土壤修复

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摘要

土壤修复
  土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物,使其浓度降低到可接受水平,或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。在土壤修复行业,已有的土壤修复技术达到一百多种,常用技术也有十多种,大致可分为物理、化学和生物三种方法。截至2017年2月7日,至少有20个省份已公布地方版“土十条”。国务院去年5月31日发布的《土壤污染防治行动计划》规定,地方各级人民政府要于2016年底前分别制定并公布土壤污染防治工作方案,确定重点任务和工作目标。

土壤环境现状

  土壤重金属污染问题严重,污染问题已严重影响了我国环境和人体健康。针对我国农田土壤污染日趋严重、威胁农产品安全的问题,我国石油、化工、冶炼、矿山等污染场地对人居环境和生态安全影响日益突出的问题,国内土壤环境监测修复势在必行。
  土壤污染检测机制亟待完善,这是面临的首要问题。“十三五”期间,随着国家层面土壤污染检测、调查、防治、修复的重视及政策的不断利好,权威人士,预估土壤检测,土壤监测,修复行业的投资将超60000亿元,尤其是土壤重金属防治及修复产业将迎来黄金发展期。这不仅需要专业的第三方环境检测服务机构提供专业的土壤污染评估,抽样,检测,项目管理及系统集成,更需要社会的积极参与。
  十三五规划要持续加强土壤、农村等专项监测工作。完成国家土壤环境质量监测网络构建,逐步完善土壤环境监测与评价技术体系和标准规范,进一步完善农村环境质量评价技术方法。建设完成国家的土壤环境监测网络,实现例行监测,与水气一样,贯彻落实土十条。建成土壤监测网络有4万个点位,已经完成了每个点位的确切布设。
  从整个环境监测技术角度来看,点位布设是六大技术之一。这个技术就是以抽样为基础,任何一个监测点位,首先要解决代表性问题,就要有空间、尺度的问题。监测是建立在抽样的基础上的,我们土壤调查采用网格法,根据耕地、林草地、荒漠等,网格范围各不一样。污染区域的精密度更高。现在正启动土壤污染详查,2017年第一季度就会全面展开,根据不同监测对象的特点和关注的调查目的,来设置不同网格。
  十三五规划强调的是风险管控,要管控土壤污染风险,通过改变土地使用方式,而不是简单依靠巨大的资金投入,对污染的土壤要加强监测监控,不让污染继续发展。

前景预测

  根据中国土壤环境修复产业技术创新战略联盟等机构的调研并综合国内外企业数量、搬迁污染调查、国外对比情况所作预测,我国的污染场地数量在100-200万块。假设每个污染地块平均修复成本100万元,若“十三五”期间完成中10万块污染场地修复,则对应市场空间为1,000亿元。预计“十三五”期间,重点领域修复市场投入将达到3,000亿元。而随着政策的推进,更大的潜在市场需求将持续释放。

市场分析

  截至2017年2月7日,至少有20个省份已公布地方版“土十条”。初步统计,福建、安徽、浙江、江苏、上海、辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古、山西、北京、甘肃、广东、四川、宁夏、江西、陕西、贵州、天津、山东等20个省市区已公布当地的土壤污染防治工作方案或实施方案。
据21世纪经济报道消息,根据某上市公司土壤修复业务负责人的市场调研,2016年土壤修复市场(不计入流域治理)容量较2015年翻番,大约为90亿元。而2017年,市场将持续释放,容量将增至200亿元。

