1、歡迎大家走進(jìn)環(huán)境土壤學(xué)第十二章“有機(jī)物污染修復(fù)與防治”的學(xué)習(xí),主講：619,前言,土壤是地球表面具有肥力、能生長植物的疏松表面，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類不可缺少、不可再生的自然資源。隨著世界人口的快速增長，土壤這一人賴以生存的必需資源正承受著越來越大的壓力。近年來，世界各國都非常重視污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究。各發(fā)達(dá)國家紛紛制定了土壤恢復(fù)計(jì)劃，荷蘭、德國、日本、美國等國家都先后投入了大量資金用于土壤污染的恢復(fù)研究和應(yīng)用。在中國，由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化的快速發(fā)展，土壤受到工業(yè)三廢和農(nóng)用化學(xué)品的污染日趨嚴(yán)重，污染土壤修復(fù)工作的開展迫在眉睫,土壤修復(fù)技術(shù)按照修復(fù)場地分為原位修復(fù)和異位修復(fù)，

2、即對污染土壤就地處置或進(jìn)行異地處理。按照技術(shù)類別可以將污染土壤修復(fù)方法分為物理修復(fù)、化學(xué)修富、生物修復(fù)等。 具體分類如下： 按修復(fù)場地： 原位修復(fù)：蒸汽浸提；生物通風(fēng)；原位化學(xué)淋洗；熱力學(xué)修復(fù)；化學(xué)還原處理墻；固化/穩(wěn)定化；電動力學(xué)修復(fù)；原位微生物修復(fù)。 異位修復(fù)：蒸汽浸提；泥漿反應(yīng)器；土壤耕作法；土壤堆腐法；焚燒法；預(yù)制床；化學(xué)淋洗。 按技術(shù)類別： 物理修復(fù)：物理分離；蒸汽浸提；玻璃化；熱力學(xué)；固化/穩(wěn)定化；冰凍；電動力學(xué)。 化學(xué)修復(fù)：化學(xué)淋洗；溶劑浸提；化學(xué)氧化；化學(xué)還原； 土壤性能改良。 微生物修復(fù)：生物通風(fēng)；泥漿反應(yīng)器；預(yù)制床。 生態(tài)工程修復(fù)（植物修復(fù)）：植物提?。恢参飺]發(fā)；植物固 化

3、；植物降解；植物根際圈生物降解；生態(tài)覆蓋系統(tǒng)；垂直控制系統(tǒng)；水平控制系統(tǒng)。 聯(lián)合修復(fù)：物理化學(xué)-生物：淋洗-生物反應(yīng)器聯(lián)合修復(fù)；植物-微生物聯(lián)合修復(fù)：菌根菌劑聯(lián)合修復(fù)。,物理修復(fù)技術(shù),換土法，填埋法和通風(fēng)去污法是常見的物理修復(fù)法。換土法是指將已經(jīng)污染的土壤移去，再鋪上未被污染的新土壤；而填埋法則是將被污染的土壤轉(zhuǎn)移至指點(diǎn)地點(diǎn)進(jìn)行填埋，并在原處換上干凈的土壤。通風(fēng)技術(shù)是指人工向土壤中通入氣流，促使其中的有機(jī)物揮發(fā)并伴隨氣流一起被帶走，進(jìn)而達(dá)到凈化土壤的目的。這些方法均只能使污染物暫時(shí)得到轉(zhuǎn)移，且前兩種方法在實(shí)施中具有成本高、清除污染物不徹底的問題，故僅適用于小面積被污染土壤的修復(fù)。,化學(xué)修復(fù)技術(shù)

