土壤及地下水修复技术.docx
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土壤及地下水修复技术
土壤原位修复技术
表1土壤原位修复技术选择矩阵
序号
技术名称
技术路线简介
应用参考因素
适用条件
不适用条件
成熟性
时间条件
资金水平
1
自然衰减
依靠土壤中原生态微生物、地表植物及土壤中的动物降解污染物；污染物同时通过自然衰减、分解、挥发和光解等途径降低浓度。
技术成熟/国内偶有应用
需很长时间/时间不确定
很低
场地长时间内不开发利用，资金短缺、或无其它修复途径，可考虑该技术路线。
不适用于高浓度有机污染修复。
2
生物通风
通过向包气带土壤注入低流量气体，加强污染土壤的生物降解。
注入空气会加强好氧生物的活性，强化降解过程。
有时还需向土壤中加入特定的微生物群落或特定的养分。
技术成熟/国内偶见应用报道
最优条件下4-24个月
较低
适用于处理小分子石油组分等可生物降解污染物。
设备技术成熟，施工与运行简单。
不适用于生物不可降解污染物；不适用于处理低渗透率、高含水率、高粘度土壤。
3
植物修复
在污染场地上种植植物进行修复，修复途径包括：
植物吸收、蒸腾及植物本身对污染物的降解，植物根系提供污染物降解微生物生态环境，植物根系对某些污染物的固定等。
技术成熟/国内有一定应用
需要长时间，5年，甚至更长时间
较低
可去除土壤表层的污染物。
修复时间较长；对深度污染的土壤不适用。
4
土壤气相抽提
在场地包气带土壤中设立多处抽气井，通过抽取空气使得挥发性有机物和部分半挥发性有机物脱离土壤，随着地层中的空气进入抽气井被抽出。
抽出的气体经过处理（例如活性碳过滤）后，达标排放。
技术成熟/国内偶有应用
需要较长时间，如2-5年
较低
适用于挥发性有机污染物和一些半挥发性有机污染物。
适用于通气性好、土壤质地相对均一、非饱和土壤。
不适用于低挥发性有机污染物修复和重金属污染修复。
5
（原位）化学氧化
通过在地层中建立扩散井，将化学氧化剂注入土壤中，将污染物质氧化为低毒、稳定的化合物。
常用的氧化剂包括含催化剂的过氧化氢类物质、高锰酸钾、臭氧、过硫酸钠等。
技术成熟/国内有较多应用
需要时间较短，如1-2年
中等
对于较高浓度、难生物降解的有机污染物相对有效和经济。
化学氧化效果受土壤迁移作用影响较大，化学氧化剂的注入半径需根据具体土质、经验及试验后确定，存在不能处理处理的污染物。
6
原位加热
将热输入土壤中，增加有机污染物的挥发速率，提高有机污染物在气相浓度，实现对土壤中污染物的去除，具有较高的污染物去除率。
技术不成熟/国内未见应用报道
需要时间较短，如0.5-1年
较高
针对挥发性和半挥发性有机化合物比较有效。
适应的污染物浓度水平也比较宽泛。
需要向场地输入大量的能量，即需要在场地上建立高能量源，如电源、热力源。
费用较高。
7
土壤冲洗
通过扩散井/渠，将含有助溶剂的水溶液在上游导入被污染的地层中，使污染物从土壤中分离出来，在下游收集井/渠抽取的污染物溶液，在地表进行处理。
技术成熟/国内未见应用报道
需要时间较短，如0.25-1年
较高
对高浓度的有机污染物有较好的效果。
适用于污染源的处理。
需经过多次冲洗才能达到较好的效果。
对于粉粘类土壤，污染物很难洗出，且后续的固液分离困难。
8
玻璃化
通过对污染土壤进行高强度的加热，例如使土壤温度升到1400-2000℃，将土壤熔化，一方面将有机物热摧毁，另一方面将曾被污染的土壤转变成稳定的玻璃和固态晶体。
加热的方法有电极加热和等离子电弧加热。
技术较成熟/国内未见应用报道
根据需处理土方量各异
高
可一次性有效摧毁包括二恶英在内的所有挥发性和半挥发性有机化合物，只有极少部分伴随尾气排出。
