1、土壤修復原理與技術課程設計砷污染農田修復方案設計班級：17環境一班姓名：學號：指導老師：提交日期：土壤修復原理與技術課程設計任務書一、題目題目A：砷污染農田修復方案設計中國南方某地因洪水沖擊引發尾礦庫壩事故，使下游120畝農田受到污染。初步調查顯示，農田土壤主要受砷污染，其次是鉛、鎘污染；砷、鉛、鎘主要集中分布在土壤表層030cm范圍；該范圍內重金屬含量：砷216mg/kg,鉛245mg/kg，鎘0.5mg/kg。多金屬污染的同時，農田還存在含硫尾礦的酸污染問題，pH值最低達3.4。為保障農田安全利用和維護人體健康，需要對該污染農田進行修復。二、要求提交設計報告一份，內容原則上應包括：概論、土

2、壤污染現狀與風險評估、選擇修復策略、篩選與評估修復技術、形成修復備選方案與方案比選、修復技術方案設計（修復工藝流程與相關工藝參數、工程量及物料計算、修復期限估算等）、制訂環境管理計劃、成本效益分析等內容。三、主要參考書目課程參考教材及PPT教案土壤環境質量-農用地土壤污染風險管控標準場地環境調查技術導則污染場地風險評估技術導則污染場地土壤修復技術導則污染場地修復技術目錄（第一批）污染場地修復技術篩選指南工業企業場地環境調查評估與修復工作指南（試行），等四、注意事項1）請全班同學統一紙張，并采用同一封面格式。2）封面內容包括：土壤修復原理與技術課程設計、題目名稱、專業班級、學生姓名及學號、指導老

3、師、提交日期。3）內容須經指導老師認可合格后，按以下順序裝訂：封面、課程設計任務書、目錄、正文。4）除個別因特殊情況請假外，原則上須由本人按時提交課程設計至指定處。目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1總論1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.1摘要1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.2編制依據1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2場地問題識別1 HYPERLI

4、NK l bookmark12 o Current Document 2.1場地污染現狀1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.2土壤污染風險評估1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.3污染風險情況3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3場地修復模式4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3.1土壤修復總體思路4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Documen

5、t 3.2場地修復目標值4 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 4修復技術篩選5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 4.1土壤修復技術簡述5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 5修復方案設計工作程序.8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 5.1修復方案比選9 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 5.1.1植物修復9 HYPERLINK l bookma

6、rk34 o Current Document 5.1.2化學修復9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 5.1.3物理修復10 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 5.2具體操作路線10 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 5.3修復方案設計11 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 5.4土壤修復技術可行性評估12 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 5.

7、5修復工程量計算13 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 5.6修復過程費用計算13 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 5.7修復技術工藝參數135.7.1工藝流程及關鍵設備135.7.2主要工藝及設備參數14 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 6環境管理計劃14 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 6.1修復工程監理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工程驗收15- -1總論摘要重金屬污染因具有毒性、易通過食物鏈在植物、動物和人體內累積，對生態環境和人體健康構成嚴重威脅。由于中國南方某地因洪水沖擊引發尾礦庫壩事故使下游120畝農田受到污染，初步調查顯示，農田土壤主要受砷污染，其次是鉛、鎘污染；該范圍內重金屬含量：砷216mg/kg,鉛245mg/kg,鎘0.5mg/kg。對此，本方案結合污染場地的具體情況，擬采用植物修復和土壤改良技術聯用修復方法來對該污染場地進行修復。1.2編制依據土壤環境質量-農用地土壤污染風險管控標準

9、場地環境調查技術導則污染場地風險評估技術導則污染場地土壤修復技術導則污染場地修復技術目錄（第一批）污染場地修復技術篩選指南工業企業場地環境調查評估與修復工作指南（試行）,等場地問題識別2.1場地污染現狀污染物砷、鉛、鎘主要集中分布在土壤表層030cm范圍；該范圍內重金屬含量：砷216mg/kg，鉛245mg/kg，鎘0.5mg/kg。多金屬污染的同時，農田還存在含硫尾礦的酸污染問題，pH值最低達3.4。2.2土壤污染風險評估表2.2.1農用地土壤污染風險管制值單位：mg/kg序號污染物項目風險管制值pHW5.55.5VpHW6.56.5VpHW7.5pH7.51鎘1.52.03.04.02汞2

