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      重金屬污染土壤物化修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

      2021-09-10 17:13:54陳馳
      家園·建筑與設(shè)計(jì) 2021年2期
      關(guān)鍵詞:重金屬污染土壤

      摘要:隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展,以及發(fā)展過程中環(huán)保設(shè)施和管理的缺失,導(dǎo)致大量重金屬污染物進(jìn)入土壤系統(tǒng),一旦進(jìn)入土壤的重金屬污染物含量超過土壤本身的自凈能力,將會(huì)導(dǎo)致土壤功能和結(jié)構(gòu)的破壞,有害物質(zhì)或其分解產(chǎn)物在土壤中積累,并最終通過直接或間接途徑進(jìn)入人體,危害人體健康。本文綜述了國(guó)內(nèi)外重金屬污染場(chǎng)地的物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)和物化聯(lián)合修復(fù)技術(shù),對(duì)比各修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),為土壤重金屬污染場(chǎng)地治理與修復(fù)提供新思路和新方法。

      關(guān)鍵詞:重金屬污染;土壤;物化聯(lián)合修復(fù)技術(shù);污染場(chǎng)地治理

      土壤重金屬污染是指由于人類活動(dòng),土壤中的微量重金屬元素在土壤中過量沉積而引起的含量過高最終超過背景值,進(jìn)而造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。我國(guó)土壤重金屬污染來源主要有工業(yè)場(chǎng)地搬遷、城市垃圾、污水灌溉、大氣中沉降以及廢棄物的處置不當(dāng)?shù)萚1-3].。土壤重金屬污染具有長(zhǎng)期性、隱匿性、不可逆性以及不能完全被分解等特點(diǎn),具有一定的治理難度和突出的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[4].因此,土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究備受關(guān)注.

      在眾多重金屬修復(fù)技術(shù)當(dāng)中,物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)具有容易實(shí)施,效率高,適用土壤范圍廣等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于重金屬污染場(chǎng)地的治理中,并取得了顯著效果。本文綜述了國(guó)內(nèi)外重金屬污染場(chǎng)地的物理/化學(xué)修復(fù)技術(shù)和物化協(xié)同修復(fù)技術(shù),分析比較各種修復(fù)技術(shù),為土壤重金屬污染場(chǎng)地治理與修復(fù)提供新思路和新方法,以降低土壤重金屬污染的危害。

      1 重金屬污染修復(fù)技術(shù)

      1.1物理修復(fù)技術(shù)

      物理修復(fù)是利用物理原理來治理重金屬污染的土壤,可用于重金屬污染的物理修復(fù)技術(shù)包括改土處理、電動(dòng)處理、熱處理和玻璃化技術(shù)等。

      1.1.1改土處理

      改土處理包括翻土、換土和客土等方法。土壤僅受輕度污染時(shí)采用深耕翻土的方法,翻土是將污染的表層土翻耕至下層,利用稀釋達(dá)到減輕污染濃度的目的。客土法是直接在污

      染土壤里加入一定比例未污染的土壤,混合均勻或覆蓋在表面,使污染物的濃度降低或是減少與動(dòng)植物的接觸以達(dá)到減輕危害的目的;換土是指把污染土壤取走換成未污染的土壤,僅適用于小面積重污染,但是要妥善處理換走的土壤。1

      呂本儒、楊湘智[5]對(duì)某化工污染場(chǎng)地中污染土壤采用換土法異位修復(fù)工程,采用《展覽會(huì)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(暫行)(HJ350-2007)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),采樣點(diǎn)位與前期調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)存在污染的點(diǎn)位重合通過分析,所采集的樣品全部達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn),一次性通過驗(yàn)收監(jiān)測(cè)。改土處理法的對(duì)土壤的修復(fù)效果好,不受土壤條件的限值,但人物力消耗極大,污染物無法得到根除。

      1.1.2 電動(dòng)處理

      電動(dòng)修復(fù)也叫電修復(fù),主要原理是將電極插入到受污染的土壤中并通以直流電,污染物在電場(chǎng)作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),遷移富集于電極區(qū),從而達(dá)到去除污染物的目的[6]。此方法有耗能低、修復(fù)周期短、對(duì)環(huán)境影響少等優(yōu)點(diǎn),但是它只適用于透水性差粘土類小面積污染區(qū)土壤的修復(fù),對(duì)于大面積污染土壤如礦區(qū)土壤、冶煉廠周圍的污染土壤等效果不佳且技術(shù)上還不夠完善。

