污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告.docx

1、污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告污染土壤修复治理技术的研究 可行性研究报告中船勘察设计研究院有限公司2014 年 6 月目录一、 项目概述 .1（1）工程背景概述 .1（2）污染土治理的一般方法 .6（3）重点关注治理方法 .91、换土技术 .92、固化/稳定化（S/S）技术 .113、化学淋洗技术 .124、植物修复技术 .16二、项目目标、研究内容、和关键技术 .20（1）项目目标 .20（2）研究内容 .20（3）关键技术 .213、技术路线方案、课题分解 .224、组织方式及分工 .24（1）科研项目工作措施 .24（2）现场组织措施 .25参考文献 .25污染土壤修复治理技术

2、的研究可行性研究报告一、 项目概述（一）工程背景概述随着我国城市化进程的提速和围绕着城市的工业设施健全，城市周边土壤的污染程度日益加剧。具体表现在，一方面未经处理的工业废水，废气和废渣，空气粉尘所携带大量污染物，雨水对城市区域的冲刷携带的污染物最终会汇聚到土壤中和河道中。这些堆积的污染物会很容易地通过水循环，大气循环，食物链再一次进入到人体，危害健康。另一方面矿产资源的不合理开发及其冶炼排放、长期对土壤进行污水灌溉和污泥施用、人为活动引起的大气沉降、化肥农药的使用等原因，造成了土地污染面积不断扩大，土壤污染 日益严重。根据全国土壤污染调查结果，目前我国受污染的耕地约有 1.5亿亩，占 18 亿

3、亩耕地的 8.3%，多是集中在经济较发达的地区。另根据国家环保部门组织的典型区域土壤环境质量状况探查研究 显示，珠三角部分城市有近 40%的农田菜地土壤重金属污染超标，其中 10%属严重超标。据估算，全国每年因重金属污染的粮食达1200 万吨，造成的直接经济损失超过 200 亿元。土壤污染具有隐蔽性、毒害性、累积性、长期性、多样性和滞后性的特点，被污染的土壤通过地下水或生物富集作用直接或间接地影响着人类健康。出于历史原因，中国土壤污染主体大多是各类国有工厂，经过多轮的改制重组，很多工厂产权归属关系已经多次变化，即便产权明晰的，也很难有能力再去支付高额的土壤修复费用。因此，“谁污0污染土壤修复治

4、理技术的研究可行性研究报告染，谁治理”这一环保行业的通行准则，在土壤修复行业根本行不通。目前少数比较成熟的商业化项目，主要依托于房地产，由房地产开发商买单。除此之外，绝大多数土壤修复项目主要依靠财政拨款或者银行贷款的方式进行。但今后面对大量的类似项目，完全依靠政府支付显然并不现实。鉴于此，目前的土壤修复多是场地的修 复，耕地的修复因为难以找到买单人，修复的很少。欧美等发达国家城市，在郊区化和逆城市化的过程中，也曾出现大量因工业企业搬迁而废弃遗留下来的“棕地”。自 20世纪 70年代开始，欧美等发达国家采取了一系列措施应对这类环境问题，包括制定政策法规、编制行业标准、设立修复基金、鼓励修复技术

5、与装备创新等。我国对污染场地问题关注的比较晚，2004 年原国家环保总局才开始要求对搬迁遗留的污染场地必须进行监测和修复后 方可再使用(“关于切实做好企业搬迁过程中环境污染防治工作的通知”环办2004 47 号)。同欧美等发达国家相比，我国在工业污染场地方面的法律法规体系、现状调查和特征分析、修复技术研发 水平以及实际工程应用经验上还存在较大差距。上海西北角的普陀桃浦地区，是上世纪知名的老工业基地，众多化工、医药企业为桃浦乃至整个上海的经济、产业产值做出了杰出的贡献。但是不可避免的工业排放却也污染了区域环境，影响了桃浦的整体形象。今后十年，曾经污染严重的上海老工业重镇桃浦将“再造一个漕河泾”，

