土壤修复课程设计

1、土壤修复原理与技术课程设计砷污染农田修复方案设计班级：17环境一班姓名：学号：指导老师：提交日期：土壤修复原理与技术课程设计任务书一、题目题目A：砷污染农田修复方案设计中国南方某地因洪水冲击引发尾矿库坝事故，使下游120亩农田受到污染。初步调查显示，农田土壤主要受砷污染，其次是铅、镉污染；砷、铅、镉主要集中分布在土壤表层030cm范围；该范围内重金属含量：砷216mg/kg,铅245mg/kg，镉0.5mg/kg。多金属污染的同时，农田还存在含硫尾矿的酸污染问题，pH值最低达3.4。为保障农田安全利用和维护人体健康，需要对该污染农田进行修复。二、要求提交设计报告一份，内容原则上应包括：概论、土

2、壤污染现状与风险评估、选择修复策略、筛选与评估修复技术、形成修复备选方案与方案比选、修复技术方案设计（修复工艺流程与相关工艺参数、工程量及物料计算、修复期限估算等）、制订环境管理计划、成本效益分析等内容。三、主要参考书目课程参考教材及PPT教案土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准场地环境调查技术导则污染场地风险评估技术导则污染场地土壤修复技术导则污染场地修复技术目录（第一批）污染场地修复技术筛选指南工业企业场地环境调查评估与修复工作指南（试行），等四、注意事项1）请全班同学统一纸张，并采用同一封面格式。2）封面内容包括：土壤修复原理与技术课程设计、题目名称、专业班级、学生姓名及学号、指导老

3、师、提交日期。3）内容须经指导老师认可合格后，按以下顺序装订：封面、课程设计任务书、目录、正文。4）除个别因特殊情况请假外，原则上须由本人按时提交课程设计至指定处。目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1总论1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.1摘要1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.2编制依据1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2场地问题识别1 HYPERLI

4、NK l bookmark12 o Current Document 2.1场地污染现状1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.2土壤污染风险评估1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.3污染风险情况3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3场地修复模式4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3.1土壤修复总体思路4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Documen

5、t 3.2场地修复目标值4 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 4修复技术筛选5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 4.1土壤修复技术简述5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 5修复方案设计工作程序.8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 5.1修复方案比选9 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 5.1.1植物修复9 HYPERLINK l bookma

6、rk34 o Current Document 5.1.2化学修复9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 5.1.3物理修复10 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 5.2具体操作路线10 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 5.3修复方案设计11 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 5.4土壤修复技术可行性评估12 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 5.

7、5修复工程量计算13 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 5.6修复过程费用计算13 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 5.7修复技术工艺参数135.7.1工艺流程及关键设备135.7.2主要工艺及设备参数14 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 6环境管理计划14 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 6.1修复工程监理14 HYPERLINK l bookmark54 o Current Docume

8、nt 6.2二次污染防治14 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 6.3工程验收15- -1总论摘要重金属污染因具有毒性、易通过食物链在植物、动物和人体内累积，对生态环境和人体健康构成严重威胁。由于中国南方某地因洪水冲击引发尾矿库坝事故使下游120亩农田受到污染，初步调查显示，农田土壤主要受砷污染，其次是铅、镉污染；该范围内重金属含量：砷216mg/kg,铅245mg/kg,镉0.5mg/kg。对此，本方案结合污染场地的具体情况，拟采用植物修复和土壤改良技术联用修复方法来对该污染场地进行修复。1.2编制依据土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准

9、场地环境调查技术导则污染场地风险评估技术导则污染场地土壤修复技术导则污染场地修复技术目录（第一批）污染场地修复技术筛选指南工业企业场地环境调查评估与修复工作指南（试行）,等场地问题识别2.1场地污染现状污染物砷、铅、镉主要集中分布在土壤表层030cm范围；该范围内重金属含量：砷216mg/kg，铅245mg/kg，镉0.5mg/kg。多金属污染的同时，农田还存在含硫尾矿的酸污染问题，pH值最低达3.4。2.2土壤污染风险评估表2.2.1农用地土壤污染风险管制值单位：mg/kg序号污染物项目风险管制值pHW5.55.5VpHW6.56.5VpHW7.5pH7.51镉1.52.03.04.02汞2

