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1、矿山重金属污染农田土壤 修复及其环境管理,单艳红土壤污染防治研究中心 国家环境保护土壤环境管理与污染控制重点实验室,环保部培训（葫芦岛 2014-08-07）,近期有关工作 近期土壤环境保护和综合治理工作安排 重金属污染综合防治 “十二五”规划 试点、示范项目,报告内容,矿山重金属污染触目惊心重金属污染土壤修复技术简介重金属污染土壤修复工程的环境管理重金属污染农田土壤修复方案的编制,一、矿山重金属污染触目惊心,云南砷,湖南铅锌,江西某铜矿,河南金矿,广西,广东韶关,广东,广东,广东,德兴：D1-D18；乐平：L1-L15,乐安河德兴段和乐平段沿岸土壤环境调查示意图,矿区污染问题,江西某铜矿,矿
2、区污染问题,江西某铜矿影响区：土壤环境安全问题,有中国“锰都”之称 尾库存量达400万立方米 污染面积：20平方公里 主要超标元素：镉、铅、汞、铬,矿区污染问题,湖南某锰矿厂（2010）,矿区污染问题,锰矿周边荒废的农田,矿区污染问题,湖南某废弃的雄黄矿（2010）,废弃老厂区堆存大量的铬渣,铬渣污染问题,周边居民井水受污染（地下水污染）,二、重金属污染土壤修复技术简介,重金属污染土壤修复概述,重点关注的污染物：镉、砷、铅、铬、汞 重点行业：有色金属采选、冶炼，铅电池、皮革、化 学原料制品 污染场地修复介质：土壤（固相介质）、地下水 修复目标：降低毒性、目标介质中金属总量的减少、重金属污染物在
3、环境中的活性降低。 修复考核指标清理目标：根据场地特定的风险评估，确定的需要清理或采取其他修复行动的阈值。处理目标：指通过处理修复技术使目标介质中污染物 浓度或活性能达到的水平。,土壤修复技术分类,土壤修复技术,物理法,化学法,生物法,客土/换土法 固化/稳定化 农艺措施,酸碱调节 氧化还原电位调节 电动修复 化学淋洗,植物修复 微生物修复 动物修复,方法技术工程,重金属污染土壤修复技术,土壤热相分离技术（从固相转移至气相） 土壤清洗分离技术（从固相转移至液相） 土壤生物提取技术（从固相转移至生物体） 土壤污染物消解技术（在土壤体系中消失破坏掉） 土壤污染物调控技术（改变土壤中污染物活性）,土
4、壤修复技术工艺,封闭技术 Containment Technologies,使用屏障技术，减少污染介质与其他介质的接触 可参考填埋场的设计和建造生活垃圾填埋场污染控制标准 GB 16889-2008生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范（试行）（HJ564-2010)城市生活垃圾卫生填埋技术规范 CJJ17-2001废物管理设施粘土防渗衬层的设计、建造和评价 (EPA/530/SW-86/007F), 1988,固化/稳定化技术(S/S) Solidification/Stabilization Technologies,固化：废弃物的成分通过物理过程固定在固体混合物上 。无机粘结剂-水泥，有机
5、粘结剂-沥青等 稳定化：通常是通过化学反应将污染物转化为更稳定的形式。一般不适合处理同时含VOC/SVOC和重金属的污染物。,水泥基固化最常用,异位固化稳定化操作程序： （1）挖掘污染的废弃物； （2）分类去除过大的碎片； （3）调pH，还原或氧化； （4）去除或破坏有机物（加热、焚烧、洗涤等）； （5） 混合搅拌； （5）（混合产生粉尘）采取废气收集处理 （5）将废弃物传送进模具、地沟，或地下注入的系统。,水泥基固化的适宜性,镉和铅则最适合水泥基固化稳定化； 水泥基的S/S只适用于低水平的汞污染 (260mg/kg） 砷不会形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐，因此水泥基的S/S不适用于砷。在水泥基
