污染土壤修复技术筛选

污染土壤修复技术筛选
一、技术筛选原则
土壤修复技术筛选需要考虑的因素众多，在修复技术的选择上需要确保污染场地的修复效果满足土地利用方式和风险控制的要求，优先选择可以降低污染物毒性、迁移性和含量的成熟修复技术。

修复技术具体筛选原则如下：
1、修复技术的筛选要优先考虑充分保护人体健康和生态环境，且在施工过程中确保场地修复工程实施安全，防止对施工人员、周边人群健康以及生态环境产生危害和二次污染。

2、在技术上，修复技术筛选需结合场地再开发利用规划和开发方式，选择可以达到目标的最简化的途径或方法，而不单纯追求技术的先进性。

3、在经济上，修复技术筛选兼顾场地土壤修复目标、修复技术的处理效果、修复时间、当前修复费用的实际承受能力和未来经济的发展，使得不仅在当前，而且从长远来看，修复技术的选择都是合适的。

4、在可行性上，修复技术的筛选从我国的整体现状出发，充分考虑我国场地修复队伍的能力以及现有污染物处置设施的水平。

5、在各种条件允许的情况下，尽量选择环境友好的修复技术或原位修复技术。

对污染场地中不同类型的污染物和不同风险的土壤，提倡采用区别化的技术分别对待和处理。

二、土壤修复技术步筛选
1、异位土壤淋洗
（1）土壤淋洗技术是借助能促进土壤环境中污染物溶或迁移的溶剂，通过水力压头推动淋洗液，将其注入污染土壤中，再把包含有污染物的液体从土层中抽提出来，进行分离和污染处理的过程。

淋洗液可以是清水，也可以是提高溶解效率的淋洗液。

土壤淋洗过程的技术关键是向污染土壤中注射溶剂或“化学助剂”，由此造成污染物溶解和其在液相中可迁移性的提高。

土壤淋洗技术的使用范围较广，可用来处理有机、无机污染物和放射性污染物，尤其对重金属污染物，土壤淋洗技术更是最为有效的去除方法之一。

（2）土壤淋洗技术根据作用对象的区别，可分为原位土壤淋洗技术和异位土壤淋洗技术两大类。

由于开挖土壤和最终的回填，使的异位土壤淋洗技术的成本提高，且工艺较原位土壤淋洗技术更为复杂，但与原位淋洗技术相比，该技术的修复效率更高，人为可控性更强。

（3）异位淋洗技术在将污染土壤挖掘出来，在淋洗设备中进行污染物去除的淋洗技术。

根据实现方式的不同，可分为粒径分级式化学淋洗和浸提式化学淋洗等技术工艺。

（4）粒径分级式化学淋洗其原理是污染物主要集中分布于较小的土壤颗粒上，异位土壤淋洗是采用物理分离或增效洗脱等手段，通过添加水或合适的增效剂，分离重污染土壤组分或使污染物从土壤相转移到液相的技术。

经过洗脱处理，可以有效地减少污染土壤的处理量，实现减量化。

该技术工艺主要适用于污染物在不同粒径中分布不均，且粗粒级土壤易清洗达标的情况，以实现污染土壤的减量化。

（5）浸提式化学淋洗工艺主要针对污染物在不同粒径中分布差异性不大，且粗粒级土壤淋洗达标困难，细粒级污染土壤淋洗去除率更好的情况。

为节省淋洗剂用量、缩短工艺流程、优化工艺条件，将污染土壤铬渣统一球磨到一定细度，以提高淋洗去除率，然后通过添加水或合适的增效剂浸提，使污染物从土壤相转移到液相中，能有效降低土壤中污染物总量。

（6）粒径分级式化学淋洗和浸提式化学淋洗工艺的主要差别在于，粒径分级式化学淋洗工艺在进行土壤洗脱前需进行粒级分级，然后分类进行土壤洗脱，工艺线路多流程长，所需设备繁多。