污染物总去除率99.9999%。
技术要求高，费用高，等离子弧加热尚未完全商业化。
土壤异位修复技术
序号
技术名称
技术路线简介
应用参考因素
适用条件
不适用条件
成熟性
时间条件
资金水平
1
异位安全填埋
将污染土壤运入危险废物填埋场进行安全填埋，阻止污染物扩散。
危险废物填埋场底部和侧壁均有防渗处理，且设有完善的导排导渗设施。
技术成熟/国内有工程案例
需要时间较短，如0.5-1年
中等
实施过程简单易行，对于各种污染物都有广泛的适用性。
受项目所在地填埋场的位置和库容限制。
2
热解吸
将土壤放入旋转器中，保持旋转器的真空以及低氧条件，通过火焰、蒸汽、热油等方式加热容器，使污染物和水分脱吸附土壤，再进入燃烧室焚烧摧毁其中的有机物质。
尾气需经洗涤处理后排放。
技术成熟/国内有工程案例
需要时间中等，如1-2年
中等
对挥发性和半挥发性有机化合物比较有效，可原地异位修复。
技术要求严格，需要较准确的控制反应器的温度和土壤的停留时间。
3
常温解吸
国内自主研发技术，是一种异位SVE增强技术，统称为土壤通风技术。
将污染土壤堆置于密闭车间内，常温下添加药剂增加土壤的温度、定时机械扰动等，促进土壤中的有机污染物的解吸和挥发，并通过尾气处理系统进行去除。
技术成熟/国内有工程案例
需要时间较短，如0.5-1年
较低
简单易行、便于管理，对VOCs类污染土壤修复成本较低；相对SVE技术修复周期大幅度减少。
高含水率土壤需采取措施降低其含水率；粘性土的机械扰动需专门破碎设备。
4
化学氧化
在反应池中，通过向土壤中注入化学氧化剂，将污染物质氧化低毒、稳定的化合物。
常用的氧化剂有含催化剂的过氧化氢类物质、高锰酸钾、臭氧、过硫酸钠等。
技术成熟/国内已有应用
需要时间较短，如1-2年
中等
修复周期短，适应范围广，可处理多种有机物污染土壤。
对处理氯代烃及苯系物比较有效和经济。
不适合土壤重金属污染修复。
不适用于农业用地污染土壤的修复。
5
化学还原
向污染土壤添加还原剂，通过还原作用，使土壤中的污染物转化为无毒或相对毒性较小的物质。
常见的还原剂包括连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、多硫化钙、二价铁、零价铁等。
技术成熟/国内已有应用
需要时间较短，如1-2年
中等
修复周期短，适应范围广，化学还原可处理重金属类（如六价铬）和氯代有机物等。
不适用于石油烃污染物的处理。
6
生物处理—土壤生物反应器
将受污染土壤放置到带有防渗漏、沥滤液收集、通风、有覆盖和有分格的地上池子，或地下填埋场中。
通过控制加入的微生物，强化污染物生物降解的过程。
通常有厌氧过程、好氧或混合过程。
技术成熟/国内有应用
需要时间长，如0.5-3年
较低
运行管理简单，费用较低，不用引入新的化学物质，对于苯系物和总石油烃类处理效果较好。
需要时间长，需要占用较大的场地。
7
土壤淋洗
用水或添加表面活性剂、螯合剂的水溶液淋洗土壤，将污染物淋洗到溶液中。
被清洗的土壤经检测合格后可回收利用。
淋洗后的溶液需要收集进行无害化处理。
技术成熟/国内未见应用报道
需要时间较长
较低到中等
可去除土壤中的多环芳烃污染物和重金属。
对于大粒径、低有机碳的土壤较适合。
不适用于粘土含量较高场地。
8
焚烧固化法
和水泥生料一起进入回转窑，控制污染土壤的配比。
较成熟/国内有工程案例
受水泥品质限制，添加配比较低
高
适用于重金属污染土壤的固化，可去除多环芳烃等物质。
需要消耗大量燃料，常规水泥窑尾气处理系统需改造以减少二噁英排放。
地下水修复技术比选
地下含水层修复技术有多种分类，按修复方式可分为原位修复、异位修复和监测自然衰减技术。
