土壤修复技术分述（一）——物理修复技术

Posted 2023-01-12 土壤

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土壤修复技术分类
根据修复原理分为物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术和植物修复技术4类。
物理修复一般可以节省成本；
化学修复具有时间周期短，目的性强的特点，且发展较早相对成熟；
生物修复具有不造成二次污染、费用低、原位降解污染物等优点，是一种极有前途的环境技术。
1.稀释和覆土
将污染物含量低的清洁土壤混合于污染土壤，以降低污染土壤污染物的含量，称为稀释作用。
覆土也是客土的一种方式，即在污染土壤上覆盖一层清洁土壤，以避免污染土层中的污染物进入食物链。
优点：技术比较简单，操作容易。
缺点：不能去除土壤污染物，没有彻底排除土壤污染物的潜在危害；只能抑制土壤污染物对食物链的影响，并不能减少土壤污染物对地下水等其他环境部分的危害。
这些措施的费用取决于当地的交通状况、清洁土壤的来源和劳动力成本。
2.固化/稳定化技术
固化/稳定化技术(Solidification/Stabilization)是通过物理和化学的作用以稳定土壤污染物的一组技术。指向土壤添加黏结剂而引起石块状固体形成的过程。固化/稳定化技术采用的黏结剂主要是水泥、石灰和热塑料等，也包括一些专利的添加剂。

基于黏结剂的不同，将固化/稳定化技术分为水泥和混合水泥固化/稳定化技术、石灰固化/稳定化技术和玻璃化固化/稳定化技术3类。固化/稳定化技术既可用于处理大量的无机污染物，也可用于部分有机污染物。

原位固化过程示意图(引自PierzynskiGM,1997)
固化/稳定化技术的优点是：可同时处理被多种污染物污染的土壤，设备简单，费用较低。
存在的缺点为：没有对土壤污染中的污染物破坏和减量，而仅是限制污染物对环境的有效性。被固定的污染物有可能重新释放出来，对环境造成危害，长期有效性受到质疑。
美国在20世纪70年代对一个占地为7hm2的曾作为污水池的土壤进行处理，然后将土壤装入移动的混合装置之中。
3.土壤蒸汽提取技术
土壤蒸汽提取技术(Soilvapourextraction，SVE)是一种通过布置在不饱和土壤层提取井，利用真空向土壤导入空气，空气流经土壤时，挥发性和半挥发性有机物随空气进入真空井而排出土壤，降低土壤中有机物含量的技术。

土壤蒸气提取系统
该技术适用于高挥发性化学污染土壤的修复，如汽油、苯和四氯乙烯等污染的土壤。土壤气提技术的主要技术又分为原位土壤蒸汽浸提技术；异位土壤蒸汽浸提技术；多相浸提技术(两相浸提技术、两重浸提技术)等。

土壤抽提技术的特点是：
可操作性强、设备简单、容易安装；对处理地点的破坏很小；
处理时间较短，在理想的条件下，通常6个月到2年即可；
与其他技术联用，可处理固定建筑物下的污染土壤。
该技术的缺点是：
很难达到90%以上的去除率；
在低渗透土壤和有层理的土壤上有效性不确定；
只能处理不饱和带的土壤，要处理饱和带土壤和地下水，还需要其他技术。
欧美国家处理每吨土壤的费用为5～50英镑。
在美国的密歇根州，曾采用蒸汽提取技术处理一个面积为47hm2的挥发性有机物污染的土壤，修复过程从1988年3月开始到1999年9月结束。大约18000kg的挥发性有机物被提取出来。处理费用大约是30英镑˙m-2。
4.玻璃化技术
玻璃化技术是指使用高温熔融污染土壤使其形成玻璃体或固结成团的技术。

原位玻璃化过程示意图(引自Iskandar等,1997)
异位玻璃化技术是将污染土壤挖出，采用传统的玻璃制造技术以热解和氧化或融化污染物以形成不能被淋溶的熔融态物质，加热温度大为1600～2000℃。有机污染物在加热过程中被热解或蒸发，有害无机离子被固定，异位玻璃化的过程。

异位玻璃化过程示意图
从广义上说，玻璃化技术属于固化技术范畴。土壤熔融后，污染物被固结于稳定的玻璃体中，不再对其他环境产生污染，但土壤也完全丧失生产力。玻璃化作用对砷、铅、硒和氯化物的固定效率比其他无机污染物低。
玻璃化技术处理费用较高，欧美国家每吨土壤的处理费用为300～500美元。玻璃化处理将使土壤彻底丧失生产力，一般适用污染特别严重的土壤。
5.热处理技术
热处理技术就是利用高温所产生的一些物理或化学作用，如挥发、燃烧、热解，将土壤中的有毒物质去除或破坏的技术。热处理技术最常用于处理有机污染的土壤，也适用于部分重金属污染的土壤。
热力学技术：
热力学修复技术利用热传导(如热井和热墙)或辐射(如无线电波加热)实现对污染土壤的修复，包括高温(>100℃)原位修复技术、低温(<100℃)原位修复技术和原位电磁波加热修复技术。
热解吸技术过程：
污染物通过挥发作用从土壤转移到蒸气中；以浓缩污染物或高温破坏污染物的方式处理第一阶段产生的废气中的污染物。典型的热解析过程包括预处理、解吸、固相后处理和气体后处理等过程。

焚烧：
在高温条件下(800～2500℃)，通过热氧化作用破坏污染物的异位热处理技术称为焚烧技术。

典型的燃烧系统包括预处理、一个单阶段或二阶段的燃烧室、固体和气体的后处理系统。燃烧后的土壤要按照废物处置要求进行处置。
焚烧技术适用的污染物：挥发和半挥发有机污染物、卤化或非卤化有机污染物、多环芳烃、多氯联苯、二噁英、呋喃、农药、石棉和腐蚀性物质等，不适用于非金属和重金属。所有土壤类型都可以采用焚烧技术处理。
6.电动力学技术
向土壤施加直流电场，在电解、电迁移、扩散、电渗透和电泳等作用的共同作用下，使土壤中的离子向电极附近富集而被去除的技术，成为电动力学技术。
电动力学技术可以影响的污染物包括：重金属、放射性核素、有毒阴离子(硝酸盐、硫酸盐)、稠的、非水相的液体、氰化物、石油烃(柴油、汽油、煤油、润滑油)、炸药、有机离子与离子型混合污染物、卤代烃、非卤化污染物和多环芳烃。但最适合电动力学处理技术的污染物是金属污染物。欧美国家电动力学技术处理土壤的费用为50～120美元˙m-3。