土壤修復技術

土壤修復技術

土壤修復技術是使遭受污染的土壤恢復正常功能的技術措施。污染物進人生態循環系統,如果超過土壤的自淨作用的負荷,即形成土壤污染。土壤因吸附能力、氧化還原作用及土壤微生物分解作用,可緩衝污染物所造成的危害,以上統稱為土壤自淨能力。土壤自淨作用的機理,既是土壤環境容量的理論依據,又是選擇針對土壤環境污染調控與污染修復措施的理論基礎。儘管土壤環境具有多種淨化作用,而且也可通過多種措施來提高土壤環境的淨化能力,但其淨化能力畢竟是有限的,預防土壤污染是保護土壤環境的根本措施。

背景

土壤本來是各類廢棄物的天然收容所和淨化處理場所,土壤接納污染物,並不表示土壤即受到污染,只有當土壤中收容的各類污染物過多,影響和超過了土壤的自淨能力,從而在衛生學上和流行病學上產生了有害的影響,才表明土壤受到了污染。造成土壤污染的原因很多,如工業污泥、垃圾農用、污水灌溉、大氣中污染物沉降,大量使用含重金屬的礦質化肥和農藥等等。

中國現有耕地有近1/5受到不同程度的污染,污染土壤將導致農作物減產,甚至有可能引起農產品中污染物超標,進而危害人體健康。另外,隨著經濟發展與城市化的加速,工礦企業導致的場地污染也十分嚴重。由於產業結構與城市布局的變化與調整,有些化工、冶金等污染企業紛紛搬遷,加上一些企業的倒閉,污染場地不斷產生。土壤是人類社會生產活動的重要物質基礎,是不可缺少、難以再生的自然資源。沒有處理的污染場地將是化學定時炸彈,一旦大面積爆發將會對國家可持續發展造成難以估量的影響,因此必須對土壤污染的預防和污染土壤修復予以高度重視。因此有必要妥善管理並加以修復,使其得到合理利用。

土壤修復技術運用現狀

美國運用現狀

美國約存在294 000 個污染場地,其中,1982-2005 年間,共有1 536 個場地列入NPL。僅2007 年,美國超級基金項目耗費3.8 億美元用於土壤修復項目。據估計,美國完成所有污染土壤的修復將需要投資2 089 億,且大部分修復需要經過30~35 a。美國於20 世紀80 年代之後進行了大量土壤修復工程。美國超級基金計畫所實施的土壤修復技術已成為世界各國了解最新土壤修復技術變化的重要視窗。2002-2005 年財政年度中,60%的污染源處理工程項目採用的是原位修復技術,比1982-2005 年財政年度高了13個百分點。這主要是因為原位修復技術具有無需挖運土壤、修復成本低、適宜對深層污染介質修復、對施工人員健康影響小等特點。對美國1982-2005 年間,977 項土壤修復項目進行統計,如圖1 所示[4, 6],圖1 中淺色部分表示原位修復技術,深色部分表示異位修復技術。原位修復技術462 項,占項目總數的48%,異位修復技術515 項,占總數的52%。在所有污染修復項目中,26%採用原位蒸發提取,18%採用異位固化/穩定化,11%採用異位離場焚燒。近幾年多項萃取和化學處理技術受到更多關注,而焚燒技術因可能產生二次污染越來越少被採用。如凡科林為代表的生物修復以水基、可生物降解的、混合型表面活性劑為主,用於清理、處理油污染類、鹽污染類、石蠟污染類等土壤污染治理的表面活性劑,以及其它脫脂類清洗產品等。該公司的產品專業對應性較強,包括含有九種基本土壤微生物的可以高效整治油田、鹽污染土壤的產品,在除油方面其產品也具有其特點,產品含有植物提取的溶劑,這與其它同類產品大多含有合成溶劑是不同的,因為植物提取的溶劑對環境保護更為有效。其技術特別是在土地治理方面可選擇產品更廣泛及套用手段更為專業。

美國污染土壤修復現狀

歐洲運用現狀

據估計,歐洲每年約有21.1 億歐元用於污染土壤的修復及管理工作。圖2給出了1978-2007 年間,歐洲

歐洲污染土壤修復現狀

部分國家及整個歐洲不同土壤修復技術的運用現狀。由圖2 可知,歐洲各國根據本國國情,所採用的土壤修復技術存在明顯的較大差異。歐洲運用原位和異位熱脫附、原位和異位生物處理、原位和異位物化處理技術修復污染場地的項目占所有統計項目的69.17%,其中原位熱脫附、原位生物處理和原位物化處理修復技術占35%,異位熱脫附、異位生物處理和異位物化處理修復技術占34.17%,二者比重相當,其他修復技術占30.83%。在實際工程中,生物處理技術運用最多,達到35%,其中原位生物處理占18.33%,異位生物處理占16.67%。另外,將污染土壤作為廢棄物而非可再生資源處理(包括挖掘處置技術、污染場地管制等)的工程項目在歐洲仍然占有較大比重,達到37%。

我國運用現狀

我國土壤修復技術研究起步較晚,加之區域發展不均衡性,土壤類型多樣性,污染場地特徵變異性,污染類型複雜性,技術需求多樣性等因素,目前主要以植物修復為主,已建立許多示範基地、示範區和試驗區,並取得許多植物修復技術成果,以及修復植物資源化利用技術成果。物理/化學修復技術中研究運用較多的是:(1)固化-穩定化;(2)淋洗;(3)化學氧化-還原;(4)土壤電動力學修復。目標是污染場地土壤的原位修復技術。聯合修復技術中研究運用較多的是:(1)微生物/動物-植物聯合修復技術;(2)化學/物化-生物聯合修復技術;(3)物理-化學聯合修復技術。目標是混合污染場地土壤修復技術。

