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電動力學修復技術范文1

[關鍵字]：污染土壤；修復技術；研究現狀；發展趨勢

土壤污染指由于人類活動產生的有害、有毒物質進入土壤，積累到一定程度，超過土壤本身的自凈能力，導致土壤形狀和質量變化，構成對農作物和人體的影響和危害的現象。

近年來，隨著我國經濟的迅猛發展，國民生活水平得到普遍提高，但同時也給環境帶來了巨大的災難。工業廢水、廢渣的隨意排放，企業長期生產和運輸等過程中不可避免的會發生跑、冒、滴、漏等現象以及農業活動中化肥和農藥的過量或不合理施用、污水灌溉等過程，都可能給場地帶來嚴重的污染。

隨著城市化進程的加速，許多原來位于城區的污染企業從城市中心遷出，許多原本屬于農用地的土地需要再開發利用，大量的污染場地需要進行修復。這就要求我們要積極尋找切實、有效的土壤污染修復方法，提高土壤污染修復技術水平。

2016年5月國務院出臺的《土壤污染防治行動計劃》也將土壤修妥魑一項大事件，保護好土壤環境，加強污染防治，推動生態文明建設，這對于人類的健康和社會的可持續發展具有重要意義。

1、土壤中的主要污染物

1.1重金屬

有些工業企業隨意的排放未經處理的廢水、廢渣，使其中含有的不易在土壤中降解的重金屬如鉛、汞、鎘、錫等在土壤中沉降、擴散，嚴重破壞了土壤的環境。再加上農民對農作物噴灑的超濃度的農藥和使用的化肥，使我國土壤遭受了嚴重的迫害。

1.2有機化合物

在農作物的種植過程中，農民經常噴灑農藥來殺死啃食農作物的害蟲，但是超濃度的農藥含有對土壤危害的有機化合物，造成土壤有機化合物污染，我國在早期曾廣泛使用過的滴滴涕、六氯苯、氯丹等，這些農藥均含有高殘留的不易降解的有機化合物。除此之外，一些工廠如化工廠、涂料廠等的日常運行產生的廢水廢渣中由于含有很多有害的有機污染物無法自動降解也會污染土地，破壞土層結構。

有機化合物具有難溶解、毒性大的特點，它一旦進入土壤之后，就逐漸在土壤中積累、沉降下來，長期污染土壤和地下水，對農作物及人體造成嚴重危害。

2、污染土壤修復技術研究現狀分析

環境保護部和國土資源部聯合《全國土壤污染狀況調查公報》，調查結果顯示，全國土壤總的點位超標率為16.1%，土壤環境狀況總體不容樂觀，部分地區土壤污染較重。南方土壤污染重于北方，長三角、珠三角、東北老工業基地等部分區域土壤污染問題較為突出。

由于受地形及產業分布的影響，我國各地土壤污染的程度、污染源也不完全相同。有些工業集聚區，土壤污染較為嚴重，且污染地塊密集，多為重金屬污染或者有機物污染，也有些無機有機復合污染；有些農用地受污染情況較輕，但污染地塊面積較大，多為重金屬、有機氯農藥、有機磷農藥污染，也有重金屬和有機物的復合污染。因此，這就要求我們要對具體地區的土壤污染現狀進行具體分析，選擇較為合適的修復方法以便更好地改善土壤質量。

在現階段，常用的污染土壤修復技術如下：

2.1物理-化學修復技術。

這種修復技術包括熱處理技術、土壤淋洗技術、土壤氧化-還原技術、電動力學法技術等。

2.1.1熱處理技術。

這種技術操作比較簡單，主要是通過熱交換，對污染物質和介質一同加熱，根據混合組分的熔點不同，通過揮發作用達到分離有機污染物的目的。這種技術包括兩種，一種是低溫操作，一種是高溫操作。這種技術是一種簡單的修復技術，目前，在工廠附近的土壤污染修復中被廣泛使用。這種熱處理技術對于土壤中那些易揮發組分和殘留的農業以及半揮發的污染成分效果較好，但是對于土壤中一些重金屬的污染則不適用。

