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1、欢迎大家走进环境土壤学第十二章“有机物污染修复与防治”的学习,主讲：619,前言,土壤是地球表面具有肥力、能生长植物的疏松表面，是人类赖以生存的物质基础，是人类不可缺少、不可再生的自然资源。随着世界人口的快速增长，土壤这一人赖以生存的必需资源正承受着越来越大的压力。近年来，世界各国都非常重视污染土壤修复技术的研究。各发达国家纷纷制定了土壤恢复计划，荷兰、德国、日本、美国等国家都先后投入了大量资金用于土壤污染的恢复研究和应用。在中国，由于工业生产规模和乡镇城市化的快速发展，土壤受到工业三废和农用化学品的污染日趋严重，污染土壤修复工作的开展迫在眉睫,土壤修复技术按照修复场地分为原位修复和异位修复，
2、即对污染土壤就地处置或进行异地处理。按照技术类别可以将污染土壤修复方法分为物理修复、化学修富、生物修复等。 具体分类如下： 按修复场地： 原位修复：蒸汽浸提；生物通风；原位化学淋洗；热力学修复；化学还原处理墙；固化/稳定化；电动力学修复；原位微生物修复。 异位修复：蒸汽浸提；泥浆反应器；土壤耕作法；土壤堆腐法；焚烧法；预制床；化学淋洗。 按技术类别： 物理修复：物理分离；蒸汽浸提；玻璃化；热力学；固化/稳定化；冰冻；电动力学。 化学修复：化学淋洗；溶剂浸提；化学氧化；化学还原； 土壤性能改良。 微生物修复：生物通风；泥浆反应器；预制床。 生态工程修复（植物修复）：植物提取；植物挥发；植物固 化
3、；植物降解；植物根际圈生物降解；生态覆盖系统；垂直控制系统；水平控制系统。 联合修复：物理化学-生物：淋洗-生物反应器联合修复；植物-微生物联合修复：菌根菌剂联合修复。,物理修复技术,换土法，填埋法和通风去污法是常见的物理修复法。换土法是指将已经污染的土壤移去，再铺上未被污染的新土壤；而填埋法则是将被污染的土壤转移至指点地点进行填埋，并在原处换上干净的土壤。通风技术是指人工向土壤中通入气流，促使其中的有机物挥发并伴随气流一起被带走，进而达到净化土壤的目的。这些方法均只能使污染物暂时得到转移，且前两种方法在实施中具有成本高、清除污染物不彻底的问题，故仅适用于小面积被污染土壤的修复。,化学修复技术
4、,微波萃取法、化学清洗法，超临界萃取法是常见的化学修复法。微波萃取法是利用微波能充分提高萃取效率的一种方法，该方法可以对土壤中的农药污染物有选择性的进行萃取，进而除去土壤中的有机农药;化学清洗法则是利用化学溶剂和表面活性剂等对受到有机农药污染的土壤进行清洗，进而实现将有机农药物清除的目的；而临界萃取法是指采用超临界流体对土壤中的有机农药污染物进行萃取，使土壤中的污染物被浓缩富集而被除去。但是化学修复技术极易造成二次污染。,生物治理方法,生物治理方法主要包括农耕法和微生物法等，微生物法是应用情景最为广阔的生物治理方法，其具有费用低、效果好、无二次污染的特点，已经迅速地成为土壤有机物处理的研究焦点
5、。,下面我们将以微生物法为主详细介绍较为成熟的新兴的土壤修复方法之一：生物通风技术,1.生物通风技术概述,生物通风法是一种强迫氧化的生物降解方法。即在受污染土壤中强制通入空气，将易挥发的有机物一起抽出，然后用排入气体处理装臵进行后续处理或直接排入大气中。此法常用于地下水层上部透气性较好而被挥发性有机物污染土壤的修复，但也适用于结构疏松多孔的土壤，以利于微生物的生长繁殖。一般在用通气法处理土壤前，首先应在受污染的土壤上打两口以上的井，当通入空气时先加入一定量的氮气作为降解菌生长的氮源，以提高处理效果。与土壤蒸汽真空提取相反，它使用较低的气流速度，只提供足够的氧气维持微生物的活动。氧气通过直接空气
