土壤修复原理与技术复习资料.doc

土壤修复复习绪论土壤污染：当土壤中含有有害物质过多，超过土壤的自净能力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累、通过“土壤-植物-人体”或通过“土壤-水-人体”间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度，就是土壤污染。土壤的主要污染物：1.Heavy metal （重金属）：Pb, As, Cd, Zn, Cr,Cu；2.organic pollutants (有机污染物）：PAHs, PCBs 3.pathogenic microorganism（病源微生物）4.radioactive contaminant（放射性污染物）5.Others（其它） 土壤污染物以固液气三态存在，主要来源分为人为源与天然源，污染的基本方式为直接污染和间接污染 1、土壤污染的特点：隐蔽性和滞后性累积性和地域性不可逆转性（重金属及一些有机物）治理难而周期长 2、修复方法： 1.污染土壤修复的分类：植物修复、微生物修复、生物修复、化学修复（a原位化学淋洗技术； b异位化学淋洗技术；c溶剂浸提技术；d原位化学氧化修复技术；e原位化学还原与还原脱氯技术；f土壤性能改良技术）、物理修复（物理分离修复技术；土壤蒸汽浸提修复技术；固化/稳定化土壤修复技术；玻璃化修复技术；热力学修复技术；热解吸修复技术；电动修复技术；冰冻修复技术；）、综合修复原位（In Situ）修复、异位（Ex Situ）修复： 原位修复更为经济有效，对污染物就地处置，使之得以降解和减毒，不需要建设昂贵的地面环境工程基础设施和远程运输，操作维护起来比较简单，还可以对深层次污染的土壤进行修复。 异位修复技术的环境风险较低，系统处理的预测性高于原位修复生物修复技术：主要包括微生物修复技术、植物修复技术、动物（低等）修复技术化学修复技术物理修复技术 第一章1、造成土壤污染的过程： 1接触阶段：污染物进入土壤的初始阶段，主要的接触形式有3种：气型接触的污染：工业活动中的烟尘和废气排放物，首先污染大气，然后沉降到地表和土壤，以及汽车尾气的排放、农业农药的使用等等。水型接触的污染。固体型接触的污染 2反应阶段：以不同途径进入土壤中的污染物经过吸附-解吸、沉淀-溶解、氧化-还原、络合-解离、降解和积累放大等一系列的生态化学过程，参与土壤系统功能的表达，影响土壤的原始平衡；污染物作用过程在改变土壤物理化学性质的同时，本身的形态、毒性、浓度等性质也发生相应的变化，污染物与土壤有机质及其它组分之间的相互作用，在影响各个子系统的正常代谢过程中改变了土壤生态系统整体平衡发展的趋势 3污染中毒阶段：污染物进入土壤并参与到土壤各个组分之间的物理化学反应当中，使土壤及其中的生命组分发生急性中毒或慢性中毒 4恢复阶段：急性中毒土壤一般很难恢复初始的健康状态，需要人为的力量才能恢复正常的功能表达；慢性中毒的土壤一般可以自然恢复 2、污染诊断方法： 1.污染土壤诊断：实验室诊断：化学分析方法、毒理学分析方法等田间诊断：场地试验是一种适合的方法，通过这种试验可以发现场地条件或接近场地条件下污染物对各种土壤生物的毒害作用 2.快速诊断与长期诊断：快速诊断一般通过 急性毒性试验【急性毒性试验(Acute Toxicity Test)是研究化学物质大剂量一次染毒或24h内多次染毒动物所引起的毒性试验。其目的是在短期内了解该物质的毒性大小和特点,并为进一步开展其他毒性试验提供设计依据。如：哺乳动物、水生生物（鱼、水蚤、藻类）、蚯蚓等。】；长期诊断一般通过亚慢性毒性试验和慢性毒性试验【人类接触环境污染物时,通常接触水平低于急性中毒剂量或浓度。为了得到更接近实际情况的毒作用资料,需进行亚慢性和慢性毒性试验。A亚慢性毒性试验(Subchronic Toxicity Test)验是在相当于动物生命周期的1/301/20时间内使动物每日或反复多次接触受试物的毒性试验。检测指标：(1)一般综合指标 (2)血液及生化检验(3)病理组织学检查； B慢性毒性试验(Chronic Toxicity Test)：是指以低剂量外来化合物,长期与试验动物接触,观察其对试验动物所产生的生物学效应的试验。】高等植物毒理试验与特殊毒性试验法：症状法、生长量法、高等植物毒性诊断试验方法藻类毒性试验法、蚕豆根尖微核技术、紫露草微核技术敏感动物指示法：陆生无脊椎动物试验、蚯蚓毒性试验、土壤原生动物毒性试验敏感微生物诊断法：一般的土壤微生物试验、发光菌试验、转基因工程微生物试验优点：土壤污染生态毒理诊断集合了土壤中不同食物链生物对化学品的整体毒性效应，提供土壤污染的全部信息通过选择敏感代表者作为毒性诊断指标，对土壤污染诊断具有重要补充作用缺点：难以对土壤中各种物质进行全面测定，不可能鉴定土壤中所有物质的潜在毒性效应，也不可能测出污染物的复合污染效应难以区别和提取不同暴露路径中(如，孔隙水中、土壤空气中、食物的吸收中、不可提取性残渣中或键合到某些物质中)的污染物质，因此，污染物的有效毒性往往被低估无法以量化方式对产物的毒性做出准确评价，因为有些物质量的大小与其毒性大小之间不成正比。