水土污染修复概论

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1、2014.08水土污染修复概论一、生态修复概念二、常见的生态修复工程类型三、水土污染类型四、污染物处理（消除）方法五、场地水土污染修复六、土体重金属污染治理技术 七、工程设计案例八、关于生态修复的几点思考提提 纲纲（一）、生态修复概念生态修复是指对生态系统停止人为干扰，以减轻负荷压力，依靠生态系统的自我调节能力与自组织能力使其向有序的方向进行演化，或者利用生态系统的自我恢复能力，辅以人工措施，使遭到破坏的生态系统逐步恢复或使生态系统向良性循环方向发展；主要指致力于那些在自然突变和人类活动活动影响下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建工作，恢复生态系统原本的面貌。比如砍伐的森林要种植上，退耕还林让

2、动物回到原来的生活环境中，使生态得到了更好的恢复。目前学术上用的比 较多的是“生态恢复”和“生态修复”，生态恢复的称谓主要应用在欧美国家，在我国也有应用。而生态修复的叫法主要应用在日本和我国。一、生态修复概念（二）、国外学者观点Rachel Carson（1962），美国海洋生物学家，发表震惊世界的生态学著作寂静的春天，提出了农药DDT造成的生态公害与环境保护问题，唤起了公众对环保事业的关注。Diamond（1987）认为，生态修复就是再造一个自然群落，或再造一个自我维持、并保持后代具持续性的群落，他比较侧重于植被的恢复。Jordan（1995）认为，使生态系统回复到先前或历史上（自然的或非自

3、然的）状态即为生态恢复。Egan（1996）认为，生态恢复是重建某区域历史上有的植物和动物群落，而且保持生态系统和人类的传统文化功能的持续性的过程。一、生态修复概念（三）、中国学者观点焦居仁（2003）认为，生态修复指停止人为干扰，解除生态系统所承受的超负荷压力，依靠生态系统自身规律演替，通过其休养生息的漫长过程，使生态系统向自然状态演化。焦居仁认为恢复原有生态的功能和演变规律，完全可以依靠大自然本身的推进过程，在其界定的定义中，生态恢复仅依靠生态系统本身的自组织和自调控能力。 一、生态修复概念 （一）、土地复垦及土地整治工程矿山开采区及工程建设区的土地复垦 （二）、矿山地质环境保护与恢复治理

4、 资源枯竭城市矿山地质环境治理 （三）、地质灾害防治及景观再造（四）、水土保持（五）、植被恢复如植树造林及退耕还林（六）、大气污染环境治理（七）、水土污染场地治理与修复环境部门、国土部门、林业部门、农业部门、卫生部门等都在不同程度的实施生态修复工程项目。二、常见的生态修复工程类型（一）、按污染物成分划分重金属污染:所谓重金属即密度在5.0以上的金属元素，共45种。不同的重金属的毒性差别很大，环境科学中通常关注的重金属为毒性较大的锌Zn、铜Cu、钴Co、镍Ni、锡Sn、钒V、汞Hg、镉Cd、铅Pb、铬Cr、锑Sb等。虽然砷As、硒Se是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入

5、重金属污染物范围内。 有机物污染:有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物。分挥发性有机污染物（VOC） 、持久性有机污染物（POPs）、新兴有机污染物（EOC）。其中持久性有机污染物（POPs）对人类健康和环境的危害性最严重。斯德哥尔摩公约.中包括3大类，即有机氯农药类（OCPs）、工业化学品（主要为多氯联苯PCBs）、非故意生产的副产物（二噁英）。同时再加上多环芳烃（PAHs）是目前人们最关注的四类有机污染物。三、水土污染类型土壤无机污染物的环境质量第二级标准值(mg/kg)三、水土污染类型土壤有机污染物

6、的环境质量第二级标准值(mg/kg)土壤有机污染物的环境质量第二级标准值(mg/kg)石油烃总量（二）、按污染对象划分地下水污染、地表水污染、土壤污染（三）、按场地用途划分按照土壤环境质量标准（GB15618-2008）可划分为农业用地污染、居住用地污染、商业用地污染、工业用地污染。三、水土污染类型（一）、物理化学过程 （二）、生物方法（三）、稳定和固化（四）、封存填埋四、污染物处理（消除）方法（一）、物理化学过程1、空气洗脱 （1）、处理对象主要针对污水中的挥发性水有机物（VOCs），是经济可行的技术。目前引入污染地下水修复工程中，对地下水VOCs浓度200mg/L污染物的去除最有效。（2）