      ALMEIRA等[7]采用電動(dòng)修復(fù)處理受鎘污染高嶺土向陰極添加不同濃度的硝酸溶液對(duì)高嶺土中鎘的影響,結(jié)果表明,向陰極電解液中添加濃度為0.06M硝酸,可以去除高嶺土中鎘,去除率達(dá)到98%;周鳴等[8]采用電動(dòng)力學(xué)修復(fù)銅、鉛、鎘復(fù)合污染土壤,研究發(fā)現(xiàn)在EDTA溶液與重金屬的絡(luò)合可以強(qiáng)化電動(dòng)修復(fù)效果,在0.1mol/L的EDTA實(shí)驗(yàn)條件下,復(fù)合污染土壤中總銅、總鉛、總鎘的去除率分別為90.2%、68.1%和95.1%;Cameselle等[9]以有機(jī)酸中的檸檬酸為促進(jìn)劑,對(duì)受重金屬污染的農(nóng)田土壤進(jìn)行電動(dòng)修復(fù)研究,結(jié)果表明。在濃度0.5M檸檬酸、土壤pH值為2-4時(shí),Cd的去除率為78.7%,Co的去除率為78.6%,Cu的去除率為72.5%,Zn的去除率為73.3%,Cr的去除率為11.8%,Pb的去除率為9.8%。

      1.1.3 熱處理

      熱處理修復(fù)重金屬污染的土壤方式通常有兩種,分別為熱脫附修復(fù)和熱解修復(fù)。熱脫附修復(fù)指在高頻電壓的作用下產(chǎn)生熱能,通過熱量在土壤介質(zhì)中傳導(dǎo),促使重金屬?gòu)耐寥拉h(huán)境中解吸、分離,最終達(dá)到去除污染物目的,熱脫附修復(fù)主要用于 Hg 和 Se 等易揮發(fā)重金屬污染的土壤[10]。熱解修復(fù)是指物質(zhì)受熱分解的反應(yīng)過程,對(duì)于重金屬而言,溫度較高時(shí),熱解處理能夠改善土壤等固相中的重金屬的穩(wěn)定性,增加重金屬固化效果[11]。

      勾立爭(zhēng)等[12]采用熱脫附方式修復(fù)華北地區(qū)汞污染土壤,研究發(fā)現(xiàn)提高熱脫附溫度和時(shí)間會(huì)促進(jìn)汞去除。楊勤等[13]以兩種地區(qū)汞污染土為樣品進(jìn)行熱脫附處理,結(jié)果表明在一定熱脫附溫度和時(shí)間條件下土壤總汞殘余量降至10mg/kg,脫附率達(dá)到90%。權(quán)勝祥[14]在一定溫度和時(shí)間下,對(duì)電子垃圾區(qū)土壤進(jìn)行焚燒固化處理,結(jié)果顯示Cr?Mn?Co?Ni?Cu?Zn和Cd的固定率分別為90.0%?85.4%?99.8%?95.9%?99.6%?93.0%和87.4%;陳天明等[15]采用熱處理法處理電鍍污泥,促使污泥中重金屬由非穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化,銅和鎳殘?jiān)鼞B(tài)含量由79. 65% 和 54. 32%提升至96. 70%和84. 62%,降低了重金屬的可利用性。

      1.1.4玻璃化技術(shù)

      玻璃化技術(shù)是指向污染土壤中插入電極,對(duì)污染土壤固體組分給予高溫處理,使污染物得以揮發(fā)或熱解從而從土壤中去除的過程。熔化的污染土壤冷卻后形成化學(xué)惰性的、非擴(kuò)散性的整塊堅(jiān)硬玻璃體,進(jìn)而使有害金屬得到固化。玻璃化技術(shù)已較多地應(yīng)用于飛灰、污泥中的重金屬的固定及資源化,顯示了較大的優(yōu)勢(shì)[16-18]