无法对污染物的代谢毒性进行追踪，检测上也存在困难3、剂量效应的关系 1.生态毒理学诊断原理主要是依据生物在毒物作用下的不良生理、生化反应，所进行的生物学系列试验。生物对毒物毒性响应的大小，依据在一定时间内某一污染物的剂量-效应关系决定.效应与反应：效应(Effect)表示接触一定剂量化学物质引起机体个体发生的生物学变化。反应(Response)是接触一定剂量化学物质后,表现一定程度某种效应的个体在一个群体中所占的比例 剂量-效应关系(Dose-effect Relationship)和剂量-反应关系(Dose-response Relationship):分别表示不同剂量在个体或群体中表现出来的量效应大小之间的关系,以及不同剂量与质效应发生率之间的关系。剂量反应关系是评价化学物质的毒性和确定安全接触水平的基本依据。2. 剂量的确定：引起生物某种程度毒害所需的剂量统称为毒害剂量剂量是决定毒物对机体造成损害的最主要因素对于同一种毒物，不同剂量对机体造成的损害程度不同； 效应（effect）：即生物学效应，指机体在接触一定剂量的化学物后引起的生物学改变。生物学效应一般具有强度性质，为量化效应（graded effect）或称计量资料。效应用于叙述在群体中发生改变的强度时，往往用测定值的均数来表示。 研究污染物对土壤生态系统带来可能危害的剂量-反应关系，进行污染物毒性和土壤生态安全性评价。4、生物标志物 1.概念：生物标志物(Biomarker)是通过测定生物体液、细胞和组织的各种反应，用生物化学、免疫学、遗传学等方法来指示污染物的存在与否及生物个体的反应。它能够直接以生物体内靶细胞或靶分子为反应终点，十分敏感。检测结果能够说明生物个体内的细胞和组织是否已经暴露于超量的污染物中，环境污染物是否已对生物靶诱发了毒性效应，以及毒性效应是否会对种群、群落、或生态系统引起连锁效应。2.选择生物标志物的原则：具有一定的敏感性，生物标志物的敏感性应高于一般生物检测指标；反应要有一定的稳定时间，同时要快速； 在分子和生化水平上的效应(效应生物标志物)与高级生物学水平上的效应(如生长、繁殖)联系在一起；具有一定野外应用价值；要求选取对受试生物损害较小的指标，技术易于掌握。3.生物标志物的类型：生物标志物基本上可以分为生化、免疫、遗传等3个方面。生化系统：一些生化反应与污染物的作用机制极为相似，这些效应在很短的时间内就可发生，对于污染物的反应十分敏感：主要的两种生物标志物类型是生物酶和特异蛋白质。免疫系统：如巨噬细胞、红细胞和白细胞。以免疫系统的抵抗力为毒性反应终点，对化学品暴露、生理状态和疾病情况等，提供综合性标志物。遗传系统：如DNA和癌基因等作为生物标志物有不少应用实例。4.生物标志物的分类：一般根据个体从暴露到疾病发生过程的进行把生物标志物分为暴露标志物、效应标志物和易感性标志物。暴露标志物(Biomarker of Exposure ): 也称接触生物标志物，指机体生物材料中外源性物质及其代谢产物(内剂量)，或外源性物质与某些靶分子之间相互作用的产物(生物有效剂量)。内剂量生物标志物包括细胞、组织或体液(如血、尿、粪便、乳汁、汗液、毛发、指甲、唾液)中的毒物及其代谢产物；有效剂量(到达剂量或靶剂量)生物标志物如DNA加合物、蛋白质加合物、DNA-蛋白质交联物等等。效应生物标志物(Biomarker of Effect)：指机体内能反映生化、生理或其他方面改变的物质。依照改变程度的不同，效应生物标志物又可分为反映早期生物学效应、结构和(或)功能改变、毒性或疾病3类标志物。机体内能反映早期生化、生理或其他方面改变的物质称为早期生物学效应生物标志物。如DNA链断裂、癌基因活化、抑癌基因失活等；当外源性物质引起细胞结构或功能改变时，机体内能反映生化、生理或其他方面改变的物质叫做细胞结构和功能改变的生物标志物。如肿瘤生长因子、癌胚抗原等；能反映外源性物质机体毒性的物质。如染色体畸变、姐妹染色单体交换等，称作毒性生物标志物。易感性生物标志物(Susceptibility Biomarkers) ：指反映机体先天或后天获得的对接触外源性物质产生反应能力的指标，与个体免疫功能差异和靶器官有关。5.生物标志物的优越性：可反映污染物暴露的时空变化和历史情况；可联系微观和宏观效应；直接联系污染物浓度与效应；可确定各种暴露途径之间的差异；综合了多种污染物的相互作用；判定污染物引起的效应对生物个体或生态上的意义；可对长期生态效应进行短期预测。6. 生物标志物的应用：目前人们研究的重点集中在发展生物标志物，而不是生物标志物的应用，并且对生物标志物的理解缺乏统一的标准，使很多标志物都只能停留在发展阶段而很难应用于实际问题的解决。复合污染状况下的生物标志物响应的研究：在实际环境中生物有机体主要暴露于复合污染物而非单个化学物质，通过研究复合污染暴露体系下生物标志物响应，并综合考虑生物有机体个体大小、生长发育和性别等对标志物响应的影响，将会大大提高标志物在指示实际环境中暴露和效应的准确性和灵敏度，使标志物检测能更准确地反映实际环境状况。 