-污染土壤修复生态工程-土壤污染修复技术与方法-课件

第八章污染土壤修复生态工程污染土壤修复生态工程实地调查原位修复污染区（污染物种类、数量与分布生态围生态围隔阻控隔阻控加入营养物氧气+特异生物挖取+抽取污染介质异位修复 一、污染土壤修复工程的基本框架二、生态围隔阻控三要素水平阻控系统，垂直阻控系统和地面生态覆盖系统可渗性土壤 灌浆注入水平阻控层污染土壤覆盖系统地面排气口气体地膜水泥/火山灰/斑脱土泥浆阻控层2.1 生态围隔阻控优势具有对各种类型的污染物和污染介质进行处理的广泛适用性一切从实际出发，因地制宜，可以采用各种传统技术与设备，降低各种工程费用现场就地取材，容易操作，经济实惠对污染地区进行最小程度的干扰，有利于对地表水和地下水进行保护以及对土壤结构进行维护能够很好的使各种处理形式相互结合，起到相互补充的作用2.2 生态围隔阻控必须考虑的目标防止淋溶液的迁移、扩散防止水（地下水和地表水）的进入防止污染物质以气态形式向外迁移防止污染的固体物质（如以扬尘形式）迁移维持绿色植物和土壤动物的生长与发育发挥、促进土著微生物对有机污染物的降解功能提供一个“结构”层用于承重为需要挖掘的地方以及地面承受能力差的地方提供地面构造上的支持为公路、硬质地面提供一现成的覆盖层为工厂和设备建造一个临时性的工作平台2.3 生态围隔阻控系统选择与设计过程中需要考虑的因素修复土壤中污染物的种类、性质、浓度和活性驱动污染物扩散与迁移的潜力（包括电动力学、流体静力学、水力学、热力学）当地地质学、土壤学、水文学条件构建材料的特性及其与污染物的兼容性设计与安装技术在安装时以及在今后运转过程中的管理方式污染点及其周围地区将来的各种人类活动气候条件土地利用变化2.4 生态围隔阻控系统有效性的决定因子有关污染物性质、浓度、分布和行为的系统认识污染边界（包括垂直和侧面的）的准确定义风险目标的准确识别，并因此达到所需的技术目标场地的合理规划、设计和规范安装时工艺的高标准与公共健康与环境保护所需的标准相一致开发、使用维护程序，使系统的损坏或破坏降低到最低限度，并对可能的系统运转失效进行监测2.5 限制围隔阻控系统有效性的主要影响因素污染源是否继续存在周围有新的污染源产生或出现的可能围隔、修复过程中可能产生次生污染问题系统建造材料易受化学的或生物学的攻击，或易受物理损害和干扰可能需要系统提供多功能，因此需要平衡这些设计目标，甚至需要协调经济利润与生态效应之间的关系系统不能完全阻止污染物的迁移与扩散维修或修补存在实际困难或费用很高三、围隔阻控系统生态覆盖系统：垂直系统：注射法：化学灌浆阻控、深层土壤混合、喷射灌浆、灌浆混合取代法：薄片钢打桩、震动波泥墙、膜墙其它：地面冰冻、生物阻控、电动力学、化学阻控水平阻控自然地层喷射灌浆化学灌浆土壤混合液力加压开裂技术3.1 生态覆盖系统3.1.1 技术目标与功能技术目标防止地下污染介质与地上可能存在的目标生物特别是人群相接触，尽量避免对生命系统的危害和对人体健康的不良效应减少水从上而下的渗滤，消除随水导致的污染物的迁移或扩散甚至危害效应的发生涉及自然的或合成的材料、可渗的或不可渗的材料、生物学或化学活性材料以及惰性材料的具体使用、有效使用和正确使用结合地下垂直阻控系统或水平阻控系统的应用，发挥对污染组分的有效隔离和对污染土壤修复的最大作用功能防止潜在有害污染物以固、液或气的形式向上或向下迁移、扩散甚至危害隔断目标生物（包括人、动物和植物等）和其他目标（如地表水、地下水、服务设施和建筑材料等）与污染介质的直接或间接接触，防止处于风险的各种目标暴露于潜在的有害污染物为安全地、成功地实施计划中的土地利用创造所需要的工程与环境条件，维持植物的生长与发育，保护土壤动物改善地面的工程特性或提供结构支持与该区域有待实施的其他项目不发生矛盾，尽量相互结合，利用各自优势，达到相得益彰的效果次生功能：淋滤液的控制、污染流体的向上迁移、改善土壤的承受能力，减少地面上层污染物的毒性、防止雨水渗入，控制气体污染物释放进入大气，控制植物根系的生长，防止污染物的物理迁移或生物学转化3.1.2 