土壤污染是指人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度,引起土壤质量恶化、功能降低的现象。
土地受到污染后,含污染物浓度较高的表土容易在风里和水力的作用下进入到大气和水体中,这些污染物通过食物链最终影响人体健康。
从不同角度,可以对土壤污染修复技术进行不同的分类:
1、物理修复技术
(1)土壤蒸汽浸提修复技术
土壤蒸汽浸提修复技术是在污染土壤内引入清洁的空气产生驱动力,利用土壤固相、液相和气相间的浓度梯度,在气压降低的情况下,将其转化为气态的污染物排出土壤的过程。
该技术适用于高挥发性有机物和一些半挥发性有机物污染土壤的修复,如汽油、笨和四氯乙烯等污染的土壤。
(2)玻璃化修复技术
玻璃化修复技术是指利用热能在高温下把固态污染物熔化为玻璃状或玻璃—陶瓷状物质,借助玻璃体的致密结晶结构,使固化体长期稳定。污染物经过玻璃化作用后,其中有机污染物将因热解而被摧毁,或转化为气体逸出,而其中的放射性物质和重金属则被牢固地束缚于已熔化的玻璃体内。
玻璃化修复技术既适用于原位处理,也适用于异位处理。
(3)固化/稳定化技术
固化/稳定化技术是指运用物理或化学的方法将土壤中的有害污染物固定起来,或者将污染物转化成化学物质不活泼的形态,阻止其在环境中迁移、扩散等过程,从而降低污染物质的毒害程度的修复技术。
该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,但其修复后场地的后续利用可能使固化材料老化或失效,从而影响其固化能力,触水或结冰/解冻过程会降低污染物的固定化效果。
(4)电动力学修复技术
电动力学修复技术是通过向土壤施加直接电流(每平方米几安培),在点解、电迁移、扩散、电渗透、电脉等共同作用下,使土壤溶液中的离子向电极附近富集从而达到去除的过程。
该技术目标污染物包括大部分无机污染物、放射性物质及吸附性较强的有机物。 电动力学修复速度较快、成本较低,特别适用于小范围的黏质的多种金属污染土壤和可溶性有机物污染土壤的修复;对于不溶性有机污物,需要化学增溶,易产生二次污染。
(5)热力学修复技术
热力学修复技术指利用高温所产生的一些物理和化学作用,如挥发、燃烧、热解,去除或破坏土壤中有毒物质的过程。
该技术常用于处理有机污染的土壤,如挥发性有机物、半挥发性有机物、农药、高沸点氯代化合物,也适用于部分重金属污染的土壤,如挥发性金属汞。但热处理技术不适用于大多数无机污染物、腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原剂等。
(6)客土、换土技术
客土是指在被污染的土壤上覆盖上非污染的土壤,从而避免污染土壤中的污染物进入食物链。但客入的清洁土层需要一定厚度,要能满足植物根系的生长,以避免其伸到污染土层。换土则是将部分或全部污染土壤挖除而换上非污染土壤。实践证明,这是治理土壤污染特别是重金属污染切实有效的方法。一般情况下,换土的厚度越大,降低作物中污染物含量越明显。
2、化学修复技术
(1)化学淋洗技术
化学淋洗技术指利用淋洗液或化学助剂与土壤中的污染物结合,并通过淋洗液的解吸、螯合、溶解或固定等化学作用,使吸附或固定在土壤颗粒上的污染物脱附、溶解而去除的技术。
化学淋洗技术可分为原位淋洗技术和异位淋洗技术。原位淋洗技术既适用于无机污染物,也适用于有机污染物,尤其是粗质地、渗透性较强的土壤污染修复;异位淋洗技术、可用于放射性物质、有机物或混合有机物、重金属或其他无机物污染土壤的处理货前处理。
(2)原位化学氧化技术
原位化学氧化技术指将化学氧化剂注入土壤中,氧化其中污染物质,使污染物降解或转化为低毒、低移动性产物的修复技术。化学氧化技术不需要将污染土壤全部挖出,只是在污染区的不同审图钻井,再通过泵将氧化剂注入土壤中。
原位化学氧化技术常用于修复被油类、有机溶剂、多环芳烃、POPs、农药以及非水溶性氯化物等长期存在于土壤中、很难被生物降解的污染物。
(3)化学脱卤技术
化学脱卤技术指向受卤代有机物污染的土壤中加入试剂,以置换取代污染物中的卤素或使其分解或部分挥发而得以去除,属于异位化学修复技术之一。
该技术适用于处理挥发或半挥发有机污染物、卤化有机污染物、多氯联苯、二恶英、呋喃等,不适用于半金属卤化有机污染物和重金属、多环芳烃、除草剂、农药、炸药、石棉、氰化物、腐蚀性物质、非卤化有机污染物等。
(4)溶剂浸提技术
溶剂浸提技术是一种利用溶剂将有害化学物质从污染土壤中提取或去除的技术。该技术主要适用于处理挥发和半挥发有机污染物、卤化或非卤化有机污染物、多氯联苯、二恶英、呋喃、多环芳烃、除草剂、农药、炸药等。
(5)土壤性能改良技术
土壤性能改良技术指有针对性地采取改良剂或人为改变土壤氧化—还原电位的工程技术。土壤性能改良技术主要是针对重金属污染土壤,部分措施也可用于有机污染土壤改良。
3、微生物修复技术
(1)微生物修复重金属污染土壤的原理
土壤微生物种类繁多、数量庞大,是土壤的活性有机胶体,比表面大、带电荷和代谢活动旺盛。微生物可以对土壤中重金属进行固定、移动或转化,改变它们在土壤中的环境化学行为,可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性,从而达到生物修复的目的。
因此,重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集(如生物积累、生物吸着)和生物转化(如生物氧化还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解)等作用方式。
(2)微生物修复有机污染土壤的原理
土壤中大部分有机污染物可以被微生物降解、转化,并降低其毒性或使其完全无害化。微生物降解有机污染物主要依靠两种作用方式:①通过微生物分泌的胞外酶降解;②污染物被微生物吸收至其细胞内后,由胞内酶降解。
微生物降解和转化土壤中有机污染物,通常依靠以下基本反应模式来实现。
氧化作用:醇的氧化;醛的氧化;甲基的氧化;氧化去烷基化;硫醚氧化;过氧化;苯环羟基化;芳环裂解;杂环裂解;环氧化等。
还原作用:乙烯基的还;原醇的还原;芳环羟基化等。
基因转移作用:脱羧作用;脱卤作用;脱烃作用等。
水解作用:主要包括有酯类、胺类、磷酸酯以及卤代烃等的水解类型。
4、植物修复技术
植物修复技术指利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发和转化、降解的作用机制来清楚环境中污染物质的一项新兴污染环境治理技术。
从原理上来讲,植物修复有六种类型:植物富集、植物固定、植物挥发、植物降解、植物转化、植物刺激。
李铁 博士 美国注册环境工程师
学士(B.S.)