浸提式化学淋洗工艺在进行土壤洗脱前对土壤进行球磨，然后统一进行土壤洗脱，工艺流程简单。

（7）粒径分级式化学淋洗系统构成和主要设备：异位土壤洗脱处理系统一般包括土壤预处理单元、物理分离单元、洗脱单元、废水处理及回用单元等。

具体场地修复中可选择单独使用物理分离单元或联合使用物理分离单元和增效洗脱单元。

主要设备包括土壤预处理设备（如破碎机、筛分机等）、输送设备（皮带机或螺旋输送机）、物理筛分设备（湿法振动筛、滚筒筛、水力旋流器等）、增效洗脱设备（洗脱搅拌罐、滚筒清洗机、水平振荡器、加药配药设备等）、泥水分离及脱水设备（沉淀池、浓缩池、脱水筛、压滤机、离心分离机等）、废水处理系统（废水收集箱、沉淀池、物化处理系统等）、泥浆输送系统（泥浆泵、管道等）、自动控制系统。

（8）浸提式化学淋洗系统构成和主要设备：异位土壤洗脱处理
系统一般包括土壤预处理单元、物理分离单元、粉磨单元、洗脱单元、废水处理及回用单元等。

主要设备包括土壤预处理设备（如破碎机、筛分机等）、输送设备（皮带机或螺旋输送机）、物理筛分设备（湿法振动筛、滚筒筛、水力旋流器等）、粉磨设备（球磨机、棒磨机等）、增效洗脱设备（洗脱搅拌罐、滚筒清洗机、水平振荡器、加药配药设备等）、泥水分离及脱水设备（沉淀池、浓缩池、脱水筛、压滤机、离心分离机等）、废水处理系统（废水收集箱、沉淀池、物化处理系统等）、泥浆输送系统（泥浆泵、管道等）、自动控制系统。

（9）应用情况：浸提式化学淋洗工艺源于矿业领域的浸出提取工艺，主要应用于矿业领域，目前在土壤修复领域中仅部分工艺段借鉴使用，未见完整应用。

粒径分级式化学淋洗工艺在发达国家已有多年的研究历史，可用于处置多种污染物土壤，如果污染土壤的物理性质符合要求，还可以处置复合污染的土壤。

但是淋洗法在国内外工程实际应用中还是存在诸多问题无法解决。

2、湿法解毒法
（1）铬渣主要是由铬铁矿和纯碱、石灰石、白云石等经高温培烧、用水浸取铬酸钠后所得到的废渣，含有大量可溶性六价铬，具有强氧化性，极易导致皮炎、溃疡，甚至具有致癌作用，属于危险废弃物，是美国EPA确认的129种重点污染物之一，若不经过有效方法解毒治理，长期堆放会严重污染环境，危害人体健康。

目前世界各国对铬渣的解毒治理都非常重视，并根据各自情况开发出了各种解毒方案，主要包括干法解毒和湿法解毒两大类。

干法解毒是将铬渣混合煤粉
在高温下焙烧，在还原性气体作用下将六价铬还原成三价铬并固定于玻璃体中达到解毒目的。

湿法解毒则是将污染土磨细碱溶后，水溶性和酸溶性六价铬在硫化钠、硫酸亚铁等还原剂作用下被还原成三价铬，最后转化为氢氧化铬沉淀从而达到解毒目的。

其中干法解毒需要建设回转窑，能耗大，成本相对较高，此外高温煅烧时产生的烟气易造成二次污染，不利于推广。

而湿法解毒工艺原理清晰、流程简单、成本相对较低、对环境影响小，在国内多个铬渣解毒案例中种取得了成功。

（2）在湿法解毒工艺中，会将铬渣料浆加入至反应罐内，以加入不同的还原剂及调理剂，在反应罐内进行还原解毒处理。

由于目前没有专用设备，因此解毒工艺中的还原反应装置通常都是自制，铬渣湿法解毒熟化反应装置存在着料浆混合不均匀，搅拌存在死角，导致还原反应不充分，熟化后料浆六价铬含量超标，返渣现象频繁出现等问题。