4、,微波萃取法、化學(xué)清洗法，超臨界萃取法是常見的化學(xué)修復(fù)法。微波萃取法是利用微波能充分提高萃取效率的一種方法，該方法可以對土壤中的農(nóng)藥污染物有選擇性的進(jìn)行萃取，進(jìn)而除去土壤中的有機(jī)農(nóng)藥;化學(xué)清洗法則是利用化學(xué)溶劑和表面活性劑等對受到有機(jī)農(nóng)藥污染的土壤進(jìn)行清洗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將有機(jī)農(nóng)藥物清除的目的；而臨界萃取法是指采用超臨界流體對土壤中的有機(jī)農(nóng)藥污染物進(jìn)行萃取，使土壤中的污染物被濃縮富集而被除去。但是化學(xué)修復(fù)技術(shù)極易造成二次污染。,生物治理方法,生物治理方法主要包括農(nóng)耕法和微生物法等，微生物法是應(yīng)用情景最為廣闊的生物治理方法，其具有費(fèi)用低、效果好、無二次污染的特點(diǎn)，已經(jīng)迅速地成為土壤有機(jī)物處理的研究焦點(diǎn)

5、。,下面我們將以微生物法為主詳細(xì)介紹較為成熟的新興的土壤修復(fù)方法之一：生物通風(fēng)技術(shù),1.生物通風(fēng)技術(shù)概述,生物通風(fēng)法是一種強(qiáng)迫氧化的生物降解方法。即在受污染土壤中強(qiáng)制通入空氣，將易揮發(fā)的有機(jī)物一起抽出，然后用排入氣體處理裝臵進(jìn)行后續(xù)處理或直接排入大氣中。此法常用于地下水層上部透氣性較好而被揮發(fā)性有機(jī)物污染土壤的修復(fù)，但也適用于結(jié)構(gòu)疏松多孔的土壤，以利于微生物的生長繁殖。一般在用通氣法處理土壤前，首先應(yīng)在受污染的土壤上打兩口以上的井，當(dāng)通入空氣時(shí)先加入一定量的氮?dú)庾鳛榻到饩L的氮源，以提高處理效果。與土壤蒸汽真空提取相反，它使用較低的氣流速度，只提供足夠的氧氣維持微生物的活動。氧氣通過直接空氣

6、注入供給土壤中的殘留污染。除了降解吸附的污染物以外，在氣流緩慢的通過生物活動土壤時(shí)，揮發(fā)性化合物被生物降解.,生物通風(fēng)技術(shù)的特點(diǎn),生物通風(fēng)的目的是創(chuàng)造好氧條件來促進(jìn)原位生物降解，采用相對較低的空氣速率。 優(yōu)點(diǎn)：與SVE相比，操作費(fèi)用低，步驟相對簡單。 缺點(diǎn)：操作時(shí)間長，受土著微生物種類的限制,第一節(jié).生物通風(fēng)處理工藝,生物通風(fēng)系統(tǒng)有三種處理工藝 單注工藝 注-抽工藝 抽-注工藝,（一）單注工藝,單注工藝只向包氣帶土層注入空氣。優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、費(fèi)用低，可以使有機(jī)污染物在離開土壤以前完全被生物降解，但揮發(fā)性有機(jī)氣體可能會污染附近建筑物地下室或當(dāng)?shù)乜諝?。示意圖如下,（二）注-抽工藝,注-抽工藝先把空

7、氣注入包氣帶土層污染帶的中央，然后從一定距離的污染帶的外圍中抽出。含有揮發(fā)烴氣體的空氣從注氣井再進(jìn)入抽氣井過程中發(fā)生好氧生物降解，避免了污染氣體進(jìn)入大氣。它適用于附近沒有建筑物的場地,（三）抽-注工藝,先從一定距離的非污染區(qū)中注入空氣，然后把土層污染帶中央的污染氣體抽出，但這種工藝逸出的氣體通常還需要進(jìn)一步處理。示意圖如下,三、生物通風(fēng)影響因素和強(qiáng)化技術(shù),1.添加營養(yǎng)物：適當(dāng)添加營養(yǎng)物可以促進(jìn)生物降解 2.氧源：氣速是影響B(tài)V操作的重要因素 3.土壤濕度：增加濕度可以使通風(fēng)現(xiàn)場的生物降解速率增加，但濕度增加幅度不宜過大 4.溫度：提高土壤溫度可以加快污染物的降解速率 5.優(yōu)勢菌：在土壤中加入石

