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1、地下水污染与防治 Groundwater Contamination,第五讲地下水污染修复技术与方法,目录,1总论2地下水与土壤污染修复方法3地下水与土壤污染调查设计,3,1、总论,污染场地的概念 污染场地概念的确定对于污染场地的识别、管理、治理和修复至关重要。本质上是特定的空间或区域（包含土壤、地下水和地表水）所含有害物质的浓度超过环境背景值，并对此空间或区域的人体健康及自然环境已经造成或可能造成负面影响。,4,1、总论,美国的污染场地划分为七个主要的修复计划：超级基金场地修复计划，它主要遵循环境应对、赔偿和责任综合法案；资源保护和回收法修复场地（RCRA sites），它主要遵循资源保护和
2、回收法案中规定的校正行动计划；地下存储罐污染场地；国防部污染场地； 能源部污染场地；其他联邦政府机构的污染场地；州政府、棕地和个人污染场地。,5,1、总论,污染场地修复技术是指可改变待处理污染物的结构，或减小污染物毒性、迁移性，或数量的单一，或系列的化学、生物，或物理处理技术单元。场地污染的修复应对措施可分为3类：对正在产生的危害及时清除和转移，比如污染土地的清挖等; 对场地的用途进行限制或禁入；采用工程手段对场地进行修复。第一种属于清除行动，第二种是制度控制，第三种是工程修复,6,1、总论,制度控制和工程控制属于修复行动。制度控制是依据法律和行政的手段和方法来保护人类健康和场地的环境安全制度
3、控制是；而工程控制是采取物理的手段，比如封盖、包裹、泥浆墙、抽提井或者处理的方法来降低污染物的水平或限制暴露途径进而管理环境和健康风险。,7,1、总论,地下水修复的分类根据修复工程实施的对象不同，可以分为污染源修复和地下水修复。污染源修复是针对污染场地中的土壤、沉积物、污泥、固体基质废物或非水相液体等进行的修复。污染源治理是针对场地内已有污染的修复行动。根据修复处理工程的位置可以分为原位修复技术与异位修复技术；根据修复原理可分为物理技术、化学技术、热处理技术、生物技术、自然衰减和其他技术等。,8,1、总论,土壤及地下水污染的修复的意义污染场地所存在的生态与环境问题受到广泛关注，污染场地风险管理
4、与修复技术成为土地功能恢复和污染控制的重要研究内容。土壤及地下水污染的修复技术主要有化学修复、生物修复及化学与生物相结合的修复。,9,1、总论,污染场地的管理 加拿大对污染场地的管理方法主要程序是识别可疑场地、场地历史调查、初步采样测试、场地分类、详细采样测试、场地再分类、制定修复管理措施、实施修复管理措施、确认采样和最终报告、长期监测的10步管理流程。,10,1、总论,美国的法律法规对污染场址的全过程管理都给予了明确的法律规范，设立污染场地管理与修复基金(超级基金)。美国采用的基于健康风险评价的污染场地修复，制度控制和工程控制相结合的综合修复行动为我国提供了很好的经验。通过制定相关法律、法规
5、，规范污染场地修复的标准，采用相关财政刺激政策等。我国在污染场地修复方面，除考虑自身条件外，可以充分借鉴和吸收美国在污染场地修复和管理方面的先进经验。,11,1、总论,英国在环境保护法1990：污染土地II A部分明确规定应遵循污染者责任原则，即任何把污染物排放到土壤表面和地下的个人和单位，都有修复土地并支付费用的责任和义务。英国对棕色土地”监测、利用与监管，建立污染场地健康风险评价方法，以及健康基准值与土壤污染指导值及污染土地风险评价模型等污染土地风险管理与修复技术体系。污染土地的风险管理包括识别由于污染物造成的任何无法接受的风险、采取行动减少和控制这些风险使之达到一个可接受的水平，从而达到
6、再利用的目的。污染土地风险管理程序分下列三个阶段：风险评价、评估和选择修复技术与实施修复。,12,2、土壤与地下水修复技术,13,2、土壤与地下水修复技术,14,2、土壤与地下水修复技术,15,2、土壤与地下水修复技术,16,2、土壤与地下水修复技术,17,2、土壤与地下水修复技术,18,2、土壤与地下水修复技术,19,2、土壤与地下水修复技术,20,2、土壤与地下水修复技术,21,2、土壤与地下水修复技术,22,2、土壤与地下水修复技术,23,3 项目设计书编写,生态环境地质调查项目设计书编写提纲 第一章 绪言 1、目的任务，包括任务来源、任务书的主要内容、工作起止时间及成果提交时间等。 2
