污染土壤生物修复ppt课件.ppt
第七章 污染土壤的环境修技术(下),7.2.7 电动力学修复技术,7.2.7.1技术介绍,电动力学修复技术是向污染土壤中插入两个电极，形成低压直流电场，通过电化学和电动力学的复合作用，使水溶态和吸附于土壤的颗粒态污染物根据自身带电特性在电场内作定向移动，在电极附近富集或收集回收而去除的过程。,阴极收集池,电 源,石 墨 电 极,阳极收集池,污染土壤,图23污染土壤电动力修复的装置与过程示意图,7.2.7 电动力学修复技术,表9电动力学修复重金属污染的优势和限制因素,7.2.7 电动力学修复技术,7.2.7.2技术应用, Lasagna工艺,Lasagna工艺是一种综合的土壤原位修复技术。该工艺是在污染土壤中建立近似断面的渗透性区域,通过向里面加入适当的物质(吸附剂、催化剂、微生物、缓冲剂)将其变成处理区,然后采用电动力学法使污染物(如重金属)从土壤迁移至处理区,在吸附、固定等作用下得到去除。该工艺适用于低渗透性土壤或者是包含低渗透性区域的非均相土壤。,7.2.7 电动力学修复技术,Lasagna工艺,电极的水平结构：,电极的垂直结构：,这种结构的电极装置适用于浅层土壤污染(15m)及土壤不是超固结状态时。电极垂直插入污染土壤的两端,形成一个水平方向上的直流电场。这种结构可以和其他的处理方法结合起来以提高处理效果。,一般来说,水平结构的电极装置适用于超固结粘土。在垂直方向上,污染土壤的上面和下面插入石墨电极形成垂向电场。另外,可以向中间加入试剂来提高处理效果。, Lasagna工艺,7.2.7 电动力学修复技术,图24 Lasagna 方法的水平结构,图25 Lasagna 方法的垂直结构, Lasagna工艺,7.2.7 电动力学修复技术,技术的优点与缺陷：,优点：在低渗透性土壤中效果显著；污染物可以在地下去除；操作起来无噪声污染；安装迅速；处理时间相对较少。, Lasagna工艺,7.2.7 电动力学修复技术,缺陷及将来的发展：设计和操作过程中要考虑的因素太多,如处理区的间距、化学试剂的选择、垂直粒状电极的放置方法等;Lasagna工艺有可能处理土壤中多种污染物,但是对于某种污染物要采用特定的方法以确保这种处理工艺的兼容性;该工艺电极的水平结构利用水力压裂及加入泥浆可以处理深层区域的土壤污染,但是要考虑电极的接触问题和电解产生的气体的去除。可考虑生物处理工艺与Lasagna工艺结合使用。,7.2.7 电动力学修复技术, 阴极区注导电性溶液工艺, 实验装置,图26 导电性溶液注入阴极和土壤之间,图27 技术现场应用示意图,7.2.7 电动力学修复技术, 阴极区注导电性溶液工艺,优点及不足,重金属的处理效率大为提高;装置简单易行,但位于处理土壤和阴极之间的导电性溶液的长度至少要两倍于处理土壤的长度,且pH缓冲容量、介质的阳离子交换能力及导电性溶液与土壤的相互反应可能影响酸碱迁移带的前进和pH跃迁的位置,这还需要更多的现场实验数据,另外导电性溶液要放在一个特殊的容器中,这可能会增大处理成本。,7.2.7 电动力学修复技术, 阳离子选择性透过膜,将一个阳离子选择性透过膜放在土壤中靠近阴极的地方,H+和金属阳离子可以通过阳离子选择性透过膜,而OH则无法通过。这样可以把高pH区限制在靠近阴极的地方,提高重金属离子的去除效率。,图28 带阳离子选择性透过膜的电动力装置,7.2.7 电动力学修复技术,电动力学修复技术常用方法,原位修复 ：,序批修复：,电动栅修复：,直接将电极插入受污染土壤，污染修复过程对现场的影响最小,污染土壤被输送到修复设备分批处理,受污染土壤中依次排列一系列电极用于去除地下水中的离子态污染物,7.2.7 电动力学修复技术,表10 电动力学修复现场所需信息,7.2.7 电动力学修复技术,7.2.8 冰冻修复技术,冰冻土壤修复技术是通过适当的管道布置，在地下以等距离的形式围绕已知的污染源垂直安放，然后将对环境无害的冰冻剂溶液送入管道而冻结土壤中的水分，形成地下冻土屏障，防止土壤或地下水中的污染物扩散。