覆盖材料：天然材料（土壤和其它类似材料）和合成材料土壤及其类似材料基于土壤及其类似材料所构建的生态覆盖系统的有效性，取决于以下条件防止污染物向上或向两侧迁移的有效性通过物理和化学吸附束缚污染物的能力阻止或防止渗滤的有效性覆盖材料、污染介质和植物根系的相互作用系统及其组成物质的工程行为从土壤及其类似材料本身的性质来说，生态覆盖系统的有效性与以下因子有关：颗粒大小分布与土壤结构渗透能力与土壤水力学传导特性化学与矿物学性质合成材料主要包括：无机合成材料，包括混凝土、沥青等筑路材料；以斑脱土为基础的膜；塑料、树脂和橡胶等聚合材料；地面矫正剂（促进植被恢复、植物生长和污染物的生物降解等）合成材料选择所考虑的特性对化学攻击或其他形式的（细菌和真菌的）降解具有抵抗作用耐热、耐潮湿、耐低温、耐高温，物理性能好，在持续和动态的压力下具有一定的抗张强度和弹性耐紫外光照射抗老化变质耐长期胁迫和短期物理损害在重压下传输水或气的能力大小对水或气的渗透能力情况联系到排水层时，需要一定的抗压碎和抗压扁负荷系统连接的完整性与手段信息内容与污染点有关的污染物特性、浓度与自然分布；污染物的可移动性；地下水深度及水质数据；潜在目标与途径；点的规划利用与所需的设计寿命；覆盖所需达到的性能目标；覆盖层下材料的水力学传导性与土壤吸收特性；有待覆盖地面的地技术特性；现有与规划服务设施的位置或定位相关的规划；建设工作设计；景观设计条件（地形等）；周围及邻近的土地利用，内部约束条件与交通情况与覆盖材料有关的覆盖材料的来源与获取容易程度覆盖材料的清洁程度与可能的毒理学分析颗粒大小分布与土壤结构水力学传导性及其与含水量的关系土壤吸收特性及其与含水量的关系土壤的化学与矿物学特性合成材料的化学组成与性能，包括耐受性3.1.3 生态覆盖系统设计所需要的典型信息生态覆盖系统设计所需要的典型信息迁移途径技术要素大量的污染土壤被填到地表或表层正常土壤被移走而裸露出污染的亚表层足够深的土壤，防止对正常农业的干扰，能够包含浅层地基和次要的地下交通设施，坚实的覆盖层污染地下水的向上迁移通过综合排水措施控制水位比水密度小的液体向上迁移综合排水措施，污染物吸附或与污染物反应层的利用食用植物的摄取足够深厚的清洁土壤其他植物的摄取足够深厚的清洁土壤黏滞液体的向上迁移土壤湿气通过毛细管向上迁移地膜、土壤中断层，污染物吸附或与污染物反应层的利用蚯蚓及其他钻洞土壤动物物理阻控（地网、地膜）防止进入污染区蒸发状态迁移吸附性土层、地膜气体迁移综合排水措施，地膜，土壤渗透性通过雨水下渗低渗性土层；地膜，加固地面沿毛细管向下迁移打破土壤毛细管，合成材料毛细管阻隔层沿动物洞向下迁移物理阻控沿裂隙向下迁移足够深的覆盖层，合成滞水层3.1.4 采用覆盖系统对污染物迁移的控制采用覆盖系统对污染物迁移的控制3.1.5 土壤覆盖系统由表土层或/和亚表层组成的顶层，具有支持植物的功能含有下水道等服务设施或浅层地基的工作层控制水向下迁移的阻控层对阻控层起保护作用的缓冲层控制不同大小颗粒的物质的相互作用的过滤层阻止土壤水向上迁移的毛细管阻断层控制地下水位的排水层或系统保护毛细管中断层或/和排水层完整性的过滤层 