20 世紀(jì)90 年代以來, 世界各國投入了大量的人力和物力進(jìn)行污染土壤和地下水修復(fù)的研究, 并通過這些年的積極探索和深入研究, 人們已在該領(lǐng)域取得了較大的進(jìn)展和突破, 開發(fā)了一系列的污染土壤修復(fù)技術(shù)。
按處置地點(diǎn)分類，土壤修復(fù)技術(shù)可分為原位修復(fù)技術(shù)和異位修復(fù)技術(shù)。原位修復(fù)技術(shù)是在現(xiàn)場條件下直接修復(fù)污染的土壤，可分為原位處理技術(shù)和原位控制技術(shù)；異位修復(fù)是將受污染的土壤挖出，用化學(xué)（物理）方法清洗、焚燒處理及生物反應(yīng)器等多種方法治理后重新填回，可分為挖掘和異位處理處置技術(shù)。比較原位修復(fù)和異位修復(fù)，前者優(yōu)點(diǎn)是由于不需挖掘和輸送土壤，因此可節(jié)約處理成本，且不會形成二次污染，但其通常需要較長的實(shí)施周期，且由于土壤及含水層存在差異性，不能保證處理的一致性；后者優(yōu)點(diǎn)在于所需的修復(fù)周期相對較短，且可通過勻化、篩分、連續(xù)攪拌等手段更好地控制處理的一致性，但其需要挖掘土壤，因此需增加工程設(shè)施、所需費(fèi)用較高，而且不易監(jiān)督，容易造成二次污染。
根據(jù)作用原理的不同, 污染土壤修復(fù)技術(shù)主要可分為植物修復(fù)、微生物修復(fù)和物理/化學(xué)修復(fù)等技術(shù)。
常用土壤污染修復(fù)技術(shù)
技術(shù)路線 | 原位/異位 | 技術(shù)概要 | 評價 | |
植物修復(fù) | 原位 | 利用植物自身對污染物的吸收、固定、轉(zhuǎn)化和積累功能, 以及通過為根際微生物提供有利于修復(fù)進(jìn)行的環(huán)境條件而促進(jìn)污染物的微生物降解和無害化過程, 從而實(shí)現(xiàn)對污染土壤的修復(fù)。包括植物提取修復(fù)、植物揮發(fā)修復(fù)、植物降解修復(fù)、根際圈生物降解修復(fù)、植物固定/穩(wěn)定化修復(fù)。 | 成本較低，約30元/平米，環(huán)境影響小，可應(yīng)用于物理/化學(xué)技術(shù)難以應(yīng)用的土地；但耗時較長，往往不能滿足有時間限制的工程要求，且對污染物修復(fù)有一定選擇性，適用范圍受限 | |
微生物修復(fù) | 原位 | 利用微生物的代謝過程將土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水、脂肪酸和生物體等無毒物質(zhì)。所使用的微生物種類包括土著微生物、外來微生物、基因工程菌等。 | 處理費(fèi)用較低、可達(dá)到較高的清潔水平；但和植物修復(fù)一樣所需修復(fù)時間較長，受污染物類型限制 | |
物理/化學(xué)修復(fù) | 原位 | 土壤沖洗技術(shù) | 在水壓的作用下, 將水或含有助溶劑的水溶液直接引入被污染土層, 或注入地下水使地下水位上升至受污染土層, 使污染物從土壤中分離出來, 最終形成遷移態(tài)化合物。該技術(shù)所需的運(yùn)行和維護(hù)周期一般要4-9個月, 主要用于處理地下水位線以上和飽和區(qū)的吸附態(tài)污染物 | 該技術(shù)一般要求處理土壤具有較高的滲透性,土壤沖洗修復(fù)所需費(fèi)用主要由沖洗液中含有的表面活性劑種類及濃度決定，其處理費(fèi)用約為130-390 美元/m3。 |
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| 原位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù) | 將化學(xué)氧化劑注入土壤滲透層或/和地下水中, 以氧化其中的污染物質(zhì)。其目標(biāo)污染物包括；石油類、有機(jī)溶劑、多環(huán)芳烴( 如萘)、農(nóng)藥及非水溶性氯化物( 如三氯乙烯) 等, 通常這些污染物在土壤中長期存在, 很難被生物降解。 | 可用于修復(fù)嚴(yán)重污染的場地或污染源區(qū)域, 但對于污染物濃度較低的輕度污染區(qū)域, 該技術(shù)并不經(jīng)濟(jì)。該技術(shù)所需的工程周期一般在幾天至幾個月不等, 具體因待處理污染區(qū)域的面積、氧化劑的輸送速率、修復(fù)目標(biāo)值及地下含水層的特性等因素而定。 |