冻土屏障提供了一个与外界土壤隔离的“空间”，另外还需要一个冷冻厂或车间来维持冻土屏障层的温度低于0。,7.2.8.1技术介绍,表11 冰冻土壤修复技术的优点和限制因素,7.2.8 冰冻修复技术,7.2.8.2技术应用,冰冻技术用于污染土壤的修复还是一门新兴的技术，其广泛安全的应用尚需要发展与之配套的相关技术以确保环境安全，如无毒或低毒廉价的冰冻剂使用；制冷管道的温度测量装置提供制冷信息；地表原位传感器监控冻土层的情况；地下探测技术（雷达、地震波、声波、电势分析和示踪等）探测冻土层结构等。关于不同土壤的扩散特性、不同污染物浓度和溶液对冻土层退化的影响等诸多问题上有待于从理论和实践两方面加以探讨。,7.2.8 冰冻修复技术,7.3 污染土壤的化学修复技术,定义： 利用加入到土壤中的化学修复剂与污染物发生一定的化学反应，使污染物被降解和毒性被去除或降低的修复技术。修复手段：依污染土壤的特征和污染物的不同而分类修复剂：氧化剂、还原剂、解吸剂、增溶剂和沉淀剂,强调： 通常情况下，根据污染物类型和土壤特征，优先考虑使用生物修复法。 化学修复法自身优点：发展较早、相对成熟按照化学反应特点分类：修复技术的选择: 依赖于仔细的土壤实地勘察和预备试验的结果,7.3.1 土壤性能改良修复技术,技术介绍： 土壤污染是一个世界性的问题，美国、荷兰等国家的重金属污染问题日益严重 对于重金属污染的土壤，可通过改良土壤性能的方法使污染物转变为难迁移、低活性物质或从土壤中去除。亦称重金属的钝化：主要针对重金属污染两种改良方式：施用改良剂 调节土壤的Eh,改良方式一：施用改良剂适用性：污染程度较轻的土壤常用改良剂：石灰性物质 有机物质及黏土矿物 离子拮抗剂 化学沉淀剂,石灰性物质,包括： 熟石灰、硅酸钙、硅酸镁钙和碳酸钙目的： 中和土壤酸性，降低重金属的溶解度实例： 石灰与土壤黏粒中的Al3+或与有机质中的羧基反应 2Al3+-黏粒+3CaCO32Al(OH)3+3Ca2+-黏粒+3H2O+3CO2 2R-COOH+CaCO3 H2O+CO2+ R-COO- Ca2+ R-COO-,石灰性物质对土壤的改良作用主要体现在三个方面: 1. 改变土壤固相中的阳离子构成,增加土壤阳离子的代换 量 2. 改善土壤结构 3. 增加土壤胶体的凝聚性,增强植物根表面对重金属离子 的拮抗作用 改良效果: 依土壤特性和石灰物质的状态而定 采取措施：投加粉末状石灰 石灰性物质修复技术的局限性：与某些植物营养元素反应，不能普遍使用,有机物质和粘土矿物,有机物质和粘土矿物的两大作用：提高土壤的肥力增强土壤对重金属离子和有机物的吸附能力。通过有机物质与重金属的络合、螯合作用，黏土矿物对重金属离子和有机污染物产生强力的物理、化学吸附作用，使污染物分子失去活性，从而减轻土壤污染对植物和生态系统的伤害有机物质：生物体排泄物、泥炭类物质和污泥等,有机物质对重金属污染的缓冲和净化机制主要表现在五个方面： 1.参与土壤离子交换反应 2.稳定土壤结构 3.提供微生物活性物质 4.提供微生物活性基质及能源 5.是重金属的螯（络）合剂,离子拮抗剂,作用原理： 化学性质相似的元素之间，可能会因为竞争植物根部同一吸收点而产生离子拮抗作用。实例应用： 在被镉污染的土壤，可以合适的锌/镉浓度比施入植物肥料，缓解镉对农作物的毒害作用。,化学沉淀剂,作用原理： 磷酸盐化合物很容易与重金属形成难溶态沉淀产物.适用性: 用于改良被铅、铁、锰、铬、锌污染的土壤土壤施磷的效果因磷酸盐种类的不同而不同 （以融磷效果最好）,改良方式二:调节土壤的Eh目的：控制土壤中重金属的迁移措施： 调节土壤的水分含量实例：将汞或砷污染的水田改为旱地，铬污染的 旱地改为水田。