污染土壤的環(huán)境修復(fù)技術(shù)-課件.ppt
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1、7.污染土壤的環(huán)境修復(fù)技術(shù)污染土壤的環(huán)境修復(fù)技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 土壤污染與污染土壤土壤污染與污染土壤修復(fù)技術(shù)概述修復(fù)技術(shù)概述1.土壤污染概念土壤污染:人類活動產(chǎn)生的污染物質(zhì)通過各種途徑輸入土壤,其數(shù)量和速度超過了土壤凈化作用的速度,破壞了自然動態(tài)平衡,使污染物質(zhì)的積累逐漸占據(jù)優(yōu)勢,導(dǎo)致土壤正常功能失調(diào),土壤質(zhì)量下降,從而影響土壤動物、植物、微生物的生長發(fā)育及農(nóng)副產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量的現(xiàn)象。土壤環(huán)境容量:一定的土壤環(huán)境單元,在一定范圍內(nèi)遵循環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),即維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的正常結(jié)構(gòu),保證農(nóng)產(chǎn)品的生物學(xué)產(chǎn)量與質(zhì)量,也不使環(huán)境系統(tǒng)污染的土壤環(huán)境所能容納污染物的最大負(fù)荷值。土壤自凈作用:在自然因素作用下,通
2、過土壤自身的作用,使污染物在土壤環(huán)境中的數(shù)量、濃度或毒性、活性降低的過程。土壤污染物質(zhì):最主要的是重金屬和有機物,特別是持久性有毒有害有機污物(PTS)以及石油類。土壤污染的特點土壤污染的特點隱蔽性或潛伏性從遭受污染到產(chǎn)生惡果需要一定時間和相當(dāng)長的積累過程;不可逆性和長期性特別是重金屬元素引發(fā)的土壤污染后果的嚴(yán)重性往往產(chǎn)生危害就是通過食物鏈直接影響動物和人體健康PTSPTSPTS污染污染污染污染污染污染海鳥糞是北極海鳥糞是北極海鳥糞是北極海鳥糞是北極海鳥糞是北極海鳥糞是北極PTSPTSPTS主要污染源之一主要污染源之一主要污染源之一主要污染源之一主要污染源之一主要污染源之一Science,20
3、05,7-15Science,2005,7-15Science,2005,7-15PTSPTSPTS全球遷移全球遷移全球遷移全球遷移全球遷移全球遷移 二、二、PTS的遷移及危害PTSPTSPTS最終歸宿最終歸宿最終歸宿最終歸宿最終歸宿最終歸宿PTSPTSPTS生態(tài)效應(yīng)生態(tài)效應(yīng)生態(tài)效應(yīng)生態(tài)效應(yīng)生態(tài)效應(yīng)生態(tài)效應(yīng)2.土壤污染修復(fù)技術(shù)概述土壤污染修復(fù)技術(shù)概述(1)土壤修復(fù)技術(shù):通過物理、化學(xué)、生物和生態(tài)學(xué)等的方法土壤修復(fù)技術(shù):通過物理、化學(xué)、生物和生態(tài)學(xué)等的方法和原理,并采用人工調(diào)控措施,使土壤污染物濃(活)度降和原理,并采用人工調(diào)控措施,使土壤污染物濃(活)度降低,實現(xiàn)污染物無害化和穩(wěn)定化,以達(dá)到人
4、們期望的解毒效低,實現(xiàn)污染物無害化和穩(wěn)定化,以達(dá)到人們期望的解毒效果的技術(shù)和措施。果的技術(shù)和措施。(2)分類與技術(shù)體系,應(yīng)該來說,土壤修復(fù)技術(shù)體系目前較為)分類與技術(shù)體系,應(yīng)該來說,土壤修復(fù)技術(shù)體系目前較為成熟,方法也較多,趨勢是原位技術(shù)比例日趨上升。成熟,方法也較多,趨勢是原位技術(shù)比例日趨上升。下表統(tǒng)計來源自美國超級基金計劃下表統(tǒng)計來源自美國超級基金計劃類別及所占比例類別及所占比例技術(shù)方法及所占比例技術(shù)方法及所占比例異位土壤修復(fù)異位土壤修復(fù)(425)58%化學(xué)處理(化學(xué)處理(10)1%;原地焚燒(;原地焚燒(42)6%;生物;生物修復(fù)(修復(fù)(49)7;熱解吸技術(shù)(;熱解吸技術(shù)(61)8%;異
