2.5.22.5.2微生物修复的影响因子微生物修复的影响因子 2.5 微生物修复技术第37页/共65页 污染物结构不同、理化性质不同,其生物可降解性也不同。研究表明,微生物对烷烃的氧化是从低碳到高碳,从烷烃到芳烃逐级进行的,有机氯在环境中稳定,不易被微生物分解,是由
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