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| 原位化學(xué)還原修復(fù)技術(shù) | 利用化學(xué)還原劑將污染物還原為難溶態(tài), 從而使污染物在土壤環(huán)境中的遷移性和生物可利用性降低，所需費(fèi)用主要由藥劑費(fèi)、采樣分析費(fèi)、現(xiàn)場管理費(fèi)及施工費(fèi)等組成 | 該技術(shù)對于處理污染范圍較大的地下水污染羽(Contaminant plume) 非常有效, 所需工程周期一般在幾天至幾個月不等 |
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| 可滲透反應(yīng)墻 | 可用于截留或原位處理遷移態(tài)的污染物, 是指挖出土壤后, 代以反應(yīng)材料而形成的物理墻, 墻體一般由天然材料和一種或多種活性材料混合而成。當(dāng)污染物質(zhì)隨地下水向下游遷移并流經(jīng)處理墻時, 墻體中的活性物質(zhì)將與其發(fā)生作用, 導(dǎo)致污染物的降解或被截留固定。 | 該技術(shù)不能保證所有擴(kuò)散出來的污染物完全按處理的要求予以攔截和捕獲, 且外界環(huán)境條件的變化可能導(dǎo)致污染物重新活化。該技術(shù)目前還僅用于淺層污染土壤(3-12m) 的修復(fù)。 |
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| 原位蒸汽抽提技術(shù) | 通過抽氣井產(chǎn)生真空, 使形成一個壓力或濃度梯度, 并使氣相中的揮發(fā)性有機(jī)物由抽氣井抽出, 從而使土壤中的揮發(fā)性或半揮發(fā)性污染物質(zhì)得到去除，主要用于揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理 | 根據(jù)要求的修復(fù)程度、修復(fù)土壤的體積、污染物濃度及分布、現(xiàn)場條件( 如土壤滲透性、各向異質(zhì)性等) 、工藝設(shè)施的工作能力等情況的不同, 該技術(shù)所需的實(shí)施時間為6- 12 個月,所需費(fèi)用約為26-78 美元/m3。 |
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| 強(qiáng)化破裂技術(shù) | 通過在低滲透或過分結(jié)實(shí)的土壤中產(chǎn)生裂縫以增加可供流體流通的通道數(shù), 從而有利于有害污染物通過抽氣井抽出后進(jìn)行后續(xù)處理,可有效減少抽提井的數(shù)量, 并可節(jié)省修復(fù)時間和處理費(fèi)用 | 是一種用于改善或提高其他原位修復(fù)技術(shù)處理效果的強(qiáng)化修復(fù)手段，應(yīng)用時需注意的是增加孔隙的同時可能會導(dǎo)致有害污染物的進(jìn)一步擴(kuò)散, 且不能應(yīng)用于地震活動頻繁的場合。 |
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| 空氣噴射 | 指通過向受污染含水層注入高壓空氣, 使形成縱、橫向氣流通道, 污染物則揮發(fā)隨氣流進(jìn)入氣體抽提系統(tǒng)。為提高地下水和土壤間的接觸及抽出更多地下水, 在操作時需維持較高的氣流流速 | 主要用于處理中、高亨利常數(shù)( 如高蒸汽壓和低溶解性) 的鹵代和非鹵代揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs) 及非鹵代半揮發(fā)性有機(jī)物( SVOCs) , 所需的實(shí)施時間通常為6 個月至2 年, 所需費(fèi)用一般為150 000-350 000 美元/ hm2。 |