异位修复是将污染地下水先用收集系统或抽提系统转移到地上，然后再处理的技术，异位修复技术主要是被动收集和抽出处理。
原位修复技术是指在基本不破坏土体和地下水自然环境条件下，对受污染对象不作搬运或运输，而在原地进行修复的方法。
修复技术特性如表4-2所示，对地下水修复技术汇总，对各种技术的优缺点、成熟性、时间条件及资金条件进行综合对比，并分析了各种技术的适应性。
基于场地水文地质条件、污染物特征，优选化学还原技术、抽出处理技术、监测自然衰减技术。
表3地下水修复技术筛选矩阵
序号
技术
优点
缺点/适用性
发展历程
技术联用
效率
时间
治理成本
环境风险
1
监测自然衰减技术
费用低于其他技术；不产生二次污染，对生态环境干扰小
适用于污染程度较低、污染物自然衰减能力较强的区域；实施前需要详细评估地下水自然衰减能力，后期需要较长监测时间
90年代开始应用，目前应用较为普遍
可与多种原位处理技术联用
低到中
较长
低
低
2
阻隔技术
泥浆墙施工相对简单，使用的泥浆及回填材料也较为普遍，可有效将污染物阻隔在特定区域中
泥浆墙深度受一定限制，泥浆墙底部须进入到低渗透性土层（比如粘土）足够深度，一般情况下需要与地下水抽出处理系统联用；效果受地下水中酸碱组分、污染物类型、活性、分布、墙体的深度、长度和宽度、场地水文地质条件等影响
80年代开始应用
可与抽出处理技术联用
较高，可以有效阻隔地下水污染
较长
低到中
低
3
抽出处理技术
适用范围广；对于污染范围大、污染羽埋藏深的污染场地治理具有优势；系统运行初期的污染物去除率较高；设备简单易于安装
一般仅适用于渗透性较好的含水层；修复周期较长；对修复区干扰大；可能导致地下水资源的浪费；非水相液体难以清除干净；若不去除污染源，停止抽水时，拖尾和反弹现象严重；需要持续的能量供给和系统维护
80年代开始应用，属于应用最广泛、成熟度最高的技术之一，但目前应用已大幅下降，主要作为污染羽水力控制手段
可与原位微生物修复技术、空气喷射技术、原位热处理技术联用
初期效果较好，后期较差
数年到数十年
初期投资中等，但运行周期长且总运行成本较高
低
4
原位微生物修复技术
适用于大面积污染区域的治理；成本较低；对环境影响较低
地下水环境需适宜所需微生物的生长，在非均质性介质中难以覆盖整个污染区
90年代后期开始应用
可与地下水曝气、抽出处理技术等联用
适合条件下较高
数年到数十年
中到高
中
5
植物修复技术
施工简单，成本相对较低；不破坏地质结构，生态风险小
效果受地下水埋深、环境因素、污染物性质和浓度影响；修复周期较长；需考虑植物的后续处理
实际应用较少
低
数年到数十年
低到中
低
6
地下水曝气技术
对修复场地干扰小；设备简单，安装方便；修复（防控）效率高，治理时间短；运行和维护费用较低
对于非挥发性的污染物不适用；不适合在低渗透率或高黏土含量的地区使用；不能应用于承压含水层的污染物治理；控制不当可能导致地下水中污染羽迁移；蒸气可能会迁移和释放到地表，造成二次污染
80年代中期开始应用，90年代迅速发展。
在1982～1999年美国地下水污染“超级基金”治理项目中占51%
通常与土壤气体抽提技术联用
较高
数月到数年
中
较高
7
自由产品回收
可在短时间内去除非水相液体中大量污染物，从而加快地下水修复（防控）效率
受场地水文地质条件限制，特定情况下需与表面活性剂联用以提高回收效率；残留污染物需要进一步处理；DNAPL的回收较为困难
通常与土壤气体抽提、双相抽提、或微生物修复技术联用
一般
数月到数年
中
中
8
原位化学氧化技术
反应速度快，清除时间短；反应强度大，对污染物性质和浓度不敏感