5、地焚;異地焚燒(燒(94)13%;固定穩(wěn)定化技術(shù)(;固定穩(wěn)定化技術(shù)(137)19%原位土壤修復(fù)原位土壤修復(fù)(314)42%土壤蒸汽浸提技術(shù)(土壤蒸汽浸提技術(shù)(196)26%;固定化穩(wěn)定化;固定化穩(wěn)定化技術(shù)(技術(shù)(46)6%;生物修復(fù)(;生物修復(fù)(35)5%;土壤淋洗;土壤淋洗(16)2%;其他(;其他(21)3%(3)污染土壤修復(fù)現(xiàn)場的調(diào)查與評價污染物特性污染物特性現(xiàn)場環(huán)境現(xiàn)場環(huán)境土壤生物過程土壤生物過程修復(fù)過程與控制修復(fù)過程與控制土壤修復(fù)的土壤修復(fù)的適應(yīng)性適應(yīng)性污染物特性調(diào)查污染物特性調(diào)查污染物的性質(zhì)、污染物的濃度和分布、污染物遷移時間、預(yù)測化污染物的性質(zhì)、污染物的濃度和分布、污染物遷移時間
6、、預(yù)測化學(xué)品注入后的土壤化學(xué)反應(yīng)等情況。學(xué)品注入后的土壤化學(xué)反應(yīng)等情況。現(xiàn)場環(huán)境調(diào)查現(xiàn)場環(huán)境調(diào)查地下水的地質(zhì)概況、水文概況和水力條件、氧化還原電位等。地下水的地質(zhì)概況、水文概況和水力條件、氧化還原電位等。土壤生物過程土壤生物過程微生物可利用的碳源和能源、可利用的受體和氧化還原條件、現(xiàn)微生物可利用的碳源和能源、可利用的受體和氧化還原條件、現(xiàn)有的微生物活性和可能的毒性和營養(yǎng)物的有效性等。有的微生物活性和可能的毒性和營養(yǎng)物的有效性等。修復(fù)的過程與控制評價修復(fù)的過程與控制評價流體的流向和流速、評價含水層導(dǎo)水率變化流體的流向、污染物流體的流向和流速、評價含水層導(dǎo)水率變化流體的流向、污染物遷移時間、養(yǎng)分遷
7、移、捕獲百分率和確定運行中注入或回收速率遷移時間、養(yǎng)分遷移、捕獲百分率和確定運行中注入或回收速率等。等。確定土壤修復(fù)的適應(yīng)性確定土壤修復(fù)的適應(yīng)性(4)污染土壤修復(fù)的可處理性研究)污染土壤修復(fù)的可處理性研究概念:實際工程建設(shè)之前進行的小試和中試實驗研究,概念:實際工程建設(shè)之前進行的小試和中試實驗研究,通過可處理性研究為土壤修復(fù)工程設(shè)計提出標(biāo)準(zhǔn)、費通過可處理性研究為土壤修復(fù)工程設(shè)計提出標(biāo)準(zhǔn)、費用和運行方案等。用和運行方案等。目標(biāo):目標(biāo):評價修復(fù)工程的可行性;確定修復(fù)可以達(dá)到的濃度;評價修復(fù)工程的可行性;確定修復(fù)可以達(dá)到的濃度;確定處理過程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);估算處理過程的設(shè)備和運確定處理過程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);估
8、算處理過程的設(shè)備和運行費用;決定控制參數(shù)和最優(yōu)化實施的限制條件;評行費用;決定控制參數(shù)和最優(yōu)化實施的限制條件;評價物料供應(yīng)處理技術(shù)與設(shè)備;證實現(xiàn)場運行情況和污價物料供應(yīng)處理技術(shù)與設(shè)備;證實現(xiàn)場運行情況和污染物的最終歸趨;評價處理過程中存在的問題;提供染物的最終歸趨;評價處理過程中存在的問題;提供修復(fù)工程連續(xù)運行的最優(yōu)化辦法。修復(fù)工程連續(xù)運行的最優(yōu)化辦法。l階段:修復(fù)方法的篩選修復(fù)方法的挑選修復(fù)方法階段:修復(fù)方法的篩選修復(fù)方法的挑選修復(fù)方法調(diào)查和可行性研究計劃進行(中試)調(diào)查和可行性研究計劃進行(中試)(5)污染土壤修復(fù)的工作過程)污染土壤修復(fù)的工作過程第二節(jié)第二節(jié) 污染土壤的物理修復(fù)技術(shù)污染土