,铬在土壤环境中的行为： Cr3+可被低相对分子质量的有机酸活化，配位的Cr3+ 与带负电的MnO2作用生成Cr6+.Cr6+ 为致癌物质，故需保持土壤的还原环境，使铬保持在低价态形式下，降低人类健康风险.,砷在土壤环境中的行为： HAsO2+MnO2(MnO2)HAsO2 - (MnO2)HAsO2+H2O H3AsO4+MnO - H3AsO4 H2AsO4-+H+ - H2AsO4- HAsO42- +H+ - (MnO2)HAsO2+2H+ H3AsO4+Mn2+ - H3AsO4 +2H+ +2e HAsO2 +2H2O -,7.3.2 化学氧化修复技术,技术介绍： 化学氧化修复是通过在污染区设置不同深度的钻井，然后通过钻井中的泵将化学氧化剂注入到土壤中，使氧化剂与污染物产生氧化反应，达到使污染物降解或转化为低毒、低迁移性产物的一项污染土壤原位氧化修复技术。适用性：污染期长且难以降解的污染物，如油类、有机溶剂、农药以及非水溶态氯化物等,图3-1 污染土壤化学氧化修复技术示意图,化学氧化修复技术三大优点：反应的化学产物是水和二氧化碳，对环境无害泵出的液体不需要进行专门处理可以处理其他技术不能处理的污染源，如地下水深处的污染,化学氧化修复技术两大要素：化学氧化剂和分散技术,化学氧化技术中的氧化剂遵循的三大原则：反应必须足够强烈，使污染物通过降解、蒸发及沉淀等方式去除，并能消除或降低污染物毒性氧化剂及反应产物应对人体无害修复过程应是实用和经济的常用的三种氧化剂：（1）双氧水（2）高锰酸钾 （3）臭氧,常用的三种氧化剂的特点,传统的氧化剂分散技术：竖直井水平井过滤装置处理栅,氧化剂分散技术,特例：H2O2作为氧化剂的化学修复技术,Fenton氧化反应： 关键在于产生大量的OH 氧化还原电势比较： O3 2.07V H2O2 1.77V OH 2.80V键能比较： OH键能：502.42kJ/mol,反应机理： Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH + OH- - 在酸性条件和过量Fe2+下： Fe2+ + OH Fe3+ + OH- - 反应条件合适的情况下： Fe3+ + H2O2 Fe2+ + HO2+ H+ -,Fenton氧化反应的优势： 1. Fe2+ 、H2O2都没毒，且价格便宜 2.催化体系中不需要额外的光照 3. H2O2以电化学方式自动产生，增加了修复效率 4.不受污染物浓度限制 5.反应速率很快,土壤中的腐殖质对Fenton氧化的影响,1.影响污染物的吸附2.影响过氧化氢的分解路径3.腐殖质含有大量的醌类等电子传递体系，促进 氧化反应4.土壤有机质会消耗部分氧化剂，降低污染物去除效率,7.3.3 化学还原与还原脱氯修复技术,技术介绍： 化学还原与还原脱氯修复是利用化学还原剂将污染物还原为难溶态，从而使污染物在土壤环境中的迁移性和生物可利用性降低的一项污染土壤原位修复技术多适用于地下水的污染治理在欧美等发达国家已被广泛用来治理污染水中的有害组分,可渗透反应墙概念： 可渗透反应墙（permeable reactive barrier，PRB）按照美国环保局的定义，是一种由被动反应材料构成的物理墙，通过挖掘来构造，然后进行重新定位，墙体是由天然物质和一种或几种活性物质混合在一起构成，这些反应材料能够降解和滞留流经该墙体地下水的污染组分，从而达到治理污染组分的目的。,技术介绍： 在1982年，美国国家环境保护局发行的环境处理手册中，该思想被首次提出。 首次工程实例： 1989年，加拿大滑铁卢大学在安大略省的Borden成功运用此技术修复污染地下水，取得良好效果,传统的地下水泵-处理方式缺点：只能限制污染物的进一步扩散，不能原位修复泵的使用需要能量供给，且系统需要定期维护检修一旦停止泵抽提，污染会重新形成,图3-2 可透性化学活性反应墙示意,化学还原与还原脱氯技术的两大关键要素：化学药剂 代表性的还原剂主要有： 1.液态的SO2 2.