其次，在硫酸或盐酸投加后会有逃逸现象，导致车间酸雾浓度过高，影响操作人员身体健康。

◆优势：
（1）不受铬渣类型、处理规模和场地的限制，具有很大的灵活性和适用性。

（2）工艺原理清晰、流程简单、成本相对较低、对环境影响小。

◆限制因素：
（1）铬渣湿法解毒熟化反应装置存在着料浆混合不均匀，搅拌
存在死角，导致还原反应不充分，熟化后料浆六价铬含量超标，返渣现象频繁出现等问题。

（2）在硫酸或盐酸投加后会有逃逸现象，导致车间酸雾浓度过高，影响操作人员身体健康。

3、异位化学还原稳定性
还原稳定化技术是利用一些易得到的化学还原剂（也可以辅以一定的粘合剂）将六价铬还原为三价铬，形成难溶的化合物，从而降低铬在环境中的迁移性和生物可利用性，从而减轻铬污染的危害。

还原剂可以直接加入到土壤中，当六价铬主要集中在土壤颗粒表面时，直接向土壤中加入还原剂能迅速有效地起作用。

但当六价铬存在于土壤颗粒内部时，则难以与还原剂接触并发生还原反应。

因此，当这部分六价铬从土壤中浸出时，就需要额外的超量还原剂来还原它。

在这个过程中，还原剂有可能被冲走，也可能被其他物质氧化。

关键技术参数：影响化学还原技术修复效果的关键技术参数包括：污染物的性质、浓度、药剂投加比、土壤渗透性、氧化还原电位、pH、含水率和其它土壤地质化学条件。

（1）药剂投加比：根据修复药剂与目标污染物反应的化学反应方程式计算理论药剂投加比，并根据实验结果予以校正。

（2）氧化还原电位：对于异位化学还原修复，氧化还原电位一般在-100mV以下，并可通过补充投加药剂、改变土壤含水率、改变土壤与空气接触面积等方式进行调节。

（3）pH：根据土壤初始pH条件和药剂特性，有针对性的调节土
壤pH，一般pH范围4.0~9.0。

常用的调节方法如加入硫酸亚铁、硫磺粉、熟石灰、草木灰及缓冲盐类等。

（4）含水率：对于异位化学氧化/还原反应，土壤含水率宜控制在土壤饱和持水能力的90%以上。

4、砖厂协同处置
（1）技术原理
烧结砖是我国传统的历史悠久的大宗建筑材料，由于黏土烧结砖随着社会经济发展，用途广泛、用量很大，且制造工艺简单，相对廉价的黏土、页岩或煤矸石原料，随处可得，因此，各地制砖业十分普及。

但随着农业的发展，与农田建设的矛盾日益突出，国家在一些地区已严禁以“黏土”烧砖，并鼓励以其他材料替代。

据此，目前社会上存在以污染土壤为掺配原料烧制烧结砖的处置技术。

掺配污染土壤烧砖，通过高温烧结与固化，有机质在高温下被焚烧掉，重金属等有害成分被固化在烧结砖中。

（2）技术特点
烧结砖生产工艺过程总的来讲有原料的制备、坯体成型、湿坯干燥和成品培烧四部分组成。

各部分的重要性总的概括起来说，原料是根本，成型是基础，干燥是保证，焙烧是关键。

评价某种物料是否能生产出烧结砖，其主要取决于它的物理性能，而化学成份对制品的性能具有间接的影响。

在判断原料性能时，化学的成份分析可以作为判断的参考依据。

化学分析通常测定二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、硫矸和烧失量等。

SiO2（二氧化硅）是烧结砖
原料中的主要成份，含量在55～70%之间，超过此含量时，原料的塑性大为降低制品的强度极限。

Al2O3（三氧化二铝）在制品原料中的含量以10～20%为宜，低于10%时制品的力学强度降低，高于20%时，虽然制品强度较高，但烧成温度也高，耗煤量加大，并使制品的颜色变淡。