2.1.2土壤淋洗技術。

土壤淋洗技術能夠有效地促進土壤中污染物的溶解，它的原理是利用水壓將清洗液有效地注入到被污染的土壤中，并根據自身特性，提取土壤中含有的污染液體，對其進行分離處理，從而達到修復的目的。這種技術主要采用一些化學劑如絡合劑、氧化劑等為淋洗劑，由于不同淋洗劑的性質不同，對土壤中污染成分的作用也不同，因此，選擇合適的淋洗劑對土壤的修復至關重要。在進行淋洗劑的選擇時，不僅要考慮淋洗劑和污染物的作用，還要充分考慮到淋洗劑對土壤結構的作用，避免對土壤結構造成破壞，以免引起二次污染。

2.1.3土壤氧化-還原技術。

顧名思義，這種技術需要氧化劑或者還原劑，并將其投入到所要修復的土壤中，將其與土壤中的污染成分發生氧化還原作用，從而分解其中的污染物，達到凈化的目的，這種方法還有穩定和改良土壤的作用。常見的氧化劑包括高錳酸鹽、過氧化氫、芬頓試劑、過硫酸鹽和臭氧。常見的還原劑包括硫化氫、連二亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、硫酸亞鐵、多硫化鈣、二價鐵、零價鐵等。現階段，對于這種氧化還原修復主要是針對對氧化或者還原比較敏感的污染物。

2.1.4電動力學法技術。

這種技術主要利用的是電化學原理，在待修復的土壤中插入電極，通過電極導入低強度的直流電，從而將土壤中的污染物清除。在通電后，處在陽極附近的酸物質會在毛細孔里移動，將土壤中的污染物釋放在毛細孔中的液體里，毛細孔中的水會通過電滲透的方式移動到土壤表層進而被吸收，從而被消除。這種方法能夠打破土壤中金屬和土壤之間的化學鍵，通電時間越長，去除效果越好。但是對于導電性不好的土壤不宜采用此法進行土壤修復。

2.2生物修復技術。

生物修復技術是一種新興技術，主要是采用現代的先進生物技術將土壤中的污染物進行去除分解，從而凈化土壤的技術。這種技術根據主體的不同，主要包括三方面：微生物修復技術、植物修復技術和動物修復技術。其中動物修復技術在國外已經研究多年，國內研究還處于起步階段。生物修復技術具有高效、快速、費用低的特點，但是由于生物技術的研究還處于起步階段，目前主要用于衍生物及烴類的有機分解和去除。

2.2.1微生物修復技術。

微生物修復技術是采用微生物為主體，利用微生物的代謝活動將其中的污染物分解為水、二氧化碳以及其他無害的小分子物質。目前，這種修復技術主要用于石油泄漏以及其他有機污染物的污染處理中。但是由于微生物代謝活動有限，并不能很好地將所有污染物都分解掉，因而還需要進一步的研究完善。

2.2.2植物修復技術。

植物修復技術主要是利用植物的吸收和轉化功能，在污染土地上繁殖非食用的種子、種植經濟作物，實現對殘留農藥或者重金屬等的吸收處理，從而凈化土壤。土壤植物修復技術成本低，在修復污染土壤的同r還能凈化周圍空氣，但是土壤植物修復過程相比其他方法過程緩慢、周期長，土壤植物修復技術對土壤肥力、氣候、水分、鹽度等自然條件有一定的要求。該技術理論體系、修復機理和修復工藝還需要在不斷的實踐中完善、優化。

3、污染土壤修復技術未來發展趨勢

由于土壤污染問題日益得到重視，對土壤修復技術的需求也越來越大，目前我國土壤污染修復技術正在多元化穩步發展并取得多項研究成果。然而有的方法雖然在土壤污染修復方面大有成效，卻不宜大范圍推廣實施。比如物理化學修復技術，它的推廣實施不僅會消耗巨大的資金，還可能會導致土壤結構破壞、土壤肥力流失甚至產生土壤二次污染。相較于物理化學修復技術，微生物修復技術和植物修復技術更符合經濟效益，且適合大范圍污染地塊使用。微生物幾乎可以降解所有的有機物，且對土壤無害，是一項具有前景發展的土壤污染修復技術。植物修復技術不僅綠色廉價，且新型高效。該技術的推廣，在修復有機物污染方面將發揮重要作用，《土壤污染防治行動計劃》中也對農田修復，提出“對于輕度及中度污染耕地，采用農藝調控、替代種植等措施，降低農產品超標風險；對于重度污染耕地，采用退耕還林還草或種植結構調整”。未來，在污染土壤修復技術方面的發展趨勢如下：