气态的H2S 3.Fe0胶体 系统设计,（1）SO2还原剂 作用原理： 通过SO2产生系列反应，先把土壤矿物结构中的Fe3+还原成Fe2+，再由Fe2+还原迁移态的敏感污染物，使之成为活性反应区 通常将SO2溶解在碱性溶液中，以碳酸盐和重碳酸盐做缓冲溶液注入污染土壤,（2）气态H2S还原剂 H2S作为还原剂可以原位修复Cr6+污染土壤，加入的H2S还原剂能够将Cr6+还原成Cr3+，并继续转化成氢氧化铬沉淀，H2S本身转化成硫化物。 8CrO42-+3H2S+10H+4H2O8Cr(OH)3+3SO42-优点：硫化物没有危险；反应产物不会导致环境问题缺点：气态H2S有毒,（3）Fe0胶体还原剂 Fe0胶体是很强的还原剂，可脱掉氯化溶剂的氯离子，把可迁移的氧化阴离子（CrO42-）转化成难迁移态。 应用研究： 用含Fe0胶体的活性反应墙来处理污染地下水 注射Fe0胶体优点： 1.安装和操作相对经济 2.工作人员暴露于有害物质的危险性减小,系统设计,化学还原和还原脱氯修复的过程的三个阶段：注射反应将试剂与反应物抽提出来,实例：Fe0胶体活性反应栅,化学还原与还原脱修复的设计步骤,7.3.4 化学淋洗修复技术,化学淋洗修复概念 化学淋洗修复（chemical leaching and flushing/washing remediation）是一种重要的应用于污染土壤环境修复的技术，借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学/生物化学溶剂，在重力作用下或通过水力压头推动淋洗液注入到被污染土层中，然后再把包含有污染物的液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理的技术。,污染土壤修复的淋洗过程：淋洗液向土壤表面扩散对污染物质的溶解淋洗出的污染物在土壤内部扩散淋洗出的污染物从土壤表面向液体扩散,化学淋洗修复分类 按照场地划分，化学淋洗法分为：原位化学淋洗修复（in-situ chemical leaching and flushing / washing remediation）异位化学淋洗修复（ex-situ chemical leaching and flushing / washing remediation）,3-3 原位化学淋洗技术流程图,异位化学淋洗修复,1980年，由美国国家环境保护局和其他国家的环保机构开始研究。土壤清洗之前进行土壤分级以提高处理效率适于处理的污染物：重金属、放射性元素、石油类化合物、易挥发有机物等,3- 4 异位土壤化学淋洗修复技术示意图,7.3.5 溶剂浸提修复技术,技术介绍: 通常也被称为化学浸提技术，是一种利用溶剂将有害化学物质从污染土壤中提取出来或去除的技术。适用性：处理不溶于水的污染物，如油脂类、PCBs等。,3-5 溶剂浸提修复技术示意图,3-6 溶剂浸提修复技术过程示意图,溶剂浸提修复技术的优势：1.处理难以从土壤中去除的污染物2.在原地开展，不必运输污染物到专门的处理厂3.浸提溶剂可循环再利用4.装置组件可运输到所需要的任何位置，系统容量大小可根据处理土壤的体积自动调节,7.4污染土壤生物修复,污染土壤生物修复的概念和分类,污染土壤生物修复的概念污染土壤生物修复:生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴的清洁技术，它是传统的生物处理方法的发展。是利用生物（包括动物、植物和微生物），通过人为调控，将土壤中有毒有害污染物吸收、分解或转化为无害物质的过程。,土壤生物修复的特点,污染土壤生物修复技术的特点:与物理、化学修复污染土壤技术相比，它具有成本低，不破坏植物生长所需要的土壤环境，环境安全，无二次污染，处理效果好，操作简单、费用低廉等特点，是一种新型的环境友好替代技术。,7.4.1 生物修复过程的评价,以充分的证据来表明微生物是减少污染物浓度的主体，是生物修复的重要一环。