土壤修复技术

生物修复技术

  土壤生物修复技术,包括植物修复、微生物修复、生物联合修复等技术,在进入21 世纪后得到了快速发展,成为绿色环境修复技术之一。
  一、植物修复技术
  从20 世纪80 年代问世以来,利用植物资源与净化功能的植物修复技术迅速发展。植物修复技术包括利用植物超积累或积累性功能的植物吸取修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的植物稳定修复、利用植物代谢功能的植物降解修复、利用植物转化功能的植物挥发修复 、利用植物根系吸附的植物过滤修复等技术;可被植物修复的污染物有重金属、农药、石油和持久性有机污染物、炸药、放射性核素等。其中,重金属污染土壤的植物吸取修复技术在国内外都得到了广泛研究,已经应用于砷、镉、铜、锌、镍、铅等重金属以及与多环芳烃复合污染土壤的修复,并发展出包括络合诱导强化修复、不同植物套作联合修复、修复后植物处理处置的成套集成技术。这种技术的应用关键在于筛选具有高产和高去污能力的植物,摸清植物对土壤条件和生态环境的适应性。近年来,中国在重金属污染农田土壤的植物吸取修复技术应用方面在一定程度上开始引领国际前沿研究方向。但是,虽然开展了利用苜蓿、黑麦草等植物修复多环芳烃、多氯联苯和石油烃的研究工作,但是有机污染土壤的植物修复技术的田间研究还很少,对炸药、放射性核素污染土壤的植物修复研究则更少。
  植物修复技术不仅应用于农田土壤中污染物的去除,而且同时应用于人工湿地建设、填埋场表层覆盖与生态恢复、生物栖身地重建等。近年来,植物稳定修复技术被认为是一种更易接受、大范围应用、并利于矿区边际土壤生态恢复的植物技术,也被视为一种植物固碳技术和生物质能源生产技术;为寻找多污染物复合或混合污染土壤的净化方案,分子生物学和基因工程技术应用于发展植物杂交修复技术;利用植物的根圈阻隔作用和作物低积累作用,发展能降低农田土壤污染的食物链风险的植物修复技术正在研究。
  二、微生物修复技术
  微生物能以有机污染物为唯一碳源和能源或者与其他有机物质进行共代谢而降解有机污染物。利用微生物降解作用发展的微生物修复技术是农田土壤污染修复中常见的一种修复技术。这种生物修复技术已在农药或石油污染土壤中得到应用。在中国,已构建了农药高效降解菌筛选技术、微生物修复剂制备技术和农药残留微生物降解田间应用技术;也筛选了大量的石油烃降解菌,复配了多种微生物修复菌剂,研制了生物修复预制床和生物泥浆反应器,提出了生物修复模式。近年来,开展了有机胂和持久性有机污染物如多氯联苯和多环芳烃污染土壤的微生物修复技术工作。分离到能将PAHs 作为唯一碳源的微生物如假单胞菌属、黄杆菌属等,以及可以通过共代谢方式对4环以上PAHs 加以降解的如白腐菌等。建立了菌根真菌强化紫花苜蓿根际修复多环芳烃的技术和污染农田土壤的固氮植物2根瘤菌2菌根真菌联合生物修复技术。总体上,微生物修复研究工作主要体现在筛选和驯化特异性高效降解微生物菌株,提高功能微生物在土壤中的活性、寿命和安全性,修复过程参数的优化和养分、温度、湿度等关键因子的调控等方面。微生物固定化技术因能保障功能微生物在农田土壤条件下种群与数量的稳定性和显著提高修复效率而受到青睐。通过添加菌剂和优化作用条件发展起来的场地污染土壤原位、异位微生物修复技术有:生物堆沤技术、生物预制床技术、生物通风技术和生物耕作技术等。运用连续式或非连续式生物反应器、添加生物表面活性剂和优化环境条件等可提高微生物修复过程的可控性和高效性。目前,正在发展微生物修复与其他现场修复工程的嫁接和移植技术,以及针对性强、高效快捷、成本低廉的微生物修复设备,以实现微生物修复技术的工程化应用。