6、S/S的典型基本条件下，砷硫化物也可能有明显著的溶解度;水泥基也不适于铬（VI） ，由于高pH值可溶性阳离子的形成，使铬（VI）难以稳定。 不适于有机污染物存在，有机物干扰粘结。,铬（VI）适宜先稳定化后固化处理,铬（VI）的S/S预处理：因为铬（VI）在土壤里的高毒性和高移动性。处理方法：包括将铬（VI）还原为毒性较低的铬（III）。（1）酸化还原：铬（VI）在酸性条件下有强氧化性，从而可以转化成的铬（III）。酸化还可以通过使用无机酸来完成。在调整pH值7将铬与铁（III）和铁（）共沉淀。,铬（VI）适宜先稳定化后固化处理,（2）在中性的pH值范围内，化学处理方法也可以将铬（VI）还原。可
7、能的铬还原试剂包括焦亚硫酸钠，亚硫酸氢钠，硫酸亚铁铵。这些试剂远比硫酸亚铁昂贵，但在整体成本方面还是有竞争优势。在中性pH值环境下的还原反应产生的污泥量较少，因此可能产生的废弃物数量也将减少。,玻璃化技术Vitrification Technologies,异位玻璃化,原位玻璃化,分离/浓缩处理技术 物理分离 Physical Separation,基于颗粒大小、颗粒密度、颗粒表面属性、磁性（类似于选矿） 土壤中的重金属是独立的颗粒，或者，重金属吸附于特定大小的土壤颗粒上。 往往和其他技术组合使用，单独使用效果不理想,物理分离技术,土壤淋洗技术,土壤淋洗技术（续）,高温冶金技术（污染物含量较高
8、）,电动修复Electrokinatic Separation,基本原理：在被污染的土壤两端加上低压直流电场，利用电场的迁移力（主要是电渗和电迁移）将重金属迁移到一端电极室，从而得到分离。大部分金属形成阳离子移向阴极，铬酸根朝着阳极移动 适于：饱和土壤，精细颗粒的粘土 土壤含水率10%时，效果降低,且易产生有害副产物，如Cl-在正极还原时会生成氯气。,长期效果与长期实用性能； 毒性、移动性及含量的降低； 短期效果； 适用性（针对场地条件、污染物类型等） ； 成本； 健康防护与环境保护 农田：不能破坏土壤的种植功能,修复技术评价标准（概念的）,修复技术评价标准（具体地）,重金属污染土壤修复工程价
9、格估计,三、重金属污染土壤修复工程的最佳环境管理措施,1. 污染土壤修复工程环境管理的目的,防止污染的扩散，尽量减小修复处理量,保护人、动植物、水体、大气、建构筑物、名胜古迹,安全再利用（土壤、植物）和安全处置（废弃物）,场地的复杂,技术的多样性,2.土壤修复环境管理关注的要素,修复中的土壤环境保护，处理达标土壤的再利用问题；修复中的地表水、地下水保护，处理后达标水的再利用问题；修复中的大气环境保护；场地污染废弃物的管理；修复中的职业健康防护；修复中的的建筑构造保护；修复中的噪声管理；植物修复中的植物利用问题；修复中的动植物保护和历史遗迹保护；重金属污染场地修复中如何开展公众参与。,建立污染物
10、的追踪系统，追踪物质从“摇篮到坟墓”； 跟踪场地内和场地外汽车轮胎携带的污染泥浆，要有合适的轮胎冲洗设备和场所，能便利地收集受到污染的冲洗水并加以处理； 裸露的土壤加以要覆盖，防止风蚀和水蚀，以及降雨造成的污染物垂直迁移； 选择好并管理好污染土壤的堆存位置； 清洁和敏感的区域要进行地面防水覆盖处理； 污染土壤需要进行土壤分析，不同污染程度的土壤须分别存放； 对处理过的区域进行隔离，保证不再次受到污染； 设计有效的地表水控制措施； 重度污染的土壤如果需要填埋要取得危险废物处置许可证。,减缓污染扩散的措施（土壤要素）,场地土壤未经处理原地异位再利用（1）土壤适宜该用途；（2）这部分土壤的再利用是场
11、地修复开发计划的必要组成部分；（3）土壤的再利用不会造成环境和人体的危害，即土壤污染物含量不超过该用途土壤的风险控制值。 污染土壤作为有害废物从场地清除 场地土壤经过处理后原地再利用,修复项目中土壤再利用的管理,限入：场地准备阶段，需要限制进入场地，减少不必要的污染物暴露和迁移。 识别监测：挖掘活动开始前，对任何地上或地下污染物进行识别监测。 防尘：挖掘过程中，用洒水或其他液体使地面潮湿或覆盖，以控制逸尘排放。 分类：不同污染类型和污染程度的土壤应分别存放、分别处理； 运输防尘：在污染土壤或固体介质的堆存和运输过程中，需要加以覆盖，以防止灰尘和挥发性污染物的散逸。 导流：建造护堤或其他类似设施