9、壤的物理修復(fù)技術(shù)物理修復(fù)技術(shù)作為一大類污染土壤修復(fù)技術(shù),發(fā)展較大近年來。主要包括:物理分離、蒸汽浸提、固定/穩(wěn)定化、玻璃化、低溫冰凍、熱力學(xué)和電動力學(xué)等。1.物理分離修復(fù)技術(shù)依據(jù)污染物和土壤顆粒的特性,借助物理手段將污染物從土壤分離開來的技術(shù)。原理參考第二章技術(shù)應(yīng)用實例射擊場土壤污染2.蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)該技術(shù)通過抽氣井產(chǎn)生真空,使形成一個壓力或濃度梯度,并使氣相中的揮發(fā)性有機物揮發(fā)性有機物由抽氣井抽出,從而使土壤中的揮發(fā)性或半揮發(fā)性污染物質(zhì)揮發(fā)性或半揮發(fā)性污染物質(zhì)得到去除。工程實施時,往往需要在地表面覆蓋地形膜,以防止發(fā)生短路,并可增加抽氣井的作用范圍。成本2678美元/m3技術(shù)應(yīng)用原位土壤蒸
10、汽浸提技術(shù)異位土壤蒸汽浸提技術(shù)多相浸提技術(shù)所以這個技術(shù)成本使用太高,在中所以這個技術(shù)成本使用太高,在中國當(dāng)前還未見使用。國當(dāng)前還未見使用。多相浸提技術(shù)同時對地下水和土壤蒸汽進行提取,隨著水位下降,浸提過程可以擴散到更廣泛的地層。兩相浸提技術(shù)高真空環(huán)境,受地下水影響大兩重浸提技術(shù)低真空環(huán)境,受地下水影響小3.固化/穩(wěn)定化技術(shù)防止或者降低污染土壤釋放有害物質(zhì)的技術(shù)。原位和異位兩種異位特別適用于重金屬污染土壤修復(fù)固定/穩(wěn)定化通常采用的方法:首先,利用吸附質(zhì)如黏土、活性炭和樹脂等吸附污染物,澆上瀝青;然后添加某種凝固劑或黏合劑(可用水泥、硅土、小石灰、石膏或碳酸鈣),使混合物稱為一種凝膠,最后固化為硬
11、塊,其結(jié)構(gòu)類似礦石,使金屬離子和放射性物質(zhì)的遷移性和對地下水污染的威脅大為降低。技術(shù)應(yīng)用情況在美國superfund支持下,固化/穩(wěn)定化應(yīng)用較多,有近30年歷史和經(jīng)驗,較為成熟。甚至有應(yīng)用于水體底泥修復(fù)。4.玻璃化修復(fù)技術(shù)原理:高強度能量輸入條件下,使污染土壤熔化,將含有揮發(fā)性污染物的蒸汽回收處理,同時污染土壤冷卻后成玻璃狀固定。早起用于核廢料的玻璃化處理技術(shù),逐漸應(yīng)用于土壤。有原位和異位兩種原位玻璃化技術(shù)電極加熱,適用于含水量較低,污染物深度小于6m的土壤。異位玻璃化技術(shù)技術(shù)應(yīng)用可以破壞、去除污染土壤、污泥等泥土類物質(zhì)中的有機污染物和固定化大部分無機污染物。主要包括:揮發(fā)性有機物、半揮發(fā)性有
12、機物、其他無機物,包括金屬和放射性污染。5.熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)原理:利用熱傳導(dǎo)或熱輻射等實現(xiàn)對污染土壤的修復(fù)。高溫加熱修復(fù)技術(shù),100度低溫加熱修復(fù)技術(shù),100度6.熱解吸修復(fù)技術(shù)原理:利用直接或間接熱交換,通過控制熱解吸系統(tǒng)的床溫和物料停留時間有選擇地使污染物得以揮發(fā)去除的技術(shù)。連續(xù)給料系統(tǒng)連續(xù)給料系統(tǒng)批量給料系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用廣泛用于揮發(fā)態(tài)有機物、半揮發(fā)態(tài)有機物、農(nóng)藥甚至是高沸點氯代化合物和二惡英等。但對無機物無效,比如重金屬。在美國廣泛應(yīng)用。實際案例實際案例美國新澤西州Wallington乳膠廠場地污染土壤修復(fù)工程工程介紹Wallington乳膠廠面積為9.67英畝,坐落在居住-工業(yè)混合區(qū)。從19