7、、工作区范围和地理条件：主要包括工作区的地理位置、坐标范围、涉及图幅及编号、行政区划、自然地理、气象水文、交通条件及社会经济概况等。 第二章 以往工作程度 1、以往区域基础地质工作情况：包括各种比例尺区域地质调查、区域化探、遥感地质等，并对其成果作简要叙述. 、以往水工环地质工作：总结以往的水工环地质调查成果，分析测区内存在的问题，编制区域“水、工、环”地质工作程度图. 3、已进行的其它调查工作：包括矿产勘查、土壤调查等. 对其工作中存在的问题，应予以阐述。,24,3 项目设计书编写,第三章 测区地质背景及生态环境地质问题分析 主要从区域地貌、地质构造背景和地质环境条件来分析说明工作部署的依据
8、。 、区域地貌条件：重点阐明地理地貌对生态系统的自然控制与影响特征. 2、区域地质条件：重点阐明区域地质背景、区域地球物理和地球化学特征、遥感地质特征等. 3、区域水文地质环境地质条件. 以上内容阐述要与生态环境地质问题相关，力求文字精练。 4、存在的生态环境地质问题 结合野外踏勘，在充分对已有各种资料进行二次开发的基础上，深入分析测区内可能存在的生态环境地质问题及其产生的各种原因。问题分析要透，不能泛泛而谈。,25,3 项目设计书编写,第四章 工作部署 1、工作部署原则 根据任务书的要求，有针对性的阐述总体工作思路和部署原则，说明各项工作间的衔接及施工顺序。 2、总体工作部署 根据项目的要求
9、和上述部署原则，对不同层次及各类地区工作作出总体部署；并视具体情况分年度提出各工作阶段的主要内容，并附相应的工作部署图。 3、年度工作安排 说明年度工作安排的主要工作内容和工作量，当年工作安排要详细具体。,26,3 项目设计书编写,第五章 调查内容、技术路线和工作方法 1、调查内容：根据测区地质条件和存在的生态环境地质问题，明确调查内容。调查内容要分类详细阐述。 2、技术路线：依据测区特点和调查内容，采用高效实用的技术路线。 3、工作方法：详细说明采用的工作方法和各自的技术要求。工作方法要分类叙述。 4、图件编制：要明确编制哪些图件，需要采集哪些数据，及对数据采集的要求。实现野外调查资料现场数
10、字化。,27,3 项目设计书编写,第六章 实物工作量 列表说明总体工作部署和年度各类实物工作量。 第七章 经费预算 按中国地质调查局项目设计预算编制暂行办法编写。 第八章 组织管理和项目组人员设置 1、组织管理 2、项目人员组成及分工,28,3 项目设计书编写,第九章 质量保证和安全生产措施 、保障任务完成，提高工作质量的具体措施。含技术措施，各种新技术方法的应用，提高工作人员水平所采用的技术培训措施等。 、安全及劳动保护措施。 、项目全面质量管理办法及措施。,29,3 项目设计书编写,第十章 预期成果及提交时间 、成果资料 调查报告、图件，包括电子版和纸介质形式。电子版格式要执行中国地质调查
11、局的有关要求。此外，还包括原始资料和其它技术文件资料2、提交成果时间,30,3 项目设计书编写,第十一章 设计附图 1、交通位置图（可附插图） 2、以往地质研究程度图 3、工作布置图 4、其它需要的图件,地下水环境修复技术,31,不同的修复技术对于不同的介质和污染物适用性是不同的 1.分离、活化和提取技术2.生物和化学反应技术必须建立监测系统，值得重视的共同点，以确认修复工程（或内在生物修复系统）的长效运行添加各种反应物，许多原位修复技术都需要,治理不同污染介质的技术类型,添加氧化/还原剂后潜在的地球化学变化,34,地下水污染修复中的新材料,生物质树皮/富含丹宁酸的物质木质素几丁质/甲壳质死的
12、生物体苔鲜海草/海藻/褐藻酸废弃的茶叶等,岩土材料沸石粘土泥有铁氧化物包壳的砂粉煤灰菱铁矿黄土等,35,生物质,富含丹宁酸物质丹宁酸中多羟基酚是吸附重金属的活性组分二者可发生离子交换作用发生,并形成螯合物可溶性酚引起的水变色问题，可用预处理如甲醛、酸、碱预处理，排除有色化,36,生物质,木质素木质素的成本比活性炭约低20倍对Pb,Zn的吸附能力分别为186，95mg/g硫酸木质素对Hg的吸附能力为150mg/g甲壳质和海味处理工艺废弃物几丁质存在于螃蟹的外骨骼、其他甲壳动物和一些真菌细胞壁中,在自然界中的丰度仅次于植物纤维素甲壳质不但廉价,数量丰富,它对重金属的吸附能力也很强，相当于几丁质的5
13、6倍,38,生物质,死生物Matis和Zouboulis(1994)研究了死生物对金属离子的吸附能力死细胞聚集重金属的能力与活细胞相当甚至更强谷壳作为水稻商业性收割的副产品,稻壳具有与绿藻相似的结构与藻类对Cr和Pb的吸附能力相近,但它对Cd的吸附能力几乎是藻类的两倍,39,地质材料,沸石最早用于重金属污染治理的地质材料斜发沸石是40多种天然沸石中储量最丰富的一种沸石的吸附特性源于它们的离子交换能力,40,地质材料,粘土具有比表面积大、孔隙率高、极性强等特征,对水中各种类型的污染物质有良好的吸附蒙脱石具有最小的结晶度,最大的表面积和最强的阳离子交换能力,从而应具有最强的吸附能力对重金属的吸附能