物理修复技术

  物理修复是指通过各种物理过程将污染物(特别是有机污染物) 从土壤中去除或分离的技术。热处理技术是应用于工业企业场地土壤有机污染的主要物理修复技术,包括热脱附、微波加热和蒸气浸提等技术,已经应用于苯系物、多环芳烃、多氯联苯和二恶英等污染土壤的修复。
  一、热脱附技术
  热脱附是用直接或间接的热交换,加热土壤中有机污染组分到足够高的温度,使其蒸发并与土壤介质相分离的过程。热脱附技术具有污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用等优点,特别对PCBs这类含氯有机物,非氧化燃烧的处理方式可以显著减少二恶英生成。目前欧美国家已将土壤热脱附技术工程化,广泛应用于高污染的场地有机污染土壤的离位或原位修复,但是诸如相关设备价格昂贵、脱附时间过长、处理成本过高等问题尚未得到很好解决,限制了热脱附技术在持久性有机污染土壤修复中的应用。发展不同污染类型土壤的前处理和脱附废气处理等技术,优化工艺并研发相关的自动化成套设备正是共同努力的方向。
  二、蒸气浸提技术
  土壤蒸气浸提(简称SVE) 技术是去除土壤中挥发性有机污染物(VOCs) 的一种原位修复技术。它将新鲜空气通过注射井注入污染区域,利用真空泵产生负压,空气流经污染区域时,解吸并夹带土壤孔隙中的VOCs 经由抽取井流回地上;抽取出的气体在地上经过活性炭吸附法以及生物处理法等净化处理,可排放到大气或重新注入地下循环使用。SVE具有成本低、可操作性强、可采用标准设备、处理有机物的范围宽、不破坏土壤结构和不引起二次污染等优点。苯系物等轻组分石油烃类污染物的去除率可达90%。深入研究土壤多组分VOCs 的传质机理,精确计算气体流量和流速,解决气提过程中的拖尾效应,降低尾气净化成本,提高污染物去除效率,是优化土壤蒸气浸提技术的需要。

化学修复技术

  相对于物理修复,污染土壤的化学修复技术发展较早,主要有土壤固化-稳定化技术、淋洗技术、氧化2还原技术、光催化降解技术和电动力学修复等。
  一、固化-稳定化技术
  固化-稳定化技术是将污染物在污染介质中固定,使其处于长期稳定状态,是较普遍应用于土壤重金属污染的快速控制修复方法,对同时处理多种重金属复合污染土壤具有明显的优势[26 ]。美国环保署将固化/稳定化技术称为处理有害有毒废物的最佳技术。 中国一些冶炼企业场地重金属污染土壤和铬渣清理后的堆场污染土壤也采用了这种技术。国际上已有利用水泥固化-稳定化处理有机与无机污染土壤的报道。
  根据EPA的定义,固化和稳定化具有不同的含义。固定化技术是将污染物囊封入惰性基材中,或在污染物外面加上低渗透性材料,通过减少污染物暴露的淋滤面积达到限制污染物迁移的目的;稳定化是指从污染物的有效性出发,通过形态转化,将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式来实现无害化,以降低其对生态系统的危害风险。固化产物可以方便地进行运输,而无需任何辅助容器;而稳定化不一定改变污染土壤的物理性状。
  固化技术具有工艺操作简单、价格低廉、固化剂易得等优点,但常规固化技术也具有以下缺点,如固化反应后土壤体积都有不同程度的增加,固化体的长期稳定性较差等。而稳定化技术则可以克服这一问题,如近年来发展的化学药剂稳定化技术,可以在实现废物无害化的同时,达到废物少增容或不增容,从而提高危险废物处理处置系统的总体效率和经济性;还可以通过改进螯合剂的结构和性能使其与废物中的重金属等成分之间的化学螯合作用得到强化,进而提高稳定化产物的长期稳定性,减少最终处置过程中稳定化产物对环境的影响。由此可见,稳定化技术有望成为土壤重金属污染修复技术领域的主力。
  水泥和石灰的水化作用是其凝固和硬化的必要条件,因此影响水化反应的因素都会影响污染土壤固化/稳定化的效果。主要分为以下两个方面:a)污染土壤的理化性质,包括:土壤pH值,土壤物质组成;b)固化/稳定化工艺,包括凝胶材料和添加剂品种与用量、水分含量、混合均匀程度、养护条件等。
例如,CCT重金属稳定化剂就拥有三个类别的药剂,针对不同重金属污染土壤选择性采用不同类别的稳定化修复药剂。其中,CCT01是一种普适用于绝大部分Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Ag、Hg、Mn、Fe 等非变价重金属污染的稳定化剂,CCT02是一种适合于三价砷等需氧化后处理的重金属污染稳定化剂,而CCT03是一种适用于六价铬等需还原后处理的重金属污染稳定化剂 。
判断一种固化/稳定化方法对污染土壤是否有效,主要可以从处理后土壤的物理性质和对污染物质浸出的阻力两个方面加以评价。
  二、淋洗技术
  土壤淋洗修复技术是将水或含有冲洗助剂的水溶液、酸P碱溶液、络合剂或表面活性剂等淋洗剂注入到污染土壤或沉积物中,洗脱和清洗土壤中的污染物的过程。淋洗的废水经处理后达标排放,处理后的土壤可以再安全利用。这种离位修复技术在多个国家已被工程化应用于修复重金属污染或多污染物混合污染介质。由于该技术需要用水,所以修复场地要求靠近水源,同时因需要处理废水而增加成本。研发高效、专性的表面增溶剂,提高修复效率,降低设备与污水处理费用,防止二次污染等依然是重要的研究课题。
  三、氧化-还原技术
  土壤化学氧化-还原技术是通过向土壤中投加化学氧化剂(Fenton 试剂、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等) 或还原剂(SO2 、Fe0 、气态H2 S 等),使其与污染物质发生化学反应来实现净化土壤的目的。通常,化学氧化法适用于土壤和地下水同时被有机物污染的修复。运用化学还原法修复对还原作用敏感的有机污染物是当前研究的热点。例如,纳米级粉末零价铁的强脱氯作用已被接受和运用于土壤与地下水的修复。但是,目前零价铁还原脱氯降解含氯有机化合物技术的应用还存在诸如铁表面活性的钝化、被土壤吸附产生聚合失效等问题,需要开发新的催化剂和表面激活技术。
  四、光催化降解技术
  土壤光催化降解(光解) 技术是一项新兴的深度土壤氧化修复技术,可应用于农药等污染土壤的修复。土壤质地、粒径、氧化铁含量、土壤水分、土壤pH 值和土壤厚度等对光催化氧化有机污染物有明显的影响:高孔隙度的土壤中污染物迁移速率快,粘粒含量越低光解越快;自然土中氧化铁对有机物光解起着重要调控作用;有机质可以作为一种光稳定剂;土壤水分能调解吸收光带;土壤厚度影响滤光率和入射光率。
  五、电动力学修复
  电动力学修复(简称电动修复) 是通过电化学和电动力学的复合作用(电渗、电迁移和电泳等) 驱动污染物富集到电极区,进行集中处理或分离的过程。电动修复技术已进入现场修复应用。近年来,中国也先后开展了铜、铬等重金属、菲和五氯酚等有机污染土壤的电动修复技术研究。电动修复速度较快、成本较低,特别适用于小范围的粘质的多种重金属污染土壤和可溶性有机物污染土壤的修复;对于不溶性有机污染物,需要化学增溶,易产生二次污染。发展电动强化的复合污染土壤联合修复技术将是值得研究的课题。