6、注入供给土壤中的残留污染。除了降解吸附的污染物以外，在气流缓慢的通过生物活动土壤时，挥发性化合物被生物降解.,生物通风技术的特点,生物通风的目的是创造好氧条件来促进原位生物降解，采用相对较低的空气速率。 优点：与SVE相比，操作费用低，步骤相对简单。 缺点：操作时间长，受土著微生物种类的限制,第一节.生物通风处理工艺,生物通风系统有三种处理工艺 单注工艺 注-抽工艺 抽-注工艺,（一）单注工艺,单注工艺只向包气带土层注入空气。优点是工艺简单、费用低，可以使有机污染物在离开土壤以前完全被生物降解，但挥发性有机气体可能会污染附近建筑物地下室或当地空气。示意图如下,（二）注-抽工艺,注-抽工艺先把空
7、气注入包气带土层污染带的中央，然后从一定距离的污染带的外围中抽出。含有挥发烃气体的空气从注气井再进入抽气井过程中发生好氧生物降解，避免了污染气体进入大气。它适用于附近没有建筑物的场地,（三）抽-注工艺,先从一定距离的非污染区中注入空气，然后把土层污染带中央的污染气体抽出，但这种工艺逸出的气体通常还需要进一步处理。示意图如下,三、生物通风影响因素和强化技术,1.添加营养物：适当添加营养物可以促进生物降解 2.氧源：气速是影响BV操作的重要因素 3.土壤湿度：增加湿度可以使通风现场的生物降解速率增加，但湿度增加幅度不宜过大 4.温度：提高土壤温度可以加快污染物的降解速率 5.优势菌：在土壤中加入石
8、油降解优势菌能大大提高生物降解速度。,四、设计标准,生物通气是根据现场生物修复的需氧量和供氧能力进行设计。设计时需要估算供氧的影响范围，并在现场运行时进行监测。此范围根据土壤气体压力，氧气浓度和气流来确定，也可根据气体渗透性试验确定。在设计生物通气系统时，还应考虑水位、土壤气体组分、通风气体组分、通气流速设计、地表处理、水分和营养等因素。 测定点管道可用直径0.64cm的尼龙或聚乙烯管，通气井直径一般为510cm，用1mm聚氯乙烯管构建，压缩机一般功率为0.753.7kW,五.应用实例,从1992年到1995年，美国空军在130多个地点应用了生物通风进行土壤修复，并处理约90t航空燃料，与SV
9、E系统相比，尾气的量由原来的90180kg/d降到9kg/d。石油污染物处理量从32kg/d增加到45kg/d 1992年，Hogg等在新西兰成功地应用生物通风技术对含有机污染物的土壤进行了修复，有机物降解速率为零级，土壤中石油的浓度在13个月后降低了92% 在我国，段云霞用一维土柱模拟地下土壤环境，对生物通气法去除不饱和带甲苯的情况进行了研究。在生物通风修复过程中，微生物对甲苯的降解率可以达到42%和20.6%，微生物的作用可以对气相抽提技术起到辅助作用，尤其是在修复后期的拖尾期。,第二节.堆肥法修复技术,1.堆肥法概述 堆肥是一种受控制的生物过程，将有害物质通过微生物生物降解成无害、稳定的
10、副产品，一般在提高的温度下进行。温度的上升由微生物在废物有机物质中产生的热量而来。在大多数情况下，可使用本土微生物。将土壤挖掘，并与膨松剂和有机物改良剂混合，如木屑、动物粪便，以增强混合物的渗透性。最大降解效率取决于水份含量、pH、氧化、温度和碳-氮比。在堆肥中使用三种处理方法：需氧静态堆肥（(堆肥以鼓风机或真空泵通风)，容器中机械搅动堆肥（堆肥在容器中混合和充气）以及料堆堆肥（置于长堆中，定期与以活动设备混合）,2.堆肥法的程序,前处理,第一阶段,第二阶段,后处理,堆肥产品,底料,回流堆肥,回流调理剂,补充调理剂,前处理,第1阶段,第2阶段,后处理,（一）前处理,以家畜粪便、污染土壤等为原料
