1、污染 场地土壤及地下水修复技术赵 林天津大学环境科学与工程学院2018.3. 天津目 录1 场地污染与修复现状2 污染 场地修复技术方法3 地下水 修复4 污染 场地修复产业前景 及经营5 污染 场地调查及修复几点思考1 场地污染与修复现状1 场地污染与修复现状场地环境污染是后工业时代城市发展中产生的全球性环境问题。现代城市的发展变迁和经济结构转型遗留下了大量城市工业遗址，即棕色地块 （ Brownfield Site）。如何应对搬迁、废弃场地污染问题；如何合理开发利用，发挥其土地价值，已成为世界各国面临重要环境挑战。1 场地污染与修复现状污染场地 被定义为因从事生产、经营、使用、贮存、堆放有
2、毒有害物质，或者处理、处置有毒有害废物，或因有毒有害物质迁移、突发事故，造成了土壤或地下水污染，并已产生健康、生态风险或危害的地块。随着中国城市化快速发展，国家产业转移等政策的实施，大批污染企业搬迁、改造或关闭停产，导致城市及其周边地区出现了大量遗留污染场地。污染事件频发 腾格里沙漠污染事件 天津、河北渗坑 红豆局长 常州 外国语学院毒地污染事件1.1 污染事件北京地铁 10号线宋家庄事件2004年 4月 28日，北京宋家庄地铁站施工过程中发生一起工人中毒事件。宋家庄地铁站所在地点原是北京一家农药厂厂址，始建于上世纪 70年代。尽管已搬离多年，但仍有部分有毒有害气体遗留在地下。该事件标志着中国
3、重视工业污染场地修复与再开发的开始。同时， 近年 由于突发重大事故所导致的场地污染也不容忽视。2015年 “8.12天津滨海新区爆炸事故 ”，危险品仓库发生爆炸，造成 氰化物 等有毒有害化学品污染，事故中心区土壤及地下水污染严重。截至 2016年 2月，事故产生的污水已处理完毕，污染场地修复工作已全面展开。 （图为事故发生后现场及爆炸中心区情形）土壤污染情况堪忧2014年 04月 17日环境保护 部和国土资源部 全国土壤污染状况调查公报 我国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我国有超过 1000万 hm2的 土地 已受到土壤污染的威胁 ， 其中 500万
4、hm2受到石油污染 的威胁 ， 200万 hm2受到采矿污染的 威胁 （ GUAN Y et al. ）特别是 在工业密集区 、 工业废弃地 、工矿 开采周边 地区 、 城市周边地区 、 固体废物集中处理 处置场 等地 。无机污染物：酸 、 碱 、 盐类 ， 重金属 ，放射性元素铯 、 锶的化合物 ， 含砷 、 硒 、氟的化合物等；有机污染：有机农药 、 酚类 、 氰化物 、 石油 、 合成洗涤剂 、 3,4-苯并芘等 。污染面积大部分地区污染严重污染物种类 复杂多样1.2 场地污染现状1.3 场地修复进展目前针对污染场地环境修复以及再次开发利用的迫切需要，我国已出台一系列相关政策，包括： 关
5、于切实做好企业搬迁过程中环境污染防治工作的通知 （ 2004年）；关于落实科学发展观加强环境保护的决定 （ 2005年）明确提出对污染企业搬迁后的原址进行土壤监测、风险评估和修复；2008年环境保护部召开 第一次全国土壤污染防治工作会议 ，要求必须加强城市建设用地和遗弃污染场地的环境监管和修复工作；2010年环保部制定完成 污染场地相关管理技术规范 ；2011年出台 国务院关于加强环境保护重点工作的意见 提出“被污染场地再次进行开发利用的，应进行环境评估和无害化治理”的要求，同年国家批准 重金属污染综合防治“十二五”规划 。1.3 场地修复进展2012年环境保护部、工业和信息化部、国土资源部、
6、住房和城乡建设部联合下发的 关于保障工业企业场地再开发利用环境安全的通知 ，明确提出在进行污染场地再开发利用时须遵循以下要点：进行污染场地全面排查、污染场地土地用途合理规划、严格控制污染场地的土地流转、污染场地修复达标为再开发前提、严格环境风险评估和治理修复管理、以“谁污染，谁治理”为原则落实相关责任主体。2014年后续出台 关于加强工业企业关停、搬迁及原址场地再开发利用过程中污染防治工作的通知 。国家出台一系列相关文件、政策、法规2004年国家 环保 部门 发布 文件 要求在工业退役用地变更用途后，需要进行清查和 修复我国第一个与污染场地相关的政府文件 2011年 ， 中共中央 、 国务院发
