2004年深圳研究生院《环境工程概论》——籍国东北京大学环境工程系2004年03月29日土壤污染与修复课程内容设置1土壤中污染物的来源与危害2土壤中污染物的生物降解与转化3污染土壤修复的现场调查与评价4污染土壤修复的可处理性研究5污染土壤典型修复技术及原理6石油污染土壤修复专题1土壤中污染物的来源与危害1.1污染土壤的定义1.2土壤污染的特点1.3土壤中污染物的来源1.4土壤污染的类型1.5土壤污染的危害1.1污染土壤的定义“绝对性”定义:由人类的活动向土壤添加有害化台物，此时土壤即受到了污染。这个定义的关键是存在有可鉴别的人为添加污染物。“相对性”定义：以特定的参照数据来加以判断，如以背景值加两倍标准差为临界值，若超过这一数值，即认为该土壤为某元素所污染。“综合性”定义：不但要看含量的增加，还要看后果，即加入土壤的物质给生态系统造成了危害。1.1污染土壤的定义三种定义的出发点虽然不同，但有一点是共同的，即认为土壤中某种成分的含量明显高于原有含量时即构成了污染。综上所述，土壤污染就是指人为因素有意或无意地将对人类或其他生命体有害的物质施加到土壤中，使其某种成分的含量明显高于原有含量、并引起土壤环境质量恶化的现象。1.2土壤污染的特点（1）隐蔽性或潜伏性:水体和大气的污染比较直观，严重时通过人的感官即能发现：而土壤污染则往往要通过农作物包括粮食、蔬菜、水果或牧草以及摄食的人或动物的健康状况才能反映出来，从遭受污染到产生恶果有一个相当长的逐步积累过程，具有隐蔽性或潜伏性。日本的第二公害病——痛痛病60年代发生于富山县神通川流域，直至70年代才基本证实是镉污染土壤所生产的“镉米”所致。（2）不可逆性和长期性:土壤一旦遭到污染后极难恢复，重金属元素对土壤的污染是一个不可逆过程，而许多有机化学物质的污染也需要一个比较长的降解时间，例如1966年冬至1977年春，沈阳—抚顺污水灌区发生的石油、酚类以及后来张土灌区的镉污染，造成大面积的土壤毒化、水稻矮化、稻米异味、含镉量超过食品卫生标准。经过十余年的艰苦努力，包括施用改良剂、深翻、清灌、客土、选择品种等各种
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，才逐步恢复其部分生产力，付出了大量的劳力和代价。1.2土壤污染的特点（3）后果的严重性:由于土壤污染的隐蔽性或潜伏性、以及它的不可逆性或长期性，因而往往通过食物链危害动物和人体的健康。研究表明，土壤和粮食的污染与一些地区居民肝肿大之间有着明显的剂量—反应关系，污灌引起的污染越严重，人群的肝肿大串越高。一些土壤污染事故严重威胁着粮食生产，三氯乙醛的污染是一个比较典型的事例，它是由于施用含三氯乙醛的废硫酸生产的普通过磷酸钙肥料所引起。其中万亩以上的污染事故在山东、河南、河北、辽子、苏北、皖北等地曾多次发生，轻则减产，重则绝收，损失十分惨重。1.2土壤污染的特点土壤污染源可分为天然污染源和人为污染源。天然污染源是指自然界自行向环境排放有害物质或造成有害影响的场所，如正在活动的火山；人为污染源是指人类活动所形成的污染源。后者是土壤污染研究和污染土壤修复的主要对象，而在这些污染源中，化学物质对土壤的污染是人们最为关注的。污染物进入土壤的途径按照所划分的土壤污染源可分为污水灌溉、固体废弃物的利用、农药和化肥、大气沉降物等。1.3土壤中污染物的来源1.3土壤中污染物的来源大气沉降(土壤酸化、多环芳烃和二恶英等)污水排灌（重金属、多环芳烃等）化肥农药施用（硝酸盐、PCB、DDT等）固体废物堆放处置（各种污染物）工业生产(石油、多环芳烃和重金属污染等)交通运输（TCE等）全球物质循环土壤污染的类型目前并无严格的划分，如从污染物的属性来考虑，一般可分为有机物污染、无机物污染、生物污染和放射性物质的污染。（1）有机物污染:石油、有机农药等；（2）无机物污染：重金属污染等；（3）生物污染：细菌、真菌等；（4）放射性污染：放射性核素等。1.4土壤污染的类型（1）影响人体和生物健康:土壤可以通过食物链影响人体健康；（2）影响农产品的产量和质量：植物可从污染土壤中吸收污染物，从而引起代谢失调，生长发育受阻或导致遗传变异。（3）影响生态系统安去：通过生态系统的能量流动和物质循环影响整个生态系统。1.5土壤污染的危害（1）影响人体和生物健康:土壤可以通过食物链影响人体健康；（2）影响农产品的产量和质量：植物可从污染土壤中吸收污染物，从而引起代谢失调，生长发育受阻或导致遗传变异。