10、.02.54.06.03砷2001501201004鉛40050070010005鉻80085010001300表2.2.2農用地土壤污染風險篩選值單位：mg/kg污染物項目風險篩選值pH5.55.5pH6.56.5pH7.5鎘0.30.40.60.8砷30302520鉛80100140240重金屬和類金屬砷均按兀素總里計。當土壤中污染物濃度含量低于表2.2.2規定的風險篩選值時，農用地污染風險低，一般情況下可以忽略；高于表2.2.2規定的風險篩選值時，可能存在農用地土壤污染風險，應加強土壤環境監測和農產品協同監測。當土壤中鎘、汞、砷、鉛、鉻的含量高于表2.2.2規定的風險值、等于或者低于表2

11、.2.1規定的風險管制值時，可能存在食用農產品不符合質量安全標準等土壤風險，原則上應當采取農藝調控、替代種植等安全利用措施。當土壤中當土壤中鎘、汞、砷、鉛、鉻的含量高于表2.2.1規定的風險管制值時，食用農產品不符合質量安全標準等農用地土壤污染風險高，且難以通過安全利用措施降低食用農產品不符合質量安全標準等農用地土壤污染風險，原則上應當采取禁止種植食用農產品、退耕還林等嚴格管控措施。2.3污染風險情況污染農用地范圍內重金屬含量分別為：砷216mg/kg，鉛245mg/kg，鎘0.5mg/kg。pH值最低達3.4。砷的濃度已超過表2.2.1中規定的農用地土壤污染風險管制值，砷污染風險高；鉛的含量

12、高于表2.2.2規定的風險值低于表2.2.1規定的風險管制值，可能存在高風險；鉻的含量略高于農用地土壤污染風險篩選值，可能存在風險。場地修復模式土壤修復總體思路污染農田修復的總體思路3.2場地修復目標1.通過土壤酸性改良將土壤pH調節至5.56.5；2.通過降低砷的濃度，將砷的濃度降低到305mg/kg；3通過降低鉛的濃度和生物有效性，先將鉛的濃度降低到70mg/kg以下，然后再降低鉛的生物有效性，降低鉛的污染風險；4通過降低鎘的生物有效性，降低鎘的污染風險；5修復年限初步定為7年。修復技術篩選土壤修復技術簡述污染土壤的修復技術方法分類手段技術要點化學法化學淋洗法水力壓頭推動淋洗劑注入被污染土

13、壤中，再將已溶解和遷移的污染體抽出來，進行分離和污水處理。包括原位和異位固化/穩定化加入固化/穩定劑，改變污染土壤中的理化性質，將污染物轉為難溶、低毒物質。分為原位和異位。溶劑浸提利用溶劑將有害化學物質從土壤中提出來或去除，一般采用異位處置。原位化學氧化向土壤注入化學氧化劑，發生氧化反應，使污染物降解或轉化更穩定、遷移性更弱的無毒或低毒化合物原位化學還原利用還原劑將土壤或地下水中的污染物還原為難溶態的物質，降低其遷移性和可利用性。土壤性能改良通過改良劑降低重金屬、有機污染物的水溶性、遷移性和生物有效性，從而降低它們進入植物體、微生物體和水體的能力，減輕危害。物理法換土法把污染土壤提走，換入干凈

14、的土壤，并妥善處理換出的土壤，以防止二次污染。包括換土、客土、翻土等。物理分離利用土壤介質和污染物粒徑、密度、磁性等物理性質差異,將顆粒物從膠體中分離出來，減少污染土壤的體積，去除顆粒污染物。固化加入一些固化劑（水泥、瀝青等）與污染土壤混合，待混合物變硬變干，轉化為結構完整且穩定的固態體，從而將污染物封裝在其中。玻璃化土壤加熱，污染物熱解或蒸發去除，融化后冷卻形成惰性玻璃體。電動力學修復插入電極、施加低壓直流形成電場，污染物向電極區富集，進行回收處理。物理法電熱用蒸汽、無線電波、高頻電壓和紅外輻射對土壤加熱，污染物解吸出來，收集后處理。蒸汽汽提清潔空氣注入污染土壤，負壓驅使空氣解吸有機污染物，

15、收集后處理，包括原位和異位。冰凍土壤無害冷凍劑溶液輸入管道使水分充分凍結，形成地下凍土層以容納土壤或地下水中重金屬、有機污染物和放射性污染物，防止遷移擴散。高溫處理焚燒法（高溫9201200C）和等離子體高溫（15001600C）回收金屬和有機氣體。生物法微生物修復通過土著微生物或外源微生物提供最佳營養條件，保持其代謝活動功能，分解污染物。植物修復利用植物進行提取、根際濾除、揮發和固定等方式移除、轉變和破壞土壤中的污染物質，使污染土壤恢復其正常功能。土壤修復技術評估技術參數表分類方法技術成熟性適合的目標污染物適合的土壤類型治理成本污染物去除率修復時間污染源植物修復中試規模af無關低成本9011