8、油降解優(yōu)勢菌能大大提高生物降解速度。,四、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),生物通氣是根據(jù)現(xiàn)場生物修復(fù)的需氧量和供氧能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)需要估算供氧的影響范圍，并在現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)進(jìn)行監(jiān)測。此范圍根據(jù)土壤氣體壓力，氧氣濃度和氣流來確定，也可根據(jù)氣體滲透性試驗(yàn)確定。在設(shè)計(jì)生物通氣系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)考慮水位、土壤氣體組分、通風(fēng)氣體組分、通氣流速設(shè)計(jì)、地表處理、水分和營養(yǎng)等因素。 測定點(diǎn)管道可用直徑0.64cm的尼龍或聚乙烯管，通氣井直徑一般為510cm，用1mm聚氯乙烯管構(gòu)建，壓縮機(jī)一般功率為0.753.7kW,五.應(yīng)用實(shí)例,從1992年到1995年，美國空軍在130多個(gè)地點(diǎn)應(yīng)用了生物通風(fēng)進(jìn)行土壤修復(fù)，并處理約90t航空燃料，與SV

9、E系統(tǒng)相比，尾氣的量由原來的90180kg/d降到9kg/d。石油污染物處理量從32kg/d增加到45kg/d 1992年，Hogg等在新西蘭成功地應(yīng)用生物通風(fēng)技術(shù)對含有機(jī)污染物的土壤進(jìn)行了修復(fù)，有機(jī)物降解速率為零級，土壤中石油的濃度在13個(gè)月后降低了92% 在我國，段云霞用一維土柱模擬地下土壤環(huán)境，對生物通氣法去除不飽和帶甲苯的情況進(jìn)行了研究。在生物通風(fēng)修復(fù)過程中，微生物對甲苯的降解率可以達(dá)到42%和20.6%，微生物的作用可以對氣相抽提技術(shù)起到輔助作用，尤其是在修復(fù)后期的拖尾期。,第二節(jié).堆肥法修復(fù)技術(shù),1.堆肥法概述 堆肥是一種受控制的生物過程，將有害物質(zhì)通過微生物生物降解成無害、穩(wěn)定的

10、副產(chǎn)品，一般在提高的溫度下進(jìn)行。溫度的上升由微生物在廢物有機(jī)物質(zhì)中產(chǎn)生的熱量而來。在大多數(shù)情況下，可使用本土微生物。將土壤挖掘，并與膨松劑和有機(jī)物改良劑混合，如木屑、動物糞便，以增強(qiáng)混合物的滲透性。最大降解效率取決于水份含量、pH、氧化、溫度和碳-氮比。在堆肥中使用三種處理方法：需氧靜態(tài)堆肥（(堆肥以鼓風(fēng)機(jī)或真空泵通風(fēng))，容器中機(jī)械攪動堆肥（堆肥在容器中混合和充氣）以及料堆堆肥（置于長堆中，定期與以活動設(shè)備混合）,2.堆肥法的程序,前處理,第一階段,第二階段,后處理,堆肥產(chǎn)品,底料,回流堆肥,回流調(diào)理劑,補(bǔ)充調(diào)理劑,前處理,第1階段,第2階段,后處理,（一）前處理,以家畜糞便、污染土壤等為原料

11、堆肥時(shí)，前處理的主要任務(wù)是調(diào)整水分和碳氮比，或添加菌種和酶制劑。當(dāng)以城市垃圾為堆肥原料時(shí)，由于垃圾中往往含有粗大的廢物和不能堆肥的物質(zhì)，前處理往往通過破碎、分選和篩分去除粗大垃圾和不能堆肥的物質(zhì)，并使堆肥原料和含水率達(dá)到一定程度的均勻化，使微生物易于繁殖，提高發(fā)酵速度,（二）主發(fā)酵,在露天堆肥或反應(yīng)器內(nèi)堆肥時(shí)，由于原料和土壤中存在微生物作用，堆制不久就開始發(fā)酵。在此階段，微生物吸取有機(jī)物的碳、氮營養(yǎng)物質(zhì)將物質(zhì)分解，產(chǎn)生CO2和水，同時(shí)將細(xì)胞中吸收的物質(zhì)分解而產(chǎn)生熱量，使堆溫上升。 發(fā)酵初期，物質(zhì)的分解作用是靠嗜溫菌進(jìn)行的，隨著堆溫上升，嗜熱菌逐漸取代了嗜溫菌。在堆肥過程中，通常將溫度升高到開始

