矿区土壤重金属污染治理修复技术概述.docx

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矿区土壤重金属污染治理修复技术概述

矿区土壤重金属污染治理修复技术概述

矿区土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。

场地重金属可以通过径流、淋失作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康。

目前，世界各国对矿区重金属污染修复技术进行广泛的研究，具体有如下几种修复措施：

1.1填埋法

1.1.1技术原理

填埋法是将污染土壤进行掩埋覆盖，采用防渗、封顶等配套设施防止污染物扩散的处理方法。

填埋法不能降低土壤中污染物本身的毒性和体积，但可以降低污染物在地表的暴露及其迁移性。

1.1.2技术特点

填埋法是修复技术中最常用的技术之一。

在填埋的污染土壤的上方需布设阻隔层和排水层。

阻隔层应是低渗透性的粘土层或者土工合成粘土层，排水层的设置可以避免地表降水入渗造成污染物的进一步扩散。

通常干旱气候条件要求填埋系统简单一些，湿润气候条件可以设计比较复杂的填埋系统。

填埋法的费用通常小于其它技术。

1.1.3适用范围

在填埋场合适的情况下，可以用来临时存放或者最终处置各类污染土壤。

该技术通常适用于地下水位之上的污染土壤。

由于填埋的顶盖只能阻挡垂向水流入渗，因此需要建设垂向阻隔墙以避免水平流动导致的污染扩散。

填埋场需要定期进行检查和维护，确保顶盖不被破坏。

1.2异位淋洗技术

1.2.1技术原理

土壤异位洗涤技术由一系列物理操作单元和化学过程组成。

首先，将污染土壤挖掘出来，进行物理筛分，分成不同的颗粒级别；然后分别用水或溶于水的化学试剂来清洗，去除污染物；再处理含有污染物的废水或废液；最后将洁净的土壤回填或运到其他地点。

异位二次淋洗工艺流程见图4-1。

上

清

回用液

回用

水处理系统

1.2.2技术适用性

污泥安全处置

土壤堆存

泥水分离

药剂

筛下物

一次淋洗装置

二

次淋洗装置

土壤挖掘

筛分

筛上物

稳定化装置

泥水分离

输送

上

清液

图4-1异位二次淋洗工艺流程

土壤异位洗涤技术适用于偏砂性污染土壤修复，粘土比重大的土壤一般不采用异位淋洗工艺，如需选择异位淋洗工艺需进行工艺、设备的改进。

异位淋洗工艺能够处理的浓度范围广，能去除水溶态、酸溶态的污染物，对于轻度污染土壤一般不采用异位淋洗工艺。

1.2.3技术要求

在选择异位淋洗工艺路线时应确保不引入可能造成新的环境污染的物质。

异位淋洗装置应配备自动控制系统和在线监测系统，以控制进料量、转速、固液比等运行参数；并显示运行工况，包括搅拌桨速度、搅拌时间、固液比、不同时间段淋洗液浓度及流向分配比等。

应根据不同土壤特性、不同污染程度土壤来确定合适的工艺条件，包括粒径、固液比、pH值，同时应保证充分的反应时间。

水处理系统应具有一定的储存和缓冲能力，要能适应不同浓度梯度淋洗液的处理；絮凝剂的选择在考虑成本外还应着重考虑污泥的减量化问题。

异位淋洗过程中作业场所的粉尘浓度应满足GBZ2的要求。

异位淋洗产生的废水应尽量返回工艺路程进行循环使用，如需外排时，应进行处理，满足GB8978的要求后排放。

异位淋洗后的污染土壤，必须满足其后续处理处置的相应要求。

如不满足则重新进行处理，满足标准后方可进行综合利用和最终处置。

1.3原位淋洗技术

1.3.1技术原理

淋洗剂

地表水处理系统

非饱和区

地下水位线

污染羽

饱和区

抽提井

土壤原位淋洗技术是指借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂，通过水力压头推动清洗液，将其注入到被污染的土层中，继而把含有污染物的液体从地下水中分离出来的技术，作用原理见图4-2。

图4-2原位淋洗技术示意表

1.3.2技术适用性

原位淋洗技术适用于多孔性、易渗透、水力传导系数大（一般不小于10-5cm/s）的土壤，尤其是沙地或沙砾土壤、冲积土和海滨土。

对于渗透系数较小的红壤，因为污染物与土壤之间吸附能力较强，所需修复时间较长。

同时，土壤pH、有机质含量、阳离子交换容量也会影响淋洗效果。

原淋洗工艺能够处理的浓度范围有限，一般不适用于重度污染土壤的修复，能去除土壤中水溶态、酸溶态的污染物。

1.3.3技术要求

原位淋洗修复技术应配备地下水自动控制系统和在线监测系统，以控制污染物在地下水中的迁移、扩散，并显示运行工况，包括水力传导系数、地下水中污染物浓度、地下水位变化等。