10、.02.54.06.03砷2001501201004铅40050070010005铬80085010001300表2.2.2农用地土壤污染风险筛选值单位：mg/kg污染物项目风险筛选值pH5.55.5pH6.56.5pH7.5镉0.30.40.60.8砷30302520铅80100140240重金属和类金属砷均按兀素总里计。当土壤中污染物浓度含量低于表2.2.2规定的风险筛选值时，农用地污染风险低，一般情况下可以忽略；高于表2.2.2规定的风险筛选值时，可能存在农用地土壤污染风险，应加强土壤环境监测和农产品协同监测。当土壤中镉、汞、砷、铅、铬的含量高于表2.2.2规定的风险值、等于或者低于表2

11、.2.1规定的风险管制值时，可能存在食用农产品不符合质量安全标准等土壤风险，原则上应当采取农艺调控、替代种植等安全利用措施。当土壤中当土壤中镉、汞、砷、铅、铬的含量高于表2.2.1规定的风险管制值时，食用农产品不符合质量安全标准等农用地土壤污染风险高，且难以通过安全利用措施降低食用农产品不符合质量安全标准等农用地土壤污染风险，原则上应当采取禁止种植食用农产品、退耕还林等严格管控措施。2.3污染风险情况污染农用地范围内重金属含量分别为：砷216mg/kg，铅245mg/kg，镉0.5mg/kg。pH值最低达3.4。砷的浓度已超过表2.2.1中规定的农用地土壤污染风险管制值，砷污染风险高；铅的含量

12、高于表2.2.2规定的风险值低于表2.2.1规定的风险管制值，可能存在高风险；铬的含量略高于农用地土壤污染风险筛选值，可能存在风险。场地修复模式土壤修复总体思路污染农田修复的总体思路3.2场地修复目标1.通过土壤酸性改良将土壤pH调节至5.56.5；2.通过降低砷的浓度，将砷的浓度降低到305mg/kg；3通过降低铅的浓度和生物有效性，先将铅的浓度降低到70mg/kg以下，然后再降低铅的生物有效性，降低铅的污染风险；4通过降低镉的生物有效性，降低镉的污染风险；5修复年限初步定为7年。修复技术筛选土壤修复技术简述污染土壤的修复技术方法分类手段技术要点化学法化学淋洗法水力压头推动淋洗剂注入被污染土

13、壤中，再将已溶解和迁移的污染体抽出来，进行分离和污水处理。包括原位和异位固化/稳定化加入固化/稳定剂，改变污染土壤中的理化性质，将污染物转为难溶、低毒物质。分为原位和异位。溶剂浸提利用溶剂将有害化学物质从土壤中提出来或去除，一般采用异位处置。原位化学氧化向土壤注入化学氧化剂，发生氧化反应，使污染物降解或转化更稳定、迁移性更弱的无毒或低毒化合物原位化学还原利用还原剂将土壤或地下水中的污染物还原为难溶态的物质，降低其迁移性和可利用性。土壤性能改良通过改良剂降低重金属、有机污染物的水溶性、迁移性和生物有效性，从而降低它们进入植物体、微生物体和水体的能力，减轻危害。物理法换土法把污染土壤提走，换入干净

14、的土壤，并妥善处理换出的土壤，以防止二次污染。包括换土、客土、翻土等。物理分离利用土壤介质和污染物粒径、密度、磁性等物理性质差异,将颗粒物从胶体中分离出来，减少污染土壤的体积，去除颗粒污染物。固化加入一些固化剂（水泥、沥青等）与污染土壤混合，待混合物变硬变干，转化为结构完整且稳定的固态体，从而将污染物封装在其中。玻璃化土壤加热，污染物热解或蒸发去除，融化后冷却形成惰性玻璃体。电动力学修复插入电极、施加低压直流形成电场，污染物向电极区富集，进行回收处理。物理法电热用蒸汽、无线电波、高频电压和红外辐射对土壤加热，污染物解吸出来，收集后处理。蒸汽汽提清洁空气注入污染土壤，负压驱使空气解吸有机污染物，

15、收集后处理，包括原位和异位。冰冻土壤无害冷冻剂溶液输入管道使水分充分冻结，形成地下冻土层以容纳土壤或地下水中重金属、有机污染物和放射性污染物，防止迁移扩散。高温处理焚烧法（高温9201200C）和等离子体高温（15001600C）回收金属和有机气体。生物法微生物修复通过土著微生物或外源微生物提供最佳营养条件，保持其代谢活动功能，分解污染物。植物修复利用植物进行提取、根际滤除、挥发和固定等方式移除、转变和破坏土壤中的污染物质，使污染土壤恢复其正常功能。土壤修复技术评估技术参数表分类方法技术成熟性适合的目标污染物适合的土壤类型治理成本污染物去除率修复时间污染源植物修复中试规模af无关低成本9011