7、、设备洗脱池（曝气池）、洗脱塔 （曝气塔） 四、污染物处理（消除）方法（一）、物理化学过程1、空气洗脱 （3）、设计设计要素： 液体流速、洗脱因子、塔截面积、塔填料高度、填料选择等。设计原理：奥达（Onda）关系式、Sherwood-Holloway方程、Wilke-chang方法等四、污染物处理（消除）方法（一）、物理化学过程2、碳吸附（1）、处理对象主要用于去除土壤中包气带气体、 地下水 和工业废水中的有毒有机污染物，活性炭分颗粒状和粉末状。（2）、设备活性炭吸附柱、生物活性滤床填充料。（3）、设计设计要素：污染物流量、污染物吸附量、活性炭消耗速率。设计原理：缪尔（Langmuir)方程、

8、弗洛伊德（Freundlich)等温式、波哈特-亚当斯（Bohart-Adams)方程。四、污染物处理（消除）方法（一）、物理化学过程3、蒸汽洗脱蒸汽洗脱和空气洗脱原理一样，但过程设计更复杂，有机污染物可进行液相分离、效率高、普适性好。四、污染物处理（消除）方法（一）、物理化学过程 4、化学氧化（1）、处理对象地表水、地下水及土壤中的含氯VOCs、硫醇化物、苯酚、氰化物等。（2）、设备 ：氧化箱等（3）、氧化剂：臭氧O3(15元/kg)、过氧化氢H2O2 (4元/kg) 、氯、紫外光UV等（4）、设计设计要素：化学剂量、自由能、氧化还原势等。同时要考虑温度、pH值、催化剂、反应物浓度等，决定反

9、应的可行性和成本的可行性。原理： NaCN+H2O2 NaCNO+H2O;3SO2+3H2O 3H2SO3 2CrO3+3H2SO3 Cr2 (SO4)3+6H2OCr2 (SO4)3+3Ca(OH)2 2Cr(OH)3 + 3CaSO4四、污染物处理（消除）方法光催化氧化污水处理器（一）、物理化学过程 4、化学氧化（4）、设计设计实例：设污水中的苯酚含量为60mg/L,日处理量1000000L（1000m3),地下水质量标准（GB-T14848-1993）中I-V类水中的苯酚含量允许值分别为0.001mg/L、 0.001mg/L、 0.002mg/L、 0.01mg/L、 0.01mg/L

10、，因此去除率基本为100%。配合比： 苯酚: H2O2 : Fe2+=0.4:1:0.05 苯酚量： 60mg/L 1000000L=60kgH2O2 ： 60kg 2.5=150kgFe2+： 150kg 0.05=7.5kgFeSO4： 21kg 材料成本：H2O2 ： 1504=600元FeSO4 ： 7.520=150元单位体积材料成本：（600+150）1000m3=0.75元/m3四、污染物处理（消除）方法（一）、物理化学过程5、超临界流体有机污染物处理的新技术，分超临界流体萃取（SCF)和超临界水氧化（SCWO）。超临界流体是指在高温高压下具有介于气体和液体之间的临界性质的物质。

11、6、膜处理工艺 通过利用反渗透膜工艺去除 废水中的污染成分，在工业中应用膜分离水中污染物的的技术已经成熟， 目前有电渗析、反渗透、超滤等三种膜工艺。四、污染物处理（消除）方法（二）、生物方法微生物种类：细菌、真菌、藻类、原生动物等。降解过程：好氧代谢、厌氧代谢。设计要素：电子受体（需氧生物为需氧量、厌氧生物为无机化合物及有机化合物）、水分、温度、pH 值、营养物等。1、异位体系（1）、液相处理该项技术是从处理工业废水发展起来，目前可以应用于污染地下水、工业废水和含有有毒有机物的填埋场渗滤液等。主要设备为不同类型的生物反应器，如间歇反应器、活性污泥体系，流化床、膜系统等。目前市场上有成熟的技术设