6、并实现城区再生、产业升级、环境修复的再生之路。未来桃浦有望通过新一代科技商务园区、地区级公共活动1污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告中心、多元化都市宜居社区和超大规模的生态型中央主题公园的分 期建设，形成工作-生活-休闲-学习融为一体的发展格局，详见图 1。图 1 桃浦未来规划图根据所掌握的桃浦地区的资料，该地区分布以下工业类型：化学原料及化学品制造，造纸及纸制品，金属冶炼及延压加工，废弃资源和废旧材料回收加工，燃气生产和供应，生活垃圾和餐饮等，可能受到的污染类型有：挥发性有机物，半挥发性有机物，重金属，持久性有机污染物，农药，氯代有机物，有机物等。以往的研究发现，该地区土壤中发现的含量

7、异常的重金属有：镉，铬，汞，镍，铅，铜，锌。根据相关参考资料，按照 1：10000 的布置原则，桃浦区的 8 种重金属评价质量按图 2图 9 所示：2污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告图 2 镉质量评级图 3 铬质量评级图 4汞质量评级图 5镍质量评级3污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告图 6 铅质量评级图 7 砷质量评级图 8 铜质量评级图 9锌质量评级由以上 8 种重金属的质量评级，可看到镉、锌大部分区域处于二级标准，部分区域超二级标准；铬、汞、铅、铜基本上都处于二 级标准；镍和砷处于一级标准。根据相关规范可知，不超过二级标准，表明清洁或者尚清洁，但予以警惕，及时找出和控制土壤

8、污染源；超过二级标准，可进行4污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告深入详查，若有相关污染危害则进行整治。初步可以判断桃浦区受关注无机污染主要为镉、锌和砷污染。另根据相关环评资料可知，桃浦地区也受挥发性和半挥发性有机污染。不管是无机污染还是有 机污染，在场地调查时需进一步详查。（二）污染土治理的一般方法污染土的处置与修复应根据污染程度、分布范围、土的性质、修复标准、处理工期和处理成本等综合考虑。国内常见污染土修复治理方法很多，如物理，化学，微生物等修复技术，这些方法的适 用范围及局限性如表 1 所示。国外经常使用的整治方法：生物通气 法、化学方法，详情见图 10图 13。5。，。污染土壤修复

9、治理技术的研究可行性研究报告表 1 常见的场地土壤修复技术优缺点对比修复技术类别修复内容及应用范围局限性换土技术被污染的土壤挖除并置换成干净的 土壤，污染场地急需使用。技术成熟，但需占用大量场地，可能形成二次 污染。土壤淋洗技术利用流体淋洗出土壤中的污染物。 适用于 SVOCs、燃油和无机物，该 技术提供回收金属和大范围清除有 机和无机污染物的粗颗粒土的可能细的土壤颗粒（如粉土 和粘土）可能要求加入聚合物使它们从洗液中 去除，复杂的废物混合 物（例如金属与有机物 混合）使洗液配方难以确定，土壤中的高腐殖 质含量可能要求预处理水流要求处理。微生物修复技术利用各类微生物对污染土壤中的有机物进行降解

10、，最终产物是 CO2和 H2O。适用于各类油类污染物以及半挥发性及非挥发性有机物、燃料、PCP、杂芬油、PCBs 等物质。适用于各类油类污染物以及半挥发性及非挥发性有机物、燃料、PCP、杂芬油、PCBs 等物质。化学修复技术利用氧化还原反应将土壤当中含有的危害性污染物转化成为低毒和无 毒的化合物或者化学稳定性更高、迁移性更弱的新的化合物。主要用 于氯化物处理和脱氧作用。在土壤透气度低或者土 壤已分化的场地使用，成效不高。物理分离技术通过物理方式将污染土壤中的污染物从土壤当中转移出去，以达到修 复的目的。适用各种有机污染和重金属污染。目前仍处于试验研究阶段，进行大规模的工程 应用，仍需解决很多实

11、际问题。植物修复技术借助植物对土壤当中的污染物进行 吸收、转移、降解的方法。适用于土壤污染程度相 对较低、面积广的场地高温处理技术通过 10000C 左右的高温将污染物 中的卤代化合物以及其它一些难融 解的有机物进行热解焚毁并挥发出去。费用比较高，残留物质 有潜在的处理问题，对 操作工艺的要求相对较高。6污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告图 10化学方法示意图该方法视不同场地，含有不同的污染物的情况而定。化学方法需要处理大量具有危险性的气化剂。部分受关注的化学污染物具有抗氧化能力。当时在土壤透气度低或者土壤已分化的场地使用这些 方法，成效不高。图 11 生物通气法原理示意图该方法被证实可

