固体废弃污染环境修复

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1、第六章 固体废物污染的环境修复技术,城市生活垃圾的产生量逐年增加，目前我国人均日产生活垃圾约1.2kg。,6.1 固废的排放量及处理处置概况,生活垃圾成分：以有机垃圾为主，可回收物的比例不断增长，可燃物增加，垃圾热值有所提高； 1994年城市生活垃圾中可降解有机物为63， 2000年城市生活垃圾中可降解有机物为55。 我国垃圾物流管理还处于粗放状态，垃圾计量方式不规范，处理场对入场垃圾没有严格的控制。 城市生活垃圾处理方式：以卫生填埋为主，占总处理量的95以上；多数填埋场未采取有效的防渗措施，仅20的填埋量较符合要求；大多数堆肥处理厂因垃圾的混合收集而面临困境；焚烧处理还处于起步阶段。 此外，

2、目前我国每年将至少有600万台电视机、400万台冰箱、500万台洗衣机要报废，至少有200万台电脑、上千万部手机被淘汰。仅上海一地，每年出现的电子废弃物就有70多万吨。此外，一些发达国家通过各种非法手段和渠道向发展中国家输出电子垃圾。而我国对电子垃圾的处理还处于粗放的原始手工处理阶段，大量有毒有害物质（如重金属）进入土壤和地下水，造成了严重的环境污染。,一、概述 固体废物环境污染对象：土壤和水体。 固体废物污染的修复就是利用化学、物理或者生物的方法对污染环境的固体废物进行处理，以达到减少污染，无害化处理的过程。 物理修复包括：物理分离修复、蒸气浸提修复、玻璃化修复、固定/稳定化修复、低温冰冻修

3、复、热力学修复以及电动力学修复等。 化学修复包括：原位化学淋洗技术、溶剂浸提技术、化学氧化修复技术和化学还原与还原脱氮修复技术等。 生物修复(bioremediation) 是利用天然存在的或特别培养的微生物在可调控环境条件下将有毒污染物转化为无毒物质的处理过程。 生物修复可以消除或减弱环境污染物的毒性，可以减少污染物对人类健康和生态系统的风险。促进或强化在天然条件下本来发生很慢或不能发生的降解或转化过程。,6.2 固体废物污染的环境修复技术,固体废物污染的生物修复的优点： 可现场进行，减少了运输费用和人类直接接触污染物的机会； 经常以原位方式进行，对污染位点的干扰或破坏达到最小，可在难以处理

4、的地方(如建筑物下、公路下)进行，在生物修复时场地可以照常用于生产； 可永久性地消除污染物和长期的隐患，无二次污染； 可与其他处理技术结合使用，处理复合污染； 降解过程迅速，费用低，只是传统物理、化学修复费用的3050。 生物修复技术的局限性和缺点： 不是所有的污染物都适用于生物修复； 有些化学品的生物降解产物的毒性和移动性比母体化合物还大； 可处理性研究和评价的费用要高于常规技术(如空气吹脱)的费用，一些低渗透性土壤往往不适合生物修复； 项目执行时的监测指标除化学监测项目以外，还需要微生物监测项目。 目前，对于固体废物处置不当造成的环境污染治理中，生物修复技术已得到广泛应用，如：对于垃圾填埋

5、厂及矿业固体废物的修复。,二、垃圾场的生物修复技术 垃圾填埋场会给人类带来三个主要问题： 第一、垃圾渗滤液以其特有的复杂性及肮脏性，对填埋场或堆放场周围的大气、水体、土壤、植物及居民产生严重的二次污染，应建污水处理厂； 第二、产生大量的沼气，规范化的垃圾填埋厂区，均应建沼气发电厂； 第三、侵占大量土地，使人地矛盾突出。 当填埋场封土或堆放场废弃后可进行生物修复，使其变为园林绿地直至农牧业用地，既可缓解人地矛盾，又可美化生态环境，治理垃圾二次污染。,1、垃圾场的植物修复 (1) 垃圾场生物修复的限制因素 基质不适宜大多数植物的生长，修复时要进行调配； 水分满足不了大多数植物的生长要求；（垃圾土失