这些评价方法可为法规制定者和提供生物修复服务的商家提供一种手段，来证明其所提出的或正在进行的原位生物修复项目的真实性。研究者可以利用这一方法评价现场试验的结果。,生物修复过程的评价方法,一般地说，污染土壤生物修复的评价方法应包括以下3个方面的内容：记录生物修复过程中污染物的减少；以试验结果表明现场污染环境中的微生物具有转化污染物的能力；用一个或多个例证表明试验条件下被证明的生物降解潜力在污染场地条件下是否仍然存在。,现场生物修复的监测,在试验条件下被证明的生物降解潜力是否在场地条件下仍然存在比较困难，因为试验条件往往比现场条件优越。有两种技术用于现场生物修复的监测，即样品测定，进行试验运行。但模型法更有助于对污染物归宿的进一步理解。更为详细的试验方案取决于多组因素，如污染物、场地地质特征以及评价要求的严格水平等，因此需进一步工作。,现场生物修复的监测,7.4.1.1 样品测定,1、选择对照点进行采样分析，以此作为生物修复技术评价的参照点。对照点选择的标准是：具有与处理点类似的水力地质条件特征；末受污染或不受生物修复系统影响的地带。2、以生物修复系统开始运行前样品的分析结果作为对照，以此作为生物修复技术修复效果评价的参照值。然后，将生物修复过程各个时段采集样品的分析结果与运行前的结果作比较，来考察系统运行的动态状况。此方法只适合于工程生物修复系统,7.4.1.2 细菌总数,细菌种群测定的第一步是采样。原则上，最好的样品包括团体基质(土壤和支撑地下水的岩石)及与之相连的孔隙水 。细菌种群测定的第二步是细菌总数分析。 a.微生物直接计数法 微生物直接计数法是一种传统技术，是通过用普通显微镜观察样品进行细菌计数。 b.INT活性试验法 INT活性试验法可以通过鉴定电子迁移中的细菌活性的方法增强直接的显微镜计数。,c.平板计数法 平板计数法也是一种细菌计数的方法。这种方法可以定量计数组固定在固体介质(如营养基质)上的细菌。 d.MPN技术 MPN(most-probabale-number)技术也取决于介质中细菌的生长状况。细菌计数是以统计学方法完成的 e.脱氧聚核苷酸探针 采用现代生物化学和分子生物学方法，使现场样品细菌计数与鉴定更为精确。 f.脂肪酸分析 脂肪酸分析是另一种细菌鉴定技术。这种技术利用存在于细胞膜中的脂肪酸特征进行细菌鉴定。,7.4.1.3 原生动物数,原生动物捕食细菌，所以原生动物数量的增加表明细菌总数的增加。因此，原生动物种群数量增长所伴随的污染物量的减少这一结果可为生物修复提供有效佐证。,7.4.1.4 细菌活性率,细菌活性增加通常表明生物修复正在进行，细菌活性是一个关键信号。对生物修复成功判定的一个重要指标是潜在生物转化率。当潜在生物转化率足够大时，表明系统能迅速去除污染物或防止污染物的迁移。细菌活性越大，说明潜在生物转化率越高，这一结果可为生物修复的成功运行提供证据。,7.4.1.5 细菌的适应性,污染点的细菌经过一段时间驯化后，能产生代谢污染物的能力，其结果是使原本在溢漏时不能够转化的或转化非常低的污染物被代谢降解。这一特性被称为代谢适应性，它为现场的污染生物修复提供了可能。适应性可以导致能够代谢污染物的细菌总数增加，或个体细菌遗传性或生理特性发生改变。,7.4.1.6 无机碳浓度,降解有机污染物时，除了需要更多微生物外，在降解过程中细菌会产生无机碳，通常为气态二氧化碳、溶解态二氧化碳或HCO3_。因此，当样品中含有丰富的水和无机碳气体时表明系统存在生物降解活性。气态二氧化碳浓度可以用气相色谱法检测，水样中的二氧化碳可进行无机碳分析。,7.4.2 污染土壤的异位修复技术,异位微生物修复是将受污染的土壤、沉积物移离原地，在异地利用特异性微生物和工程技术手段进行处理，最终污染物被降解，使受污染的土壤恢复原有的功能的过程。主要的工艺类型包括土地填埋、生物农耕、预备床、堆腐和泥浆生物反应器。