12、以整治被石油碳氢化合物，不含氯的溶剂，部7污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告分除虫剂和其他有机化学品污染的土壤，该办法的成效受土壤湿度 影响，透气度低的土壤会降低该方法的效用。图 12洗土法该方法需要大面积的场地，以便放置有关设备。处理后的土壤可以再利用，但有少量的残渣需要弃置。若土壤的腐殖质含量偏高，便需要作预先处理，但吸附在粘土型颗粒上的有机物质可能难以清 除。（三）重点关注治理方法根据国内外目前常用的污染土壤修复方式，考虑到治理工程的时效性与经济性，结合目前单位的实际，选用以下四种方法，以供 选择和参考，这也是本次科研的重点。1、换土技术“换土”是一种异位土壤修复技术，它包括异地填

13、埋和异地水泥窑焚烧等。由于该方法见效快，对原址的开发建设进度影响小，8污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告另由于很多房地产开发商对于场地的开发有时间的限制，大多是 3-6个月。所以目前在国内土壤修复被较多采用。它一般分为客土、换 土、深层翻土等方法，详见图 13。 客土是把未经污染的土壤加入到污染的土壤中，使表面土层的污染物含量降低来处理污染土壤的方法，减少对人类及自然界的 危害。2 换土是将污染场地的土壤运输到其它地方，在移走的污染土 壤场地上换上未污染的土壤。3 深层翻土就是将受污染的土壤场地，用机械挖掘设备将深层的未被污染的土壤或是污染较轻的土壤，翻至场地表面，覆盖其污 染的土壤。图

14、 13 换土修复技术为便于污染土壤外运，工程可采取分层分区倒退挖掘的方式进行施工，挖掘的土壤直接装车外运至接收点进行路基垫层铺设或者将转移后的土壤，为控制在转移后的污染发生扩散和二次污染的风险，可选择周期更为长的生物修复（修复场地面积大，不急于使用，修复实施方便，但维护植物总体费用较高）。施工中要严格控制污染9污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告土壤的去向，运输车辆进出场都需经确认程序，运输途中派专人负责巡查，以保证所有污染土壤全部运至指定接收点处置。为了控制二次污染，施工区域车辆出场必须进行清洗，运输车辆出场全部进行覆盖，防止土壤洒落。如果土壤污染深度较深，在进行挖掘的过程，需进行必要的

15、基坑设计以及相应的降水设计，但须注意场地降 水的排放和处理。2、固化/稳定化（S/S）技术固化-稳定化技术是将污染物在污染介质中固定，使其处于长期稳定状态，是较普遍应用于土壤污染的快速控制修复方法。该技术 可分为原位和异位稳定-固化修复技术。原位稳定-固化技术适用于重金属污染土壤的修复，一般不适用于有机污染物土壤的修复；异 位稳定-固化技术通常适用于处理无机污染物质，不适用于半挥发性有机污染物和农药杀虫剂污染土壤的修复。该处理技术费用比较低廉，对一些非敏感区的污染土壤可大大降低污染治理成本。常用的固化稳定剂有飞灰、石灰、沥青和硅酸盐水泥等，其中水泥应用最 为广泛，详见图 14。但其所需的设备较

16、多，如螺旋转井、混合设备、集尘系统、大型储存池等。其作用机理及相关设备详见图 15。另外，污染物埋藏深度、土壤 pH 值和有机质含量等都会在一定程度上影 响该技术的应用以及有效性。10污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告图 14主要固化/稳定化材料图 15原位和异位稳定化机理和现场设备3、化学淋洗技术化学淋洗技术（soil leaching and flushing/washing ）是指借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂，通过水力压头推动11污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告清洗液，将其注入到被污染土层中，然后再把包含有污染物的液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理的