7、布了 全国 地下水污染 防治规划 （ 2011 2020） 2014年重新修订 环境保护法 并于 2015年 1月 1日起执行 2015年 4月， 国务院 印发 水污染防治行动计划 “水十条” 2012年 11月，环保部等四部委联合下发 关于保障工业企业场地再开发利用环境安全的通知 2014年 5月 ， 环保 部 环下发 关于加强工业企业关停 、 搬迁及原址场地再开发利用过程中污染防治工作的通知 2016年 5月，国务院印发 土壤污染防治行动计划 “土十条”1.3 场地修复进展环保部颁布的污染场地 调查与管理相关导则于 2014年 7月 1日 起 实行 污染场地环境调查技术导则 (HJ25.1
8、-2014) 污染 场地环境监测技术导则 (HJ25.2-2014) 污染 场地风险评估技术导则 (HJ25.3-2014) 污染 场地土壤修复技术导则 (HJ25.4-2014) 污染场地术语（ HJ682-2014）同年，环保部发布了一系列有关修复的工作指南： 工业企业场地环境调查评估与修复工作指南（试行） 地下水污染修复（防控）工作指南 地下水环境状况调查评价工作指南 国家出台一系列相关文件、政策、法规1.3 场地修复进展1.3 场地修复进展同时，浙江、北京、沈阳、重庆等多个省、市地方政府也制定了相关污染场地的管理条例和办法，各地场地修复与再开发的实践也取得了初步成果。以北京市为例， 2
9、016年 3月新发布实施四项污染场地环境管理标准：污染场地挥发性有机物调查与风险评估技术导则、污染场地修复工程环境监理技术导则、污染场地修复技术方案编制导则和污染场地修复后土壤再利用环境评估导则； 2014年一年完成多个污染场地的环境评价、生态修复，共修复污染土壤五万立方米。1.3 场地修复进展（图为苏州某有机物污染场地治理示范工程） （图为新疆首个场地污染修复项目工地， 2014）2 污染场地管理程序2 污染场地修复技术方法2 污染场地修复技术方法2 污染场地修复技术方法中国 污染场地修复技术 研究起步较晚，经历着由实验室研究向实用规模过渡的阶段。受区域发展不均衡性、土壤类型多样性、场地污染
10、类型复杂性、土地资源再开发的迫切性等因素制约，现阶段场地修复广泛采用的是修复周期更短、成功率更高的异位修复技术，包括客土法、异位填埋和水泥窑共处置等。污染土壤2 污染场地修复技术方法重金属 POPs 石油 工业场地生物修复技术 物化修复技术植物修复微生物修复联合修复固化 /稳定化土壤淋洗 热脱附技术规范制定 材料设备研发 技术集成示范污染土壤修复技术体系 典型代表“十五”和“十一五”国家“ 863”计划污染场地土壤修复技术研发现状图包气带 污染 治理技术生物 通风技术是指把空气注入受有机污染 的 土壤中 ， 促进有机物的挥发及好氧生物降解的技术 。 主要 适用于 土壤 石油 烃污染 ，并 扩展
11、到 氯代溶剂 的治理如：PCE（ 四氯乙烯 ） ， TCE(三氯乙烯 ) ， CT （ 四氯化碳 ） ，TCM(三氯甲烷 )， DCM（ 二氯甲烷 ） ， DCA（ 二氯乙烷 ） 等 。 全世界 使用此技术的场地超过1000个 。 美国 于 1994年开始允许这种 技术 。微生物个体微小，比表面积大，代谢速率快。微生物种类繁多，分布广泛，代谢类型多样。微生物繁殖快，易变异，适应性强。能合成降解酶，体内具有调控系统 质粒，还具有共代谢作用。1、原位修复： 生物通风技术（ BV）2 污染场地修复技术方法单注工艺注 -抽工艺抽 -注工艺单注工艺只 注入空气，省钱，但未考虑注入空气的归宿，可能进入地下