3.1發展綜合型的土壤修復技術。在上文中，我們提及到很多土壤修復技術，但是每種技術都是雙面性，有其自身的局限性，在推廣的過程中受到限制。在修復技術研究過程中，我們可以將單一的修復方法綜合使用，采取每一方法的可用之處，相互之間取長補短，將會收到不一樣的效果。

3.2充分考慮經濟效益與生態效益。現在我們提倡經濟又好又快發展，走科學發展之路。但是，在大力發展經濟的同時，我們還要兼顧生態環境的發展，經濟的發展不應以犧牲生態文明為代價。因此，在研究土壤修復技術過程中，我們要多考慮危害較小的微生物修復技術和植物修復技術，加快生物修復技術的研究與實踐，現實經濟效益與生態效益雙贏。

3.3借鑒、改進其他行業先進技術。目前水、大氣治理技術日趨成熟，土壤修復技術可以借鑒其他行業的修復技術，在此基礎上，實現自我創新。現在基因工程發展趨于優勢，我們可以有效地利用基因重組技術尋找、馴化更多的抗逆性強、降解能力強的重金屬富集植物，來修復土壤中的重金屬的污染。

3.4異位修復向原位修復轉型。異位修復分為異位原地與異位異地修復，無論哪種方式均可能在挖掘、轉運、堆放、凈化過程中帶來二次污染。異位修復不僅處理成本高，而且許多無法開挖的地塊很難推廣異位修復方法。因而，發展多種原位修復技術以滿足不同污染場地修復的需求是未來場地修復的發展方向。

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，實踐是檢驗真理的途徑。土壤污染修復技術的方法多樣，具體哪一樣適合推廣，哪一樣符合實際，需要我們深入實踐中去檢驗。只有采用綠色的、科學的、有效的修復技術，才能提高經濟效益，促進生態環境的健康發展。

[參考文獻]：

[1]諶偉艷，沈柱華，趙潔麗.污染場地土壤修復與管理研究.資源節約與環保，2015（5）：152-152.

電動力學修復技術范文2

關鍵詞：前沿 水科學 水文水資源 環境水利 農田水利

水科學的研究是二十世紀末期人類極為關注的課題之一。自然界中水演化規律的復雜性，人類活動對天然水影響的日益加劇，致使水問題愈加突出，從而極大地影響和制約了人類社會的生存和發展。高新技術在水科學研究中的應用，有力地推動了水科學的研究進程。本文分析了水文水資源、環境水利、農田水利等學科在21世紀初研究的前沿問題。

1 水文水資源

水文水資源學科分為水文極值理論與計算、水文預報理論與方法、水資源開發利用管理理論與方法等3個方向，目前是水科學研究中比較活躍的一個分支。

水文學研究的對象主要為大氣、植被、地表、土壤及含水層中的水分運移和相互間的水分轉化[1]。目前研究的重點和難點問題主要有：空間分布問題、水文尺度問題、穩定化數值算法問題、分布參數計算、區間入流反演、單寬入流過程的反推等。引入的新理論和新方法有神經網絡模型、灰色模型、遺傳算法、分形、混沌理論等。水文預報方法中數學模型的研究由黑箱模型發展到概念性模型，目前這一領域的研究主要集中在概念性模型的參數識別、模型參數的實時矯正技術；隨著GIS（地理信息系統）空間信息處理技術及相應計算機軟件、高性能微機工作站及數字地形高程（DEM）等技術的出現，使得與水文水環境有關的地理空間數據的獲取、管理、分析、模擬和顯示變為可能，開始出現了分布式物理水文模型和半分布式物理水文模型等新的洪水預報模型，其中，分布式物理水文模型將在近幾年內有較快的發展。今后水文學的主攻方向將是區域尺度大氣輸入和分布式水文模型相耦合、新技術體系在流域水文學上的應用以及建立數學模型模擬人類活動影響下的地下、地表水質和水量的變化情況[1]。