17、技术。使用化学助剂提高土壤中污染物的溶解性或液相中的可迁移性是实施该技术的关键。图 16 原位淋洗技术流程图该技术适用范围较广，主要围绕着使用表面活性剂处理有机污染物，用螯合剂或者酸处理重金属修复被污染的土壤。其可以在原 位进行修复，也可以进行异位修复。原位土壤淋洗技术是通过在污染的场地使用注射井向土壤中注入淋洗剂，它主要是根据污染物分布的深浅，通过让淋洗剂的自身重力或是外界力使淋洗剂向下渗透与污染物发生化学反应。在此过程中含有污染物的溶剂可以通过提取井的方式回收，经处理达标后排放。该技术的装备主要由以下几个部分组成：污染区包围屏障系 统，淋洗液施加系统，污染物-淋出液收集系统，淋出液再生及循

18、环12污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告系统，污染物处理及排放系统。淋洗的过程如图 16 所示。污染区包围屏障系统起到对污染区进行包围封闭，防止淋洗过程对周边地区的二次污染。该技术适用的污染物有：重金属（铬，镉，铅，铜， 锌），芳烃（苯，甲苯，甲酚，苯酚），石油类，卤代试剂（TCE, 三氯烷），多氯联苯和氯代苯酚，原位淋洗技术流程图如图 9 所示。图 17 异位淋洗技术流程图异位土壤淋洗技术实施过程如图 17 所示。其通常采用 5 个步骤。第 1 步：将受到污染的土壤进行挖掘。第 2 步：把挖掘出来的污染土壤进行物理分离，去除大块杂物，再分离出沙砾，黏土，将受污 染的那部分土运输到指定的

19、污染土壤处理设备处。第 3 步：在处理厂对污染土壤和淋洗液按照一定的固液比混合，然后放入淋洗反应器或是反应池中，通过搅拌等外力的辅助作用下让污染土壤和淋洗 液发生化学反应作用。第 4 步：经过一定时间待土壤中的污染物由固相转移到液相的时候，可将液体通过自然蒸发或液体重力渗透分13污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告离。第 5 步：处理后的土壤可以投入到其他用途，而含有污染物的 淋洗液则经过处理达标后排放或回收。该技术适用的污染物有：重金属，放射性元素及污染物（石油 类碳氢化合物，易挥发有机物，PCBs，PAHs）。异位土壤淋洗技术较原位技术，更加灵活机动，淋洗设备是可运输的，可随时搭建的。

20、但通过对原位和异位土壤淋洗修复技术的 分析，它们都存在一些待改善的问题，见表 2。表 2原/异位淋洗技术存在的问题对比名称存在的问题原位淋洗技术对修复土地地质比较粘重，渗透性差的土壤修复处理效果不是很明显。还容易造成由淋洗剂中的化学成份再次污染土壤和深层地 下水。异位淋洗技术将污染土壤运输到较远的异位淋洗工厂进行淋洗，整个修复时间较长，运输较麻烦，且对于大片的污染场地，工程量大费用高， 不宜实现。14污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告4、植物修复技术植物修复技术（phytoremediation）是指利用植物的生命代谢来吸收并降解污染物。该种修复技术一方面可以有效的改变重金属在土壤中的存

21、在形态，达到对重金属在土壤中的净化、减少和积累固定的作用，对有机物降解有机污染物质的途径主要有两条：一是将有机物吸收到植物体内，再将其降解；二是通过根分泌物中的一些物质直接或间接的在根部将其降解。植物体对污染物的吸收，排泄和积累的动态过程，这个动态过程随环境条件（植物吸收，鳌合作用，温度，水分变化等）变化而变化。因此可以通过改变植物周边 的环境来提高修复效率。植物修复机理如图 18 所示。15污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告 图 18 植物修复机理示意图针对重金属污染治理，可以采用超级积累植物，这种植物的概 念在 1977 年被提出。这类植物具有超强吸收土壤中重金属的能力，其茎和叶的重