16、2個月生物堆規模應用adCI低成本75112個月化學氧化規模應用af不詳中等成本50112個月化學氧化還原規模應用af不詳中等成本50112個月熱處理規模應用af除TcAI中等成本90112個月土壤淋洗（原位）規模應用afFI中等成本5090112個月土壤淋洗（異位）規模應用bfAI中等成本到高成本90112個月電動中試規模ef不詳高成本50一汽提技術規模應用abFI低成本75906個月2年挖掘規模應用afAI低成本9513個月暴露途徑帽封規模應用cfAI低成本75906個月2年固化/穩定規模應用c,efAI中等成本90612個月垂直/水平阻控技術規模應用cfAI中等成本一2年以上受體改變土地

17、利用方式規模應用afAI低成本一一移走受體規模應用afAI低成本一一1、污染物類型：a-揮發性，b-半揮發性，c-重碳水化合物，d-殺蟲劑，e-無機物，f-重金屬；2、土壤類型：A-細粘土，B-中粒粘土，C-淤滯粘土，D-粘滯肥土，E-瘀滯肥土，F-淤泥，G-砂質粘土，H-砂質肥土，I-砂土；5.修復方案設計工作程序初步篩選燔C技術W成本節約T修復時間1*初步篩選修復技術是否適用于目標場地地質環境優先推術評估證豆技術可行性優先推薦修復戰術圖5T場地修復方案設計工作程序5.1修復方案比選5.1.1植物修復修復原理：利用植物進行提取、根際濾除、揮發和固定等方式移除、轉變和破壞土壤中的污染物質，使污

18、染土壤恢復其正常功能。目前國內外對植物修復技術的研究和推廣應用多數側重于重金屬元素，因此狹義的植物修復技術主要指利用植物清除污染土壤中的重金屬。植物修復的優勢和局限性優勢：1）實用范圍廣，在清除土壤中重金屬污染物的同時，可清除污染土壤周圍的大氣、水體中的污染物;2）污染物在原地去除，可通過傳統農業措施種植植物，使成本大大降低，而且可從產生的富含金屬的植物殘體中回收貴重金屬，取得直接的經濟效益;3）植物本身對環境的凈化和美化作用，更易被社會所接受:4）植物修復過程也是土壤有機質含量和土壤肥力增加的過程，被修復過的土壤適合多種農作物的生長。局限性：重金屬污染土壤的植物修復的主要問題是如何提高植物修

19、復效率和速率。盡管植物修復在重金屬污染土壤修復中具有極大的優勢，但其本身也有局限性，主要表現在以下幾個方面:1）因為植物的富集容量是有限的，植物修復只能治理-定污染程度的土壤:2）植物根系-般分布在土壤表層，對于深層土壤污染的修復能力較差;3）用于植物修復的植物在氣候不適合的地方，生長將受到抑制;4）植物修復最大的局限性是植物的生長周期較長而導致修復周期長，難以滿足快速修復污染土壤的需求。5.1.2化學修復化學修復是指通過向土壤濕施良劑、抑制劑，改變pH值、Eh和電導率的理化性質。使土壤重金屬發生氧化、還原、沉淀、吸附抑制等作用，以降低重金屬的生物有效性。1）添加土壤改良劑：施用改良劑，抑制劑

20、等能有效的降低重金屬的水溶性，擴散性和生物有效性，從而降低他們進入植物體，微生物體和水體的能力，減輕它們對生態環境的危害。常用的改良劑有石灰性物質，磷酸鹽、粘土礦物、有機質等。一些石灰性物質，如石灰、硅酸鈣、硅酸鎂鈣和碳酸鈣等，能與金屬結合形成溶解度很小的化合物，如氫氧化物、碳酸鹽或其它化合物沉淀，從而降低土壤中重金屬活性，使其脫離食物鏈，達到修復目的。由于磷酸鹽化合物易與重金屬形成磷酸鹽沉淀，因此可采用添加磷酸鹽化合物的方法來降低土壤中重金屬的有效性。常用的磷酸鹽化合物包括磷酸鹽、磷灰石、人工合成的羥磷灰石等。一些粘土物質如沸石，是堿金屬或堿土金屬的水化鋁硅酸鹽晶體，含有大量的三維結構、很強

21、的離子交換能力及獨特的分子結構，從而通過離子交換吸附和專性吸附降低土壤中重金屬的有效性。另外,鐵、錳氧化物、鐵屑、以及一些含鐵錳的工業廢渣，能吸附重金屬，減小其毒性。其作用原理是這些物質與重金屬離子間能產生強烈的物理化學、化學吸附作用，使重金;屬失去活性，減輕土壤污染對植物和生態環境的危害。2）淋洗法：化學淋洗技術是指借助于淋洗劑，通過水力壓頭推動清洗液，將其注入到污染土層中，然后在將含重金屬的液體從土層中抽取出來，進行分離和污水處理的技術。其原理是通過清潔液中淋洗劑與土壤中的金屬反應，增加金屬在土壤溶液中的溶解度，促進其在土壤中遷移。優勢：簡便、成本低、處理量大、見效快、適用于大面積、重度污