水資源的優化配置一直是水資源高效利用需要討論的議題之一，隨著近幾年來我國北方部分城市嚴重缺水以及洪、澇、旱等災害的不斷出現，使得該分支的發展越來越受到社會各界的普遍關注，如何使水資源充分發揮作用，使之有利于人類社會的發展成為眾多學者為之努力的方向。為減輕洪澇災害的發生，在分析流域水位徑流資料的基礎上修建防洪功能水庫，通過建立調度決策支持系統減少災害損失的發生，同時也考慮洪水資源化，將洪水引入到適當地方儲存起來，供缺水時使用。長距離調水是我國解決水資源南北分布不均、北方城市嚴重缺水的重要手段，由此而來的如何合理建立水市場便成為急待解決的問題之一，有關水權、水價的形成機制以及效益補償機制的建立成為該領域理論與實踐研究的前沿課題，這一領域也體現了水資源學與管理學、經濟學、社會學、法學等多學科交叉的特色。流域水資源管理從水資源工程的多目標開發和統一管理，逐漸發展為集地下水、地表水、濕地、水生生態系統于一體，統籌規劃設計、實施和保護的流域水資源集成管理。以水資源系統工程、大系統多目標優化理論、決策分析以及協商理論和對話機制為基礎建立的水資源管理決策支持系統為水資源統一協調管理提供了強有力的支持。

開源節流是解決水資源緊缺問題的主要途徑。城市雨水資源化就是一個很好的節水思路。現在城市雨水大多是通過下水道直接進入城市排水系統中，在雨量較大時，常常造成排水不暢，引起城區滯水，給人們生活帶來諸多不便。如能將這部分雨水充分利用，對緩解城市水資源短缺，減輕城市排水系統的壓力將起到雙重作用。

地表水和地下水的相互作用是科學家們所熱切關注的話題，目前多從野外試驗、示蹤劑、模型模擬和儀器測量等方面研究地下水與地表水交錯帶上發生的各個過程及地下水在質和量上的相互作用。

數字地球、數字流域概念的提出，進一步推動了水文水資源科學的發展。地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）和遙感技術（RS），或稱為“3S”系統，在水文水資源研究和應用領域的應用，使得開發整個流域的產匯流過程，對洪水演進和淹沒進行三維空間的動態模擬仿真系統成為可能，這些技術的發展無疑對防洪部門的決策具有重要的參考價值。 2 環境水利

環境問題是21世紀全世界各國所面臨的重要問題之一，環境水利學科基礎研究主要涉及到河流水環境、非點源污染防治及治理、水污染處理工程等方向。

河流水污染是近年來人們普遍關注的主要環境問題之一，我國河流水環境質量總體較差，有必要加強河流水質管理、治理污染和防止污染加劇。目前這方面的研究主要集中在：①研究河流水環境質量發展趨勢。建立水環境質量監測網，跟蹤研究水環境質量因子在河流中的變化情況，預測河流水環境質量的變化趨勢；②河流水環境不確定性風險研究是世界性的難點和熱點問題。由于河流的多用途性，使得河流水環境經常會遭到一些意想不到的破壞，而這種破壞是帶有突發性和不確定性的，因此給河流水環境的風險研究提出了更高的要求；③建立河流生態環境預警系統。與河流水環境質量發展趨勢相對應，如果某個或某些水環境質量因子的發展趨勢向著河流生態環境質量惡化的方向發展，并接近生態環境可允許的邊緣時，通過發出警報，使人們能夠及時采取措施預防和治理；④河流水體的動態耗氧、復氧機理。研究河流的變化應盡量接近河流的天然情況，河流水體的動態耗氧、復氧過程正是基于此而提出的，研究河流水體的動態耗氧、復氧機理對于正確認識河流水體中氧氣的耗用情況，進而研究河流水質的發展變化機理有重要意義；⑤江河生態環境最小需水量定量化理論和應用研究。江河生態環境是江河在長期的演化過程中形成和發展起來的較穩定的生態關系，研究江河生態環境最小需水量對保護自然界生態平衡、確定人類可引用的河水數量具有重要參考價值。