Fe2O3（三氧化二铁）是制砖原料中的着色剂，一般含量为3～10%为宜，含量过高时会降低制品的耐火度。

CaO（氧化钙）在原料中的石灰石（CaCO3）的形成出现，是一种有害物质，含量不宜超过10%，如含量过高时将缩小烧结温度的范围。

当氧化钙含量大于15%时，烧结范围将缩小25℃，给焙烧操作造成困难，其颗粒较大于2mm 时更易形成酥砖或引起制品爆裂，可导致坯体严重变形，如吸潮、松解、粉化等。

MgO（氧化镁）原料中的含量不超过3%，越少越好，
其化合物如硫酸镁在制品中会产生一种白色的泛霜，影响产品的质量。

SO3（硫矸）在原料中的含量一般不超过1%，越少越好。

硫矸在焙烧过程中的逸出，使制品发生膨胀和产生气泡的原因。

其它的含硫物也对制品有害，如硫酸钙引起制品泛白和起霜，硫酸镁能引起制品泛霜和膨胀。

（3）适用性
可处理重金属污染型土壤，对于含有重金属及六价铬污染土壤的治理较为适用。

（4）局限性
从污染土壤风险管控的角度来看，该方法存在着一些问题：①难以处理全部的污染土壤：制砖一般需要粘土，而污染土壤不一定全是
粘土，不符合制砖要求的剩余污染土壤最后去处无法管控。

②难以防止二次污染的产生：在重金属污染土壤焚烧制砖的过程中，容易排放含重金属的烟气或者产生重金属含量较高的飞灰，而普通制砖厂并不具备治理该二次污染的条件。

③难以控制新污染源的产生：重金属污染土壤制成的砖，由于无法控制最终用途，很有可能成为新的污染源，对相关人群构成威胁。

5、水泥协同处置
（1）水泥窑协同处置技术是环保部《污染场地修复技术目录（第一批）》推荐的修复技术，是指在现有水泥窑生产线的基础上，通过对水泥窑生产线的改造，添加配套处理设施设备，将预处理后污染土壤作为一次燃料或原料按一定比例掺进合适的水泥焚烧回转窑入料点，采用水泥窑高温环境煅烧成水泥熟料，达到污染土壤解毒、实现废物有效处置和再利用的目的。

水泥窑协同处置技术具有产能大、高温和停留时间长的优越性。

此外，在焚烧含六价铬时，六价铬被还原成三价铬。

水泥窑协同处置同时具有可靠性高的特点，因而非常具有吸引力而快速发展，近30年来得到较快发展，是目前广泛采取的污染土壤处置技术，且在重庆市该技术已得到多家处置单位实际应用。

（2）水泥窑的出口烟气经过SNCR脱硝系统、增湿塔、原料磨和除尘器等构成的多级收尘脱硝系统，有效的保证了水泥窑尾气的达标排放。

水泥窑协同处置污染土投料点位置简图
水泥窑协同处置技术具有焚烧温度高、可资源综合利用、经济效益好等优点，但对处理污染土壤的理化性质、投加比例和投加点等需要深入分析。

该技术的实施时间属于中短期技术。

适用性
水泥窑协同处置技术对污染物的处理范围较广，大多数有机类污染物都可以采用该技术处理，但该技术不适用于处理含爆炸物、未经拆解的废电子产品、汞、铬等污染物的土壤。

重金属的含量对水泥质量影响较大，因此处理前应对土壤中的重金属等成分进行检测，保证出产的水泥质量符合相关标准。

局限性
在进入水泥窑前，污染土壤一般需要进行预处理。

对污染土壤中的各组分和污染物等进行详细检测，以保证水泥产品的质量。

污染土
壤在水泥生料中的配比通常较低。

涉及污染土壤的挖掘或远距离运输，可能会产生二次污染。

6、电动力学技术
电动力学方法是一种在20世纪90年代后才得到重视和发展的原位土壤修复技术，可有效去除土壤中重金属而且总体费用较低。

早在1947年，Casagrande(1947)就开始应用电动技术对粘土进行脱水。

该技术应用于土壤修复的研究始于上世纪八十年代，作为一种原位修复技术，电动修复近年来发展较快。

土壤和地下水污染的电动修复接触有害物质少、人工耗费少、经济效益较高，能够处理低渗透性土壤，适用于多相非均匀土壤介质，可有效去除土壤污染物，目前已证实可被用来去除土壤中重金属、石油烃、酚类、胺类、多氯联苯、有机农药等污染物。

