土壤修复治理技术培训材料Z 10解析.docx
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土壤修复治理技术培训材料Z10解析
土壤污染治理知识
技
术
培
训
教
材
边城浪子
2017年2月09日
目录
一、土壤污染定义、危害及特点1-2
二、土壤污染的来源2
三、土壤污染的类型3
四、污染场地修复程序4
五、修复方案编制程序5
六、修复技术分类6-7
七、技术原理、特点及典型案例7-26
1、土壤污染定义、危害及特点
1.土壤污染的定义及危害
土壤污染是指,人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度,引起土壤质量恶化、功能降低的现象。
土壤处于陆地生态系统中无机界和生物界的中心,不仅在本系统内进行着能量和物质的循环,而且与水域、大气和生物之间也不断进行物质交换,一旦发生污染,三者就会有污染物质的相互传递。
危害主要体现在以下几个方面:
导致农作物减产和农产品品质降低
污染地下水和地表水
影响大气环境质量
④危害人体健康
作物从土壤中吸收和积累的污染物常通过食物链传递而影响人体健康。
2.土壤环境污染的特点
隐蔽性与滞后性
直观性差、潜伏期长。
水体和大气的污染比较直观,严重时通过人体感官即能发现。
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入或动物的健康状况才能反映出来。
从遭受污染到产生后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——痛痛病便是一个典型的例证。
累积性与地域性
污染物在土壤中不易扩散和稀释,容易不断积累而达到很高的浓度,从而使土壤环境污染具有很强的地域性特点。
不可逆转性
难降解污染物积累在土壤环境中,则很难靠稀释作用和自净作用来消除。
对生物体的危害和对土壤生态系统机构区域功能的影响不容易恢复。
治理难而周期长
治理成本较高和周期较长。
2、土壤污染的来源
土壤污染来源可分为天然污染源和人为污染源。
天然污染原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的主要对象,可分为农业污染源、工业污染源、生活污染源、交通污染源。
农业污染源:
农业生产过程中施入土壤的化肥和农药是污染土壤的主
要途径。
工业污染源:
工业企业不合理的排放废水、废气、废渣等是污染土壤
的主要途径。
生活污染源:
居民生活排放生活垃圾和生活废水是污染土壤的主要途
径。
交通污染源:
汽车尾气中的各种有毒有害物质通过大气沉降造成土壤
的污染,以及事故排放所造成的污染。
3、土壤污染的类型
土壤污染的类型包括无机污染和有机污染。
其中无机污染包括金属类污染和放射性物质污染,有机污染包括石油烃、有机溶剂、多环芳烃、多氯联苯、有机农药、二噁英等。
全国土壤污染状况调查公报显示,我国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出。
全国土壤总的超标率为 16.1%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和 1.1%。
污染类型 以无机型为主,有机型次之,复合型污染比重较小,无机污染物超标点位数占全部超标点位的 82.8%。
从污染分布情况看,南方土壤污染重于北方;长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出,西南、中南地区土壤重金属超标范围较大;镉、汞、砷、铅4 种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。
4、污染场地修复程序
5、修复方案编制程序
6、修复技术分类
鉴于污染场地的复杂性,其治理技术也是多样化的。
按照是否将污染源进行清挖后处理分为原位修复技术和异位修复技术(原地处理:
指发生在原地的对挖掘出的土壤进行处理的过程。
异地处理:
指将挖掘出的土壤运至另一个地点进行处理的过程)。
按照处理介质分为土壤修复技术和地下水修复技术;按照技术原理分为物理化学技术、生物技术、热处理技术。
对于某个污染场地,一项技术往往不能解决其环境问题。
需要基于风险管理的基本思路,筛选适应的修复技术,并根据场地污染分布及水文地质条件对筛选出来的修复技术进行有机组合,形成系统性的污染场地修复方案。
具体包括:
1.异位固化/稳定化技术
2.异位化学氧化/还原技术
3.异位热脱附技术
4.异位土壤洗脱技术
5.水泥窑协同处置技术
6.原位固化/稳定化技术
7.原位化学氧化/还原技术
8.土壤植物修复技术
9.土壤阻隔填埋技术
10.生物堆技术
11.地下水抽出处理技术
12.地下水修复可渗透反应墙技术
13.地下水监控自然衰减技术
14.多相抽提技术
15.原位生物通风技术
7、技术原理、特点及典型案例
1.异位固化/稳定化技术
(Ex-SituSolidification/Stabilization)
原理
处理能力及成本
成熟程度
适用范围
向污染土壤中添加固化剂/稳定剂,经充分混合,使其与污染介质、污染物发生物理、化学作用,将污染土壤固封结构完整的具有低渗透系数的固化体,或将污染物转化成化学性质不活泼形态,降低污染物在环境中的迁移和扩散。
日处理能力:
100--1200m3
处理成本:
500--1500元/m3
国外应用广泛
国内有较多工程应用
适用于金属类、石棉、放射性物质、氰化物、砷化合物等无机物。
农药、石油、多环芳烃、多氯联苯、二噁英等有机物。
不适用于挥发性有机物和以污染物总量为验收目标的项目。
主要设备:
土壤挖掘系统(如挖掘机),土壤水分调节系统(如输送泵、喷雾器、脱水机),
土壤筛分破碎设备(如振动筛、筛分破碎斗、破碎机、土壤破碎斗、旋耕机),混合搅拌设备(如单轴螺旋搅拌机、双轴搅拌机、链锤式搅拌机、切割锤击混合式搅拌机)
施工流程:
根据场地污染空间分布信息进行测量放线→土壤挖掘→土壤预处理(水分调节、杂质筛分、土壤破碎)→添加固化剂/稳定剂→混合、搅拌、养护→固化体/稳定体的监测、验收
关键技术参数:
固化剂/稳定剂的种类及添加量:
通过实验确定配方(水泥、石灰、改性蒙脱石)和添加量(一般≤20%)
土壤破碎程度:
直接影响混合效率,土壤颗粒最大粒径一般不超过5cm。
混合均匀程度:
关键性瓶颈指标,国内外都没有形成标准,往往根据现场工程师的经验判断。
处理效果评价:
物理学评价指标(无侧限抗压强度、渗透系数),化学评价指标(浸出液浓度)
典型案例:
工程背景:
某发电厂将开发为创意文化街区,对场地进行网格化划分后进行土壤质量监测,确定污染单元后进行加密监测。
由于该块地要求尽量减少修复时间,同时对土壤质量的要求较高,综合考虑后采用土壤清挖、现场处理、异地处置的方式进行修复。
主要污染物:
大部分场地为重金属铜、铅、锌,一个场地为多环芳烃。
污染物的最大监测浓度铜7220mg/kg,铅4150mg/kg,锌3340mg/kg,苯并(a)蒽4.6mg/kg,苯并(b)荧蒽5.78mg/kg,苯并(a)芘4.07mg/kg。
土壤理化特征:
粘性土,呈微碱性,铜、铅、锌在土壤中主要以2价阳离子形式存在。
工程规模:
场地面积5400m2,污染深度1-4m,需要修复的总土方量1.24万m3
主要稳定剂:
经过大量实验研究确定了最佳稳定剂类型,组成为粉煤灰、铁铝酸钙、高炉渣、硫酸钙以及碱性活性剂。
另外为了增加对重金属的吸附作用添加了30%的粘土矿物。
稳定剂的质量添加比例为16.5%。
2.异位化学氧化/还原技术
(Ex-SituChemicalOxidization/Reduction)
原理
处理能力及成本
成熟程度
适用范围
向污染土壤中添加氧化剂/还原剂,通过氧化或还原作用,使土壤中的污染物转化为无毒或者毒性较小的物质。
处理周期与污染物初始浓度、修复药剂与目标污染物的反应机理有关
日处理能力:
处理成本:
500--1500元/m3