22、染的治理，尤其是輕質土和沙質土；局限性：該方法在去除重金屬的同時，也會使土壤營養元素流失、土壤結構破壞，會導致土壤肥力下降，而且可能會污染水體造成二次污染。5.1.3物理修復物理工程修復：物理工程措施主要包括排土、換土、去表土、客土和深耕翻土等措施，排土、換土、去表土、客土被認為是一種好方法。客土和污土混合措施是一種比較常見的方法，利用一定量的無污客土與污土成比例混合，從而降低土壤中重金屬的含量，減少客土需求量。他們的優點是見效快，效果好，處理效率高，但工程量大，并有污染土壤的處置問題。在處理過程中，污土和處理液還可能造成二次污染。5.2具體操作路線結合該地所在的區域的水文條件、土層結構及場地

23、未來用途等場地特征，優先推薦適用于本場地土壤修復技術。由于該土地屬于被污染的農用地，在進行土壤重金屬修復后，該地還仍需用于土地耕作。結合各項修復技術的優勢和局限性，最終采用植物修復與土壤改良技術聯用修復技術。由于該農用地土壤偏酸性，先需要對土壤進行酸性改良，前期利用石灰將土壤pH值調節至適合超富集植物生長的范圍。針對砷污染，擬采取植物修復降低砷濃度；針對汞污染先采取植物修復，在修復一段時間后，對土壤進行檢測，當污染物濃度降低到一定范圍內，對土壤進行改良，使污染物的污染風險降低；針對鎘污染，采取土壤改良將鎘的污染風險降低。前4年時間用于砷的植物修復，第5、6年用于鉛的植物修復，第7年用于針對鉛、

24、鎘的土壤改良。5.3修復方案設計砷污染治理方案是打后期檢測管理汞污染治驗方案鉛污染治理方案5.4土壤修復技術可行性評估從修復技術的適用性、成熟性、實用性、可操作性、法律法規的可接受性、投資預算、成本和修復時間等多方面篩選出本場地的污染土壤修復技術。結合污染場地所處區域的水文條件、土層結構及場地未來用途等場地特征，優先推薦適用于本場地土壤。根據相關規定，土壤修復技術可行性評估可以采用相同或相似的應用案例進行分析。由于本方案采取的植物修復和土壤改良技術較為成熟，所以最終決定采用植物修復和土壤改良技術聯用來修復污染場地。5.5修復工程量估算蜈蚣草采用抱子育苗，育苗溫室溫度控制在2025C，濕度607

25、0%。種植密度約9000株/畝。在田間種植條件下，蜈蚣草葉片含砷量高達12%左右。蜈蚣草生長至0.4m時收割，年收割4次。每次收割后進行安全焚燒處理。柳葉箬擁有極強的環境適應力。它們通過克隆生長的方式，可以不斷的擴展生長范圍，所以其生長密度高，生物量大。柳葉箬生長至0.5m使收割，年收割3次。每次收割完后進行安全焚燒處理。受污染的農用地面積為120畝，約8000，污染土壤深度為30cm，總體積為2400m3，假定前3年砷超富集植物提取率為12%,3年后，土壤中砷的濃度為46.58mg/kg，考慮到土壤中重金屬的濃度對植物修復速率的影響，第4年砷超富集植物提取率為10%,修復完后，土壤中砷的濃度

26、為30.56mg/kg。考慮到柳葉箬的生物量較大，假定其對鉛的提取率為20%，2年后，土壤中鉛的濃度為64.22mg/kg。該濃度低于農用地土壤污染風險管制值高于農用地土壤污染風險篩選值，下一步采取添加土壤改良劑降低其生物有效性。附計算過程：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鉛剩余量：第6年后245X(1-20%)飛=64.22mg/kg5.6修復工程費用估算費用分析：包含建設施工投資、設備投資、運行管理費用、耕作器具費用、植株培育費用、土壤改良劑費用。處理成本約4-5萬元/畝。運行過程中的主要能耗為植株培育、灌溉、焚燒和尾氣處理的電耗，另外有田間管理的人工成本。5.7修復技術工藝參數5.7.1工藝流程及關鍵設備富集植物育苗設施、種植所需的農業翻耕設備、灌溉設備、施肥器械、焚燒爐、尾氣處理