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| 原位玻璃化技術(shù) | 向污染土壤插入電極, 對污染土壤固體組分施加1 600-2 000e的高溫處理, 使有機(jī)污染物和部分無機(jī)污染物如硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽等得以揮發(fā)或熱解而從土壤中去除的過程，無機(jī)污染物(被包覆在冷卻后形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的、不滲水的堅(jiān)硬玻璃體( 類似黑曜巖或玄武巖) 中; 熱解產(chǎn)生的水分和熱解產(chǎn)物由氣體收集系統(tǒng)收集后作進(jìn)一步的處理。 | 該技術(shù)通常可在6-24 個月完成, 適用于修復(fù)含水量較低、污染物埋深不超過6m的土壤, 處理對象包括放射性物質(zhì)、有機(jī)物、無機(jī)物等多種干濕污染物,但不適于處理可燃有機(jī)物含量超過5%-10% 的土壤。該技術(shù)所需的處理費(fèi)用較高,所需處理費(fèi)用一般為350 美元/ m3 左右, 且土壤高含水量會增加處理成本。 |
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| 原位加熱修復(fù)技術(shù) | 即熱力強(qiáng)化蒸汽抽提技術(shù), 是指利用熱傳導(dǎo)( 如熱井和熱墻) 或輻射( 如無線電波加熱) 的方式加熱土壤, 以促進(jìn)半揮發(fā)性有機(jī)物的揮發(fā), 從而實(shí)現(xiàn)對污染土壤的修復(fù), 包括高溫( >100 e ) 原位加熱修復(fù)技術(shù)和低溫( < 100 e ) 原位加熱修復(fù)技術(shù) | 通常熱力強(qiáng)化蒸汽抽提系統(tǒng)所需的總處理費(fèi)用為30-130 美元/ m3 , 并可在3-6 個月完成修復(fù)。 |
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| 原位固化/ 穩(wěn)定化土壤修復(fù)技術(shù) | 運(yùn)用物理或化學(xué)的方法將土壤中的有害污染物固定起來, 阻止其在環(huán)境中遷移、擴(kuò)散等過程的修復(fù)技術(shù)。常用于處理重金屬和放射性物質(zhì)污染的土壤 | 該技術(shù)所需的實(shí)施時間一般為3-6 個月, 具體應(yīng)視修復(fù)目標(biāo)值、待處理土壤體積、污染物濃度分布情況及地下土壤特性等因素而定。根據(jù)美國超基金項(xiàng)目的運(yùn)行情況, 該技術(shù)所需的處理費(fèi)用一般為345 美元/ m3左右 |
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| 電動學(xué)修復(fù)技術(shù) | 基本原理與電池類似, 是利用插入土壤中的兩個電極在污染土壤兩端加上低壓直流電場, 在低強(qiáng)度直流電的作用下, 土壤中的帶電顆粒在電場內(nèi)作定向移動, 土壤污染物在電極附近富集或被收集回收 | 特別適合于低滲透的粘土和淤泥土壤( 由于水力傳導(dǎo)性問題, 傳統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用受到限制) 或異質(zhì)土壤的修復(fù)。目標(biāo)污染物包括大部分無機(jī)污染物、放射性物質(zhì)及吸附性較強(qiáng)的有機(jī)物。 |
| 異位 | 化學(xué)淋洗 | 將污染土壤挖掘出來, 用水或淋洗劑溶液清洗土壤、去除污染物, 再對含有污染物的清洗廢水或廢液進(jìn)行處理, 潔凈土可以回填或運(yùn)到其他地點(diǎn)回用。 | 一般每套可移動處理單元的日處理能力為15-152 m3 。采用該技術(shù)時,所需的固定投資一般為10000-20000美元,所需的運(yùn)行費(fèi)用為117-523美元/ m3 |
| 溶劑浸提技術(shù) | 利用溶劑將有害化學(xué)物質(zhì)從污染土壤中提取出來, 并將該溶劑再生處理后回用的技術(shù)。要求浸提溶劑能很好地溶解污染物, 但其本身在土壤環(huán)境中的溶解較少 | 該技術(shù)所需的固定投資費(fèi)用約為10 000-20 000 美元,運(yùn)行費(fèi)用約為90- 400 美元/ m3 | |