22、金属含量可以是普通植物在同一生长条件下的 100 倍。 有代表性的植物如表 3 所示。另外，植物根系对有机污染物吸收的强度不如对无机污染物如重金属的吸收强度大，植物根系对有机物的修复主要是依靠根系分泌物对有机污染物产生的络合和降解等作用，以及根系释放到土壤中的酶直接降解作用。其中通过改变土壤的物理化学性质来调节污 染物降解率，例如 PAHs 属于难降解性污染物，采用有机肥可以对污染物的降解有一定的促进作用。常用于治理污染的植物体及其相 对应的污染物如表 4 所示。表 3 部分超积累植物及其地上部重金属（干重）超积累植物蒿莽草属天蓝遏兰菜圆叶遏兰菜澳洲坚果属灯心草九节木属高山甘薯蜈蚣草积累的重金

23、属 钴锌铅镉铬镍铜砷16含量/(mg/kg)102005160082002400867047500123005000污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告表 4 用于治理污染的植物体及其相对应的污染物 所修复污染植物名称结果研究参考物在飞灰里加入 0.3g/kg 的Santosh et al.,EDTA时，可以加强对重金 (2009)属的摄取，根部提升 117%， Jamil et al.,麻风树燃煤灰，铅，Jatrophacurcas镉，砷铬和茎部提升 62%，叶子部分提升 96%。另外麻风树可以在(2009)Mangkoed芽部积累镉，铅。随着土壤iharjo and中的金属含量的增加，

24、对砷， Surahmaida铬的生物积累作用会增强(2008)Carex exigua,柳枝Panicum在污染土上种植这些植物，virgatum,鸭茅状磨擦禾石油烃类一年后，70% 的污染物被去Euliss etal.,(2008)除（饲料草） Tripsacumdactyloides,蚕豆原油在 60 天里，47%的污染物Diab (2008)Vicia faba被降解17污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告这两类金属元素积累在叶子Hassinen et al.,杨树镉，锌里，最大浓度达到(2009)Populus tremula35，2400mg/kg,液体沥青琼芦苇，苜蓿 Ditc

25、h reedand Alfalfa脂（石蜡，环烷）和土壤里含有在这两种植物的作用下，27个月之后，82% 的污染物被 清除Muratova etal., (2003)PAHs牛尾草Tall fescuePAHs36 个月里，对苊，氟的清除 效果明显Robinson et al.,(2003)黑麦草，天然气生产草木樨 Rye12 个月，对 PAHs 的清除明Parish et al.,设备溢出的grass and sweet显，清除率达到 9-24%(2004)clover老化的 PAHs另一方面可以提高城市的绿化率，鉴于桃浦地区新开工的中央绿地公园，占地约 800 亩，将成为本市外环以内最大的

26、公园项目。可考虑在公园内部把换土遗留的污染土壤规划到公园一些游人不能靠近的区域采用植物修复的方法进行治理，因为植物修复的周期比 较长，但是可以起到双赢的效果。植物修复的特点和优势： 效果永久性； 植物的稳定作用可以防止污染扩散； 植物的蒸腾作用可以防止地下水的二次污染； 经修复的土壤，有机质含量和土壤肥力会增加；成本低。18污染土壤修复治理技术的研究可行性研究报告缺点： 修复植物对污染物的耐性有限； 污染土壤为有机和无机共同污染的情况下，一种修复植物往往无法满足要求； 植 物根系往往集中在土壤表面，如草本植物多数集中于 0-50 cm 范围 内，生长环境受光照和温度的影响，修复周期一般较长。二

27、、项目目标、研究内容、和关键技术（一）项目目标本科研项目依托桃浦区污染土壤治理工程（洽谈中），针对不同的污染类型，采用不同的污染治理方法（重点关注治理方法）或者采用联合修复技术（协同两种或两种以上修复方法），更好的理解诸 如固化/稳定化（S/S）技术的修复机理以及通过加固后的监测和检测，明确相应的掺量配合比或者修复的植物类型和总结相关的治理方法的施工经验，为以后类似污染土壤的修复积累宝贵的经验。（二）研究内容国内有关污染土壤修复技术的研究还处在起步阶段，很多试验都处于实验室模拟阶段，而且尚没有人提出一套行之有效的修复技术体系。大规模的工程应用时，尚需解决很多实际问题，如投资费 用高、环境因素影响、二次污染控制等。本科研项目立足于桃浦