多指标检测体系的应用和发展 生物标志物的生态相关性的阐述：对生物标志物的测定结果与特定环境致变之间的关系进行研究，找出生物标志物的效应与相关种群、群落和生态系统水平效应的直接联系，是生物标志物研究的重要任务之一标志物测定的规范化：首先，要对标志物的理解具有统一的标准；其二，要开发出规范统一的测定方法，使来自不同实验室的数据具有可比性；最后，开发出方便检验的试剂盒，降低标志物检测的费用，使之得以推广应用分析检测技术：重金属的生物标志物：金属硫蛋白(MTs)、抗氧化酶类、还原性谷胱甘肽(GSH)、外周血清转氨酶、免疫标志物 有机磷农药的生物标志物：胆碱脂酶(ChE)、对氧磷酶、烷基磷酸脂、 多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)等的生物标志物：混合功能氧化酶(MFO）、谷胱甘肽转移酶(GSTs)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化酶(GPx)、DNA加合物 第二章1、土壤健康风险 土壤健康的生态指示：植物指示：敏感植物指示：如植物的抗盐、抗酸以及超富集植物等；植物根的反应；植物根的病原体土壤动物指示：土壤节肢动物群落结构；蚯蚓土壤微生物指示土壤微生物群落结构：土壤微生物生物量；营养物的循环土壤酶指示 土壤健康质量及其分析方法：物理属性：土壤颜色和土壤温度；土壤水分；土壤质地；土壤团聚体；土壤容重；土壤孔隙度；土壤比表面积；土壤渗透性等化学属性：土壤酸碱度；土壤有机质；离子交换性能；电导率；植物需要的营养元素生物学属性：微生物；动物；植物环境风险：由人类活动引起的,或由人类活动与自然界的运动过程共同作用造成的,通过环境介质传播的,能对人类社会及其生存、发展的基础环境产生破坏、损失乃至毁灭性作用等不利后果的事件的发生概率；具有两个主要特点：即不确定性和危害性。环境风险广泛存在于人们的生产和其他活动之中,而且表现方式纷繁复杂环境风险分类：根据产生原因的差异,可以将环境风险分为化学风险、物理风险以及自然灾害引发的风险。根据危害性事件的承受对象的差异,将风险分为三类,即人群风险、设施风险以及生态风险。2、生态风险、土壤健康风险评价步骤从环境科学的范畴内，风险评价可分为生态风险评价和健康风险评价两大类生态风险评价概念：暴露于一种或几种污染物而可能产生或已经产生不良生态效应的评估过程，是建立在生态学、生态毒理学、数学和计算机技术等学科研究成果基础上的一门综合分支学科。生态风险评价步骤：问题表述：研究区界定和信息收集、选择评估终点和测定终点、建立场地概念模型、制定风险分析计划风险分析：暴露表征和生态效应表征风险表征：生态风险管理：健康风险评价步骤： 健康危害判定；剂量-效应分析；暴露评估；健康风险表征；健康风险管理3、剂量效应曲线关系（反应了什么样的关系模式） 直线型：反应强度与剂量呈直线关系，即随着剂量的增加，反应的强度也随着增强，并成正比例关系。但在生物体内，此种关系较少出现，仅在某些体外实验中，在一定的剂量范围内存在。 S形曲线：此曲线较为常见。它的特点是在低剂量范围内，随着剂量增加，反应强度增高较为缓慢，剂量较高时，反应强度也随之急速增加，但当剂量继续增加时，反应强度增高又趋于缓慢，成为“S”形状，S形曲线可分为对称和非对称两种。 抛物线型：剂量与反应呈非线性关系，即随着剂量的增加，反应的强度也增高，且最初增高急速，随后变得缓慢，以致曲线先陡峭后平缓，而成抛物线形。如将此剂量换算成对数值则成一直线。将剂量与反应关系曲线换算成直线，可便于在低剂量与高剂量之间进行互相推算。 指数曲线：在剂量反应关系的曲线中，当剂量越大，反应率就随之增高得越快，这就是指数曲线形式的剂量反应关系曲线。若将剂量或反应率两者之一变换为对数值，则指数曲线即可直线化。 双曲线 ：随剂量增加而反应率的增高类似指数曲线，但为双曲线。此时如将剂量与反应率均变换为对数值，即可将曲线化直。 受干扰的曲线 ：有时由于毒物的致死作用或对细胞生长的抑制作用等各种原因，可使曲线受干扰，在中途改变其形态甚至中断。虽然，在某些毒性试验中，可见到“全或无”的剂量反应关系的现象，即仅在一个狭窄的剂量范围内才观察到效应出现，而且是坡度极陡的线性剂量反应关系。产生这种情况的原因当依据具体情况作出解释。4、健康风险如何应用（指标影响，人体不同摄入途径计算不同途径对人体带来的危害） 健康风险评价与管理：健康危害判定：土壤污染危害判定是根据土壤污染物的生物学和化学资料，判定土壤中某种特定污染物是否产生危害； 剂量-健康危害分析：对土壤污染物暴露水平与暴露人群或生物种群中不良健康反应发生率之间的关系进行定量估算的过程，是风险评价的定量依据：主要包括非致癌物的剂量-健康危害分析； 致癌物的剂量-健康危害分析：致癌物的剂量-健康危害分析是在无阈效应情况下，利用高剂量外推模式评价人群暴露水平上所致毒的危险概率。 分析过程一般包括：1）选取合适的数据资料2）利用高剂量外推模型推导出低剂量暴露下可能的危害程度3）将由动物试验数据得出的危害度估计值转化为人的相应值。 一般认为，致癌物在低剂量范围内的剂量-危害反应关系曲线可能有3种类型即线形、超线形和次线形。 