11、堆肥时，前处理的主要任务是调整水分和碳氮比，或添加菌种和酶制剂。当以城市垃圾为堆肥原料时，由于垃圾中往往含有粗大的废物和不能堆肥的物质，前处理往往通过破碎、分选和筛分去除粗大垃圾和不能堆肥的物质，并使堆肥原料和含水率达到一定程度的均匀化，使微生物易于繁殖，提高发酵速度,（二）主发酵,在露天堆肥或反应器内堆肥时，由于原料和土壤中存在微生物作用，堆制不久就开始发酵。在此阶段，微生物吸取有机物的碳、氮营养物质将物质分解，产生CO2和水，同时将细胞中吸收的物质分解而产生热量，使堆温上升。 发酵初期，物质的分解作用是靠嗜温菌进行的，随着堆温上升，嗜热菌逐渐取代了嗜温菌。在堆肥过程中，通常将温度升高到开始
12、降低为止的阶段称为发酵阶段,（三）后发酵,经过主发酵的半成品被送到后发酵工序，在主发酵工序尚未分解的有机物进一步分解变成腐殖酸、氨基酸等比较稳定的有机物，最后得到完全成熟的堆肥制品。通常，把物料堆积到12m高以后进行发酵，并要有防止雨水流入的装置，有时还要进行翻堆或通风处理,三、堆肥系统分类,目前，用堆肥法处理有机物质的堆肥系统主要有3种 1.条形堆 2.静态曝气堆 3.堆肥生物反应器,（四）后处理,经过2次发酵的物料中，几乎所有的有机物都破碎和变形，但还可能存在一些没有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物，发酵后的物料粒径也不够均匀，需要进行再破碎，这一工序称为后处理。,（一）条形
13、堆,条形堆是将混合好的固体废物堆成条垛状，在好氧条件下进行微生物分解的堆肥方法。堆肥必须通风，国外一般采取机械搅拌，我国民间还采用挖通风沟和在堆体上插竹管设通风孔等方法进行通风处理。 对于条形堆来说，最重要的是场地要求。大部分场地需要排水系统，其至少由两部分组成：排水沟和贮水池。 条形堆的堆体规模必须适当。,（二）静态曝气堆,静态曝气堆是在条形堆的基础上该进和发展起来的，它克服了条形堆的一些缺点（发酵时间长，有臭味等），目前成为美国应用最多的污泥堆肥系统。该系统与条形堆最大的区别是：前者的料堆静止不动，通过强制通风方式供氧；而后者的堆体需定期翻动，从而达到通风供氧的目的。 在堆肥过程中，通风有
14、供氧、散热和去除水分的作用。,（三）堆肥生物反应器,堆肥反应器与前两种不同，它有固定的发酵装置，形式有立式发酵塔、卧式堆肥发酵滚筒、简仓式堆肥发酵仓、箱式堆肥发酵池等，采用机械化操作，堆制时间从几天到几周，处理效率高、处理量大，但场地费用花费较高。在美国，这类系统从1985年的3个增加到1993年的36个；目前，我国一些大、中城市及郊区也已应用该堆肥方法。具体堆肥生物反应器的内容请参考P331和P332。,四、堆肥影响因素,（一）有机质含量和营养物 堆肥中有机物含量过高或过低都会造成不利影响。堆肥中最适合的有机物含量为20%80%之间。微生物所需要的大量养料有碳、氟、磷、钾，所需要的微量元素有钙、镁、铜，锰、铁等。 （二）含水率 堆肥的最佳含水率为45%50%，过高或过低也不利于堆肥过程 （三）通风供氧 好氧堆肥中，必须适当适量地通风。堆肥需氧量根据堆肥物质的水分含量和堆肥温度确定。 （四）碳氮比（C/N） 初始碳氮比在3035:1是最理想的，过高或过低也会造成不利影响。 （五）温度 在堆肥过程中，温度上限为60度 （六） 微生物最适宜的PH是中性或弱碱性。在此过程中应该保持PH的稳定,（五）应用实例,（一）高温堆肥对六六六和DDT的降解（二）堆肥技术处理污染土壤中的石油烃（具体案例请大家参考书上P335P339，书中有详细讲解）,谢谢,观,赏,
