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【微课堂】污染土壤修复技术与趋势

【微课堂】污染土壤修复技术与趋势

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【概要描述】【微课堂】污染土壤修复技术与趋势2017-03-14 电力行业节能环保公众服务平台电力行业节能环保公众服务平台——权威、专业、创新的电力节能环保公众号  导读经过近十多年来全球范围的研究与应用,包括 生物修复、物理修复、化学修复及其联合修复技术在内的污染土壤修复技术体系已经形成。并积累了不同污染类型场地土壤综合工程修复技术应用经验。出现了污染土壤的原位生物修复技术和基于监测的自然修复技术等研究的新

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【概要描述】【微课堂】污染土壤修复技术与趋势2017-03-14 电力行业节能环保公众服务平台电力行业节能环保公众服务平台——权威、专业、创新的电力节能环保公众号  导读经过近十多年来全球范围的研究与应用,包括 生物修复、物理修复、化学修复及其联合修复技术在内的污染土壤修复技术体系已经形成。并积累了不同污染类型场地土壤综合工程修复技术应用经验。出现了污染土壤的原位生物修复技术和基于监测的自然修复技术等研究的新

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【微课堂】污染土壤修复技术与趋势

2017-03-14 电力行业节能环保公众服务平台

电力行业节能环保公众服务平台——权威、专业、创新的电力节能环保公众号

 

 

导读

经过近十多年来全球范围的研究与应用,包括 生物修复物理修复化学修复及其联合修复技术在内的污染土壤修复技术体系已经形成。并积累了不同污染类型场地土壤综合工程修复技术应用经验。出现了污染土壤的原位生物修复技术和基于监测的自然修复技术等研究的新热点。下面简要介绍国内外污染土壤修复技术研究现状。


生物修复技术

土壤生物修复技术,包括植物修复、微生物修复、生物联合修复等技术。在进入21世纪后得到了快速发展,成为绿色环境修复技术之一。

植物修复技术

20世纪80年代问世以来,利用植物资源与净化功能的植物修复技术迅速发展。植物修复技术包括利用植物超积累或积累性功能的植物吸取修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的植物稳定修复、利用植物代谢功能的植物降解修复、利用植物转化功能的植物挥发修复、利用植物根系吸附的植物过滤修复等技术;可被植物修复的污染物有重金属、农药、石油和持久性有机污染物、炸药、放射性核素等。其中,重金属污染土壤的植物吸取修复技术在国内外都得到了广泛研究,已经应用于砷、镉、铜、锌、镍、铅等重金属以及与多环芳烃复合污染土壤的修复,并发展出包括络合诱导强化修复、不同植物套作联合修复、修复后植物处理处置的成套集成技术。这种技术的应用关键在于筛选具有高产和高去污能力的植物,摸清植物对土壤条件和生态环境的适应性。近年来,我国在重金属污染农田土壤的植物吸取修复技术应用方面在一定程度上开始引领国际前沿研究方向。但是,虽然开展了利用苜蓿、黑麦草等植物修复多环芳烃、多氯联苯和石油烃的研究工作,但是有机污染土壤的植物修复技术的田间研究还很少,对炸药、放射性核素污染土壤的植物修复研究则更少。

植物修复技术不仅应用于农田土壤中污染物的去除,而且同时应用于人工湿地建设、填埋场表层覆盖与生态恢复、生物栖身地重建等。近年来 ,植物稳 定修复技术被认为是一种更易接受、大范围应用、并利于矿区边际土壤生态恢复的植物技术,也被视为 一种植物固碳技术和生物质能源生产技术;为寻找多污染物复合或混合污染土壤的净化方案,分子生物学和基因工程技术应用于发展植物杂交修复技术;利用植物的根圈阻隔作用和作物低积累作用,发展能降低农田土壤污染的食物链风险的植物修复技术正在研究。