突变物的剂量-健康危害分析：目前仅能进行有关整体哺乳类诱导的胚胎突变资料的剂量-危害分析； 暴露评估：不同交换界面的污染物暴露量估算：经呼吸道进入人体的量估算；经消化道进入人体的量估算；经皮肤吸收进入人体的量估算。暴露评估的内容：包括土壤污染源分析、暴露途径分析、污染物在时间和空间上的强度和分布分析、暴露人群和环境受体的分析、计算暴露水平和评估不确定性因素等。暴露评价的步骤：表征暴露的土壤环境；确定暴露途径；定量暴露； 健康风险表征：主要步骤有：污染土壤危害判定；剂量-危害评估及暴露评价结果的综合分析；风险度分析；书面总结风险表征结果； 健康风险管理：概念：污染土壤的健康风险管理是指根据风险评价的结果，按照适当的法规条例，选用有效的控制技术，进行削减风险的费用-效益分析，确定可接受风险度和可接受的损害水平，并进行政策分析及考虑社会、经济和政治因素，决定适当的管理措施并付诸实施，以降低或消除该风险度，保护人群健康。主要内容：根据土壤污染危害判定结果，确定采用何种风险评价 ；筛选出需要做风险评价的项目，特别是有重大危害的项目；确定土壤污染物的排放标准和土壤环境质量标准；制定风险的应急措施及补救措施。金属污染土壤人体健康风险评价：主要表现在4个方面土壤污染源强的计算 重金属在土壤剖面及大气、地下水中浓度的分布 对人体健康危害的风险度计算 总年的危险计算第三章1、物理分离技术（方法、原理）技术原理：依据粒径的大小，采用过滤或微过滤的方法进行分离；依据分布、密度大小、采用沉淀或离心分离；依据磁性有无或大小，采用磁分离手段；根据表面特征，采用浮选法进行分离物理分离过程：主要包括：针对不同土壤颗粒粒级（如粗砂、细砂和粘粒等）、粒径或形状，可通过不同大小、形状网格的筛子进行分离；依据颗粒水动力学原理，将不同密度的颗粒，通过其重力作用导致的不同沉降、沉淀速率进行分离；根据颗粒表面特征的不同，采用浮选法，将其中一些颗粒吸引到目标泡沫上进行分离；一些物质具有磁性，或者污染物本身具有磁感应效应，尤其是一些重金属；物理分离修复方法：粒径分离：根据颗粒直径的大小分离固体 干筛分：能成功处理大或中等的土壤颗粒，处理小于0.060.09m粒级比较难 湿筛分：易产生一定量的污水，湿的土壤使下一步的化学处理比较难 摩擦-洗涤：摩擦洗涤器不是真正的颗粒分离设备，但能够打碎土壤团聚体结构，将氧化物或其它胶膜从土壤胶体上洗下来。水动力学分离：也称粒度分级，基于颗粒在流体中的移动速度将其分成两部分或多部分的分离技术。颗粒在流体中的移动速度取决于颗粒大小、密度和形状。可以通过强化流体在与颗粒运动方向相反的方向上运动，提高分离效率。 密度（或重力）分离：基于物质密度，采用重力富集方式分离颗粒。在重力和其他一种或多种与重力方向相反的作用力的同时作用下，不同密度的颗粒产生的运动行为也有所不同。重力分离对粗糙颗粒比较有效 脱水分离：一般采用的脱水方法有过滤、压滤、离心和沉淀2、蒸汽浸提技术（基本原理、分类、优缺点）概念：土壤蒸气浸提修复技术（Soil vapour extraction，SVE）是指通过降低土壤空隙的蒸气压，把土壤中的污染物转化为蒸气形式而加以去除的技术，是利用物理方法去除不饱和土壤中挥发性有机组分（VOCs）污染的一种修复技术，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。 基本原理：在污染土壤内引入清洁空气产生驱动力，利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯度，在气压降低的情况下，将其转化为气态的污染物排出土壤外的过程分类：原位土壤蒸汽浸提技术：利用真空通过布置在不饱和土壤层中的提取井向土壤中导入气流，气流经过土壤时，挥发性和半挥发性的有机物挥发，随空气进入真空井，气流经过后，土壤得到了修复。主要用于挥发性有机卤代物或非卤代物的修复，有时也应用于去除土壤中的油类、重金属及其有机物、多环芳烃或二恶英等污染物异位土壤蒸汽浸提技术；是指利用真空通过布置在堆积着的污染土壤中开有狭缝的管道网络向土壤中引入气流，促使挥发性和半挥发性的污染物挥发进入土壤中的清洁空气流，进而被提取脱离土壤。同时，这项技术还包括尾气处理系统 主要用于处理挥发性有机卤代物和非卤代污染物污染土壤的修复 多相浸提技术（两相浸提技术、两重浸提技术）多相浸提技术（muti-phase extraction）是土壤蒸汽浸提技术进行革新基础上发展起来的，是蒸汽浸提技术的强化，可以同时对地下水和土壤蒸汽进行提取。主要用于处理中、低渗透性地层中的VOCs及其他污染物。 多相浸提技术可具体细分为两相（TPE）和两重浸提（DPE）两种方法；两相浸提技术（two-phase extraction），是指利用蒸汽浸提或者生物通风技术向不饱和土壤输送气流，以修复挥发性有机物和油类污染物污染土壤的过程。气流同时也可以将地下水提到地上进行处理，两相提取井同时位于土壤饱和层和土壤不饱和层，施以真空后进行提取。