6、水速率高于普通土壤，垃圾场的植被营建中，应加强对水分的管理）； 土层下垃圾发酵产生的热对植物根系的生长有很大影响。,(2)垃圾渗滤液污染场地的植物修复 垃圾渗滤液(refuse leachate)是垃圾在堆放和填埋过程中，由于发酵和雨水的淋溶、冲刷以及地表水和地下水的浸泡而排放出来的高浓度有机污水。其COD最高可达100g/L，铵态氮1700mg/L, 除此之外还含有多种重金属。 垃圾渗滤液污染的土壤，先与本地土壤按比例混合，再采用植物修复。 垃圾堆放引起的土壤重金属污染，也可采用超积累植物来修复。重金属污染土壤的植物修复技术根据其作用过程和机理，可分为植物稳定、植物挥发和植物提取三种类型。,

7、植物稳定技术 植物稳定是利用耐重金属植物降低土壤中有毒金属的移动性，从而减少金属被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。 植物在植物稳定中主要有两种功能： (a)保护污染土壤不受侵蚀，减少土壤渗漏来防止金属污染物的淋移； (b)通过金属在根部积累和沉淀或根表吸收来加强土壤中污染物的固定。,植物挥发技术 植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质，通过叶面释放到大气中，达到减轻土壤污染的目的。 研究表明：很多植物能吸收污染土壤中的硒(Se)，并将其转化为可挥发的气态Se化合物(CH3SeCH3，CH3SeSeCH3)，湿地上的某些植物可清除土壤的Se，其中单质Se占75，挥发态Se为

8、2025。 Hg在环境中以多种状态存在，包括元素Hg、无机Hg(HgCI、HgO、HgCI2等)和有机汞化合物Hg(CH3)2、Hg(C2H5)2等。其中以Hg(CH3)2对环境危害最大，且易被植物吸收。一些耐Hg毒的细菌体内含有一种Hg还原酶，催化Hg(CH3)2和离子态Hg转化为毒性小得多、可挥发的单质Hg，因而可运用分子生物学技术将细菌的Hg还原酶基因转导到植物中，再利用转基因植物修复Hg污染土壤。 挥发进入大气的污染物有可能产生二次污染问题，对人类和生物具有一定的风险，此方式尚存不少疑虑。,植物提取技术 植物提取是利用重金属积累植物或超积累植物从土壤中吸取一种或几种重金属，并将其转移、

9、储存到植物根部、茎秆和叶片，通过收获即可除去污染土壤中的重金属。 研究发现 ：黄杨、海桐、冬青、杉木和香樟五种常绿树木对镉的吸收主要在树木叶片上。 在高汞区，种植红树等木本植物可吸收大量的汞，储存于不易被动物啃食的茎、根部位。 总之，植物修复技术在清除因垃圾堆放污染的土壤中重金属污染物具有技术和经济上的双重优势，实用范围广，污染物在原地去除，通过传统农业措施种植植物，使成本大大降低，且植物本身对环境的净化和美化作用，更易被社会所接受。 此外，植物修复过程也是土壤有机质含量和土壤肥力增加的过程，被修复过的土壤适合多种农作物的生长。 表6-1 列出了美国污染场地植物修复的状况和效果。,6-1,2、

10、垃圾场的微生物修复 场地重金属污染的微生物修复技术： 微生物吸附：重金属被活的或死的生物体吸附的过程。 微生物氧化还原：利用微生物改变重金属离子的氧化还原状态，从而降低环境和水体中的重金属水平。 （1）微生物吸附 微生物吸附应用的条件： 要有专一吸附能力的微生物； 培育生物的成本要低。 场地重金属污染，可利用微生物还原性来降低重金属的毒性。研究表明，生物酶能使Cd形成难溶性磷酸盐；土壤中的某些细菌能将硒酸盐和亚硒酸盐还原为胶态低毒的Se、还可将pb2+转化为胶态的低毒Pb。 在好氧或厌氧条件下，已知有许多异养微生物能催化Cr6+Cr3+的还原反应。许多研究还显示，有机污染物（如芳香族化合物）可

11、以作为Cr6+还原的电子供体，这一结果表明微生物可以同时修复有机物和铬的污染。 为减少污泥中的重金属，可利用微生物的氧化反应来进行。例如，在含高浓度重金属的污泥中，加入适量的硫，微生物即把硫氧化成硫酸盐，降低污泥的pH值，提高重金属的移动性。,3、已关闭垃圾场的植被修复 对于服役期满而即将关闭的垃圾填埋场，可采用乔木、灌木和草本相结合的措施进行生态修复。 例如：重庆某垃圾场，利用已完成作业的地段，以粉煤灰和建筑弃土为覆盖物，在覆盖土上种植了 珊瑚树、毛叶丁香、菊花、小叶榕、复羽叶栾树，石竹、莆葵、结缕草、南天竹、麦冬、大叶黄杨。在边坡种植龙芽花(刺桐)、夹竹桃、构树、洋槐、小蜡、一串红等18种

