环境修复原理与技术

第一章绪论

环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体。

环境问题：是指由于人类不恰当的生产活动引起全球环境或区域环境质量的恶化，出现了不利于人类生存和发展的问题。

环境问题的产生和发展：（1）环境问题萌芽阶段(从人类出现直到工业革命前夕)

主要特点：主要表现为生态环境破坏。如大量砍伐森林、破坏草原、盲目开荒等，往往引起的严重水土流失，水旱灾频繁和沙漠化问题。

影响：主要对小区域范围的生态影响。影响力度增长缓慢。

（2）环境问题的发展恶化阶段（19世纪工业革命至20世纪50年代。）

主要特点：蒸汽机的发明和使用后，大工业日益发展，生产力有了很大的提高，环境问题也随之发展并逐步恶化。例如：从1873年－1892年间的冬季英国伦敦多次发生有毒烟雾事件。

影响：①环境问题，尤其污染问题集中在工业发达国家。②环境质量开始恶化，但未引起重视。

（3）环境问题的第一次高潮（20世纪50年代至80年代前夕）主要特点：环境问题更加突出，震惊世界的公害事件接连不断。

形成因素：①人口的迅猛增长，都市化的速度加快。②工业不断集中和扩大，能源的集中大增。影响：①工业发达国家把环境问题列入国家的议事日程，包括制定法律、建立机构、加强管理、采用新技术等。②到70年代中期环境污染得到有效控制，城市和工业的环境质量有明显改善。

（4）环境问题的第二次高潮（20世纪80年代至今）

主要特点：①开始共同关注在全球范围内出现的环境问题②全球性大气污染。例如温室效应和全球气候变暖、臭氧层破坏和酸雨。③大面积生态破坏。大面积森林破坏、草场退化、沙漠化等。④突发性的严重污染事件。

影响：全球性环境问题严重威胁着人类的生存和发展。

修复是指借助外界作用力使某个受损的特定对象部分或全部恢复到原初状态的过程。严格说来，修复包括恢复、重建、改建等三个方面的活动。恢复：是指使部分受损的对象向原初状态发生改变；重建：是指使完全丧失功能的对象恢复至原初水平；改建：则是指使部分受损的对象进行改善，增加人类所期望的“人造”特点，减小人类不希望的自然特点

环境修复：就是指对被污染的环境采取物理、化学和生物学技术措施，使存在于环境中的污染物质浓度减少或毒性降低或完全无害化，使得环境能够部分或者全部的恢复到原始状态。环境修复对象：是自然界中各种各样因为环境污染和破坏等而形成的环境问题，如污染的大气、水体、土壤等，任务是使得污染的环境能够部分或者全部恢复到原始状态

第二章污染环境的物理修复原理

污染环境的物理修复：利用污染物和环境之间各种物理特性的差异，达到将污染物从环境中去除、分离的目的。优点：高效、快捷、积极、修复时间较短、操作简便、对周围环境干扰少、对污染物性质和浓度不是很敏感。缺点：修复效果不尽人意、所需费用较高、耗人力物力较多、有可能引起二次污染等。

蒸气浸提技术原理：蒸气浸提技术是通过降低土壤空气蒸气压，把土壤中的污染物转化为蒸气的形式而加以去除，是通过物理方法去除不饱和土壤中挥发性有机组分（VOCs）污染的一种修复技术，适用于处理高挥发性的污染物。途径：利用真空泵产生负压；还可在土壤内引入清洁空气驱使空气流过污染的土壤孔隙而挥发、解吸并夹带有机组分流向抽取井，并最终于地上进行处理。关键因素：能否应用及应用效果取决于两方面的因素，即土壤的渗透性有机污染物的挥发性。

蒸气浸提技术优点：（1）能够原位操作，比较简单，对周围的干扰能够限定在尽可能小的范围之内；（2）非常有效地去除挥发性有机物；（3）在可接受的成本范围之内能够处理尽可能多的受污染的土壤；（4）系统容易安装和转移；（5）容易与其他技术组合使用。

固化稳定化技术：固化/稳定化修复技术是指防止或者降低污染土壤释放有害化学物质过程的一组修复技术，它是用物理/化学方法将污染物固定或包封在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程。

固化:是指将污染物包被起来，使之呈颗粒状或大块状存在，进而使污染物处于相对稳定状态。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，实现其无害化或者降低其对生态系统危害性的风险。

固化与稳定化技术特点：（1）需要污染土壤与固化剂／稳定剂等进行原位或异位混合，与其他固定技术相比，破坏无机物质，但可能改变有机物质的性质；（2）稳定化可能与封装等其他固定技术联合应用，并可能增加污染物的总体积；（3）固化／稳定化处理后的污染土壤应当有利于后续处理；（4）现场应用需要安装全部或部分设施。

固化／稳定化技术优点：（1）可以处理多种复杂金属废物；（2）费用低廉；（3）加工设备容易转移；（4）所形成的固体毒性降低，稳定性增强；（5）凝结在固体中的微生物很难生长，不致破坏结块结构。

电动力修复概念：向土壤施加直流电场，在电解、电迁移、扩散、电渗透、电泳等作用的共同作用下，使土壤溶液中的离子向电极附近富集从而被去除的技术。

电迁移：指带电离子在土壤溶液中朝向带相反电荷电极方向的运动。电渗透：指土壤微孔中的液体在电场作用下由于其带双电层与电场的作用而作相对于带电土壤表层的移动。电泳：指带电粒子相对于稳定液体的运动。酸性迁移：电极表面发生电解产生的氢离子和氢氧根离子向相反方向移动。

电动力修复优点：（1）适用于任何地点，因为土壤处理仅发生在两个电极之间，可以在不挖掘的条件下处理土壤。（2）可以从非均质的介质中去除污染物，对饱和和不饱和的土壤都潜在有效，且最适合于黏质土。（3）可以处理有机和无机污染物。（4）费用/效益的比率较好。局限性：（4）污染物的溶解度高度依赖于土壤pH。（4）要添加增强溶液。（5）当高电压使用到土壤时，由于温度升高，过程的效率降低。（6）如果土壤含碳酸盐、岩石、石砾时，去除效率会显著降低。

客土法：在被污染的土壤上覆盖废污染土壤；换土法：部分或全部挖除污染土壤而换上废污染土壤。

第三章污染环境的化学修复原理

化学淋洗修复

定义：借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学/生物化学溶剂，在重力作用下或通过水力压头推动淋洗液注入到被污染土层中，再提取液体进行分离和污水处理的技术。主要对象是有机物及重金属。

化学固定是在污染环境中加入化学试剂或化学材料，并利用它们调节污染环境条件、控制反应条件、改变污染物的形态、水溶性、迁移性和生物有效性，使污染物钝化，形成不溶性或移动性差、毒性小的物质而降低其在污染环境中的生物有效性，减少其向其他环境系统的迁移或结合其他修复技术手段永久地消除污染物，实现污染环境的化学修复。

化学固定修复机理：

（1）吸附作用环境中的重金属元素能以水合离子、阴阳离子和无电荷联合体的形式被吸附。金属元素在有机质和氧化物表面有很高的亲和性，对于碱性和碱土金属元素有很强的置换能力。

（2）配合作用机理根据表面配合模式，重金属离子在颗粒表面的吸附作用是一种表