其基本原理是在铬污染土壤两端加上低压直流电场，利用电场的迁移力，主要是电渗和电迁移的作用，水溶性或吸附态污染物根据带电荷不同向不同电极方向运动，土壤中带正电的离子向阴极移动，带负电的离子向阳极移动，不带电的污染物随着孔隙水的电渗析流而发生迁移。

通过电化学和电动力学的复合作用，土壤污染物在电极附近富集或者被抽提出来收集回收。

影响电动修复的因素：电解液组分和pH值，土壤电导率和电场强度，ζ电位。

◆优势：
（1）成本低，耗费人工少，对现有景观、建筑和结构等影响较
小。

（2）土壤本身的结构不会遭到破坏，不受土壤低渗透性的影响。

（3）更适合于水力传导性低特别是黏土含量高的土壤的修复。

（4）铬离子从根本上完全被去除，不向土壤中引入新的物质。

（5）对有机物和无机物都有效果。

（6）应用范围广，如今电动修复已不再局限用于土壤修复，还发展运用到污泥、地下水、底泥、矿渣、电子废物、放射性废物等的修复与处理。

◆限制因素：
（1）污染物的溶解性和在土壤胶体表面的脱附性能对该技术的成功应用有重要影响。

（2）需要电导性的孔隙流体来活化污染物。

（3）土壤的含水率低于10%的场合，处理效率大大降低。

（4）埋藏的地基、碎石、大块金属氧化物和大石块都会降低处理效率。

（5）修复过程相对耗时，整个应用时间可能长达几年。

（6）一些电解反应控制不好可能产生二次污染物，如氧化还原反应产生副产物氯气、氯化物等。

（7）腐蚀问题，如石墨、铂等电极腐蚀后残留在修复区域中。

（8）操作复杂，在工程实践中没有得到广泛应用。

7、玻璃化技术
玻璃化方法是把重金属污染区土壤置于高温高压条件下，形成玻璃态物质，使重金属固定于其中，达到消除重金属污染的目的。

具体操作是在铬污染土壤中插入电极，在土壤表面放上石墨和玻璃电介质把两个电极连接起来，通电后污染土壤受热玻璃化，同时体积缩小而下沉，待玻璃化土壤冷却后，在其上部覆盖客土。

用此技术处理被铬、砷、铅污染的土壤，在工程上已有应用。

◆优势：适合于重污染的浅层土壤的处理，能快速地从根本上修复低挥发性重金属污
染的土壤。

◆限制因素：工程量大、费用昂贵，而且土壤太粘和太湿都会影响处理效果。

8、植物修复技术
植物修复方法包括植物萃取、植物固定、植物挥发和根系过滤。

其中和铬污染土壤/沉积物相关的修复技术为植物萃取和植物固定，前者是指种植一些对铬吸收能力强的植物，利用其根系吸收污染土壤/沉积物中的铬并运移至地上部，通过收割地上部植物带走土壤/沉积物中铬的一种方法。

后者是指利用植物根际的一些特殊物质使土壤/沉积物中的六价铬还原为相对毒性较轻的三价铬。

目前发现的铬的超富集植物有DicomaniccoliferaWild、SuterafodinaWild和李氏禾(LeersiaHexandraSwartz)。

关键技术参数包括：污染物类型，污染物初始浓度，修复植物选择，土壤pH值，土壤通气性，土壤养分含量，土壤含水率，气温条
件，植物对重金属的年富集率及生物量，尾气处理系统污染物排放浓度，重金属提取效率等。