12、降低為止的階段稱為發(fā)酵階段,（三）后發(fā)酵,經(jīng)過主發(fā)酵的半成品被送到后發(fā)酵工序，在主發(fā)酵工序尚未分解的有機(jī)物進(jìn)一步分解變成腐殖酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機(jī)物，最后得到完全成熟的堆肥制品。通常，把物料堆積到12m高以后進(jìn)行發(fā)酵，并要有防止雨水流入的裝置，有時(shí)還要進(jìn)行翻堆或通風(fēng)處理,三、堆肥系統(tǒng)分類,目前，用堆肥法處理有機(jī)物質(zhì)的堆肥系統(tǒng)主要有3種 1.條形堆 2.靜態(tài)曝氣堆 3.堆肥生物反應(yīng)器,（四）后處理,經(jīng)過2次發(fā)酵的物料中，幾乎所有的有機(jī)物都破碎和變形，但還可能存在一些沒有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜物，發(fā)酵后的物料粒徑也不夠均勻，需要進(jìn)行再破碎，這一工序稱為后處理。,（一）條形

13、堆,條形堆是將混合好的固體廢物堆成條垛狀，在好氧條件下進(jìn)行微生物分解的堆肥方法。堆肥必須通風(fēng)，國外一般采取機(jī)械攪拌，我國民間還采用挖通風(fēng)溝和在堆體上插竹管設(shè)通風(fēng)孔等方法進(jìn)行通風(fēng)處理。 對于條形堆來說，最重要的是場地要求。大部分場地需要排水系統(tǒng)，其至少由兩部分組成：排水溝和貯水池。 條形堆的堆體規(guī)模必須適當(dāng)。,（二）靜態(tài)曝氣堆,靜態(tài)曝氣堆是在條形堆的基礎(chǔ)上該進(jìn)和發(fā)展起來的，它克服了條形堆的一些缺點(diǎn)（發(fā)酵時(shí)間長，有臭味等），目前成為美國應(yīng)用最多的污泥堆肥系統(tǒng)。該系統(tǒng)與條形堆最大的區(qū)別是：前者的料堆靜止不動，通過強(qiáng)制通風(fēng)方式供氧；而后者的堆體需定期翻動，從而達(dá)到通風(fēng)供氧的目的。 在堆肥過程中，通風(fēng)有

14、供氧、散熱和去除水分的作用。,（三）堆肥生物反應(yīng)器,堆肥反應(yīng)器與前兩種不同，它有固定的發(fā)酵裝置，形式有立式發(fā)酵塔、臥式堆肥發(fā)酵滾筒、簡倉式堆肥發(fā)酵倉、箱式堆肥發(fā)酵池等，采用機(jī)械化操作，堆制時(shí)間從幾天到幾周，處理效率高、處理量大，但場地費(fèi)用花費(fèi)較高。在美國，這類系統(tǒng)從1985年的3個(gè)增加到1993年的36個(gè)；目前，我國一些大、中城市及郊區(qū)也已應(yīng)用該堆肥方法。具體堆肥生物反應(yīng)器的內(nèi)容請參考P331和P332。,四、堆肥影響因素,（一）有機(jī)質(zhì)含量和營養(yǎng)物 堆肥中有機(jī)物含量過高或過低都會造成不利影響。堆肥中最適合的有機(jī)物含量為20%80%之間。微生物所需要的大量養(yǎng)料有碳、氟、磷、鉀，所需要的微量元素有鈣、鎂、銅，錳、鐵等。 （二）含水率 堆肥的最佳含水率為45%50%，過高或過低也不利于堆肥過程 （三）通風(fēng)供氧 好氧堆