应根据实际工程应用中监测的数据，确定合适的工艺条件，在确保土壤修复达标的同时，避免地下水的污染，修复后地下水水质应满足GB3838的要求。

污染土壤原位淋洗修复技术一般与地下水异位抽出-处理-回灌技术或地下水原位PRB技术组合使用，其核心是如何通过控制地下水的流场达到控制污染

物扩散的目的。

因此，使用该技术前需要对场地的工程地质、水文流场等特性进行详细和全面的研究。

1.4异位固化/稳定化技术

1.1.1技术原理

固化剂/稳定化药剂

达标后堆存

水

土壤

异位固化剂/稳定化装置

养护

异位固化/稳定化技术通过将污染土壤挖出后与硫化物、亚铁盐等还原剂及粉煤灰、水泥、石膏等固化/稳定化药剂混合，通过化学还原和重金属络合等作用将重金属固定在混合体内，降低重金属的释放，达到污染土壤的无害化处理，异位固化/稳定化工艺流程图见图4-3。

图4-3重金属污染土壤异位固化/稳定化工艺流程表

1.1.2技术适用性

异位固化/稳定化技术一般适用于污染浓度高的重金属污染土壤修复，对土质类型适应性强。

固化/稳定化工艺主要作用于土壤中水溶态、酸溶态及可还原态污染物，固化/稳定化前后污染物含量基本不变。

固化/稳定化技术工艺虽简单，但该技术主要存在土壤中重金属难释放，增容比大和固化/稳定化后的混合体需要进行安全处置、后期需要长期监测和跟踪等缺点。

1.1.3技术要求

在选择异位固化/稳定化工艺路线时应确保不引入可能造成新的环境污染的物质。

异位固化/稳定化装置应配备自动控制系统和在线监测系统，以控制进料量、转速、含水率等运行参数；并显示运行工况，包括搅拌桨速度、搅拌时间、含水率、pH、养护时间等。

应根据不同土壤特性、不同污染程度土壤来确定合适的工艺条件，包括粒径、固液比、pH值、搅拌方式，同时应保证充分的反应时间。

异位固化/稳定化技术修复后的土壤在满足土壤修复目标的同时，还需满足最终处理处置的相应浸出浓度要求。

1.5原位固化/稳定化技术

1.5.1技术原理

水

固化剂/稳定化药剂

搅拌或注入

原位固化/稳定化技术通过机械搅拌或注入的方式将硫化物、亚铁盐等还原剂及粉煤灰、水泥、石膏等固化/稳定化药剂与污染土壤混合，通过化学还原和重金属络合等作用将重金属固定在混合体内，降低重金属的释放，达到污染土壤的无害化处理，原位固化/稳定化工艺流程图见图4-4。