微生物修复技术

微生物能以有机污染物为唯一碳源和能源或者与其他有机物质进行共代谢而降解有机污染物。利用微生物降解作用发展的微生物修复技术是农田土壤污染修复中常见的一种修复技术。这种生物修复技术已在农药或石油污染土壤中得到应用。在我国,已构建了农药高效降解菌筛选技术、微生物修复剂制备技术和农药残留微生物降解田间应用技术;也筛选了大量的石油烃降解菌,复配了多种微生物 修复菌剂,研制了生物修复预制床和生物泥浆反应器,提出了生物修复模式。近年来,开展了有机胂和持久性有机污染物如多氯联苯和多环芳烃污染土壤的微生物修复技术工作。分离到能将 PAHs作为唯一碳源的微生物如假单胞菌属、黄杆菌属等,以及可以通过共代谢方式对4环以上PAHs加以降解的如白腐菌等。建立了菌根真菌强化紫花苜蓿根际修复多环芳烃的技术和污染农田土壤的固氮植物2根瘤菌2菌根真菌联合生物修复技术。总体上,微生物修复研究工作主要体现在筛选和驯化特异性高效降解微生物菌株,提高功能微生物在土壤中的活性、寿命和安全性,修复过程参数的优化和养分、温度、湿度等关键因子的调控等方面。微生物固定化技术因能保障功能微生物在农田土壤条件下种群与数量的稳定性和显著提高修复效率而受到青睐。通过添加菌剂和优化作用条件发展起来的场地污染土壤原位、异位微生物修复技术有:生物堆沤技术、生物预制床技术、生物通风技术和生物耕作技术等。运用连续式或非连续式生物反应器、添加生物表面活性剂和优化环境条件等可提高微生物修复过程的可控性和高效性。目前,正在发展微生物修复与其他现场修复工程的嫁接和移植技术,以及针对性强、高效快捷、成本低廉的微生物修复设备,以实现微生物修复技术的工程化应用。

物理修复技术

各种物理过程将污染物(特别是有机污染物)从土壤中去除或分离的技术。热处理技术是应用于工业企业场地土壤有机污染的主要物理修复技术,包括热脱附、微波加热和蒸气浸提等技术,已经应用于苯系物、多环芳烃、多氯联苯和二 英等污染土壤的修复。

热脱附技术 

热脱附是用直接或间接的热交换,加热土壤中有机污染组分到足够高的温度,使其蒸发并与土壤介质相分离的过程。热脱附技术具有污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用等优点,特 别对PCBs这类含氯有机物,非氧化燃烧的处理方式可以显著减少二英生成。目前欧美国家已将 土壤热脱附技术工程化,广泛应用于高污染的场地有机污染土壤的离位或原位修复,但是诸如相关设备价格昂贵、脱附时间过长、处理成本过高等问题尚未得到很好解决 ,限制了热脱附技术在持久性有机污染土壤修复中的应用。发展不同污染类型土壤的前处理和脱附废气处理等技术,优化工艺并研发相关的自动化成套设备正是共同努力的方向。

蒸气浸提技术

土壤蒸气浸提(简称SVE)技术是去除土壤中挥发性有机污染物(VOCs)的一种原位修复技术。它将新鲜空气通过注射井注入污染区域,利用真空泵产生负压,空气流经污染区域时,解吸并夹带土壤孔隙中的VOCs经由抽取井流回地上 ; 抽取出的气体在地上经过活性炭吸附法以及生物处理法等净化处理,可排放到大气或重新注入地下循环使用。SVE具有成本低、可操作性强、可采用标准设备、处理有机物的范围宽、不破坏土壤结构和不引起二次污染等优点。苯系物等轻组分石油烃类污染物的去除率可达90%。深入研究土壤多组分VOCs的传质机理,精确计算气体流量和流速,解决气提过程中的拖尾效应,降低尾气净化成本,提高污染物去除效率,是优化土壤蒸气浸提技术的需要。

化学修复技术

相对于物理修复,污染土壤的化学修复技术发较早,主要有土壤固化稳定化技术、淋洗技术、氧化还原技术、光催化降解技术和电动力学修复等。

固化稳定化技术

固化稳定化技术是将污染物在污染介质中固定,使其处于长期稳定状态,是较普遍应用于土壤重金属污染的快速控制修复方法,对同时处理多种重金属复合污染土壤具有明显的优势。该处理技 术的费用比较低廉,对一些非敏感区的污染土壤可大大降低场地污染治理成本。常用的固化稳定剂有飞灰、石灰、沥青和硅酸盐水泥等,其中水泥应用最为广泛。在美国的非有机物污染的超级基金项目中大部分采用固化稳定化技术处理。我国一些冶炼企业场地重金属污染土壤和铬渣清理后的堆场污染土壤也采用了这种技术。国际上已有利用水泥固化稳定化处理有机与无机污染土壤的报道。目前,需要加强有机污染土壤的固化稳定化技术研发、新型可持续稳定化修复材料的研制及其长期安全性监测评估方法的研究。