16、2个月生物堆规模应用adCI低成本75112个月化学氧化规模应用af不详中等成本50112个月化学氧化还原规模应用af不详中等成本50112个月热处理规模应用af除TcAI中等成本90112个月土壤淋洗（原位）规模应用afFI中等成本5090112个月土壤淋洗（异位）规模应用bfAI中等成本到高成本90112个月电动中试规模ef不详高成本50一汽提技术规模应用abFI低成本75906个月2年挖掘规模应用afAI低成本9513个月暴露途径帽封规模应用cfAI低成本75906个月2年固化/稳定规模应用c,efAI中等成本90612个月垂直/水平阻控技术规模应用cfAI中等成本一2年以上受体改变土地

17、利用方式规模应用afAI低成本一一移走受体规模应用afAI低成本一一1、污染物类型：a-挥发性，b-半挥发性，c-重碳水化合物，d-杀虫剂，e-无机物，f-重金属；2、土壤类型：A-细粘土，B-中粒粘土，C-淤滞粘土，D-粘滞肥土，E-瘀滞肥土，F-淤泥，G-砂质粘土，H-砂质肥土，I-砂土；5.修复方案设计工作程序初步筛选燔C技术W成本节约T修复时间1*初步筛选修复技术是否适用于目标场地地质环境优先推术评估證豆技术可行性优先推荐修复战术图5T场地修复方案设计工作程序5.1修复方案比选5.1.1植物修复修复原理：利用植物进行提取、根际滤除、挥发和固定等方式移除、转变和破坏土壤中的污染物质，使污

18、染土壤恢复其正常功能。目前国内外对植物修复技术的研究和推广应用多数侧重于重金属元素，因此狭义的植物修复技术主要指利用植物清除污染土壤中的重金属。植物修复的优势和局限性优势：1）实用范围广，在清除土壤中重金属污染物的同时，可清除污染土壤周围的大气、水体中的污染物;2）污染物在原地去除，可通过传统农业措施种植植物，使成本大大降低，而且可从产生的富含金属的植物残体中回收贵重金属，取得直接的经济效益;3）植物本身对环境的净化和美化作用，更易被社会所接受:4）植物修复过程也是土壤有机质含量和土壤肥力增加的过程，被修复过的土壤适合多种农作物的生长。局限性：重金属污染土壤的植物修复的主要问题是如何提高植物修

19、复效率和速率。尽管植物修复在重金属污染土壤修复中具有极大的优势，但其本身也有局限性，主要表现在以下几个方面:1）因为植物的富集容量是有限的，植物修复只能治理-定污染程度的土壤:2）植物根系-般分布在土壤表层，对于深层土壤污染的修复能力较差;3）用于植物修复的植物在气候不适合的地方，生长将受到抑制;4）植物修复最大的局限性是植物的生长周期较长而导致修复周期长，难以满足快速修复污染土壤的需求。5.1.2化学修复化学修复是指通过向土壤湿施良剂、抑制剂，改变pH值、Eh和电导率的理化性质。使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附抑制等作用，以降低重金属的生物有效性。1）添加土壤改良剂：施用改良剂，抑制剂

20、等能有效的降低重金属的水溶性，扩散性和生物有效性，从而降低他们进入植物体，微生物体和水体的能力，减轻它们对生态环境的危害。常用的改良剂有石灰性物质，磷酸盐、粘土矿物、有机质等。一些石灰性物质，如石灰、硅酸钙、硅酸镁钙和碳酸钙等，能与金属结合形成溶解度很小的化合物，如氢氧化物、碳酸盐或其它化合物沉淀，从而降低土壤中重金属活性，使其脱离食物链，达到修复目的。由于磷酸盐化合物易与重金属形成磷酸盐沉淀，因此可采用添加磷酸盐化合物的方法来降低土壤中重金属的有效性。常用的磷酸盐化合物包括磷酸盐、磷灰石、人工合成的羟磷灰石等。一些粘土物质如沸石，是碱金属或碱土金属的水化铝硅酸盐晶体，含有大量的三维结构、很强

21、的离子交换能力及独特的分子结构，从而通过离子交换吸附和专性吸附降低土壤中重金属的有效性。另外,铁、锰氧化物、铁屑、以及一些含铁锰的工业废渣，能吸附重金属，减小其毒性。其作用原理是这些物质与重金属离子间能产生强烈的物理化学、化学吸附作用，使重金;属失去活性，减轻土壤污染对植物和生态环境的危害。2）淋洗法：化学淋洗技术是指借助于淋洗剂，通过水力压头推动清洗液，将其注入到污染土层中，然后在将含重金属的液体从土层中抽取出来，进行分离和污水处理的技术。其原理是通过清洁液中淋洗剂与土壤中的金属反应，增加金属在土壤溶液中的溶解度，促进其在土壤中迁移。优势：简便、成本低、处理量大、见效快、适用于大面积、重度污