14、力归因于细粒的硅酸盐矿物的净负电荷结构性能,41,地质材料,42,地质材料,粉煤灰火电厂的废物，含有碳和硅氧化物、铝氧化物、铁氧化物及钙、镁、钠、钾、硫的氧化物潜在优势：金属被吸附后，它容易固化因为粉煤灰所含火山灰颗粒，在有水的情况下能与石灰反应形成水泥质的硅酸钙水化物值得注意：可能含有重金属及痕量放射性元素,43,地质材料,黄土分布广，成本低富含碳酸盐和粘土矿物，偏碱性，且具有大孔隙、松软和较大湿陷性重金属（Cu、Cd、Pb、Zn、Cr、As）及非离子型有机污染物（甲苯）,44,主要修复方法,异位修复方法焚烧、置换、部分热解吸技术等原位（就地）修复方法监控条件下的自然衰减法（MNA）渗透性反
15、应墙（PRB）异位+原位修复方法抽出处理法（PAT）,一、水力学方法,包括抽出处理法（PAT）,2004-11-11,46,水力学方法,1、排水系统重力排水、浅井群井、深井2、注水系统补给水塘、注水井3、设置低水力传导系数的屏障可单独或联合使用构成水动力屏障系统,2004-11-11,47,水动力屏障系统,1、重力排水,2004-11-11,48,水动力屏障系统,1、重力排水,2004-11-11,水动力屏障系统,1、重力排水,2004-11-11,50,水动力屏障系统,1、重力排水,2004-11-11,51,水动力屏障系统,2、抽水井,2004-11-11,52,水动力屏障系统,2、抽水井
16、,2004-11-11,53,水动力屏障系统,2、抽水井,2004-11-11,54,水动力屏障系统,2、抽水井,2004-11-11,55,水动力屏障系统,3、抽水和注水系统,2004-11-11,56,水动力屏障系统,3、抽水和注水系统,2004-11-11,57,水动力学方法,不足许多污染物在水中的溶解度相当低，极难从地下冲洗出来；污染物通过扩散进入地下水滞留区，冲洗十分困难；将吸附在土壤上的污染物冲洗下来是一个相当慢的过程。由于含水介质的的差异，很难预测污染物和水运动的路径,58,抽出-处理法(Pump And Treatment),抽出-处理法是最早使用、应用最广的经典方法从污染场地
17、抽出被污染的水，并用洁净的水置换之；对抽出的水加以处理，污染物最终可以被去除必须把对抽出-处理系统的监测作为修复措施整体必不可少的组成部分，监测系统的运行状态处理后地下水直接使用回灌稀释受污染水体，冲洗含水层加速地下水的循环流动,59,抽出-处理法(Pump And Treatment),处理方法可根据污染物类型和处理费用来选用，大致可分为三类 物理法吸附法、重力分离法、过滤法、膜处理法、吹脱法等化学法混凝法、氧化还原法、离子交换法以及中和沉淀法等生物法生物接触氧化法、生物滤池法等,2004-11-11,61,二、生物修复法：植物&微生物,运用植物和与之相关的微生物来原位处理受到污染的水与土壤
18、，它是能够有效、便宜清除多种有机和无机废物的新技术从本质上而言，植物修复法是运用人类的主动性，来提高自然区的自然衰减，它是介于工程方法和自然衰减之间的一种方法,2004-11-11,62,植物修复法的机制,降解转移固定（可容性）,2004-11-11,63,1、污染物的降解,植物通过呼吸作用提供了更多的氧气进入土壤，加快了土壤中细菌的活性，同时，通过他们的根系来为土壤的细菌提供营养，使细菌更有效的降解污染物在植物生长过程中产生酶，污染物在酶的作用下能被分解成单分子的物质（如H2O、CO2、乙醇及其它），这些物质够进入到植的机体内，甚至能促进植物的生长,2004-11-11,64,2、污染物的转
19、移,把污染区的污染物质通过植物的作用转移到别的地方，使该区的污染不再那么严重有些植物可吸收土壤或地下水中单分子污染物，污染物质被保存在植物的体内，随着污染物质的富集，便会引起植物的中毒现象。此时，可通过收获这些植物，通过燃烧或别的方法来从植物体内分解出这些物质,2004-11-11,65,3、对污染物的可容性,利用植物及一些添加物质使环境中的金属流动性降低，生物可利用性下降，使金属对生物的毒性降低Cunningham等研究了植物对环境中土壤铅的固定，发现一些植物可降低Pb的生物可利用性，缓解Pb对环境中生物的毒害作用,2004-11-11,67,植物的选择标准,易适应土壤和污染场所的条件易于生长和供养生长迅速且纤维根系发达能够为土壤提供良好的覆盖效果，为防止土壤被风或水的侵蚀较低的维护费用适于家畜食用或作为野生动物的草料美学的价值,68,生物修复法分子微生物,69,联用技术,“八五”国家项目“淄博石油污染含水层现场治理”,谢谢！,