,污染土壤的异位修复技术,7.4.2.2 土地填埋,土地填埋:将废物作为一种泥浆，将污泥施入土壤，通过施肥、灌溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和pH，保持污染物在土壤上层的好氧降解。用于降解过程的微生物通常是土著土壤微生物群系。为了提高降解能力, 亦可加入特效微生物, 以改进土壤生物修复的效率。,7.4.2.2 土壤耕作,土壤耕作属于好氧生物降解处理，使用土壤为微生物生长基质，为加速微生物的降解需要人为促进通风（翻耕、加蓬松剂）、加入营养液（化肥、粪肥）、调节pH（加入石灰、明矾、磷酸）等手段加以调控。,可应用土壤耕作处理的污染物,7.4.2.3 预备床,预备床就是将受污染的土壤从污染地区挖掘起来进行异地处理，防止污染物向地下水或更广大地域扩散。这种方法的技术特点是需要很大的工程，即将土壤运输到一个经过各种工程准备(包括布置衬里设置通气管道等)预备床上堆放，形成上升的斜坡，并在此进行生物恢复的处理，处理过程中通过施肥、灌溉、控制pH等方式保持对污染物的最佳降解状态，有时也加入一些微生物和表面活性剂，处理后的土壤再运回原地,处理床挖掘堆置法,预备床的设计应满足处理高效和避免污染物外溢的要求，通常具有淋滤液收集系统和外溢控制系统，从系统中渗流出来的水要收集起来，重新喷散或另外处理。,预备床技术的优点,可以在土壤受污染之初限制污染物的扩散和迁移，减少污染范围。但用在挖土方和运输方面的费用显著高于原位处理方法，另外在运输过程中可能会造成进一步的污染物暴露，还会由于挖掘而破坏原地点的土壤生态结构。,7.4.2.4 堆腐法,堆腐修复工艺就是利用传统的积肥方法，堆积污染土壤，将污染土壤与有机物(施加一定数量的稻草、麦秸、碎木片和树皮等)、粪便等混合起来依靠堆肥过程中微生物的作用来降解土壤中难降解的有机污染物。可以通过翻耕和增加土壤透气性和改善土壤结构，同时控制湿度、pH和养分，促进污染物分解。,堆腐法,条形堆 :将污染土壤或污泥与疏松剂混合后，用机械压成条通过对流空气 运动供氧，每天翻耕保持微生物的好氧状态,静态堆: 通过布置在堆下的通风管，通过鼓风机强制性通气保持微生物的好 氧状态，静态堆一般为6m高，封闭操作可控制水分和尘土飞扬,反应器堆 :使用先进的传送和混合设备传送污染土壤及促进通气，该系统可以最佳控制气流，但最小空间，但是欠灵活性，设备的维护也较为复杂和昂贵,静态堆示意图,静态堆,7.4.2.5 泥浆生物反应器,泥浆生物反应器是用于处理污染土壤的特殊反应器, 可建在污染现场或异地处理场地。污染土壤用水调成泥浆, 装入生物反应器内, 通过控制一些重要的微生物降解条件, 提高处理效果。驯化的微生物种群通常从前一批处理中引入到下一批新泥浆。处理结束后通过水分离器脱除泥浆水分并循环再用。泥浆生物反应器模型:,泥浆生物反应器修复过程流程图,该方法采用批式运行，在第一单元中混合土壤、水、营养、菌种、表面活性剂等物质，最终形成含540的泥水混合相，然后进入第二单元进行初步处理，完成大部分的生物降解，最后在第三单元中进行深度处理。,7.4.3 污染土壤的原位修复技术,原位处理法:污染土壤不经搅动、在原位和易残留部位之间进行原位处理。最常用的原位处理方式是进入土壤饱和带污染物的生物降解。可采取添加营养物、供氧(加H2O2)和接种特异工程菌等措施提高土壤的生物降解能力，亦可把地下水抽至地表, 进行生物处理后，再注入土壤中，以再循环的方式改良土壤。 特点:该法适用于渗透性好的不饱和土壤的生物修复。在处理污染的过程中土壤的结构基本不受破坏，对周围环境影响小，生态风险小；工艺路线和处理过程相对简单，不需要复杂的设备，处理费用较低；但是整个处理过程难于控制。,污染土壤的原位修复技术,7.4.3.1 生物强化法,生物强化(enhancedbioremediahon)是基于改变生物降解中微生物的活性和强度而设计的。它可分为培养土著菌的生物培养法和引进外来菌的投菌法。