13、51年到1983年,該廠曾生產(chǎn)天然和合成橡膠產(chǎn)品以及化學(xué)粘合劑。生產(chǎn)過程中大量有機溶劑被使用,包括揮發(fā)性有機物(VOCs),如丙酮,庚烷,正己烷,甲乙酮,二氯甲烷,以及多氯聯(lián)苯(PCBs)。從1986年到1987年,美國環(huán)保署從該污染場地清除1200桶溶劑桶和22個地下溶劑儲藏罐。從1987年到1988年,發(fā)現(xiàn)該場地廣泛被污染。1989年5月,該場地被添加到美國超級基金優(yōu)先治理清單。1988年9月到1992年6月,該場地執(zhí)行環(huán)評調(diào)研,確定場地32000立方碼土壤和在排水運河旁邊的2700立方碼的土壤和泥沙受PCBs污染,PCBs最高含量為4000mg/kg;半揮發(fā)有機物為BREHP、PAHs等
14、;重金屬污染物為銻、砷。但是,到1999年3月才開始用熱解吸法熱解吸法清除土壤中有機污染物。2影響技術(shù)性能和成本的因素技術(shù)性能和成本的關(guān)鍵影響因素是土壤基體性質(zhì)。參數(shù)值土壤類型粘土/泥沙粘土含量/顆粒大小分布15-20%粘土含水量15-20%有機質(zhì)含量0.5-3%pH7容重1.6噸/立方米3處理技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)熱解吸單元是一個三重殼回轉(zhuǎn)窯,其同心圓柱熱源加熱功率為40,000,000英熱/小時。該系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖如下圖。4技術(shù)參數(shù)運行參數(shù)運行參數(shù)值值停留時間停留時間60分鐘分鐘系統(tǒng)吞吐量系統(tǒng)吞吐量225噸噸/天(平均)天(平均)出口土壤溫度出口土壤溫度900(典型)(典型)總運行時間總運行時間7
15、,047.4小時小時加熱功率加熱功率40,000,000英熱英熱/小時小時回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的空氣回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的空氣氧氣含量低于氧氣含量低于4%5性能情況比較修復(fù)目標(biāo)濃度和處理后土壤污染物濃度可知系統(tǒng)運行的性能情況。有機物種類修復(fù)目標(biāo)濃度(mg/kg)PCBs1BEHP463,3-Dichlorobenzidene1.4Arsenic20表修復(fù)后土壤污染物的濃度(采樣頻率為1個樣品/250立方米)有機物種類修復(fù)目標(biāo)濃度(mg/kg)PCBs0.16BEHP0.373,3-Dichlorobenzidene檢測不到Arsenic1.63表修復(fù)目標(biāo)濃度北京化工三廠土壤修復(fù)項目北京化工三廠土壤修復(fù)項目 國內(nèi)首例土
16、壤修復(fù)項目國內(nèi)首例土壤修復(fù)項目 北京化工三廠作為化工生產(chǎn)基地近五十年,土壤中含有四丁基錫、鄰苯二甲酸二辛酯、滴滴涕和重金屬鉛、鎘等大量有害化學(xué)物質(zhì)。2005年根據(jù)北京市規(guī)劃委員會文件2005規(guī)意選字0356號,該場地被規(guī)劃為宋家莊經(jīng)濟適用房項目建設(shè)用地。建設(shè)方:北京建工環(huán)境修復(fù)有限責(zé)任公司建設(shè)方:北京建工環(huán)境修復(fù)有限責(zé)任公司項目時間:項目時間:2007年年地點:北京市豐臺區(qū)宋家莊地點:北京市豐臺區(qū)宋家莊土壤類型:化工污染土壤土壤類型:化工污染土壤主要污染物:四丁基錫、鄰苯二甲酸二辛酯、滴滴涕、重主要污染物:四丁基錫、鄰苯二甲酸二辛酯、滴滴涕、重金屬鉛、鎘等有害化學(xué)物質(zhì)金屬鉛、鎘等有害化學(xué)物質(zhì)主
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