两重浸提技术（dual-phase extraction）既可以在高真空下也可以在低真空条件下使用潜水泵或者空气泵工作 生物通风技术 异位土壤蒸汽浸提技术与原位土壤蒸汽浸提技术相比的优点：a挖掘过程可以增加土壤中的气流通道；b浅层地下水位不会影响处理过程；c使泄漏收集变得可能；d监测过程变得容易进行；两重和两相(TPE)浸提技术的优缺点：3、蒸汽浸提技术与其他方法的关系（包括哪些方法、结合各利用什么优缺点）A压裂修复技术：压裂技术（fracture）是指利用某种力量使地下的岩石或者大密度土壤（黏土、胶泥）爆裂的技术，本身不是一种独立的污染土壤修复技术，它只是用来使地层压裂促进其他修复技术的修复效果，产生的裂痕，为需要去除或分解的有害化学物质提供了逸出的通道B生物通风：生物通风(bioventing)即BV法，结合了土壤通风的物理过程和增强的生物降解过程，而成为一种应用广泛的革新性原位修复技术，是土壤蒸汽浸提技术的衍生生物通风系统使用与SVE相同的设施，但系统结构与设计目的有很大不同 SVE系统井被放在被污染区域的中心，而生物通风操作中井放在被污染区的边缘往往更 有效 SVE在修复污染物时空气抽提速率一般较大，利用挥发性去除污染物，生物通风的目的 是创造好氧条件来促进原位生物降解，因此生物通风相对较低的空气速率，以使气体在土壤中的停留时间增长优点：生物通风应用范围较宽；与SVE比较它的操作费用更低,在SVE操作中抽出的废气不能直接放入空气中，需要后续处理工艺，这有时甚至要占整个费用的50%左右，生物通风省去了此步骤，因此操作成本下降；缺点：生物通风比较其它土壤修复技术，其主要缺点是它的操作时间长，受到土著微生物种类的限制 C空气喷射: 也有人称为空气注射，是去除饱和区土壤有机污染物的土壤原位修复技术。AS的目的是去除潜水位以下的地下水中溶解的有机污染物质，通过将新鲜空气喷射进饱和区土壤中，产生的悬浮羽状体逐步向原始水位上升，从而达到去除化学物质的目的。喷射进入含水层的空气能提供氧气来支持生物降解，也能将挥发性污染物从地下水转移到不饱和区，在那里污染物能够用SVE或BV来进行处理土壤蒸汽浸提技术及衍生技术:不饱和区土壤原位修复技术（SVE，BV） 饱和区土壤原位修复技术（ AS，BS）4、固化稳定技术（物理修复和化学修复的固化技术的区别，针对不同的污染物） 概念：固化/稳定化（Solidification/Stabilization）是指防止或者降低污染土壤释放有害化学物质过程的一组修复技术，通常用于重金属和放射性物质污染土壤的无害化处理，可以是原位也可以是异位。 固化是指将污染物包被起来，使之呈颗粒状或大块状存在，进而使污染物处于相对稳定状态。稳定化是指将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性变小的状态和形式，即通过降低污染物的生物有效性，实现其无害化或者降低其对生态系统危害性的风险 原理： 固化/稳定化技术一般常采用的方法为:先利用吸附质如黏土、活性炭和树脂等吸附污染物，浇上沥青，然后添加某种凝固剂或黏合剂，使混合物成为一种凝胶，最后固化为硬块。 特点: 需要污染土壤与固化剂/稳定剂等进行原位或异位混合，与其他固定技术相比，无需破坏无机物质，但可能改变有机物质的性质；稳定化可能与封装等其它固定技术联合应用，并可能增加污染物的总体积；固化/稳定化处理后的污染土壤应当有利于后续处理；现场应用需要安装下面全部或部分设施：原位修复所需的螺旋钻井和混合设备；集尘系统；挥发性污染物控制系统；大型储存池。 优势：可以处理多种复杂金属废物；费用低廉；加工设备容易转移；所形成的固体毒性降低，稳定性增强；凝结在固体中的微生物很难生长，不致破坏结块结构 影响因素：物理机制：水分及有机污染物含量过高，部分潮湿土壤或者废物颗粒与粘结剂接触粘合，而另一部分未经处理的土壤团聚体或结块，最后形成处理土壤与粘结剂混合不均匀；亲水有机物对养护水泥或者矿渣水泥混合物的胶体结构有破坏作用；干燥或粘性土壤或废物容易导致混合不均化学机制：化学吸附/老化过程；沉降/沉淀过程；结晶作用其他因素：含油或油脂的污染土壤固化/稳定化后，其稳定性较差；污染土壤本身某些固定组分5、热解吸技术（污染范围对土壤环境条件要求） 概念：是通过直接或间接热交换，将污染介质及其所含的有机污染物加热到足够的温度（通常被加热到150540度），以使有机污染物从污染介质上得以挥发或分离的过程 分类：土壤或沉积物加热温度为150-315度的技术为低温热解吸技术和温度达到315-540度的高温热解吸技术 热解吸技术可以分为两步：1、加热被污染的物质使其中的有机污染物挥发；2、处理废气，防止挥发污染物扩散到大气 可以分为直接接触加热（火焰辐射直接加热或燃气对流直接加热）和间接接触加热（通过物理隔离，如钢板，将热源与被加热污染物分开）两种 热解吸系统可以进一步分为两类：连续给料系统和批量给料系统。连续给料系统采用异位处理方式，即污染物必须从原地挖出，经过一定处理后加入处理系统。连续给料系统既可采用直接加热方式，也可采用间接火焰加热方式。代表性的连续给料热解吸系统包括：直接接触热解吸系统-旋转干燥机；间接接触热解吸系统-旋转干燥机和热旋转。批量给料系统既可以是原位修复，如热毯系统、热井和土壤气体抽提设备，也可以是异位修复，如加热灶和热气抽提设备。 