4.1.1污染场地修复技术分类
4.1.1.1按修复技术原理分类
场地环境自身的净化能力和速率通常满足不了污染对环境造成的压力,研究人员和相关部门开始重视场地污染治理和修复技术的研究。在场地环境自净作用的基础上,针对污染场地的污染特性、土地功能、地下水环境特点等,采取各种物理、化学、生物学及其复合作用方式与技术对污染场地进行修复与净化。目前广泛应用的污染场地修复技术体系,按照修复技术开展的原理主要包括物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术和联合(集成)修复技术。
(1)物理修复技术以物理手段为主体的移除、覆盖、稀释、热挥发等污染治理技术。主要包括物理分离技术、土壤蒸汽浸提技术、固化/稳定化技术、玻璃化技术及热力学修复技术等;
(2)化学修复技术用外来的、或土壤自身物质之间的、或环境条件变化引起的化学反应来进行污染治理技术。主要包括化学氧化法、化学淋洗法、化学改良剂、溶剂浸提技术等;
(3)生物修复技术广义的生物修复是指一切以利用生物为主体的环境污染治理技术,包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤中的污染物,使污染物的浓度降低到可接受的水平;或将有毒、有害的污染物转化为无害的物质。广义的生物修复包括微生物修复技术、植物修复技术和以土壤功能动物为主体的修复技术。而狭义的生物修复是特指通过微生物的作用消除土壤中的污染物,或是使污染物无害化的过程;
(4)联合(集成)修复技术鉴于土壤介质的非均质各向异性带来的土壤污染体系的复杂化和土壤污染的特殊性,单一的修复技术往往难以达到有效修复和净化的目的。另外,在土壤体系中,物理、化学与生物学过程本身也是难以截然分开的。因此,污染土壤的联合修复在实际污染土壤的修复工程和修复技术体系中就经常涉及和采用,其主要原理包括了物理-化学的联合,化学-生物的联合,以及物理-化学-生物的联合,在土壤环境体系中,通过多种作用机制与过程,去除土壤环境中的污染物,对污染土壤进行修复与净化。
4.1.1.2按修复开展的场址分类
按照污染土壤修复实施的场址,可将其分为原位修复(In-situ Remediation)、异位修复(Ex-situ Remediation)和原址异位修复(Heterotypic-situ Remediation)等。
(1)原位修复技术不移动受污染的土壤或地下水,直接在场地发生污染的位置对其进行原地修复或处理的技术,可在现场进行,节省部分治理费用;环境影响小,最终产物不会形成二次污染;应用范围广,可同时处理土壤与地下水。但是原位修复技术一般耗时长、条件苛刻、只适用于特定污染物。常见原位修复方法及其适用范围如表4-1所列。
(2)异位修复技术将受污染的土壤或地下水从场地发生污染的原来位置挖掘或抽提出来,搬运或转移到其他场所位置进行综合治理修复。一般情况下,异位修复技术工期短、污染物去除效果好、便于风险控制;另一方面,以为修复技术整体来说资金费用高、可能破坏土壤生态环境、在建筑物分布较多的场址难以实施、容易造成扬尘等。因此,应根据污染场地的具体情况,结合修复周期和成本等多种因素进行综合选择。常用的土壤异位修复方法及适用范围如表4-2所列。
(3)原址异位修复技术在土壤修复研究和现场工程实施过程中,针对典型原位修复和异位修复的优缺点和适用性,发展出一种将原地块的污染土壤进行挖掘,但不经运走,在原址开展气膜大棚处理、焚烧、填埋、异位化学淋洗等物理化学以及异位生物手段对污染物进行去除的一种修复技术种类。原址异位修复技术的开展旨在综合原位和异位修复技术的优点,从而达到快速、经济、高效的污染土壤修复。
表4-1土壤原位修复方法及适用范围
修复技术 | 适用范围 | |
土壤类型 | 污染物种类 | |
原位萃取 In-situExtraction | 砂质土壤 | 水溶性 |
土壤气相抽提 Soilvaporextraction | 砂质土壤效率高 | 挥发性有机化合物 |
空气喷射 AirSparing | 砂质土壤 | 挥发性有机化合物 |
生物修复 Bioremediation | 砂质土壤 | 可生物降解 |
电修复 Electrokineticremediation | 所有类型 | 重金属 |
固化/稳定化 Solidification/Stabilization | 所有类型 | 所有类型 |
机械/物理隔离 Mechanical/Physicalisolation | 所有类型 | 所有类型 |
表4-2土壤异位修复方法及适用范围
修复技术 | 适用范围 | |
土壤类型 | 污染物种类 | |
焚烧处理 Incineration(off-site) | 细粒土壤(如黏土或淤泥) | 可燃烧物质 |
热脱附 Thermaldesorption | 所有类型 | 有机污染物/汞 |
换土/土壤清洗 Excavate/Soilwashing | 砂质土壤 | 所有类型 |
生物处理 Bioremediation | 所有类型 | 可生物降解 |
土地耕作 Landfarming | 砂质土壤 | 可生物降解 |
生物污泥反应器 Slurryreactors | 所有类型 | 可生物降解 |
固化/稳定化 Solidification/Stabilization | 所有类型 | 所有类型 |
综合来看,在污染土壤修复的实践中,原位和异位修复均具有广泛的应用,国内外成功开展的污染土壤修复案例也包括了上述2种形式的修复工程。实际应用中,原位修复因其不需开挖等,对土层不产生扰动和破坏,同时可节约大量的土方量,具有成本低、不影响土壤功能等优点,是现场工程可优先考虑的修复方式。而异位修复由于其污染物去除彻底、便于进行污染物去除过程和机制研究等优点,也得到了广泛的研究和应用,尤其对于污染程度深、危害大和特殊的污染物。异位修复具有不可比拟的优势。
在对污染场地进行修复的工程中,无论采用何种技术手段,在原位或异位开展修复应根据场地的种类、形成历史、污染物特点、修复后场地功能等综合考虑,选择适宜的修复技术种类,据美国超级基金修复行动1982~2002年统计的污染土壤修复技术类型(见图4-1)显示,由该基金项目资助的现场修复有42%涉及SVE技术。可见SVE修复技术应用最广,其他原位修复如多相抽提、土壤冲洗、植物修复、中和法、玻璃化等所占比例相对较小。同时修复过程中的风险控制也是需要重点关注的环节。因此,合理选择修复技术类别开展场地修复是达到场地功能恢复和场地环境风险控制目的的关键因素。
图4-1超级基金污染土壤修复不同技术种类比例