达标后封存

铬渣污染土壤

搅拌

养护

图4-4重金属污染土壤原位固化/稳定化工艺流程表

1.5.2技术适用性

原位固化/稳定化技术一般适用于中度或轻度污染的重金属污染土壤修复，对土质类型适应性强。

原位固化/稳定化工艺主要作用于土壤中水溶态、酸溶态及可还原态污染物，固化/稳定化前后污染物含量基本不变。

原位固化/稳定化技术与异位固化/稳定化技术工艺原理类似，该技术最大的优势在于无需土壤开挖。

1.5.3技术要求

在选择原位固化/稳定化工艺路线时应确保不引入可能造成新的环境污染的物质。

原位固化/稳定化装置应配备自动控制系统和在线监测系统，以控制进料量、转速、含水率等运行参数；并显示运行工况，包括搅拌桨速度、搅拌时间、含水率、pH、养护时间等。

应根据不同土壤特性、不同污染程度土壤来确定合适的工艺条件，包括含水率、pH值、搅拌方式，同时应保证充分的反应时间。

原位固化/稳定化技术修复后的土壤在满足土壤修复目标的同时，还需满足最终处理处置的相应浸出浓度要求。

同时，由于原位修复技术与地下水密切相关，需配备地下水监测系统，长期监测地下水水质。

1.6异位微生物还原技术

1.6.1技术原理

营养液

水

菌种

铬渣污染土壤

反应

搅拌或注入

污染土壤异位微生物还原技术是通过添加菌种或营养液促进微生物的新陈代谢、生长繁殖将有害物质变成无害物。

异位微生物还原技术工艺流程见图4-5。

达标后封存

1.6.2技术适用性

图4-5异位微生物还原技术工艺流程表

异位微生物还原技术不适合高浓度重金属污染土壤修复。

异位微生物还原技术工艺简单，前期基础设施建设成本较低，但该技术的应用具有一定的局限性。

需根据实地场地重金属浓度及形态分布特性，制定合适的组合修复技术。

1.6.3技术要求

在选择异位微生物还原工艺路线时应确保不引入可能造成新的环境污染的物质。

异位微生物还原技术应配备自动控制系统和在线监测系统，以控制营养液添加量、pH、温度、含水率等运行参数；并显示运行工况，包括搅拌速度或频次、搅拌时间、含水率、pH、温度、氧化还原电位等。

应根据不同土壤特性、不同污染程度土壤来确定合适的工艺条件，包括温度、含水率、pH、营养液投加类型、搅拌方式等，同时应保证充分的反应时间。

此外，该技术修复污染土壤后，还需长期监测和跟踪，确保修复后土壤的长期稳定性。

异位微生物还原技术修复后的土壤在满足土壤修复目标的同时，还需满足最终处理处置的相应浸出浓度要求。

1.7原位微生物还原技术

1.7.1技术原理

原位微生物还原技术通过机械搅拌或注入的方式将菌种或营养液等与污染土壤混合，通过微生物的新陈代谢、生长繁殖将有害物质变成无害物。

1.7.2技术适用性

原位微生物还原技术一般适用于中度或轻度污染的重金属污染土壤修复，原位微生物还原技术与异位微生物还原技术工艺原理类似，该技术最大的优势在于无需土壤开挖。

1.7.3技术要求

在选择原位微生物还原工艺路线时应确保不引入可能造成新的环境污染的物质。

原位微生物还原系统应配备自动控制系统和在线监测系统，以控制营养液添加量、pH、温度、含水率等运行参数；并显示运行工况，包括搅拌速度或频次、搅拌时间、含水率、pH、温度、氧化还原电位等。

应根据不同土壤特性、不同污染程度土壤来确定合适的工艺条件，包括温度、含水率、pH、营养液投加类型、搅拌方式等，同时应保证充分的反应时间。

原位微生物还原技术修复后的土壤在满足土壤修复目标的同时，还需满足最终处理处置的相应浸出浓度要求。

同时，由于微生物修复需要一定含水率，实地原位修复中有淋溶液下渗，需配备地下水监测及控制系统，长期监测地下水水质，控制淋溶液在地下水中的扩散。

1.8原位电动修复技术

1.8.1技术原理

电动修复是近年来逐渐兴起的具有应用潜力的原位土壤修复技术。

其修复原理是：

通过在污染土壤两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中的污染物质在电场产生的各种电动力学过程，如电迁移、电渗析和电泳等作用下被带到电极两端从而清洁污染土壤，电动修复示意见下图4-6。

1.8.2技术适用性

图4-6原位电动修复技术示意

一般来说，粘土更适合使用电动修复技术进行修复，重金属含量很高的土壤不适合电动修复技术的应用。

电动修复技术可适合中、低浓度污染土壤的修复。

目前该技术在国内外仍然不是很成熟，基本处于实验室小试阶段。

电动修复的主要影响因素主要有四方面：

（1）极化作用：

浓差极化、电阻极化、活化极化；

（2）电流密度：

电流密度是指单位面积污染土壤所通过的电流的强度。

污染物的迁移速度随着电流强度的增加而增加，但是随着电流强度的增大能耗也随之增大。

针对不同的土壤污染物，则需据土壤污染物特性和处理时间等因素来综合进行电流密度的选择和调节；（3）聚焦现象：

聚焦现象是指电动修复过程中由于污染物因化学反应生成沉淀或其它因素使目标离子无法移动或移动十分缓慢，导致其聚集在某一区域内而难以去除的现象。

聚焦现象会极大地增加电动修复所需额时间，增加电能的消耗，降低污染物的去除率；（4）土壤本身性质及其它因素，如土壤类型、有机质含量、污染浓度和性质、电极材料、电极的布设方式、迁移槽的形状、电能供应方式等。

这四方面的原因是阻碍其推广应用的关键。

1.9原位植物修复技术

植物修复技术是指利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发、转化和降解的作用机制来清除环境中污染物质。

由于修复植物需要适宜的环境条件，对污染物质的耐性也是有限的，超过其耐受程度的污染土壤不适于采用植物修复技术；同时，修复的深度有限，一般仅限于表层土壤的修复；且生长周期一般较长，难以满足快速修复污染土壤的需求

等特点使得其在工业污染场地方面受到极大的限制。