修复技术

土壤修复技术总结

1Air sparging(AS) and Soil vapor extraction(SVE) 空气扰动和土壤蒸汽提取技术

1.1简介

AS是一种相对较新的原位修复技术，主要用于修复被非水相（NAPLs），特别是挥发性有机物（VOCs）污染的饱和土壤和地下水（图1）。在AS作用下，压缩空气喷入地下水位以下的污染带，通过气、液两相间的传质过程，污染物从土壤或地下水中挥发到空气中，含有污染物的空气在浮力的作用下不断上升，到达地下水位以上的非饱和区域，则运用了SVE技术，在其抽提的作用下，这些含污染物的空气被抽出地下，并于地上处理。另外，喷入的空气还能为饱和土壤中的好氧生物提供足够的氧气，促进了污染物降解。

图1 AS与SVE连用技术的示意图

1.2原理

AS技术的基本原理就是在污染地下水或土壤内引入清洁空气产生驱动力，利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯度，在

气压降低的情况下，将其转化为气态的污染物排出土壤外。SVE 技术则是利用真空泵产生负压驱使空气流过污染的土壤孔隙而解吸并夹带有机组分流向抽取井，最终于地上进行处理。此外有氧生物降解也是其一个重要的过程。

一般而言，在渗透率较低的砂土中，挥发、对流、扩散、弥散、溶解和有氧生物降解是污染物传递和转化的主要机制；在渗透率较高的砂砾中，挥发、弥散、溶解和有氧生物降解是污染物传递和转化的主要机制。

1.3AS技术的应用和研究现状

Semer等研究认为，AS技术是去除饱和土壤和地下水中的挥发性有机污染物的最有效方法，去除率可以高达98%。

Lundegard等在意大利对石油烃的AS现场研究表明，空气流动区域的形状接近抛物线，并且是对称的，半径大约是2.4m。Benner 等在美国运用AS技术对砂质土和地下水进行去除TEX的研究发现，现场TEX浓度下降了88%，而且其中97%的污染物是被有氧生物降解的。Bass等总结了44个用AS系统处理被各种烃类污染的土壤中，有47%的去除率在95%以上，只有29%的的去除率低于90%。可见AS技术对于有机污染物是一种非常有效的去除手段。

1.4AS技术修复效果的影响因素

首先，是污染物的种类，其对挥发性和半挥发性有机污染物的处理效果较好。

其次它的效率主要依赖空气喷射所形成的影响区域的大小。

而影响此区域大小的因素有土壤的类型和粒径大小；土壤的非均匀性和各向异性；空气喷射的压力和流量；地下水的流动。

1.5优缺点

优点：低成本，高效率，可操作性强，处理污染物的范围宽，可由标准设备操作，不破坏土壤结构以及对回收利用废物有潜在价值等。

缺点：不适用于下层土壤异质性、低渗透性的土壤、地下水高的土地。

2Electrokinetic remediation电动力学修复

2.1简介

电动力学修复技术是把电极插入受污染的土壤并通入直流电,发生土壤孔隙水和带电离子的迁移,土壤中的污染物质在外加电场作用下发生定向移动并在电极附近累积,定期将电极抽出处理,可将污染物除去。(图2)

图2 电动修复技术示意图

2.2原理

其基本原理类似电池，利用插入土壤的两个电极在污染土壤两端加上低压直流电场，在低强度直流电的作用下，水溶的或者吸附在土壤颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动；阳极附近的酸开始向土壤毛细孔移动，打破污染物与土壤的结合键，此时，大量的水以电渗透方式在土壤中流动，土壤毛细孔中的液体被带到阳极附近，这样就将溶解到土壤溶液中的污染物吸收至土壤表层得以去除。污染物去除过程主要涉及电迁移、电渗析、电泳和酸性迁移带等四种电动力学现象。

应用方法：原位修复，直接将电极插入受污染土壤，污染修复过程对现场的影响最小；序批修复，污染土壤被输送至修复设备分批处理；电动栅修复，受污染土壤中依次排列一系列电极用于去除地下水中的离子态污染物。

2.3优缺点

优点：对现有景观、建筑和结构等的影响最小；土壤本身结构不会遭到破坏，而且该过程不受土壤低渗透性的影响；金属离子从根本上完全被驱除；对饱和层和不饱和层都有效；水力传导性较低特别是黏土含量高的土壤适用性强；对有机和无机污染物都有效。

缺点：污染物的溶解性和污染物从胶体表面的脱附性能对技术的成功应用有重要影响；需要电导性的孔隙流体来活化污染物；

掩埋的地基、碎石、大块金属氧化物、大石块等会降低处理效率；

金属电极点解过程中发生溶解，产生腐蚀性物质，因此电极需要采用惰性物质如碳、石墨、铂等；污染物的溶解性和脱附能力限制技术的有效应用；土壤含水量低于10%的场合，处理效果大大降低；非饱和层水的引入会降低污染物冲洗出电场影响区域，埋藏的金属或绝缘物质会引起土壤中电流的变化；当目标污染物的浓度相对于背景值（非污染物质浓度）较低时，处理效率降低。

3 Soil Washing土壤淋洗

3.1 简介及原理

土壤淋洗修复技术，是利用淋洗液去除土壤污染的过程，通过水力学方式机械地悬浮或搅动土壤颗粒，使污染物颗粒分离。

土壤清洗干净后，再处理含有有机污染物的废水或废液。如果大部分污染物被吸附于某一土壤粒级，并且这一粒级只占全部土壤体积的一小部分，那么可以只处理这部分土壤。

3.2 优缺点

土壤淋洗技术处置污染土壤处置量大，适用于多种污染土壤，处置成本适中，影响处置成本的主要因素是土壤物理性质，如果土壤中的粘土含量超过25%，则会增加处理成本。

4 稳定化/固化技术

4.1 简介

稳定化/固化技术是最早用于危险废物处置的，在污染场地修复方面主要用于受重金属污染的土壤。稳定化/固化技术通过

将污染土壤和硫化物、亚铁盐等还原剂及粉煤灰、水泥、石灰、石膏等稳定化/固化药剂混合，通过化学还原和重金属络合等作用将重金属稳定或固定在混合体内，降低重金属的释放，达到污染土壤的无害化处理。稳定化/固化技术包括稳定化和固化两个过程。

4.2 原理

稳定化：将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。可分为物理稳定化和化学稳定化。物理稳定化是将污染土壤与一种疏松物料混合生成一种粗颗粒、坚实度的固体，污染物被物理性捕获到固体物的矩阵中。化学稳定化是通过化学反应改变有毒物质的化学形态和降低有害物质的溶解性和反应活性，使之在稳定的晶格内固定不动。在实际操作中，物理稳定化和化学稳定化会同时发生。

固化：在污染土壤中添加固化剂，使其转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程。固化剂可以是一种也可以是多种。

固化可以看作一种特定的稳定化过程，可以理解为稳定化的一个部分。无论是稳定化还是固化，其目的都是减小污染物的毒性和可迁移性，同时改善被处理对象的工程性质。通过该技术处理后的固化物进行回填或进行安全填埋。

其具体流程如下图4：