在渗透性较差区域（如粘土层中），氧化剂传输速率可能较慢；土壤中存在腐殖酸、还原性金属等，会影响修复效果，由于成本限制通常只应用于污染源或残余污染源的处理
80年代中期开始应用，90年代后作为高效修复技术迅速发展
可与监测自然衰减技术联用
较高
数月到数年
中到高
较高
9
原位化学还原技术
反应速度快，清除时间短；反应强度大
场地水文地质条件可能会限制化学物质的传输；一些含氯有机污染物的降解产物仍有一定的毒性；固定的污染物在某些特定的条件下可能会重新释放出来；一些危险化学物质的使用可能会引起安全问题
90年代以来作为高效修复技术之一迅速发展，比如基于零价铁一类的技术
可与监测自然衰减技术联用
较高
数月到数年
中到高
低至中
10
渗透反应墙技术
工程设施较简单，可一次完成，后期运转及维护费用较低；反应介质消耗较慢，具备几年甚至几十年的处理能力
工程设施投资较大，工程措施较复杂；难以保证拦截所有污染物；渗透反应墙填料需要适时更换；需要对地下水的pH等进行控制；深度限制在3-12m；可能存在二次污染
1989开始研究，1994年开始商业应用
一般至较高
通常需持续监测2年或以上，墙体可持续使用5-10年
中
低至中
11
双相抽提技术
对于非均质粘土和细砂中污染物的处理效果比单独使用抽出处理或土壤气体抽提高
场地水文地质条件和污染物分布可能会影响修复效率；需要对液相和气相进行后续处理
一般至较高
数年
中
较高
12
原位热处理技术
通过大幅提升处理区域内地下水及土壤温度以促进挥发性有机污染物的解吸及挥发，在非水相液体存在时还可以增加其迁移性（通过降低其粘度）以便收集
设备及运行成本较高，对系统施工及运行专业化程度要求高
蒸汽注入技术最早于20世纪80年代开始在荷兰和美国发展；电极加热技术于1996年首次被商业应用，目前应用逐渐增多
通常与土壤气体抽提、抽出处理或双相抽提系统联用
高
数月到数年
高
中等
序号
技术
优点
缺点/适用性
发展历程
技术联用
效率
时间
治理成本
环境风险
1
监测自然衰减技术
费用低于其他技术；不产生二次污染，对生态环境干扰小
适用于污染程度较低、污染物自然衰减能力较强的区域；实施前需要详细评估地下水自然衰减能力，后期需要较长监测时间
90年代开始应用，目前应用较为普遍
可与多种原位处理技术联用
低到中
较长
低
低
2
阻隔技术
泥浆墙施工相对简单，使用的泥浆及回填材料也较为普遍，可有效将污染物阻隔在特定区域中
泥浆墙深度受一定限制，泥浆墙底部须进入到低渗透性土层（比如粘土）足够深度，一般情况下需要与地下水抽出处理系统联用；效果受地下水中酸碱组分、污染物类型、活性、分布、墙体的深度、长度和宽度、场地水文地质条件等影响
80年代开始应用
可与抽出处理技术联用
较高，可以有效阻隔地下水污染
较长
低到中
低
3
抽出处理技术
适用范围广；对于污染范围大、污染羽埋藏深的污染场地治理具有优势；系统运行初期的污染物去除率较高；设备简单易于安装
一般仅适用于渗透性较好的含水层；修复周期较长；对修复区干扰大；可能导致地下水资源的浪费；非水相液体难以清除干净；若不去除污染源，停止抽水时，拖尾和反弹现象严重；需要持续的能量供给和系统维护
80年代开始应用，属于应用最广泛、成熟度最高的技术之一，但目前应用已大幅下降，主要作为污染羽水力控制手段
可与原位微生物修复技术、空气喷射技术、原位热处理技术联用
初期效果较好，后期较差
数年到数十年
初期投资中等，但运行周期长且总运行成本较高
低
4
原位微生物修复技术
适用于大面积污染区域的治理；成本较低；对环境影响较低
地下水环境需适宜所需微生物的生长，在非均质性介质中难以覆盖整个污染区
90年代后期开始应用
可与地下水曝气、抽出处理技术等联用