（1）污染物初始浓度：采用该技术修复时，土壤中污染物的初始浓度不能过高，必要时采用清洁土或低浓度污染土对其进行稀释，否则修复植物难以生存，处理效果受到影响。

（2）土壤pH：通常土壤pH值适合于大多数植物生长，但适宜不同植物生长的pH值不一定相同。

（3）土壤养分含量：土壤中有机质或肥力应能维持植物较好生长，以满足植物的生长繁殖和获取最大生物量以及污染物的富集效果。

（4）土壤含水率：为确保植物生长过程中的水分需求，一般情况下土壤的水分含量应控制在确保植物较好生长的土壤田间持水量。

（5）气温条件：低温条件下植物生长会受到抑制。

在气候寒冷地区，需通过地膜或冷棚等工程措施确保植物生长。

（6）植物对金属的富集率及生物量：由于主要以植物富集为主，因此，对于生物量大且有可供选择的超富集植物的重金属（如砷、铅、镉、锌、铜等），植物修复技术的处理效果往往较好。

但是，对于难以找到富集率高或植物生物量小的重金属污染土壤，植物修复技术对污染重金属的处理效果有限。

国外应用情况：该技术修复成本相对低廉，相关配套设施已能够成套化生产制造，在国外已
广泛应用于重金属、放射性核素、卤代烃、汽油、石油烃等污染土壤的修复，技术相对比较成熟，国外部分应用案例信息如表5-5所
示。

◆优势：
1）在工程中可以原位实施，不需要专门设备和专门操作人员，运行成本大大低于传统方法。

2）对环境扰动少，在清理土壤重金属污染物的同时，可同时清除污染土壤周围的大气或水体中的污染物，有较高的美化环境价值，易为社会所接受。

◆限制因素：
1）只适用于浅层的、受到污染不是很严重的的土壤/沉积物。

2）受到待治理土壤地理条件的影响。

3）对不同污染状况的土壤要选用不同的生态型植物。

4）超积累植物通常矮小、生物量低、生长缓慢、生长周期长、因而修复效率低，不易于机械化作业。

9、微生物修复法
微生物修复指利用原土壤、沉积物中的土著微生物，或向污染土壤、沉积物补充经过驯化的高效微生物，在优化的操作条件下，通过生物还原反应，将六价铬还原为三价铬，从而修复被污染的土壤/沉积物。

铬污染的生物修复目前的研究还仅限于把水溶液中的六价铬还原为三价铬，目前从活性污泥、污泥消化池以及土壤中都分离出了对六价铬有耐受性质和还原能力的细菌。

其中以EnterobactercloacaeH-1菌种的研究开展得最为深入，铬还原过程的动力学模型、控制变量、测量手段以及流程都建立起来了，并尝试进行了用于电镀废水处理的
初步研究。

微生物修复含Cr6+污染上壤主要有吸附和还原两种方式。

微生物还原法即利用原土壤中的土著微生物或向污染土壤中补充经过驯化的高效微生物，在优化的条件下，通过微生物还原反应，将六价铬还原为三价铬，从而达到铬污染土壤的修复目的。

相比于传统方法，微生物修复的优势在于不破坏植物生长所需的土壤环境，不会产生二次污染，具有环境友好性，可原地处理，操作简单。

在铬污染土壤中，一些土著微生物本身具有还原Cr6+的能力，但是，土壤中Cr6+含量自然降低的速度非常缓慢，因而，不通过人为干预仅靠土著微生物对铬污染土壤自净是行不通的。

加快微生物还原Cr6+为Cr3+的进程成为必要。

铬污染土壤的修复可通过引进一些铬耐受且有铬还原能力的细菌，或者通过一些手段刺激污染场地土著微生物活性。

不管哪种情况，限制铬污染场地修复进程的一个共同因子就是污染场地通常缺乏足够的营养以供引进的外来微生物或土著微生物的生长，因而，这些微生物自身具备的还原Cr6+的潜力得不到充分发挥，为使其潜力得到充分发挥，必须向其生活的环境中投加营养物质来刺激铬还原菌的新陈代谢和繁殖，从而达到修复的目的。

如有机酸，牛粪，糖蜜都可以用来加快Cr6+的修复。

◆优势：
（1）微生物降解较为完全，不会产生二次污染。

（2）不破坏植物生长所需的土壤环境。

（3）处理形式多样，可原地处理，操作相对简单。