      王貝貝等[19]采用微波技術(shù)對(duì)土壤中Cd玻璃化固定研究,微波(539W)輻照5min時(shí),土壤中Cd的固定率可達(dá)到95%以上;張金龍等[20]通過正交實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)于重金屬As、Pb和Zn,溫度和重金屬濃度對(duì)重金屬固定效率影響最為顯著,在重金屬濃度為6000mg/kg時(shí),重金屬固定效率最高。

      1.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

      化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要是指通過利用改良劑使土壤中的重金屬進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),最終達(dá)到修復(fù)目的,化學(xué)修復(fù)技術(shù)重點(diǎn)在于改良劑的選擇[21],廣泛用于重金屬污染的改良劑有:無機(jī)淋洗劑、螯合劑、有機(jī)酸、表面活性劑和復(fù)合淋洗劑等。可用于重金屬污染的化學(xué)修復(fù)技術(shù)包括土壤淋洗和穩(wěn)定化修復(fù)等

      1.2.1 土壤淋洗

      土壤淋洗法是利用能促進(jìn)土壤環(huán)境中污染物溶解或遷移的生物化學(xué)溶劑,通過水力壓頭或在重力作用下將其注入被污染的土層中,將土壤中的固相重金屬轉(zhuǎn)移至液相中,然后再把含有污染物的液體從土層中抽提出來,進(jìn)行分離和污水處理[22]。淋洗的機(jī)制為利用淋洗液或化學(xué)助劑與土壤中污染物結(jié)合,通過淋洗液的解析、螯合、溶解或固定等化學(xué)作用,達(dá)到修復(fù)土壤的目的[23]。

      土壤淋洗修復(fù)方法的關(guān)鍵在于尋找一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的淋洗劑,既能有效的去除重金屬污染物,不會(huì)破壞土壤基本理化性質(zhì),而且不會(huì)造成二次污染[24]。

      武迎飛[25]采用EDTA溶液對(duì)Pb、Cd重金屬污染土壤進(jìn)行室內(nèi)震蕩淋洗,結(jié)果表明0.1mol/LEDTA比0.05mol/LEDTA淋洗效果更好,Pb、Cd去除效果最高可達(dá)52.27%、83.65%;梁金利等[26]采用1mol/L的草酸,淋洗5h,淋洗4次條件下可達(dá)到最佳淋洗效果,Cu、Zn、Ni和Cr的去除率為99.6%,66.98%,88.7%和18.23%;李明等[27]采用土壤淋洗與生物炭穩(wěn)定化聯(lián)合修復(fù)高濃度Cd污染土壤,使用0.12moL/LEDTA-2Na淋洗震蕩3h,對(duì)Cd的去除率達(dá)到81.3%,有效態(tài)Cd的含量降低了51.0%,對(duì)土壤中Cd去除效果顯著。

      1.2.2 穩(wěn)定化修復(fù)

      土壤穩(wěn)定化修復(fù)是指在受污染的土壤中加入各類穩(wěn)定化藥劑,通過化學(xué)或物理的方式來吸附、沉淀、絡(luò)合、離子交換和氧化還原等反應(yīng),從而改變重金屬的形態(tài),減少受污染土壤中的有害組分的毒性、溶解遷移性、降低污染物的生物有效性,從而達(dá)到修復(fù)受污染土壤的目的[28]。目前,常用的穩(wěn)定化藥劑有磷酸鹽藥劑、粘土礦物、硫化物和礦渣等。在眾多重金屬修復(fù)技術(shù)中,穩(wěn)定化技術(shù)具有花費(fèi)少、環(huán)境損失小、修復(fù)后土地可規(guī)利用率高、適用范圍廣等[29]諸多優(yōu)點(diǎn),因此該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于重金屬污染土壤修復(fù)之中

      莫小榮等[30]采用FeS、電石渣、菌渣及其復(fù)配組合對(duì)砷污染土壤進(jìn)行穩(wěn)定實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,單獨(dú)使用FeS對(duì)土壤As穩(wěn)定化率為84.69%,F(xiàn)eS、電石渣和菌渣在一定比例下復(fù)配,對(duì)As的穩(wěn)定化率可達(dá)到90.53%,復(fù)配穩(wěn)定化藥劑優(yōu)于單一穩(wěn)定化藥劑;李倩[31]針對(duì)某地區(qū)有色金屬?gòu)SCd、Pb、As復(fù)合重金屬污土壤,篩選、復(fù)配了 TMT-15-FeCl3-熟石膏復(fù)配型穩(wěn)定化劑,優(yōu)化影響因素,穩(wěn)定化7d,對(duì)土壤中有效態(tài) Cd、Pb和As 的穩(wěn)定化率分別可達(dá) 61. 28%、73. 62% 和51. 86%。