土壤污染场景分类

  污染场地的修复技术可按暴露情景和处置地点分类。

按暴露情景分类

  可以按"污染源-暴露途径-受体"对修复技术分类。对污染源进行处理的技术有生物修复、植物修复、生物通风、自然降解、生物堆、化学氧化、土壤淋洗、电动分离、气提技术、热处理、挖掘等;对暴露途径进行阻断的方法有稳定/固化、帽封、垂直/水平阻控系统等;降低受体风险的制度控制措施有增加室内通风强度、引入清洁空气、减少室内外扬尘、减少人体与粉尘的接触、对裸土进行覆盖、减少人体与土壤的接触、改变土地或建筑物的使用类型、设立物障、减少污染食品的摄入、工作人员及其他受体转移等。

按处置地点分类

  可分为原位修复技术和异位修复技术。原位修复技术又可分为原位处理技术和原位控制技术,常用的原位处理技术包括物理、化学和生物方法等。异位修复技术可分为挖掘和异位处理处置技术。

土壤修复材料

  地富原土壤生态修复材料以改性层状硅酸盐为载体,自身具备的多孔、吸附和缓释的特性,实现固水固肥、水肥缓释、修复土壤团粒结构等功能。

参考资料

开放分类

土壤保健    

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创建者: zwq123

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最近更新:2017/2/15 17:29:25

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