表土层植物 亚表层低渗透层深根植物需要较厚的表土和亚土层缓冲层过滤层颗粒毛细管中断层隔离/缓冲层污染层注意排水，使地下水位保持在毛细管中断层以下 3.1.6 以土壤为基础的生态覆盖系统设计的主要实施步骤识别污染及其对今后土地开发是否产生影响污染土壤修复是否需要覆盖及选择何种有效的覆盖毛细管中断层设计和渗滤设计地下水污染识别及有关参数选择绿色覆盖材料的筛选与参数确定控制污染物向上迁移或向下渗滤故障检验与质量控制检验支持植物的土壤层3.2 垂直阻控系统垂直阻控系统由安装于污染介质周围的地下沟渠、地墙或地膜所组成，有时与地面生态覆盖系统进行结合，以防止污染物横向或侧向迁移。一般的功能为：把污染介质或污染物隔离起来，防止污染物横向或侧向迁移、扩散；改变局部地下水流模式，减少、阻止以及避免污染土壤与地下水的相互接触3.2.1 垂直阻控系统分为圆周垂直阻控系统，上坡垂直阻控系统，下坡垂直阻控系统圆周垂直阻控系统主要通过将圆周垂直阻控系统内的污染地下水的抽取，然后处理，避免污染其他地方上坡垂直阻控系统主要是通过将来自上坡方向的清洁地下水水流切断，阻断污染物向下坡方向的迁移下坡垂直阻控系统主要是通过允许地下水流通过污染源，从而冲洗污染物污 染区地下水流方向浸提井圆周垂直阻控系统圆周垂直阻控系统平面图地下水位地下水位污染区污染区地下水位地下水位地下水位地下水位垂直阻控器垂直阻控器 浸提井浸提井圆周垂直阻控系统横切图地下水流方向污染区上坡下坡向浸提井污染流走向污染流走向上坡垂直阻控系统平面图污染区污染区地下水位地下水位地下水位地下水位上坡垂直阻控器上坡垂直阻控器地下水流方向地下水流方向 浸提井浸提井捕获的污捕获的污染染“斑块斑块”上坡垂直阻控系统横切图地下水流方向污染区下坡向浸提井下坡向浸提井下坡垂直阻控系统下坡垂直阻控系统上坡下坡垂直阻控系统平面图下坡垂直阻控下坡垂直阻控系统系统污染区污染区地下水位地下水位地下水位地下水位污染区污染区 浸提井浸提井地下水流方向下坡垂直阻控系统横切图3.2.2 生态设计与构建设计的决策应该反映：系统安装所需的深度；可接受的完整性程度（如初始有效性）和与当地环境的兼容性所要考虑的问题：污染物迁移的驱动力和潜势；防止污染物迁移阻控的能力；系统的设计寿命。驱动污染物迁移的潜势包括流体静力学作用，电动力学作用，化学污染物及介质的作用，热力学作用，渗透作用泥浆墙性能影响因素颗粒大小分布和斑脱土含量的影响：随着土壤细颗粒组分的增加，水力学传导率随之下降，斑脱土含量一般认为与水力学传导率呈负相关水位波动的影响：田间压力条件：一般，田间压力随土壤深度的增加，但小于流体静力学速率的增加3.3 水平阻控系统安装在污染土壤下层的地下阻挡层，以阻止污染物向下迁移基本的功能为：隔离液态、非液态和气态和气态污染物的扩散和迁移以及对相邻生态系统的危害作用；通过改变地下水流的方向或速率，以降低或阻止地下水与污染物的相互抵触，防止污染物进入地下水中导致对生态系统产生更大的危害效应主要解决的问题：向下的地下水流，含有各种污染类型；稠密的非液态流体；向上的地下水压3.3.1 建成水平阻控系统的方法注入污染土壤或废弃物以形成固态的不可渗滤层注入下面的自然土层或基岩/岩床以形成固态的不可渗滤层在污染土壤或废弃物中采用取代技术形成一连续的固体分离层在天然土壤中采用取代技术形成一厚层土壤混合技术3.3.2 水平阻控系统的分类天然存在的低渗透层喷射灌浆形成的阻控层渗入灌浆形成的阻控层采用液力加压开裂技术用高压水或灌浆形成的阻控层土壤混合阻控层