| 異位蒸汽抽提技術(shù) | 將土壤挖掘出來后堆積在地面空氣管網(wǎng)上, 并施以真空抽吸, 使揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物揮發(fā)而隨氣流排出至后續(xù)尾氣處理系統(tǒng), 從而使土壤凈化。處理對象主要是土壤中的揮發(fā)性有機(jī)污染物。 | 該技術(shù)所需的實(shí)施時間主要取決于土壤的特性及土壤污染物的化學(xué)性質(zhì), 通常處理2 000t的污染土壤需要12- 36個月。該技術(shù)所需的處理費(fèi)用一般在100 美元/t以下 | |
| 異位固化/ 穩(wěn)定化技術(shù) | 將污染土壤與黏結(jié)劑混合形成凝固 體而達(dá)到物理封鎖或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成固體沉淀物, 從而達(dá)到降低污染物活性的目的。所針對的土壤污染物質(zhì)主要為無機(jī)物, 一般不適于處理有機(jī)物和農(nóng)藥污染, 不能保證污染物的長期穩(wěn)定性, 且處理過程會顯著增加產(chǎn)物體積。 | 該技術(shù)屬于非常成熟的土壤修復(fù)技術(shù)之一，其處理費(fèi)用一般少于100美元/ t( 包括挖土費(fèi)) | |
| 化學(xué)脫鹵技術(shù) | 向受鹵代有機(jī)物污染的土壤中加入試劑, 以置換取代污染物中的鹵素或使其分解或部分揮發(fā)而得以去除 | 局限性在于:一些脫鹵劑能與水起化學(xué)反應(yīng), 高粘土含量及含水率會增加處理成本, 且當(dāng)鹵代有機(jī)物濃度超過5%時需要大量的反應(yīng)試劑。正常情況下, 該技術(shù)所需的修復(fù)周期較短, 一般為6-12 個月; 所需的運(yùn)行費(fèi)用在全規(guī)模運(yùn)行時約為200-500 美元/t | |
| 物理分離 | 指借助物理手段將重金屬顆粒從土壤膠體上分離開來的異位修復(fù)技術(shù), 工藝簡單、費(fèi)用低廉。其目標(biāo)污染物主要為土壤中重金屬。通常該技術(shù)可作為初步分選, 以減少待處理土壤的體積, 優(yōu)化后續(xù)處理過程, 但其本身一般不能充分達(dá)到土壤修復(fù)的要求 | 該技術(shù)是一項(xiàng)較為成熟的修復(fù)技術(shù), 一般所需的固定投資為10000-20000美元, 運(yùn)行費(fèi)用為6.5-118美元/m3。 | |
| 異位化學(xué)氧化/ 還原技術(shù) | 通過化學(xué)氧化/ 還原的手段將有害污染物轉(zhuǎn)化成更穩(wěn)定、遷移性較低或惰性的無害或低毒性物質(zhì) | 該技術(shù)所針對的目標(biāo)污染物主要為無機(jī)物, 所需的費(fèi)用一般為190-660美元/ m3 | |
| 熱解吸 | 在真空條件下或通入載氣時加熱并 攪拌土壤, 使污染物及水分隨氣流進(jìn)入氣體處理系統(tǒng)。通過控制反應(yīng)床的溫度及停留時間, 使目標(biāo)污染物揮發(fā), 但并不發(fā)生氧化、分解等化學(xué)反應(yīng)。 | 該技術(shù)所需的運(yùn)行費(fèi)用, 對 于石油類污染土壤一般為32-72 美元/ m3 , 對于其他污染物一般為124-255 美元/ m3 | |
| 異位玻璃化技術(shù) | 指利用等離子體、電流或其他熱源在1 600-2000 e 的高溫下熔化土壤及其污染物, 有機(jī)污染物在此高溫下被熱解或蒸發(fā)而去除,產(chǎn)生的水汽和熱解產(chǎn)物收集后由尾氣處理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理后排放 | 所需的處理費(fèi)用較高, 約為650-1350 美元/ m3。該技術(shù)通常采用移動裝置在現(xiàn)場進(jìn)行玻璃化操作, 1 臺處理單元的日處理能力一般為3.8-23.0 m3 | |