12、植物，使关闭的垃圾场得到了植被修复。 在另一垃圾场，在原复垦地和新复垦地上种植了刺桐、小叶榕、毛叶丁香、高羊茅、紫羊茅、剪股颖、结缕草，还从日本引种了草本植物萨卜三叶草，发现萨卜三叶草、紫羊茅、剪股颖等不太适宜于垃圾场。在复垦场边坡，宜种构树、蓖麻刺藤、葛藤，它们既能护坎，又能耐肥、耐毒，生长良好。 通过栽植乔木、灌木和草本等植被，把已关闭的堆填区恢复成供市民休闲的场所，如公园，高尔夫球场等。,4、农田场地污染的生物修复 对于固体废物堆放不当造成的农田场地污染，可通过土地耕作（耕翻）或整备床技术，促进微生物对有害化合物的降解，实现对污染土壤进行生物修复。 固废来源有：市政污泥、化工厂残留物、食

13、品厂加工产生的污泥、石油化工有害废物、纺织厂污泥、炼油厂污泥、木材防腐废物、造纸厂污泥等。 土地耕作是好氧生物过程，使用土壤作为接种物和供生物生长的基质。为加速生物降解应使土壤通气，在耕翻的同时加入营养盐。 对于0.3m以上的污染土壤，应用整地技术，一般规程包括： 去除大的石块和碎片，使土壤比较均匀一致； 施用添加剂，使90以上的土壤有添加剂； 烃类、氮和磷的一般比例为100：10：1，还可根据土壤状况补充微量元素；一次施用量应限制在45kg/m3土壤之内，以防止流失； 如需要大量的营养盐可以用缓释剂或多次施用； 尽量增加土壤孔隙度，勤翻土壤或加入膨松剂，防止压实土壤； 黏土较重的土壤一般要掺

14、沙子、锯末或木片，也有用石膏减少黏土中的水分； 调整土壤的pH值，可用石灰、明矾或醋酸。,6-1,土壤耕作床构造 (见图6-1) 通常用沙子或土壤作为表层，厚度：0.61.2m，最薄的有0.30.6m; 最底层是黏土保护层 其上是塑料防渗层。 需建排水系统收集渗滤液 渗滤液可以送回到土壤处理或 送到处理厂处理。,对于0.3m以下的污染土壤，应用整备床处理技术(见图6-2)。 整备床需有防止污染物迁移的措施： 表层需有黏土层； 底层需有塑料防渗层； 需要渗滤液收集系统； 泄漏监测系统。,6-2,具体操作步骤： 挖出污染土壤，必要时过筛，放在沙床上；土壤堆至0.30.5m厚，必要时加石灰调整pH值

15、和加入营养盐（化肥），施用所有的添加剂以后，耕、耙污染土壤。然后接种微生物和植物。 要求： (1) 土壤的氧化还原电位：保持在800mV以上，不足要每天耕翻； (2)为降解难降解的化合物，使用微生物接种（下水污泥）可缩短驯化期； (3)可用牛粪来补充能源； (4)及时监测土壤中的污染物随时间消失的过程； (5)记录渗透液样品和水分的损失量。,应用案例： 为修复木材防腐剂五氯酚(PCP)污染的土壤（总土量约为4000m3； PCP平均浓度为100mg/kg）利用土耕操作法，在4个月内，使PCP平均浓度下降到5mg/kg，半衰期约为25d。 处理过程包括：挖出污染土壤，摊开至0.4m厚，加入8cm

16、厚的牛粪或下水道污泥。整备床底有2mmHDPE膜，在渗透液收集系统上有15cm厚的沙粒层。土壤置于砾层的上面，整个设施有顶棚遮盖。,三、垃圾堆肥污染的植物技术 垃圾堆肥是指居民生活垃圾中的有机物通过分解发酵而得到的一种性能稳定的类似腐殖质的物质（用作土壤改良剂）。 堆肥过程也会产生的环境污染（如：臭气，污水、灰尘、噪声、重金属等）。在堆肥化系统的设计中，必须采取应有的措施防治二次污染的产生。 (1)除臭技术与设备 堆肥化系统产生的臭气，主要有“氨、硫化氢、甲基硫醇、胺”等，因此需采取措施除臭： 清洁气体法 清洁气体法是指将堆肥排出的臭气用液体吸收液淋洗，减少臭气排放量。 液体吸收剂：水、海水、酸(各种酸、双氧水、高锰酸钾