硕士(M.S.)
博士(Ph.D.)
1990~1994 中国 清华大学 环境工程专业
1994~1997 中国 中国科学院生态环境研究中心 环境化学专业
1997~2001 美国 美国亚利桑那大学 环境工程专业
李铁博士毕业于美国亚利桑那大学环境工程专业。近20余年土壤/水污染修复经验,先后在世界500强AECOM(环境工程与咨询领域)、PARSONS(环保领域)和INVISTA(化工生产)任职,主持过多种高难度、复杂地形污染场地/地下水修复工程。在污染场地原位修复技术、修复技术研发、技术咨询、修复工程实施和管理、场地调查和风险评估等方面经验丰富。
1997-2001年攻读博士期间,主要开展利用“零价铁”和电化学方法去除地下水中氯化有机物和重金属的机理及“过滤性反应隔栅”在地下水修复中的应用方面的技术研究,在美国顶级的环境期刊《环境科学与技术》上发表多篇论文,包括:《使用铁和钯-铁阴极材料对三氯乙烯和四氯化碳进行还原脱氯》(2000年34卷,173-179页)、《零价铁对三氯乙烯还原脱氯作用的长期表现研究》(2000年34卷,514-521页)、《基于铁质媒介的三氯乙烯和四氯乙烯的还原脱氯的电化学和实验柱研究》(2000年34卷,2549-2556页)、《三氯乙烯和四氯化碳在铁表面还原的限速机制的电化学研究》(2001年35卷,3560-3565页)等。同时在美国化学学会主编的《环境中的化学物质》中完成第23章《铁表面含氯有机物的还原作用机理》。
2001-2014年,主导和参与了多项土壤地下水修复技术的研发与修复项目的执行,代表性的项目包括:
• 纳米零价铁在地下水中氯化有机物修复中的应用技术研发;
• 过滤性反应隔栅与电化学还原修复技术的研发;
• 陶氏化学公司(德克萨斯州及密西西比州):设计安装了两套地下水提取及处理系统,将其整合到现有的地下水处理系统;
• Eastman化工公司(德克萨斯州):进行了含氯化有机物污染地下水修复的方案研究,指导修复系统的设计安装及运行, 利用了实地生物修复技术。
• 陶氏化学德克萨斯州地下水含砷类物质的污染场地:完成场地调查,技术方案选择和实施,利用了零价铁 “过滤性反应隔栅”技术。
• 雪佛龙公司德克萨斯州汽油运送管道中转站阀门泄漏场地:对现有的地下水中汽油的收集系统提供技术优化,利用污染羽管理区及监测自然衰减法的方式形成地下水行动方案并取得当地环保局的认可,为其公司节省几百万美元的修复费用。
……
在2003年任职于AECOM期间,参与编制了美国著名出版社Amherst Scientific Publishers出版的《MTBE修复手册》,合著完成第15章《地下水抽提与修复》和第19章《美国环保署案例研究数据库中的MTBE修复案例》,成为美国MTBE污染地下水修复的经典技术参考资料。
2015-2017年在上海担任美国英威达公司亚太区环保卫生及安全(EHS)总监,主导了英威达公司在上海化工区两家化工厂(投资额5亿美元)的环保卫生及安全的行政许可工作,并指导英威达在亚太区6家生产工厂的EHS工作。
2018成立曜昂环境至今,主导及指导完成:
• 数十个企业污染场地调查项目和重点行业用地环境调查项目;
• 移动式修复设备的研发;
• 上海桃浦的一土壤修复项目,土壤污染物为挥发性有机物、多环芳烃、重金属,采用了原地异位热脱附和土壤淋洗技术;
• 上海桃浦603地块有机物污染地下水修复项目;
• 苏州市吴江区的一个土壤修复项目,土壤污染物为苯系有机物,采用了原位化学氧化技术。
于2019年获批为姑苏创新创业领军人才,苏州工业园区科技领军人才。
已成为苏州工业园区国土环保局土壤修复专家库成员。