非點源污染方面的研究，集中在人類活動對地下水污染的預測和如何對污染物進行治理等方面。由于非點源污染需要綜合和顯示各種空間信息，利用GIS對空間數據的處理能力及模型的模擬能力，可研究不同的土地利用方式對流域水文和水質的影響。農業非點源污染是造成地表水富營養化的一個主要原因，研究濕地生態系統對農業非點源氮、磷等元素的削減能力，為減輕和控制富營養化提供依據。對濕地非點源污染的控制機理研究將對非點源污染的治理起到積極作用。

水污染處理工程方向的研究愈來愈受到重視，地下水污染是水污染中較難解決的問題之一。我國地下水和土壤污染相當嚴重，主要污染物是重金屬離子和有毒有害有機物，據調查，超過50%的城市地下水受到不同程度的污染。受污染士壤和地下水的修復技術基本上分兩類：物理化學類型和生物學類型。物理化學類型包括隔離、泵抽取、地上處理、士壤清洗、萃取、固化和穩定化等；生物修復技術包括地上生物處理和地下現場生物修復等。物理化學類型能夠徹底清除土壤和地下水中的污染，其缺點是嚴重影響士壤的結構和地下水所處的生態環境，而且成本非常高；相比，現場生物修復技術不會破壞生態環境，但是修復過程非常緩慢，效率低。目前出現了一種電動力學修復技術，既能修復受污染的土壤和地下水而又不會破壞生態環境，成為修復技術的發展方向[7]。水污染治理機理研究集中在：微生物措施研究，利用有益微生物保護水源；研究曝氣生物濾池中的氣液固三相流，提高污水處理效率；研究深層均質濾料濾池處理微污染水的氧化機理等方面。此外，水污染經濟損失評估、湖泊富營養化機理、生態環境評價指標體系等方面也是環境水利學科研究的熱點問題。

3 農田水利

農田水利研究以農田節水、作物高產為中心，涵蓋了節水灌溉理論與方法，節水灌溉綜合技術體系，灌溉排水技術與方法等方面的研究。

土壤水與作物關系問題的研究是農田水利研究的基礎，圍繞著農田土壤水分的轉化問題與農田水分的有效利用開展了大量的研究。土壤水研究現已從單學科走向多學科交叉，如水熱和溶質的耦合運移，土壤-植物-大氣連續體中的水熱運移等。其研究特點亦從均質走向非均質，從點的研究走向面（或區域）的研究，從理論研究推進到應用研究。土壤水運移機理研究目前集中在優先流、土壤水參數的測定和確定、土壤水參數的空間變異性、土壤水分運動的隨機模型等幾個方面。

為緩解農業用水緊張狀況或為了提高灌溉水利用率、提高水分生產效率、增加用水者的經濟效益或減少勞動力和動力消耗而采取的節水措施主要有：①輸配水過程：渠系改建、渠道防滲、管道化輸水灌溉、灌區現代化管理；②田間輸水過程：水平畦田灌、噴灌、滴灌、滲灌、小管出流、波涌灌（渾水波涌灌）、膜上（下）灌、有限灌溉（限水灌溉、非充分灌溉、調虧灌溉）、集雨灌溉；③作物吸收轉化過程：坐水種、機械保墑、化學保墑、秸桿（薄膜）覆蓋等。近來，節水灌溉出現的新概念、新方法還有：地下滴灌、微噴灌、節水控鹽灌溉、控制性分根交替灌溉、微咸水灌溉[2]等。

灌區現代化管理是獲得灌區系統的最優運行、充分發揮工程效益的良好手段。灌溉排水規律的復雜、水資源日趨緊張、綜合利用供需矛盾的增加都需要加強灌溉排水系統的集中管理。自動化、GIS、GPS、RS、水情自動測報系統等技術的發展，為實現灌區管理現代化提供了技術支持。實現灌區現代化管理，首先要有灌溉工程控制設備的自動化，其次有先進的系統運行軟件對系統控制問題進行決策，從而建立灌區現代化管理決策支持系統，指導灌溉用水過程。