,培养土著菌的生物培养法,选用土著菌的理由:其原因一方面是出于土著菌降解污染物的潜力巨大，另一方面也是因为接种的微生物在环境中难以保持较高的活性以及工程菌的使用受到较严格的限制。 生物培养法是定期向土壤投加H2O2和营养，以满足污染环境中已经存在的降解菌的需要，以便使土壤微生物通过代谢将污染物彻底矿化成CO2和 H2O。,引进外来菌的投菌法,投菌法是直接向遭受污染的土壤接入外源的污染降解菌, 同时提供这些细菌生长所需氧源（多为H2O2）和营养。以满足降解菌的需要, 以便使土壤微生物通过代谢将污染物彻底矿化成CO2和H2O。,应用进展,Ellis等在斯德歌尔摩中部的一个废弃的木材防腐油生产区，对高浓度低分子量多环芳烃和高分子量的多环芳烃污染进行就地投菌处理。污染土壤经过4个月处理，所有多环芳烃的降解都很明显 至1993年美国共有159个污染地点已经或正在或准备使用生物修复技术进行现场修复治理，对其中的124个地点使用的生物修复技术作了分类其中96处(77)使用的是土著微生物，17处(14)是采用添加微生物的方式，另外11处(9)是两种方式共用。,7.4.3.2 生物通风法,生物通风工艺是种强化污染物生物降解的修复工艺。一般是在受污染的土壤中至少打两口并，安装鼓风机和真空泵，将新鲜空气强行排人土壤中，然后再抽出，土壤中的挥发性毒物也随之去除。,生物通风系统示意图,有机污染物生物通风法修复适宜性评价,生物通风法系统去污示意图,Crow等在汽油泄漏处实地做了一组土壤通风去污实验(如图)，研究了空气流速对汽油蒸气去除速率的影响,应用进展,德克萨斯研究院首先通过实地调查，说明土壤通风去污技术是高效去污技术，所需成本不到土壤挖掘法、清洗法的十分之一，速度却是他们的五倍以上。该技术只需在真空吸抽系统上装上净化设备就不会造成二次污染。Agrelot等用该技术尝试性地清除CCl4地下贮罐泄漏污染,7.4.3.3 泵出生物法,泵出生物法工艺主要用于修复受污染地下水和由此引起的土壤污染，需在受污染的区域钻井，井分为两组，一组是注入井用来将接种的微生物、水、营养物和电子受体(如H2O2)等按一定比例混合后注入土壤中；另一组是抽水井，通过向地面上抽取地下水造成地下水在地层中流动，促进微生物的分布和营养物质的运输，保持氧气供应,泵出生物系统示意图,应用进展,Keamfer（1993）用泵出生物工艺向被石油污染的土壤和地下水连续注入适量的N、P及NO3-及H2O2等电子受体，经过2天的运转后，对土壤和水中的样品进行微生物和化学分析随着实验时间的延长，采集到的样品中的菌量有所增加，分离到的细菌多于70种，其中大多数为烃降解细菌，石油烃的浓度有明显下降。Cutright等(1994)使用3种补充的营养液与Mycobacterium sp等菌种一起注入土壤中，已取得良好的效果。,7.4.3.4 其他,除了上述几种常用的原微生物修复技术外还有生物搅拌、工程螺钻、慢速渗滤和农耕等技术生物搅拌是向土壤饱和部分注入空气，同时从土壤的不饱和部分通过抽真空的方法吸出空气 ，这样即向土壤提供了充足的氧气又加强了空气的流动性，可以为土壤微生物供氧，促进了其最大限度地降解。此方法能同时处理饱和土壤和地下水的污染。,工程螺钻法:用工程螺钻系统使表层污染土壤混合，并注入含有营养和氧气的溶液，来促进微生物以最大限度降解。慢速渗滤:通过在污染土壤区内布设垂直井网，将营养液、降解菌、修复剂和氧气等缓慢注入土壤表层，使之散布在污染区域的表面，经渗滤逐渐到达土壤中或与地下水混合，来促进微生物最大限度地降解污染物。农耕法:对污染土壤进行耕耙处理, 在处理进程中施入肥料, 进行灌溉, 加入石灰, 从而尽可能地为微生物降解提供一个良好的环境, 使其有充足的营养, 水分和适宜的pH值, 保证污染物降解在土壤的各个层次上都能发生。,7.4.4 污染土壤的植物修复,植物修复技术:运用农业技术改善污染土壤对植物生长不利的化学和物理方面的限制条件，使之适于种植, 并通过种植优选的植物及其根际微生物直接或间接地吸收、挥发、分离或降解污染物，恢复和重建自然生态环境和植被景观，使之不再威胁人类的健康和生存环境。