适合条件下较高
数年到数十年
中到高
中
5
地下水曝气技术
对修复场地干扰小；设备简单，安装方便；修复（防控）效率高，治理时间短；运行和维护费用较低
对于非挥发性的污染物不适用；不适合在低渗透率或高黏土含量的地区使用；不能应用于承压含水层的污染物治理；控制不当可能导致地下水中污染羽迁移；蒸气可能会迁移和释放到地表，造成二次污染
80年代中期开始应用，90年代迅速发展。
在1982～1999年美国地下水污染“超级基金”治理项目中占51%
通常与土壤气体抽提技术联用
较高
数月到数年
中
较高
6
原位化学氧化技术
反应速度快，清除时间短；反应强度大，对污染物性质和浓度不敏感
在渗透性较差区域（如粘土层中），氧化剂传输速率可能较慢；土壤中存在腐殖酸、还原性金属等，会影响修复效果，由于成本限制通常只应用于污染源或残余污染源的处理
80年代中期开始应用，90年代后作为高效修复技术迅速发展
可与监测自然衰减技术联用
较高
数月到数年
中到高
较高
7
原位化学还原技术
反应速度快，清除时间短；反应强度大
场地水文地质条件可能会限制化学物质的传输；一些含氯有机污染物的降解产物仍有一定的毒性；固定的污染物在某些特定的条件下可能会重新释放出来；一些危险化学物质的使用可能会引起安全问题
90年代以来作为高效修复技术之一迅速发展，比如基于零价铁一类的技术
可与监测自然衰减技术联用
较高
数月到数年
中到高
低至中
8
渗透反应墙技术
工程设施较简单，可一次完成，后期运转及维护费用较低；反应介质消耗较慢，具备几年甚至几十年的处理能力
工程设施投资较大，工程措施较复杂；难以保证拦截所有污染物；渗透反应墙填料需要适时更换；需要对地下水的pH等进行控制；深度限制在3-12m；可能存在二次污染
1989开始研究，1994年开始商业应用
一般至较高
通常需持续监测2年或以上，墙体可持续使用5-10年
中
低至中
9
双相抽提技术
对于非均质粘土和细砂中污染物的处理效果比单独使用抽出处理或土壤气体抽提高
场地水文地质条件和污染物分布可能会影响修复效率；需要对液相和气相进行后续处理
一般至较高
数年
中
较高
1.1修复技术概述
下面将筛选出的地下水抽出处理技术（P&T）、化学氧化修复技术和监测自然衰减技术（MNA）分别做详细的介绍。
抽出处理技术
该系统针对目标污染场地及其污染物性质，在污染场地布设一定数量的抽水井，通过水泵和水井将含水层中的污染地下水与非水相液体（即污染物自由相）经由抽出井抽出，然后利用地面设备处理，用于处理重度污染地下水区域中多种污染物类型。
处理后的地下水，排入地表径流或回灌到地下。
本技术常与其他处理技术，如化学氧化法、生物处理法等结合，以达到清除含水层污染的目的。
与原位注射技术联用的抽出处理技术见示意图3-1。
图3-1强化含水层冲洗技术修复意图
化学氧化技术
化学氧化是指利用氧化剂本身或所产生的自由基的氧化能力氧化土壤中的污染物，使得污染物转变为无害的或毒性更小的物质，从而达到修复的目的。
化学氧化方法可以在短时间（几天或几个月）内获得污染物浓度的大量降低（60%～90%以上）。
原位化学氧化技术适用于修复受污染饱和区和非饱和区，高污染的源区以及污染浓度较低的扩散羽区，图3-2所示为原位化学氧化工艺示意图。
图3-2原位化学氧化示意图
原位化学氧化技术相对其它原位修复技术突出的优点是其修复周期短，近年来发展迅速。
美国超级基金第十四版的报告表明，在采用化学方法修复的地下水决策文件中，有一半使用的是原位化学氧化技术。
原位化学氧化技术的主要优点包括：
（1）适用范围广，大部分的土壤有机污染物均可以通过原位化学氧化技术实现修复，对污染物的存在状态适应范围也较广泛（液相、吸附相和非液相均可以处理），适合修复一些其它技术不能应用的污染区域（见图3-3）；