12、室 ， 也 可能 通过包气带进入大气圈，要控制这种工艺排出气体的去向 。 美国 Hill空军基地于 1991年层安装了这种工艺。抽 -注 工艺当 包气带污染土壤带位于建筑物所在位置地下时， 应用 此 工艺。先 把污染带土层中的污染物气体抽出，然后在一定距离的注气井中注入地下 。注气井 选择在非污染区。注入前，可加含有营养物的人工空气与污染土壤空气混合，目的是促进气态污染物的生物降解 。 美国 佛罗里达州的 Eglin空军基地层运用这种技术 。注 抽 工艺把空气注入地下包气带的污染土壤中，然后再一定距离的废污染带土壤中抽出 。优点： 从 污染带排出的含有挥发烃气体的空气从注气井再进入抽气井的过程
13、中，产生好氧生物降解，从而避免了污染气体进入大气，因此无须获得土壤空气排放的许可 。但 关键问题是注气和抽气井的距离，在此距离内污染的土壤气体是否得到净化。生物通风技术（ BV） 处理工艺2 污染 场地修复技术方法微生物种类、数量。土壤中加入石油降解优势菌能大大提高生物降解速度。微生物因素污染物浓度可生物降解性污染物因素影响生物通风技术的因素很多，除污染物本身的性质外，还包括土壤的结构、环境因子以及微生物的性质等。土壤因素气体渗透率、土壤含水率、土壤的氧气含量、土壤温度、土壤的湿度、土壤 pH、土壤中营养物的含量和电子受体类型。包气带 污染 治理技术2 污染场地 修复技术 生物 通风技术（ B
14、V）影响因素场地情况： 污染土壤由砂和砾石组成，偶尔夹有一薄层粘土。该场地污染土壤含水量平均低于 6%，全区域地下水埋深约 200m。污染物情况： 土样中燃料浓度最高达20000mg/kg，平均值 400mg/kg，不均匀的分配到 20m深度内。美国犹他州的 空军基地 914块区泄露了约 10万升 JP-4喷气发动机 燃料污染 。2.污染 场地修复技术 生物 通风技术（ BV）工程 实例 美国 犹他州 Hill空军基地工程概况： 通风井深度约 20m，滤网位于地面以下 3-18m处，在处理 场地北约200m处具有相同地层的未 污染区设了 对照通风井。运行情况： 1988年 11月开始运行 ，抽
15、出量约为 40m3/h，用催化燃烧法处理。随着污染气体烃浓度的下降，通风速度逐渐增至约 2500m3/h。 1989年 11月，污染气体产量下降，为了提供生物恢复的充氧条件，通风速度降至 500-1000m3/h间 ，催化 燃烧炉拆除 。从 1988年 12月至 1990年 11月，共抽出污染的土壤气体 1.0 106m3以上 。治理效果： 自 1989年 9月后，挥发去除 烃量已经很少，而主要是依靠生物降解。处理后，土壤的烃浓度绝大数 降至 5mg/kg以下 ，共 去除 JP-4燃料约 9万公斤 ，其中挥发去除约 5万公斤，生物降解去除约 4万公斤。空气排放监测井储油罐空气注入井土壤气体监测
16、井土壤气体监测井工程 实例 美国 犹他州 Hill空军基地2、 固化稳定化技术（ Solidification/Stabilization）2. 场地 污染修复技术固化 是指将污染物包裹起来 ， 使之呈颗粒状或者大板块存在 ， 进而使污染物处于相对稳定的状态 ；稳定化 是指将污染物转化为不易溶解 、 迁移能力或毒性变小的状态和形式 ， 即通过降低污染物的生物有效性 ， 实现其无害化或降低其对生态系统危害性的风险 。固化稳定化技术是指将污染土壤与黏结剂混合形成凝固体而达到物理封锁 （ 如降低孔隙率等 ） 或发生化学反应形成固体沉淀物 （ 如形成氢氧化物或硫化物沉淀等 ） ， 从而达到降低污染物迁
17、移性和活性的目的 。以 美国超级基金为例 ，在1982 2005 间，采用稳定化 /固化技术治理污染土壤 的项目为 217 个技术要素2. 场地 污染 修复技术 固化稳定化 技术 常用固化 /稳定化剂：（ 1） 水泥、石灰 、粉煤灰等无机材料固化 ；（ 2）沥青、聚乙烯等热塑性有机材料和脲甲醛、聚酯等热固性有机材料固化 ；（ 3）玻璃化技术 ；（ 4）硫酸亚铁、磷酸盐、氢氧化钠、高分子有机物等药剂稳定化。污染 土壤破碎预处理调节土壤化学性质施用固定 /稳定化剂施用辅助药剂（如有需要）后期养护及定期监测影响因素污染土壤的理化性质 土壤 pH 特征： 水泥或石灰为基料的系统在凝结及硬化阶段都需要