（3）影响生态系统安去：通过生态系统的能量流动和物质循环影响整个生态系统。1.5土壤污染的危害2土壤中污染物的生物降解与转化2.1污染物生物降解和转化的特点2.2典型有机污染物的降解2.3重金属的微生物转化2.5影响微生物降解和转化的因素自然环境中的有机化合物，受到光化学的、化学的和生物的作用而降解转化，有时转化很快，如葡萄糖之类易代谢的化合物被加到含大量微生物和丰富O2的环境中时；有时降解过程非常缓慢，如贮于黑暗、干燥的埃及法老坟墓中的谷粒，埋在庞贝(意大利古城，因附近火山爆发而被埋)壁画中的有机色素，以及我国的马王塔古尸、“楼兰美女”，都经过几千年而不腐变，是因环境条件不适合降解之故。研究证明，在土壤中，生物降解是主要的机制，而微生物又在生物降解中占首要地位。2土壤中污染物的生物降解与转化2.1污染物生物降解和转化的特点2.1.1有关术语(1)合成化学品(2)异生素:也称作外来化合物、生物异源物质，指由人工合成，异于生物合成的有机物，一般指农药、医药和化工原料，以及石油烃;(3)抗生物降解物质:也就是难降解有机物,包括许多异源物质和一些天然高分子聚合物,如腐殖质和木质素等;(4)可生物降解性物质:糖类、蛋白质、脂肪和有机酸等；2.1污染物生物降解和转化的特点(5)持久性物质:化学未定性强，难于转化或降解，长期滞留在环境和生物体内，如重金属、PAHs等；(6)生物转化:在生物酶的作用下,使污染物的形态、结构发生改变，因而使污染物的毒性加强或减弱；(7)生物降解:有机物在生物酶的作用下，经过一系列的生物化学反应转化为简单化合物的现象；(8)矿化:也称终极生物降解,指有机物生物降解为二氧化碳和水的过程;(9)共代谢:不与微生物生长相关联的有机物降解代谢,即微生物只能使有机物发生转化,而不能利用它们作为碳源和能量维持生长,必须补充其它的基质；2.1污染物生物降解和转化的特点2.1.2生物降解和转化的特点(1)反应迅速；(2)微生物是主要作用者；(3)生物降解与微生物的生长直接相关；(4)受环境因素影响大；(5)生物降解和转化的产物变化大。2.2典型有机污染物的生物降解2.2.1脂烃类的降解特点微生物对脂烃类的降解特点：①很多微生物可以降解脂烃类；②脂烃的生物降解一般都需要氧；③长链脂肪烃（C10-C24）比短链脂肪烃(
方案
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等。目的是节省修复项目建设工程的投资，一个造价千万美元的土壤修复工程一般可处理性研究费用为5－20万美元，可以节省100万美元的工程建设费用。4.1可处理性研究的目标4.2实验设计与实施准备调查 现场调查 详细调查
分析
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评价 方法选定 施工管理
计划
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完成4.1可处理性研究的目标（1）评价整个过程的可行性；（2）确定修复可以达到的浓度；（3）确定处理过程的设计标准；（4）估算处理过程的设备和运行费用；（5）决定控制参数和最优化实施的限制条件；（6）评价物料供应处理技术与设备；（7）证实现场运行情况和污染物的最终归趋；（8）评价处理过程中存在的问题；（9）提供修复工程连续运行的最优化方法。4.2实验设计与实施在确的研究目的之前，需要促使可处理性研究开展的外部因素。这些因素包括：（1）管理部门的目的；（2）客户的要求；（3）污染物的危害程度；（4）污染地点的敏感性；（5）污染地点的政治敏感性；（6）时间计划的灵活程度；（7）项目预算的灵活程度。4.2实验设计与实施4.2.1设计的基础（1）如何完成、量化和