水平畦田灌是田面非常平整條件下的畦灌，要求供水流量大、土地平整精度高。用傳統技術難以滿足其精度要求，必須在進行大地測量后，采用激光平地技術。該技術在美國等發達國家被稱為是地面灌溉最重要的進展之一[8]。波涌灌溉利用了致密層在發展中不斷減小田面糙率與土壤入滲特性這一客觀規律，逐次為以后各周期的灌溉水流創造了一個加速水流推進與提高減滲效果的新界面。渾水波涌灌溉則是利用含沙量較高的水進行波涌灌概，能夠起到更加明顯的效果[4]。地下滴灌是目前節水效應最為顯著的灌水方式之一，它具有微灌的所有優點，又在生態環境保護方面效果明顯，將農、水和生態等學科交叉融合，統一考慮地下滴灌技術參數組合與作物生長發育和水肥利用的關系，能較好地協調土壤水、肥、氣等狀況，防止土壤板結，為作物創造良好的生長環境，具有明顯的節水增產效益。目前該領域的研究主要集中在以提高水肥利用率及根區水分養分運移過程的效率為目標進行的地下滴灌灌水技術參數的優化試驗研究。微噴灌具有節水、調節田間小氣候等特點，缺點是受風影響大，飄逸損失多。目前，國內外微噴灌工程對水滴分布函數、飄逸蒸發系數研究不夠。節水控鹽灌溉制度設計模型以作物生長對土壤水鹽狀態的響應為依據，在分析作物水鹽模型和大田水鹽平衡理論的基礎上，研究淡水、微咸水交替灌溉條件下灌溉制度的優化設計，是節水灌溉制度的一種新的設計方法[5]。控制性分根交替灌溉是一種局部根系受累時既能滿足作物水分需求，又能控制蒸騰耗水的農田節水調控新思路[6]。微咸水是我國北方地區重要的水資源，實施微咸水灌溉對北方地區水資源的合理開發利用，提高作物產量，開辟新的灌溉水源、緩解我國北方缺水狀況將有重要意義。節水灌溉綜合技術體系也叫節水農業技術體系，是為充分利用降水和可用水資源采取水利措施、農業措施和管理措施，提高水的利用率和利用效率，達到農作物高產高效的成套技術。是一項包括水源、輸水、田間供水、生物和管理等子系統構成的系統工程[8]。該技術體系可緩解水資源供需矛盾，促進高產、優質、高效農業發展。在排水控制澇漬和鹽堿化方面，目前采用的方法有明溝排水、豎井排水、二元結構水文地質條件下的豎井排水、暗管排水、輻射井排水等，研究內容主要集中在對田塊、排域的排水模數等方面。分析節水灌溉技術的不同尺度影響，地理信息系統（GIS）在節水評價中的應用也是當前研究的熱點問題。

4 小結

水科學的研究已經進入了一個全新的發展時期，研究的對象已經向微觀和宏觀兩個領域的深層次發展，研究的尺度也呈現區域、流域、全球平行發展的態勢，各尺度的轉換問題研究是當今水科學研究的前沿課題之一。水科學與多學科的交叉仍然是水科學由理論轉向實際的重要手段，高科技領域在水文水資源研究中的應用更加廣泛；水資源評價已發展到在可持續發展思想指導下，不僅進行水量評價，而且包括水質、水資源保護、水資源經濟、水資源管理等全方位評價的評價指標體系；水環境問題的研究中，點污染、線污染和面污染研究并舉，并以非點源污染的研究領域有較大的開拓；加強了人類活動對水循環影響的研究；開發研制具有水文過程模擬、水污染控制、水資源規劃與管理等功能的流域規劃決策支持系統軟件等。 參 考 文 獻

[1] 劉蘇峽.世紀之交的水文研究.水科學進展.2001，12(1).

[2] 沈振榮，等.節水新概念——真實節水的研究與應用.北京：中國水利水電出版社，2000，4.

[3] 彭盛華，等.GIS技術在水資源和水環境領域中的應用.水科學進展，2001，12（2）.

[4] 王文焰，等.渾水波涌灌溉的節水機理與效果.水利學報，2001，(5).

[5] 張展羽.節水控鹽灌溉制度的優化設計[J].水利學報，2001，(4).

[6] 史文娟，等.控制性作物根系分區供水的節水機理及研究進展[J].水科學進展，2001，12(2).