,污染土壤的植物修复过程示意图,水进入植物体，污染物被清除清洁土壤清洁地下水,根从土壤中吸收 水分和污染物 污染的土壤 地下水 污染的地下水,污染土壤的植物修复,7.4.4.1 有机污染物的植物修复,植物修复,植物吸收:植物对有机物的吸收与有机物的相对亲脂性有关。在有机质很少的砂质土壤中, 利用根吸收和收获进行植物修复的计划证明了该技术是可行的。,植物降解:一些有机污染物能被植物或其根际微生物降解甚至矿化。植物的根和茎 都有相当的代谢活性,典型的降解物质有多环芳烃,植物稳定:对于有机污染土壤来说，植物稳定修复在于通过植物的生长改变土壤的水流量，使残存的游离污染物与根结合，增加对污染物的多价螯合作用，从而防止污染土壤的风蚀和水蚀,7.4.4.2 无机污染物的植物修复,两种方式可供选择，即机械地将污染物移出土体和使污染物转变成一种无生物活性的形态。移去的方式可以是通过去除生物量来实现, 对某些无机污染物也可通过将之气化挥发来实现。 目前关于无机污染土壤的植物修复主要集中于对重金属的污染修复,超富集植物提取修复技术,重金属污染土壤上大量地方性植物物种的发现促进了耐金属植物的研究，同时那些能够富集重全属的植物也相继被发现。有关的工程性的试验研究以及实地应用效果显示了植物修复技术商业化的巨大前景。 超积累植物可以从自然界现有资源中筛选或利用突变体技株培育新的植物品种。,超富集植物研究的局限,超积累植物可以从自然界现有资源中筛选或利用突变体技株培育新的植物品种。但是自然筛选主要存在以下问题：其一是超积累植物是在重金属胁迫环境下长期强化、驯化的一种适应性突变体，往往生长缓慢，周年生物量受到限制；其二超积累植物多为野生型稀有植物，对生物气候条件的要求比较严格，区域性分布较强，因而筛选工作量大，且超积累植物移植到本地时，其生态位低于本土植物，处于竞争劣势。利用基因工程定向培养超积累植物目前仍处于试验阶段，到实际应用还有定的距离。,普通富集植物的强化修复技术,强化修复技术:将驯化外地超积累植物和强化本地优势植物富集两者耦合的强化植物修复技术土壤重金属污染植物修复的效率通常以单位面积、植物所能提取的重金属总量来表征。即： 植物提取总量重金属含量修复植物的生物量,强化植物修复的方法,7.4.4.3 技术应用,美国的植物修复应用实例,我国在植物修复领域取得的重大进展,中科院地理科学与资源研究所组织多家科研院所的60多名研究人员进行了863课题“重金属污染土壤的植物修复技术与示范”研究, 并已经通过科技部的组织验收 据熊建平等人的研究，苎麻是耐汞植物，在土壤汞含量为70mg/kg（环境背景值为0.39/mg/kg）时其产量不受影响。宋玉芳等选择苜蓿草和水稻为供试生物，通过盆栽实验，进行土壤中石油和多环芳烃的生物修复研究,7.4.5土壤修复的生态围隔阻控工程,技术介绍:生态围隔阻控是生态学原理在土壤修工程中的实际应用，其核心在于不让已经污染的土地面积扩大，不让污染物质发生迁移，使其对周围环境的影响降低到最小限度。特别是在围隔阻控过程中不扰动土壤，不破坏周围植被，不干扰周围地区生物的正常生活秩序。,生态围隔阻控工程的组成,围隔阻控,水平系统,垂直系统,覆盖系统,自然地层喷射灌浆化学灌浆土壤混合液力加压开裂技术,挖掘法：喷射灌浆、浅层切断墙、横切堆 积墙、 泥浆沟渠、混凝土横隔墙注射法：化学灌浆阻隔、深层土壤混合、喷射灌浆、灌浆混合 取代法：薄片钢打桩、镇东波泥墙、膜墙其他： 地面冰冻、生物阻控、电动力学、化学阻控,自然土壤：粒状土壤、黏性土壤人工土壤：自然土壤与其他材料（如水泥）混合合成材料：软膜、刚性混凝土、地纤维、柏油路材料、沥青、低渗黏土膜等,生态围隔阻控组成系统及技术方法,生态围隔阻控技术的应用,金属污染土壤的生态覆盖修复在英、美等发达国家展开了广泛的研究和应用，应用的详细信息见下表,The End !,