12、，防止任何场外径流进入场地内并与污染物混合；场地内的地表径流导入合适的低洼区。 防渗：在异位堆存处进行防渗处理，防止向地下渗漏。,3.1挖掘和场外填埋中的BMPs,3.2 封闭隔离技术中的BMPs,抽水：建造连续隔离墙时，如果存在污染物向外迁移并污染地下水的情况，可以考虑在封闭区进行定期抽水并进行污染物处理，以确保地下连续墙内的液压低于外液压。 余土处置：挖掘的土壤以及剩余泥浆不能用于回填，就需要在原地进行适当的存储或者转移至场地外进行处理。 防爆炸：土壤中含有爆炸性或可燃性废弃物时，要提防爆炸和火灾发生的潜在危险。 防腐蚀：低pH值（11.0）的环境条件或强氧化剂的存在会腐蚀地下连续墙和土工
13、膜，需要在处理工程中增加中和及还原的过程。,3.3 固化稳定化技术中的BMPs,均质化：在处理前需要对等待处理的废弃物进行均质化，会提高稳定化的效率，并降低溢漏的发生几率。 尾气捕获：固化稳定化过程会产生各种气体，可能包括有潜在毒性、刺激性或恶臭的蒸气，这些气体需要用尾气捕获及处理系统进行控制。 防泄漏：需要经常对试剂传输管道进行检查，以减少泄漏。 固化体处置：处理后废弃物需要放置在安全层次（地下水位以上，并被覆盖）。,3.4异位淋洗技术中的BMPs,防发泡外溢：如果使用会起泡的添加剂，应采取预防措施避免发泡，随后定期检查溢流情况。作为应急措施，应在土壤淋洗车间底部建造导流槽或防护衬垫，收集意
14、外的泄漏。 小于最大值运行：慎重管理单批次处理土壤的体量，避免高于最大值运行，以防止泄漏或溢出。 淋洗剂的选择：尽量避免使用那些回收和再生过程困难、成本昂贵的添加剂。需要对可能残留在土壤中的添加剂的潜在影响进行评估。 如，当用酸来提取土壤中的重金属时，残余土壤可以在回填前用石灰进行中和，以避免酸残留在土壤中，也可以在土壤淋洗过程中加入一个中和过程。 废气监测：在处理过程中，需要监测是否有有害气体的排放，也需要采取措施来防止有害气体的排放超过相关排放标准 回用土壤质地的恢复：如对处理后土壤添加粘土、营养物质及其他物质，或者可以和场地上的净土进行混合。,3.4异位淋洗技术中的BMPs,后处理过程的
15、BMPs 废气：需要利用封闭的运输系统将处理过程中产生的有害气体或液体收集到储存的容器中，防止污染物向大气的扩散，或与场地内及周围自然水系的地表径流相接触。 废液：被污染的液体需要根据有关规定进行处理或安全存储。储存废液的容器需要放置在不会被大型设备干扰的地方。 固废：需要对含有高浓缩污染物的残余物进行处理。这些废弃物的处理需要非常的谨慎，以避免污染物的迁移扩散，并按照有关法规进行处理或安全填埋。,3.5 原位淋洗技术中的BMPs,建造注射井过程中，需要特别谨慎处理的活动：固定井、安装合适的过滤网、保护井头。 地下水防护：淋洗液有可能迁移进入非污染地下水区域，或因处理不当被释放进入地表环境，从
16、而造成跨介质污染，因此淋洗液需要与地下水一起回收。并需要对地下水深度（包括任何季节性变化）进行确定；回收系统需要足够的容量来收集注射后的液体及地下水，将最大实际含水层计算在内。 固废：淋洗液的处理会产生污泥和残余物，如消耗的碳及离子交换树脂，若处理不当，将会产生污染的迁移。 淋洗助剂：含有细砂和粘粒物质比例高的土壤，污染物难以去除。这些土壤类型渗透性较差。可能需要在淋洗液中添加淋洗助剂。需要关注土壤中残余的淋洗助剂并根据特定场地进行评估。这些助剂在丢弃前可能需要另外的分离或处理。 控菌：渗透和回收系统及处理系统单元产生的细菌性污垢将会引发环境问题，特别是当地下水中铁含量很高，或处理过程中使用可生物降解的试剂。这就需要考虑在系统中添加控制微生物生长的组分。,3.6植物修复技术中的BMPs,最好使用本地植物，外来植物对当地生物多样性无明显不良影响； 植物的安全利用与安全处置； 植物有利用价值，否则难于农业利用，只能作为生态恢复。,四、重金属污染农田土壤 修复方案的编制,