修复处理过程：土壤性质、温度、气流 修复地点的实际条件：当地的土地利用状况；当地的气候条件；待修复污染土壤的体积或数量；污染土壤的运送；当地劳动人员和辅助设施的可得性和工资支付；可提供的工程施展空间；环保部门的准许；应考虑的问题：a场地特性；b水分含量：过多的水分含量会提高操作费用，因为水在处理过程中的蒸发也需要燃料。在处理尾气中加入水蒸气导致低的产废率，因为水蒸气也要同尾气和解吸下来的污染物一道进入处理设备中进行处理。这些低的产废率可归因于：过高的气流；热输入的限制；c土壤粒径分布与组成：确定土壤质地粗细的临界点是粒径大于或小于0.075mm（200目筛）所占的百分比。如果超过半数的土壤颗粒大于0.075mm，认为土壤质地是粗的，如果超过半数的土壤颗粒小于0.075mm，认为是细质土壤；d土壤密度（处理角度质量；付费角度体积）；e土壤渗透性与可塑性：土壤渗透性影响着将气态化的污染物引导出土壤介质的过程，黏土含量高或结构紧实的土壤，渗透性比较低，不适合利用热解吸技术修复污染土壤；土壤可塑性指的是未经休整的土壤的变形程度；f土壤均一性；g热容量；h污染物与化学成分热解吸系统的适用范围：热解吸系统可以用在广泛意义上的挥发态有机物、半挥发态有机物、农药，甚至高沸点氯代化合物污染土壤的治理与修复上温度范围：可行性分析；重金属污染物的影响；其他因素：时间保证、公众的认可度、充足的能源、空间保证、资金保证6、电动修复（原理、优缺点）概念：是利用电动力学的方法从饱和土壤层、不饱和土壤层、污泥、沉积物中分离提取重金属、有机污染物的过程 原理：电动力学修复技术是把电极插入受污染的地下水及土壤区域并通入直流电，发生土壤孔隙水和带电离子的迁移，土壤中的污染物质在外加电场作用下发生定向移动并在电极附近累积，定期将电极抽出处理，可将污染物除去。电动力学修复技术是一种新型高效的去除土壤和地下水中污染物的新方法。技术优势：与挖掘、土壤冲洗等异位技术相比，电动力学技术对现有景观、建筑和结构等的影响最小 与酸浸技术不同，此方法改变土壤中原有成分的pH使金属离子活化，这样土壤本身的结构不会遭到破坏，且该过程不受土壤低渗透性的影响 与化学稳定化不同，此方法中金属离子从根本上完全被去除而不是通过向土壤中引入新的 物质与金属离子结合产生沉淀实现 对于不能原位修复的土壤，可以采用异位修复 对饱和层和不饱和层都有效 水力传导性较低特别是黏土含量高的土壤适用性强 对有机和无机污染物都有效限制因素：污染物的溶解性和污染物从土壤胶体表面的脱附性能对该技术的成功有重要影响 需要电导性的孔隙流体来活化污染物 埋藏的地基、碎石、大块金属氧化物会降低处理效率 金属电极电解过程中发生溶解，产生腐蚀性物质，因此，电极需采用惰性物质如碳、石墨等 污染物的溶解性和脱附能力限制技术的有效应用 土壤含水量低于10%的场合，处理效果降低 非饱和层水的引入会将污染物冲洗出电场影响区域，埋藏的金属或绝缘物质会引起土壤中 电流的变化第四章1、化学淋洗（原理、优缺点、主要的影响因素）化学淋洗技术（soil leaching/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，通过水力压头推动清洗液，将其注入到被污染土层中，然后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技术。优点：淋洗法/淋洗-提取法具有方法简便、成本低、处理量大、见效快等优点，适用于大面积、重度污染的治理。特别适用于轻质土、和砂质土，但对渗透系数很低的土壤效果不好。主要影响因素：1、土壤质地。如不同质地的土壤对重金属的结合力大小不同，一般地粘土比砂土对重金属离子有更强的结合力，使得结合在土壤颗粒上的重金属难于解吸下来，从而影响重金属的淋洗效率。 土壤中有机质含量。土壤有机质的含量与污染物的吸附量成正比,土壤有机质含量较高时不利于污染物的去除。 土壤阳离子交换容量。一般土壤阳离子交换容量越大，土壤胶体对重金属阳离子吸附能力也就越大，从而增加重金属从土壤胶体上解吸下来的难度。所以阳离子交换容量大的土壤不适合用化学淋洗技术修复。 污染物的种类及含量。石油类污染物从土壤中洗出的难易程度与其性质、浓度及老化时间密切相关对原油来说,其组分比较复杂,各组分与土壤结合的紧密程度不同, 去除的难易程度也不尽相同，不同的重金属与土壤矿物质的结合力大小不同，从而影响它们的淋洗 污染物在土壤中存在形态。如重金属元素常常以不同的形态存在于土壤中，各种不同形态的重金属具有不同的迁移能力和可解吸性。 所选淋洗剂的种类。表面活性剂性质对其增溶作用的影响程度远小于有机物本身性质的影响,对于同一种有机污染物, 不同表面活性剂的Kmc值（有机物的分配系数）相差不大,都与该有机污染物的Kow（有机物的辛醇-水分配系数）在同一数量级。 淋洗液的浓度。对于淋洗试剂浓度来说,污染物的去除效率通常随淋洗试剂浓度增大而提高,并在达到某一定值后趋于稳定。 淋洗时间。当到达一定的淋洗时间后，继续的淋洗对淋洗效果的提高可能是无效或者效果不明显的，所以每一次淋洗都有一个最佳的萃取时间。 pH值。淋洗液的pH值影响到鳌合剂和重金属的鳌合平衡以及重金属在土壤颗粒上的吸附状态，从而对重金属的萃出有一定的影响。 