22、染的治理，尤其是轻质土和沙质土；局限性：该方法在去除重金属的同时，也会使土壤营养元素流失、土壤结构破坏，会导致土壤肥力下降，而且可能会污染水体造成二次污染。5.1.3物理修复物理工程修复：物理工程措施主要包括排土、换土、去表土、客土和深耕翻土等措施，排土、换土、去表土、客土被认为是一种好方法。客土和污土混合措施是一种比较常见的方法，利用一定量的无污客土与污土成比例混合，从而降低土壤中重金属的含量，减少客土需求量。他们的优点是见效快，效果好，处理效率高，但工程量大，并有污染土壤的处置问题。在处理过程中，污土和处理液还可能造成二次污染。5.2具体操作路线结合该地所在的区域的水文条件、土层结构及场地

23、未来用途等场地特征，优先推荐适用于本场地土壤修复技术。由于该土地属于被污染的农用地，在进行土壤重金属修复后，该地还仍需用于土地耕作。结合各项修复技术的优势和局限性，最终采用植物修复与土壤改良技术联用修复技术。由于该农用地土壤偏酸性，先需要对土壤进行酸性改良，前期利用石灰将土壤pH值调节至适合超富集植物生长的范围。针对砷污染，拟采取植物修复降低砷浓度；针对汞污染先采取植物修复，在修复一段时间后，对土壤进行检测，当污染物浓度降低到一定范围内，对土壤进行改良，使污染物的污染风险降低；针对镉污染，采取土壤改良将镉的污染风险降低。前4年时间用于砷的植物修复，第5、6年用于铅的植物修复，第7年用于针对铅、

24、镉的土壤改良。5.3修复方案设计砷污染治理方案是打后期检测管理汞污染治验方案铅污染治理方案5.4土壤修复技术可行性评估从修复技术的适用性、成熟性、实用性、可操作性、法律法规的可接受性、投资预算、成本和修复时间等多方面筛选出本场地的污染土壤修复技术。结合污染场地所处区域的水文条件、土层结构及场地未来用途等场地特征，优先推荐适用于本场地土壤。根据相关规定，土壤修复技术可行性评估可以采用相同或相似的应用案例进行分析。由于本方案采取的植物修复和土壤改良技术较为成熟，所以最终决定采用植物修复和土壤改良技术联用来修复污染场地。5.5修复工程量估算蜈蚣草采用抱子育苗，育苗温室温度控制在2025C，湿度607

25、0%。种植密度约9000株/亩。在田间种植条件下，蜈蚣草叶片含砷量高达12%左右。蜈蚣草生长至0.4m时收割，年收割4次。每次收割后进行安全焚烧处理。柳叶箬拥有极强的环境适应力。它们通过克隆生长的方式，可以不断的扩展生长范围，所以其生长密度高，生物量大。柳叶箬生长至0.5m使收割，年收割3次。每次收割完后进行安全焚烧处理。受污染的农用地面积为120亩，约8000，污染土壤深度为30cm，总体积为2400m3，假定前3年砷超富集植物提取率为12%,3年后，土壤中砷的浓度为46.58mg/kg，考虑到土壤中重金属的浓度对植物修复速率的影响，第4年砷超富集植物提取率为10%,修复完后，土壤中砷的浓度

26、为30.56mg/kg。考虑到柳叶箬的生物量较大，假定其对铅的提取率为20%，2年后，土壤中铅的浓度为64.22mg/kg。该浓度低于农用地土壤污染风险管制值高于农用地土壤污染风险筛选值，下一步采取添加土壤改良剂降低其生物有效性。附计算过程：砷剩余量：第3年后216X(1-12%)12=46.58mg/kg第4年后46.58X(1-10%)八4=30.56mg/kg铅剩余量：第6年后245X(1-20%)飞=64.22mg/kg5.6修复工程费用估算费用分析：包含建设施工投资、设备投资、运行管理费用、耕作器具费用、植株培育费用、土壤改良剂费用。处理成本约4-5万元/亩。运行过程中的主要能耗为植株培育、灌溉、焚烧和尾气处理的电耗，另外有田间管理的人工成本。5.7修复技术工艺参数5.7.1工艺流程及关键设备富集植物育苗设施、种植所需的农业翻耕设备、灌溉设备、施肥器械、焚烧炉、尾气处理