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可处理性研究；（2）确定使用标准方案还是专门方案；（3）确定开展室内研究还是进行室外模拟；（4）确定实验方案和数据分析的质量控制水平；（5）确定使用的分析方法。4.2实验设计与实施4.2.2方案制定与实施可处理性研究分为三个阶段，第一个阶段是修复方法的筛选；第二个阶段是修复方法的挑选；第三个阶段是修复方法调查和可行性研究计划进行（中试）。一个可处理研究计划可以看作是一套分别进行的单项组合，这些项目是：（1）土著微生物对靶标污染物的降解转化能力；（2）接种微生物的强化降解能力；（3）环境参数的最佳适宜范围；（4）添加基质和电子受体的需求效果；（5）添加基质的充足和缺乏的循环过程；（6）是否需要补充电子供体;4.2实验设计与实施4.2.2方案制定与实施（7）修复项目的预期时间;（8）不同条件下污染物的降解速率；（9）处理可达到的水平；（10）土水系统可能发生的反应和阻塞；（11）由于混合、表面活性剂和中间产物的积累而造成的毒性变化；（12）污染物的挥发程度;（13）不同优化措施下的费用-效益;（14）控制过程的监测频率；（15）运行限制条件。5污染土壤修复技术及原理1.1污染土壤修复技术体系1.2典型修复技术及原理5.1污染土壤修复技术体系5.1.1按修复场地分类（1）原位（insitu）修复：污染土壤气体提取法(SVE)；井中汽提法（In-wellVaporStripping）；生物通气；空气搅动法（AirSparging）原位冲洗、淋洗；加热方法；处理墙方法；原位稳定—固化方法；电动力学方法；原位微生物修复方法；植物－微生物联合修复方法等。5.1污染土壤修复技术体系5.1.1按修复场地分类（2）异位（exsitu）修复：气提法；泥浆反应器修复；土壤耕作法；土壤堆腐；焚烧法；客土法；预制床；淋洗/萃取；淋洗－生物反应器联合修复；5.1污染土壤修复技术体系5.1.2按照技术类别分类（1）物理化学修复：加热方法；稳定固化法；淋洗；萃取；电动力学等（2）生物修复：微生物修复；生物通气、泥浆反应器、预制床等植物修复；湿地修复；菌根修复等；植物－微生物联合修复；菌根菌剂联合修复等；（3）物理化学－生物联合修复：淋洗－反应器联合修复等。污染土壤修复工作流程可处理计划系统分析应急对策长期对策净化处理稳定处理原位修复异位修复原位分解原位提取分离分解净化原位稳定异位稳定5.2典型修复技术的流程及原理修复技术类5.2典型修复技术的流程及原理5.2.1原位修复技术（1）原位生物修复一般流程：生物修复原位处理方式示意图5.2典型修复技术的流程及原理5.2.1原位修复技术（2）生物通风技术一般流程：生物通风原位处理方式示意图5.2典型修复技术的流程及原理5.2.2异位修复技术（1）泥浆反应器技术一般流程：反应器系统示意图5.2典型修复技术的流程及原理5.2.2异位修复技术（1）泥浆反应器技术一般流程：生物反应器修复系统示意图5.2典型修复技术的流程及原理5.2.2异位修复技术（2）挖掘堆置法：挖掘堆置法系统示意图桶箱空气过滤器和泵砾石层污染土壤（3）土壤耕作法：◆土壤淋洗法 対象：●重金属、●农药、●油等车载式固定式淋洗机械分离装置◆30m3/h处理能力淋洗修复工程◆热处理： 直接加入使污染物挥发或分解，间接加热使污染物挥发；针对高浓度土壤污染。対象：●VOCs、●水银、●农药、●油等；优点：可使VOCs完全实现无害化；日处理能力可达200t。实际工程污染土壤外热装置修复土壤焚烧装置烟囱热交换填埋热解气体化学试剂◆热处理典型流程：◆电渗析：土壤处理槽电极槽点源絮凝沉淀回收给水给水泵给水塔抽水泵处理墙：土地耕作Composting生物通风强化堆置一般混合处理油污染土壤高浓度污染土壤低浓度污染土壤无污染土壤回填清洁土壤土壤淋洗表面活性剂污染土壤洗净土壤洗净水油水分离油层吸附处理或回收材料废弃材料水层排水处理排水处理处理水达标排放原位或异位生物修复营养盐加热系统污染土壤Air石油污染修复一般流程5.2典型修复技术的流程及原理5.2.3石油污染土壤修复石油污染修复专题小朋友们:上节课我们了解到小明的一天是如何过的,现在我们一起去看看小明的同学----小芳的上午是如何过的6时刚过快到8时9时快到10时你能读出这两个钟面的时间吗?12时刚过快到12时请你们讨论一下它们有什么不同?我出了几道题考小动物们,你们认为他们过关了吗?4时1时半12时6时4时半11时快12时了6时刚过小朋友们:在你们的帮助下,小动物们都……过关了小朋友们:现在看看你们能否也过关…请读出下列钟面的时间.3时半快到12时快到12时4时12时刚过恭喜:你们也过关了!
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