淋洗温度。淋洗温度对土壤中石油类污染物的去除效率影响很大,升高温度一般可以大大提高污染物的去除率,原因是升高温度可以使油膜在土壤表面的粘附能力减弱,降低油的粘度,增加油的流动性,促使淋洗试剂与污染物充分作用。 11、液固比。液固比是指淋洗液与污染土壤的质量比,提高液固比一般会提高污染物的去除率,原因是提高液固比相当于提高了单位质量污染土壤所加入的淋洗液的量。缺点讨论方向：高效的多元复配淋洗剂的开发和淋洗剂之间协同作用机理 l 淋洗剂对土壤和水环境的破坏和污染问题 l 废液的处理问题 l 实验室研究到工程应用 l 新技术的开发2、化学固定（原理、优缺点、主要的影响因素） 化学固定是在土壤中加入化学试剂或化学材料，并利用它们与重金属之间形成不溶性或移动性差、毒性小的物质而降低其在土壤中的生物有效性，减少其向水体和植物及其它环境单元的迁移，实现污染土壤的化学修复方法。 优缺点：固定在土壤中的重金属在环境条件发生改变时，仍然可以从土壤中释放出来，变成生物有效形态。 固定剂的使用将在一定程度上改变土壤结构，同时对土壤微生物也可能产生一定影响. 进一步发展稳定性好，对土壤结构影响小的固定剂将是十分重要的3、化学氧化（主要氧化剂、每种氧化剂特点及其适用范围）主要氧化剂：H 2 O 2、KMnO4、O3、DO4、可渗透反应墙（原理、类型、特点）可渗透反应墙：Permeable Reactive Barriers (PRB)：是一种由被动反应材料构成的物理墙，通过挖掘来建造，然后进行重新定位，墙体是由天然物质和一种或几种活性物质混合在一起构成的。当污染物沿地下水流向迁移，流经处理墙时，它们与墙中的活性物质相遇，导致污染物被降解或原位固定。类型：连续墙式PRB(continuouswallPRB)、隔水漏斗-导水门式PRB(funnel-and-gatePRB)优缺点：原位可渗透反应墙法在地下水污染组分的处理方面具有很好的发展前景。它避免了抽出处理法的抽出处理过程,原位就地降解或滞留污染组分;不需要持续供应能量,避免了能量供给的限制;与土气抽出法、曝气法等相比,其处理组分的范围广。虽然该系统在长期实验过程中,容易由于细的土颗粒的吸入、地下水组分的沉淀析出、以及一些微生物的过度繁殖造成的堵塞,但是该系统容许对反应介质进行更新,从而保证其长期有效的使用。目前我国地下水污染治理形势不容乐观,有关地下水污染治理研究应用还处于起步阶段,还有待于更进一步加强。?5、农业生产对化学修复方法的应用（磷肥、有机物）磷肥降低铅毒的主要机理：是通过磷肥中的磷与土壤中各个非残渣态的铅反应生成更稳定的磷酸铅盐矿(主要是磷氯羟基氟铅矿沉淀)，降低了土壤中Pb的移动性，从而降低了Pb对生物的毒性。磷矿粉有极大的比表面，可以大量地吸附固定土壤溶液和胶体上的水溶性和交换态的Pb，达到降低Pb生物有效性的效果有机质：向土壤施加有机物质能够提高土壤肥力的同时，可以增强土壤对重金属离子和有机物的吸附能力。通过有机物质和重金属的络合、鳌合作用，使污染物分子失去活性，减轻土壤污染对植物和生态环境的危害。有机物质中的含氧功能团，如羧基、酚羟基等，能与金属氧化物、金属氢氧化物等金属-有机配合物。有机物质对重金属污染缓冲和净化机制主要表现在：参与土壤离子的交换反应；稳定土壤结构，提供微生物生物活性物质，为土壤微生物活动提供基质和能源，从而间接影响土壤重金属行为；是重金属的鳌合剂第五章1、生物修复基本原理、类型、步骤原理：生物修复(bioremediation)是通过利用营养和其他化学品来激活微生物，使它们能够快速分解和破坏污染物。作用的原理是通过土著微生物或外源微生物提供最佳的营养条件及必需的化学物质，保持其代谢活动的良好状态。类型：原位生物修复和异位生物修复 原位技术包括1生物通风；2原位生物降解；3生物刺激；4生物注射；5生物强化；6自然衰减异位技术包括1土地处理技术/土地耕作；2堆肥；3生物堆肥；4生物反应器 生物修复取决的因素：1微生物；2.微生物营养物；3.水分；4处理场地；5氧气与电子受体；6根圈作用；7土壤物化因素；8共代谢；9有毒有害有机物质的物理化学性质；10生物有效性；11促进生物有效性的提高（表面活性剂）2、土壤中污染物的转化作用（激活、去毒） 去毒作用：微生物使污染物的分子结构发生变化，从而降低或去除其对敏感物种的有害性。敏感物种包括动物、植物、微生物和人。生物体内的有毒物质的解毒和排泄的过程是一个非常复杂的过程，是多种酶和多种反应机制共同作用的结果，往往是在不同的酶和不同的反应过程共同作用下，生物体将有毒物质排泄到体外或使其变为无毒的形式在体内进一步利用。 激活作用：可以发生在微生物活跃的土壤、水和其他任何环境。产生的产物可能是短暂的，是矿化过程的中间产物，也可能持续时间很长，甚至引起环境问题。激活作用的结果是生物合成致癌物、致畸物、致突变物、神经毒物、毒植物素、抗菌素等激活的反应类型：典型激活：主要是前面提到的一些激活反应，也是严格意义上的激活，其产物往往毒性更强，而且持久性和迁移性也往往会加强，引起的环境毒性更大。 