（2）相对于P&T、MNA等技术，污染物的原位化学氧化去除技术具有成本优势；（3）修复周期短；（4）氧化修复后有强化微生物活性及加速自然衰减的潜力。
图3-3使用原位化学氧化技术修复构筑物下污染区域示意图
监测自然衰减技术
通过实施有计划的监控策略，依据场地自然发生的物理、化学及生物作用，包含生物降解、扩散、吸附、稀释、挥发、放射性衰减以及化学性或生物性稳定等，使得地下水和土壤中污染物的数量、毒性、移动性降低到风险可接受水平。
可处理的污染物类型包括碳氢化合物、BTEX（苯、甲苯、乙苯、二甲苯）、石油烃、多环芳烃、MTBE（甲基叔丁基醚））、氯代烃、硝基芳香烃、重金属类、非金属类（砷、硒）、含氧阴离子（如硝酸盐、过氯酸）等。
完整的监测自然衰减系统应由监测井网系统、监测计划、自然衰减性能评估系统和紧急备用方案四部分组成。
监测井网系统：
能够确定地下水中污染物在纵向和垂向的分布范围，确定污染羽是否呈现稳定、缩小或扩大状态，确定自然衰减速率是否为常数，对于敏感的受体所造成的影响有预警作用。
监测井设置密度（位置与数量）需根据场地地质条件、水文条件、污染羽范围、污染羽在空间与时间上的分布而定，且能够满足统计分析上可信度要求所需要的数量。
建立监测井网系统所需设备包括建井钻机、水井井管等。
监测计划：
主要监测分析项目需集中在污染物及其降解产物上。
在监测初期，所有监测区域均需要分析污染物、污染物的降解产物及完整的地球化学参数，以充分了解整个场地的水文地质特性与污染分布。
后续监测过程中，则可以依据不同的监测区域与目的，做适当的调整。
地下水监测频率在开始的前两年至少每季度监测一次，以确认污染物随着季节性变化的情形，但有些场地可能监测时间需要更长（大于2年）以建立起长期性的变化趋势；对于地下水文条件变化差异性大，或是易随着季节有明显变化的地区，则需要更密集的监测频率，以掌握长期性变化趋势；而在监测2年之后，监测的频率可以依据污染物移动时间以及场地其它特性做适当的调整。
主要包括取样设备和监测设备等。
监控自然衰减性能评估：
评估监测分析数据结果，判定MNA程序是否如预期方向进行，并评估MNA对污染改善的成效。
MNA性能评估依据主要来源于监测过程中所得到的检测分析结果，主要根据监测数据与前一次（或历史资料）的分析结果做比对。
主要包括：
（1）自然衰减是否如预期的正在发生；
（2）是否能监测到任何降低自然衰减效果的环境状况改变，包括水文地质、地球化学、微生物族群或其它的改变；（3）能判定潜在或具有毒性或移动性的降解产物；（4）能够证实污染羽正持续衰减；（5）能证实对于下游潜在受体不会有无法接受的影响；（6）能够监测出新的污染物释放到环境中，且可能会影响到MNA修复的效果；（7）能够证实可以达到修复目标。
紧急备用方案：
紧急备用方案是在MNA修复法无法达到预期目标，或是当场地内污染有恶化情形，污染羽有持续扩散的趋势时，采用其它土壤或地下水污染修复工程，而不是仅以原有的自然衰减机制来进行场地的修复工作。
当地下水中出现下列情况时，需启动紧急备案。
（1）地下水中污染物浓度大幅度增加或监测井中出现新的污染物；
（2）污染源附近采样结果显示污染物浓度有大幅增加情形，表示可能有新的污染源释放出来；（3）在原来污染羽边界以外的监测井发现污染物；（4）影响到下游地区潜在的受体；（5）污染物浓度下降速率不足以达到修复目标；（6）地球化学参数的浓度改变，导致生物降解能力下降；（7）因土地或地下水使用改变，造成污染暴露途径。
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