淋洗技术 

土壤淋洗修复技术是将水或含有冲洗助剂的水溶液、酸Π碱溶液、络合剂或表面活性剂等淋洗剂注入到污染土壤或沉积物中,洗脱和清洗土壤中的污染物的过程。淋洗的废水经处理后达标排放,处理后的土壤可以再安全利用。这种离位修复技术在多个国家已被工程化应用于修复重金属污染或多污染物混合污染介质。由于该技术需要用水,所以修复场地要求靠近水源,同时因需要处理废水而增加成本。研发高效、专性的表面增溶剂,提高修复效率,降低设备与污水处理费用,防止二次污染等依然是重要的研究课题。

氧化还原技术 

土壤化学氧化还原技术是通过向土壤中投加化学氧化剂(Fenton试剂、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等)或还原剂(SOFe0、气态HS),使其与污染物质发生化学反应来实现净化土壤的目的。通常,化学氧化法适用于土壤和地下水同时被有机物污染的修复。运用化学还原法修复对还原作用敏感 的有机污染物是当前研究的热点。例如,纳米级粉末零价铁的强脱氯作用已被接受和运用于土壤与地下水的修复。但是,目前零价铁还原脱氯降解含氯有机化合物技术的应用还存在诸如铁表面活性的钝化、被土壤吸附产生聚合失效等问题,需要开发新的催化剂和表面激活技术。

光催化降解技术

土壤光催化降解(光解)技术是一项新兴的深度土壤氧化修复技术,可应用于农药等污染土壤的修复。土壤质地、粒径、氧化铁含量、土壤水分、土 壤pH值和土壤厚度等对光催化氧化有机污染物有明显的影响:高孔隙度的土壤中污染物迁移速率快,粘粒含量越低光解越快;自然土中氧化铁对有机物 光解起着重要调控作用;有机质可以作为一种光稳定剂;土壤水分能调解吸收光带;土壤厚度影响滤光 率和入射光率。

电动力学修复

电动力学修复(简称电动修复)是通过电化学和 电动力学的复合作用 (电渗、电迁移和电泳等)驱动污染物富集到电极区,进行集中处理或分离的过程。 电动修复技术已进入现场修复应用。近年来, 我国也先后开展了铜、铬等重金属、菲和五氯酚等有机污染土壤的电动修复技术研究。电动修复速度较快、成本较低,特别适用于小范围的粘质的多种重金属污染土壤和可溶性有机物污染土壤的修复;对 于不溶性有机污染物,需要化学增溶,易产生二次污染。发展电动强化的复合污染土壤联合修复技术将是值得研究的课题。

发展趋势

从历届的土壤污染与修复国际会议主题与交流情况来看,在污染土壤修复决策上,它已从基于污染物总量控制的修复目标发展到基于污染风险评估的修复导向 ; 在技术上,已从物理修复、化学修复和物理化学修复发展到生物修复、植物修复和基于监测的自然修复,从单一的修复技术发展到多技术联合的修复技术、综合集成的工程修复技术;在设备上,从基于固定式设备的离场修复发展到移动式设备的现场修复;在应用上,已从服务于重金属污染土壤、农药或石油污染土壤、 持久性有机化合物污染土壤的修复技术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;已 从单一厂址场地走向特大城市复合场地(megacity site),从单项修复技术发展到融大气、水体监测的多技术多设备协同的场地土壤地下水综合集成修复;已从工业场地走向农田耕地,从适用于工业企业场地污染土壤的离位肥力破坏性物化修复技术发展到适用于农田耕地污染土壤的原位肥力维持性绿色修复技术。

针对国内土壤污染特征与发展趋势,既要满足土壤污染问题的解决,也要联系国家的经济社会发展现状和相关的技术研发基础与条件。未来的发展趋势将向绿色与环境友好的土壤生物修复技术发展,从单项向联合、杂交的土壤综合修复技术发展、从异位向原位的土壤修复技术发展、基于环境功能修复材料的土壤修复技术发展和基于设备化的快速场地污染土壤修复技术发展、向土壤修复决策支持系统及后评估技术发展

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