缓解：有时一种化合物A会有两种前途，它可以转化为更有毒化合物B，即激活；也可以转化为无毒化合物C，由于A向C转化，避免了A向B的激活，因此成为缓解。 生物毒性谱的变化：对一类生物有毒的化合物，在分子结构改变以后会对完全不同的另一类生物有害，这就是毒性谱发生了改变。它不是严格意义上的激活，而是对另一类生物为激活。3、共代谢（特点、在生物修复中的应用） 共代谢：有些不能作为唯一碳源与能源被微生物降解的有机物。当提供给其它有机物作 为碳源或能源时，这一有机物就有可能因共代谢而被降解。微生物的共代谢作用可能存在以下几种情况：靠降解其它有机物提供能源或碳源 通过与其它微生物的协同作用，发生共代谢，降解污染物 由其它物质的诱导产生相应的酶系，发生共代谢作用共代谢的环境意义 共代谢微生物生长缓慢，物质转化效率低 容易引起一些有毒物质的积累 共代谢机制的存在，大大拓展了微生物对难降解有机污染物的作用范围 环境修复或筛选高效微生物的过程中要考虑共代谢的影响有些不易降解的农药，它们并不能支持微生物的生长，但它们有可能通过几种微生物的共代谢作用而得到部分的或全部的降解。例如，通过产气气杆菌（Aerobacter aerogenes）和氢单胞菌（Hydrogenomonas sp.）的共代谢作用，可将DDT转变成对氯苯乙酸，后者可由其他微生物进一步分解。可见微生物的共代谢作用在自然界难降解物质的分解中具有极其重要的意义。4、微生物降解（影响的主要因素大题、利用生物修复土壤要考虑什么因素）主要因素：微生物活性的影响：微生物种类、生长；化合物结构的影响：结构简单的较复杂的易降解；相对分子质量小的比相对分子质量大的易降解；烃类化合物一般是链烃比环烃易降解，不饱和烃比饱和烃易降解，直链烃比支链烃易降解，支链烷基越多越难降解；卤代作用能抗生物降解，卤素取代基越多，抗性越强。环境因素：温度、酸度、水、盐、氧气、营养等需要考虑的因素：1微生物的生长；2影响微生物生长的环境因素；3环境条件对微生物降解的影响；4物理化学因子对生物降解的影响：温度、pH、水分、盐分、压力；5养分供应对生物降解的影响：碳源；无机营养物的影响：如氮、磷、硫、镁等；共基质；6生物因素对生物降解的影响：生物量；协同作用；捕食作用；7微生物系统功能的人工调节：微生物驯化；微生物接种；基因工程菌5、生物修复土壤要考虑什么因素污染土壤微生物修复过程实质上是微生物对污染物的降解与转化过程。因此，在选择利用和实施污染土壤微生物修复技术时，一定要考虑其影响因素，以保证微生物修复的效果。主要包括以下六个方面。 3.1 微生物的种类和性质 污染土壤微生物修复技术中，对修复起核心作用的是微生物。选择优良的微生物菌种，是污染土壤微生物修复取得良好效果的前提。用作污染土壤微生物修复的微生物有土著微生物，外来微生物，基因工程菌（GEM）三大类。土著微生物存在生长慢，代谢活性不高，但适应快，目前在大多数微生物修复工程中实际应用的都是土著微生物；外来微生物是指为了提高污染物的降解速率，人为接种的一些降解污染物的高效菌，采用外来微生物接种是会受到土著微生物的竞争，因此要加大接种量；菌因工程菌是采用遗传工程手段将多种降解基因转入同一微生物中，从而获得更广谱的降解能力，但基因工程菌的实际应用在美、日等国，受立法控制。因此，污染土壤微生物修复技术中微生物的选择，对修复效果起关键作用。 3.2 微生物营养盐 污染土壤微生物修复过程中，为使污染物达到完全降解或是降解更充分，必需供给处理微生物合理的营养。因为在污染土壤中，污染物过量积累，可能品种单一，营养元素严重失衡，因此，在处理过程中，一定要添加营养盐。营养盐的添加，一定要通过可行性实验确定。 3.3 溶解氧 土壤具有团粒结构，是气、固、液三相体系。污染土壤因污染物种类和数量不同，溶氧也有差别。良好土壤溶氧在5mg/L左右，污染土壤由于污染物而变低。为保证污染土壤微生物修复过程中微生物的生长和对污染物的充分降解及有效转化，一定要保证氧的供给。在工程实际中，常采用鼓风机向地下鼓风以补充污染土壤中的氧。 3.4 共代谢基质 微生物对环境中污染物质之所以有强大的降解与转化能力，除了因为它本身个体小，比表面积大，种类多，分布广，适应力强，代谢类型多样，代谢速率快外，还有一个重要的特点，就是微生物具有共代谢作用。在污染土壤中添加化学结构与污染物类似的共代谢基质，一方面，可以富集共代谢微生物；另一方面共代谢基质能促使微生物对难降解污染物的分解。因此共代谢基质的种类和数量是影响污染土壤微生物修复技术效果的一个很重要因素。 3.5 污染土壤的特性 污染土壤的特性影响修复过程中污染物和微生物的相对活性，最终影响修复速度和程度。土壤可分为气体、水分、无机固体和有机固体四个组分，有机固体能吸附阻留有机污染物，降低其在土壤中的运动性，同时这种固定化分延长微生物对有机污染物的降解与转化。 3.6 污染物的物理、化学性质 污染土壤中污染物的物理化学性质也是影响污染土壤微生物修复技术的一个重要因素。主要包括淋失与吸附、挥发、生物降解和化学反应四个方面的性质。了解污染土壤污染物的性质是判断能否采用微生物修复以及采取相应的对策，强化微生物修复过程。 3.7 微生物的环境因子 影响污染土壤微生物修复的因素除了以上因素外，微生物生