国外应用广泛
国内2011之后开始逐步应用
化学氧化:
适用于石油烃、BTEX、MTBE、酚类、含氯有机物、多环芳烃、农药等大部分有机物。
不适用于重金属污染
化学还原:
可处理重金属类(如铬)和氯化有机物。
不适用于石油烃污染物的处理。
主要系统和设备:
土壤预处理系统,药剂混合系统,防渗系统。
包括:
挖掘机、推土机、破碎铲斗,搅拌机、土壤改良机等,抗渗混泥土反应池、防渗膜结构反应池。
施工流程:
土壤挖掘→土壤破碎、筛分→运至反应池→喷洒药剂→混合、搅拌→监测、调节、土壤验收→干化→回填→工程竣工
关键技术参数:
包括污染物的性质、浓度、药剂投加比、土壤渗透性、土壤活性还原性物质总量或土壤氧化剂耗量、氧化还原电位、PH值、含水率和其它土壤地质化学条件。
技术应用基础和前期的准备
对选择的修复技术进行小试实验测试,判断修复效果能否达到修复目标的要求。
并探索药剂投加比、反应时间、氧化还原电位变化、PH值变化、含水率控制等,作为技术应用可行性判断的依据。
典型案例:
工程背景:
江苏某钢铁厂始建于1958年,是特殊钢生产基地,场地南侧为焦化厂,污染区域主要靠近焦化厂附近,主要污染物为多环芳烃类,其中苯并(a)芘、萘、二苯并(a、h)蒽的修复目标为1.56mg/kg、2.93mg/kg、1.56mg/kg。
修复工期为100日历天,修复后场地用于居住用地。
工程规模:
采用原地异位化学氧化搅拌工艺,处理土方量为3500m3。
污染程度:
苯并(a)芘最高检出含量为23.1mg/kg、萘最高检出含量为23.2mg/kg、其它污染物浓度在10-20mg/kg之间,污染深度0--2米。
水文地质条件:
地表面1m左右为素填土,-1.0米---7.2米为粉质粘土,场地内地下水为潜水,初见水位约为-1.5米,地下水受大气降水入渗补给明显。
药剂:
某K药剂(过硫酸盐及专利活化剂)
成本分析:
主要费用包括反应池建设费用、药剂费用、机械设备费用、过程监测费用、检测费用等,其中药剂费用占总修复费用的40%--50%。
综合分析该项目修复费用为1100元/m3。
3.异位热脱附技术
(Ex-SituThermalDesorption)
原理
处理能力及成本
成熟程度
适用范围
通过直接或间接加热,将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上,通过控制系统的温度和物料停留的时间,有选择的促使污染物挥发。
可分为直接热脱附和间接热脱附,也可分为高温热脱附和低温热脱附。
日处理能力:
直接法:
20--160吨/h
间接法:
3--20吨/h
处理成本:
600--2000元/吨
国外应用广泛
国内处于起步阶段,已有少量应用案例
适用于挥发性、半挥发性有机污染物(石油烃、农药、多环芳烃、多氯联苯)和汞。
去除效率可达到99.99%。
不适用于无机物污染物(汞除外),也不适用于腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原性较高的土壤。
主要系统及设备:
进料系统(如筛分机、破碎机、振动筛、链板传输机、传送带、除铁器等),脱附系统(如回转干燥设备或热螺旋推进设备),尾气处理系统(旋风除尘器、冷却塔、冷凝器、布袋除尘器、淋洗塔、超滤设备)
施工流程:
土壤挖掘→预处理→热脱附→尾气收集、处理→达标排放
关键技术参数:
主要包括:
土壤特性(土壤质地、水分含量、土壤粒径分布)和污染物特性(污染物浓度、沸点范围、二噁英的形成)两类
土壤质地:
一般分为沙土、壤土、粘土。
沙土质疏松,对液体物质的吸附力及保水能力弱,易均匀受热,故易热脱附;粘土颗粒性,性质相反,不易热脱附。
水分含量:
水分受热挥发会消耗大量的热量,土壤含水率一般在5-35%,所需热量约在117--286kcal/kg,为保证热脱附的效能,进料土壤的含水率宜低于25%。
土壤粒径分布
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