      2 修復(fù)方法比較

      不同修復(fù)技術(shù)的對(duì)比如表1所示。重金屬污染場(chǎng)地的修復(fù)需要考慮多種因素,修復(fù)技術(shù)的選擇需要確保污染場(chǎng)地的修復(fù)效果能滿足土地利用方式的要求,在技術(shù)上可行條件下兼顧經(jīng)濟(jì)成本和未來發(fā)展規(guī)劃,選擇達(dá)到目標(biāo)的最簡(jiǎn)化的途徑或方法[10]。

      3 物化聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

      物理和化學(xué)修復(fù)方法單獨(dú)作為重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)已經(jīng)有了許多的研究和報(bào)道,而協(xié)同兩者或兩者以上修復(fù)方式進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的研究較少。聯(lián)合修復(fù)旨在提高污染土壤的修復(fù)速率與效率,而且可以克服單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)的局限性,實(shí)現(xiàn)更高效的修復(fù)[32]。

      孟凡生[33]等在電動(dòng)修復(fù)條件下,向陰極添加高錳酸鉀溶液用以修復(fù)鉻渣污染土壤,使鉻渣污染土壤去除率20.9%提高到42.6%,究其原因,在高錳酸鉀氧化作用使三價(jià)鉻轉(zhuǎn)化為遷移更加活躍且不容易形成沉淀的六價(jià)鉻,促進(jìn)了鉻的去除;羅志遠(yuǎn)[34]采用物理篩分和EDTA淋洗聯(lián)合修復(fù)重金屬Pb、Cd、As污染土壤,結(jié)果表明,對(duì)大于0.074mm粒徑重金屬污染土壤含量值低于限制要求,修復(fù)效果顯著,但對(duì)于細(xì)粒徑土壤EDTA淋洗無法達(dá)到目標(biāo)值,需另尋他法;徐紅婷[35]等采用電動(dòng)-氧化修復(fù)條件修復(fù)重金屬污染土壤,結(jié)果表明,控制陰極液pH值為酸性時(shí),該方法對(duì)重金屬有一定的去除作用。

      4 研究展望

      物化修復(fù)技術(shù)修復(fù)具有快速高效的特點(diǎn),但也有破壞土壤結(jié)構(gòu),能耗大,易造成二次污染等局限性。因此,多技術(shù)聯(lián)合修復(fù)是未來發(fā)展趨勢(shì),作者認(rèn)為關(guān)于重金屬污染土壤修復(fù)的進(jìn)一步研究可以從以下角度開展工作:

      (1)由于我國(guó)土壤污染面積較大,在制定有關(guān)重金屬污染土壤修復(fù)計(jì)劃時(shí),應(yīng)該根據(jù)不同重金屬的來源及存在形態(tài),發(fā)展相應(yīng)的修復(fù)技術(shù),選取經(jīng)濟(jì)高效的修復(fù)設(shè)施是重金屬土壤修復(fù)的重中之重。

      (2)針對(duì)我國(guó)嚴(yán)重的土壤污染形勢(shì),克服單一修復(fù)技術(shù)的缺點(diǎn),可以采用物化修復(fù)技術(shù)與生物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的方式綜合治理重金屬污染土壤。

      (3)我國(guó)土壤修復(fù)仍處于初級(jí)階段,應(yīng)盡快建立完善的土壤環(huán)境保護(hù)體系,嚴(yán)格落實(shí)環(huán)境監(jiān)督機(jī)制,加強(qiáng)環(huán)境執(zhí)法力度,使土壤治修復(fù)工作更加的科學(xué)。

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      作者簡(jiǎn)介:陳馳(1995-),男,碩士研究生,主要研究方向?yàn)橛袡C(jī)物、重金屬污染土壤修復(fù)。

      沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院 遼寧沈陽 110168

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