土壤修復材料

地富原土壤生態修復材料以改性層狀矽酸鹽為載體,自身具備的多孔、吸附和緩釋的特性,實現固水固肥、水肥緩釋、修復土壤團粒結構等功能。

修復技術

近年來在政府財政支持下我國開展了多個類型場地的修復技術設備研發。儘管可以羅列的土壤及地下水污染的修復技術很多但實際上經濟實用的修復技術很少。 土壤修復技術歸納起來常用的有以下幾種:

1、熱力學修復技術,利用熱傳導,熱毯、熱井或熱牆等,或熱輻射,無線電波加熱等實現對污染土壤的修復。

2、熱解吸修復技術,以加熱方式將受有機物污染的土壤加熱至有機物沸點以上使吸附土壤中的有機物揮發成氣態後再分離處理。

3、焚燒法,將污染土壤在焚燒爐中焚燒,使高分子量的有害物質?揮發性和半揮發性,分解成低分子的煙氣經過除塵、冷卻和淨化處理使煙氣達到排放標準。

4、土地填埋法,將廢物作為一種泥漿將污泥施入土壤通過施肥、灌溉、添加石灰等方式調節土壤的營養、濕度和pH值保持污染物在土壤上層的好氧降解。

5、化學淋洗,藉助能促進土壤環境中污染物溶解或遷移的化學/生物化學溶劑在重力作用下或通過水頭壓力推動淋洗液注入到被污染的土層中,然後再把含有污染物的溶液從土壤中抽提出來,進行分離和污水處理的技術。

6、堆肥法,利用傳統的堆肥方法,堆積污染土壤,將污染物與有機物,稻草、麥秸、碎木片和樹皮等、糞便等混合起來,依靠堆肥過程中的微生物作用來降解土壤中難降解的有機污染物。

7、植物修復,運用農業技術改善土壤對植物生長不利的化學和物理方面的限制條件,使之適於種植,並通過種植優選的植物及其根際微生物直接或間接吸收、揮發、分離、降解污染物,恢復重建自然生態環境和植被景觀。

8、滲透反應牆,是一種原位處理技術,在淺層土壤與地下水,構築一個具有滲透性、含有反應材料的牆體,污染水體經過牆體時其中的污染物與牆內反應材料發生物理、化學反應而被淨化除去。

9、生物修復,利用生物,特別是微生物催化降解有機污染物,從而修復被污染環境或消除環境中污染物的一個受控或自發進行的過程。 其中微生物修復技術是利用微生物,土著菌、外來菌、基因工程菌,對污染物的代謝作用而轉化、降解污染物,主要用於土壤中有機污染物的降解。通過改變各種環境條件如,營養、氧化還原電位、共代謝基質,強化微生物降解作用以達到治理目的。

各種修復技術的特點及適用的污染類型:

類型

修復技術

優點

缺 點

適用類型

生物修復 植物修復 成本低,不改變土壤性質,沒有二次污染 耗時長,污染程度不能超過修復植物的正常生長範圍 重金屬 ,有機物污染等
原位生物修復 快速 , 安全 ,費用低 條件嚴格,不宜用於治理, 重金屬污染 有機物污染
異位生物修復 快速 , 安全 ,費用低 條件嚴格,不宜用於治理重金屬污染 有機物污染
化學修復 原位化學淋洗 長效性,易操作,費用合理 治理深度受限,可能會造成二次污染 重金屬 , 苯系物 , 石油 , 鹵代烴 , 多氯聯苯 ,等
異位化學淋洗 長效性,易操作,深度不受限 費用較高,淋洗液處理問題, 二次污染 重金屬 , 苯系物 , 石油 , 鹵代烴 ,多氯聯苯等
溶劑 , 浸提 , 技術 效果好,長效性,易操作,治理深度不受限 費用高,需解決溶劑污染問題 多氯聯苯等
原位化學氧化 效果好,易操作,治理深度不受限 使用範圍較窄,費用較高,可能存在氧化劑污染 多氯聯苯等
原位 , 化學還原 ,與還原脫氯 效果好,易操作,治理深度不受限 使用範圍較窄,費用較高,可能存在氧化劑污染 有機物
土壤性能改良 成本低,效果好 使用範圍窄,穩定性差 重金屬
物理修復 蒸汽浸提技術 效率較高 成本高,時間長 VOC
固化修復技術 效果較好,時間短 成本高,處理後不能再農用 重金屬等
物理分離修復 設備簡單,費用低,可持續處理 篩子可能被堵,揚塵污染,突然顆粒組成被破壞 重金屬等
玻璃化修復 效率較好 成本高,處理後不能再農用 有機物 ,重金屬等
熱力學修復 效率較好 成本高,處理後不能再農用 有機物 ,重金屬等
熱解吸修復 效率較好 成本高 有機物 ,重金屬等
電動力學修復 效率較好 成本高 有機物 ,重金屬等,低滲透性土壤
換土法 效率較好 成本高,污染土還需處理 有機物 ,重金屬等

雖然土壤的修復技術很多,但沒有一種修復技術可以針對所有污染土壤。相似的污染狀況不同的土壤性質、不同的修復需求,也會限制一些修復技術的使用。另外,大多數修復技術對土壤或多或少帶來一些副作用。

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