18、碱性环境， 土壤物质组成：影响水泥固化体的 水化、凝固、硬化固化 /稳定化工艺 胶凝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2. 场地 污染 修复技术 固化稳定化 技术工程 实例 某铬盐厂污染土壤异位固化稳定化基本情况：污染 面积约 18588 m2， 01.5 m 的 土壤含铬浓度较高 ，土壤 量约 46000 m3，总铬最大 检出浓度 为 13900 mg /kg，六价铬最大检出浓度为 4840 mg /kg。所用药剂还原剂 ：硫化物、亚铁 盐 等稳定化 /固化 药剂 ：粉煤灰 、水泥、石灰、石膏 等技术流程3、 淋洗技术 （）2. 场地 污染 修复技术土壤 淋洗修复
19、技术是将水或含有冲洗助剂的 水溶液 、酸 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。如美国新泽西州的Vineland Chemical 超级 基金场地使用淋洗技术在2007 年期间了 410 000 t 土壤，淋洗系统最大处理能力/h; 英国伦敦奥运园区所在地含石油、汽油、铅、低含量放射性物质和有毒工业溶剂等 多种污染物2006阿特金斯公司主导完成了复工程，处理污染土壤方量达
20、到万 m3 原理： 根据污染物分布的 深度，淋洗 液在重力或外力的作用下流过污染土壤，使污染物从土壤中迁移 出来，并 利用抽提井或采用挖沟的办法收集 洗脱液。 适合污染物： 弱 渗透区以上 的 吸附态 污染物： 重金属 、 易挥发 卤代 有机物、非卤代有机物 。 适用条件： 渗透系数 大于 10-3 cm/s 的多孔隙、易渗透的土壤如沙土沙砾土壤、冲积土和滨海土 等，在 地下水也同时受到污染 时， 此法更有针对性 。流程主要包括如下步骤 :1)污染土壤的挖掘 ；2)土壤颗粒 筛分 ：剔除 杂物如垃圾、有机残体、玻璃碎片等，并将粒径过大的砾石移 除；3)淋洗 处理： 在 一定的土液比下将污染土壤
21、与淋洗液混合 搅，待 淋洗液将土壤污染物萃取出 后，静置，进行固液分离；4)淋洗废液 处理 ： 含有悬浮颗粒的淋洗废液经过污染物的处置 后，可 再次用于淋洗步骤 中；5)挥发性气体 处理： 在淋洗过程中产生的挥发性气体经处理后可达标 排放；6)淋洗后土壤的 处置 ： 淋洗 后的土壤如符合控制标准 , 则可以进行回填或安全 利用。2. 场地 污染 修复技术 淋洗技术原位土壤淋洗修复技术 异位土壤淋洗技术土壤淋洗剂的种类及特性污染土壤淋洗修复技术研究进名称 常用种类 针对的污染物 机理无机淋洗剂HCl、 HNO3 、 H2SO4、 H3PO4、 NaOH、 CaCl2、NaNO3、 NH4NO3、
22、 FeCl3重金属 通过酸解、络合或离子交换作用来破坏土壤表面官能团与重金属形成的络合物，从而将重金属交换解吸下来螯合剂 人工合成螯合剂：乙二胺四乙酸 (EDTA)、二乙三胺五乙酸 (DTPA)、羟乙基乙二胺三乙酸 (HEDTA)、亚氨基二琥珀酸 (IDSA)等；天然螯合剂：柠檬酸、草酸、苹果酸、酒石酸、乙酸、胡敏酸、富里酸、丙二酸等。重金属 通过螯合作用与多种金属离子形成稳定的水溶性络合物 , 使重金属从土壤颗粒表面解吸 , 由不溶态转化为可溶态 , 从而为土壤淋洗修复创造有利条件表面活性剂化学表面活性剂：十二烷基苯磺酸钠 (LAS)、十二烷基硫酸钠 (SDS)、吐温 80(Tween80)和曲拉通 100(TritonX-100)等；生物表面活性剂：皂角苷、沙凡婷、鼠李糖脂、槐糖脂、环糊精等重金属有机物通过强化增溶和增流作用 ,增强土壤污染物在水相的溶解度和流动性，进而影响有机物在水体表面的挥发及其在土壤、沉积物、悬浮颗粒物上的吸附与解吸作用氧化剂 臭氧、二氧化氯、过氧化氢、 Fenton试剂、高锰酸钾 (钠 )等难降解有机物、无机物 (如酚类、氰化物等）将液态或气态的无机物和有机物转化成微毒或无毒的物质 , 或将其转化成易于分离的形态2. 场地 污染 修复技术 淋洗技术