12、备。（2）、泥浆处理利用泥浆相反应器处理生物降解难处理土壤（高浓度重油、PAHs 、杀虫剂、氯酚污染）等的潜在工艺，但成本高，可操作性差。四、污染物处理（消除）方法（3）、固相处理土地处理、土壤堆积、堆肥土地处理（农耕法）：把污染物均匀混入地表或浅层地下，运用农耕设备混入土壤，通过土壤中自然发生的物理化学及生物过程进行降解或固定。可以通过通风、调节pH值、加入营养物质、土壤改良剂等刺激微生物的生长。该方法对石油污染效果明显。（4）、气相处理 2、原位体系（1）、监测式自然衰减（主要利用自然生物降解）（2）、强化降解生物通风、生物曝气、生物屏障、植物修复四、污染物处理（消除）方法（三）、稳定和固

13、化1、定义稳定化：是使用添加剂减小污染物危险性特性的过程，是通过将废物及其危险成分转变成一种新型态实现的，该形态可实现污染物迁移到环境的速率最小化或者降低毒性水平 固 化：是通过足够量的凝固材料，包括固体，加入到危险物质中形成一种固化的块状材料。凝固块需要有一定的强度、较小的压缩模量、较低的渗透性。2、固化材料水泥、火山灰、石灰、溶解性硅酸盐、有机改性粘土、改性石灰、热固性有机聚合物、热塑性材料。 四、污染物处理（消除）方法四、污染物处理（消除）方法3、美国实地稳定化场地（四）、填埋封存包括垃圾填埋场等，需要进行合理的选址，需要进行衬层、渗滤液收集系统、覆盖系统设计，同时需对填埋场的稳定性进行

14、计算。四、污染物处理（消除）方法（一）、地质调查（二）、风险评价（三）、修复技术五、场地水土污染修复（一）、地质调查1、进行水工环地质调查、确定调查范围、修复范围（1）调查方法a、地质测绘（填图）； b、地质钻探、坑探、槽探； c 、物探地震（电法、磁法）；d 、水文地质野外试验（抽水、注水、弥散、流速流向、联通试验）；e、 长期观测五、场地水土污染修复（一）、地质调查1、进行水工环地质调查、确定调查范围、修复范围（2）调查内容a、地形、地貌、地层、岩性、地质构造、地表水及地下水、特殊地质、不良地质、b、含水层分布、类型、富水性、透水性、地下水位变化趋势，主要隔水层的岩性、厚度和分布。c、污染

15、源的位置、主要污染物和浓度、排放量、排放方式、排放途径及污染状况。 污染物及其分布特征、污染程度和污染范围、污染原因，污染类型引起的各种危害。 2、进行定性、定量场地的工程地质、水文地质、环境地质特征描述、确定场地参数。 五、场地水土污染修复（二）、风险评价1、风险评价目的为场地的风险管理及修复处理提供基础资料、为决策提供科学的依据。2、评价方法（1）危害识别非致癌物质：TS=Cmax/RfC致癌物质 ： TS=SFCmaxTS-毒性指数Cmax-最高浓度RfC-长期参考浓度SF-斜率因子五、场地水土污染修复（二）、风险评价（2）暴露评估I 摄入量，mg/(kg(体重)d)C 暴露点的浓度，m

16、g/LCR 接触率，L/dEF 暴露频率，d/aED 暴露持续时间，a BW 体重，kgAT 平均时间，d五、场地水土污染修复（3）风险评估R 致癌风险SF 致癌斜率因子（三）、修复技术对有地下水污染的场地的成功修复是环境专家面临的最严峻的挑战之一1、被动污染控制系统（围堵）（1）竖直屏障a、竖直屏障的形式五、场地水土污染修复（三）、修复技术对有地下水污染的场地的成功修复是环境专家面临的最严峻的挑战之一1、被动污染控制系统（围堵）（1）竖直屏障a、竖直屏障的形式五、场地水土污染修复（三）、修复技术对有地下水污染的场地的成功修复是环境专家面临的最严峻的挑战之一1、被动污染控制系统（围堵）（1）竖直屏障b、竖直屏障工艺五、场地水土污染修复（三）、修复技术对有地下水污染的场地的成功修复是环境专家面临的最严峻的挑战之一1、被动污染控制系统（围堵）（1）