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    技術資料NEWS

    重金屬污染土壤修復的三種主要方法

    發表時間:2020-08-27 08:12:22 作者:北京礦冶研究總院 閱讀數:

      北京礦冶研究總院之前就淺談礦井電加熱器的技術任務及優勢特點 做了詳細的介紹和說明。本期我們簡單的對重金屬污染土壤修復的三種主要方法進行描述,作為專業的熔噴布加熱器、液氨蒸發器、土壤修復電加熱器生產制造廠家江蘇眾眾熱能科技有限公司,我們將盡心整理并發布各種電加熱器相關知識,竭誠為您服務。

      摘要:介紹重金屬污染土壤修復的主要方法,分析各種修復技術的原理、優缺點和實用性。物理法主要包括客土 與換土法、分離修復法、隔離法和熱力修復法?;瘜W法主要包括化學固化法、土壤淋洗法和動電修復法。生物法主要包括植物穩定法、植物揮發法、植物提取法、微生物修復法和土壤動物修復法。

      礦產資源是人類生產和生活的基本源泉之一,但礦產資源的開發在對國民經濟發展起重要推動作用的同時,也帶來了比較嚴峻的環境問題。礦山開采,特別是鉛鋅礦床、含硫多金屬礦床的開采過程中,由于采礦廢水和礦廢液的直接排放,廢石和尾礦等固體廢棄物的堆放和淋濾,使礦區土壤中富集大量的重金屬[1]。土壤是人類賴以生存的最基本的物質基礎之一,又是各種污染物的最終歸宿,世界上90%的污染物最終滯留在土壤內。由于重金屬污染物在土壤中移動性差、滯留時間長、不能被微生物降解,并可經水、植物等介質最終影響人類健康,所以采取措施對重金屬污染土壤進行修復是必要的[2]?,F階段礦山土壤重金屬污染修復主要有物理法、化學法和生物法三大類。

      1 物理法

      大多物理分離修復技術都有設備簡單、費用低廉、可 持續高產出等優點,但是在具體分離過程中,其技術的可行性,要考慮各種因素的影響。物理分離技術要求污染物具有較高的濃度并且存在于具有不同物理特征的相介質中,篩分干污染物時會產生粉塵,固體基質中的細粒徑部分和廢液中的污染物需要進行再處理。

      1.1 客土和換土法

      主要分為深耕翻土、換土和客土。土壤僅受輕度污 染時采用深耕翻土的方法,而治理重污染區時則采用異地客土的方法,即客土或者換土的方法??屯?、換土對于修復土壤的重金屬污染有很好的效果,它的優點在于方法成熟和修復全面,主要缺點為工程量較大、投資高,并且容易造成土壤肥力下降等問題[3]。

      1.2 分離修復法

      土壤分離修復是指將粒徑分離 ( 篩分)、水力學分離、密度(重力) 分離、脫水分離、泡沫浮選分離和磁分離等技術應用在污染土壤中無機污染物的修復技術,它最適合用來處理小范圍內受重金屬污染的土壤,從土壤、沉積物、廢渣中分離重金屬,清潔土壤,恢復土壤正常功能[4]。

      1.3 隔離法

      土壤隔離法是指采用防滲的隔離材料對土壤重金 屬污染區域進行分割、隔離,這種隔離即包括橫向上的隔離也包括垂向上的隔離。隔離法主要應用于重金屬污染嚴重,且難以治理的污染土壤,這種土壤中的重金屬會隨著地下水的流動而運移,隨之而來的就是地下水重金屬污染和地表水重金屬污染。由于難以治理,或者治理時間較長,用隔離法將其隔離起來,防止對外部繼續污染[5]。

      1.4 熱力修復法

      熱力修復技術涉及利用熱傳導 ( 土壤修復電加熱器、加熱井和熱墻 ) 或輻射 ( 如無線電波加熱 ) 實現對土壤的修復,包括高溫( 約 l 000 ℃ ) 原位加熱修復技術、低溫 ( 約 100 ℃ ) 原位加熱修復技術和原位電磁波加熱技術等。主要針對的重金屬為汞[6]。

      2 化學法

      2.1 化學固化法

      重金屬對土壤的主要影響為其可移動性,重金屬在 土壤中的存在形態決定了重金屬的可移動性,土壤的理化性質如有機質含量、p H值和 Eh值等均可影響重金屬的存在形態,通過這些參數來調節重金屬在土壤中的可移動性。重金屬化學固化的目的就是加入固化劑改變土壤的理化性質,通過對重金屬的吸附或沉淀作用來降低其可移動性。土壤中的重金屬被固定后,不僅可減少對土壤深層和地下水的污染影響,而且有可能在土壤中重建植被[7-8]。常用的固化劑主要有石灰、磷灰石、沸石、堆肥和鋼渣等[9-10]。不同固化劑固定重金屬的機理不同,如石灰主要通過重金屬與碳酸鈣的共沉淀反應機制和重金屬自身的水解反應實現固化[11],沸石通過離子交換吸附降低土壤中重金屬的可移動性。

      2.2 土壤淋洗法

      土壤淋洗是通過逆轉重金屬在土壤中的離子吸附和 重金屬沉淀這兩種反應[12],把土壤中的重金屬轉移到土壤淋洗液中。土壤淋洗首先將挖掘出的土壤進行去渣、分散后,與提取劑充分混合,重金屬將轉移到土壤提取劑中,然后用水淋洗除去殘留的提取劑,處理后的土壤中重金屬達到正常水平后,可被再利用,淋洗液進行處理后可回收重金屬和提取劑[13]。土壤淋洗技術的關鍵在于提取劑,其必須實現在提取重金屬的同時不破壞土壤原有結構。目前提取劑主要有硝酸、鹽酸、磷酸、EDTA 和DTPA等。

      2.3 動電修復法

      動電修復是將通以低直流電的電極插入污染土壤中, 土壤中的重金屬離子在電場作用下向電極富集,并采取方法進行收集,集中處理[14]。在電場作用下,重金屬在電滲透和電遷移的作用下向電極遷移富集。動電修復近年迅速發展,在一些歐美國家已經商業化,這種方法可以控制污染物的流動方向,特別適合于低滲透的黏土和淤泥土,其經濟成本也比較合理。

      3 生物法

      3.1 植物穩定

      植物穩定主要有兩個方面的作用 [15]。

      1) 減少污染土壤的水土流失。由于重金屬的毒害污染土壤基本沒有植被,無植被的土壤水土流失加劇,減少污染土壤的水土流失辦法是在污染土壤上種植耐重金屬植物。2)固定土壤中的重金屬。植物可以通過在根部沉淀和根表吸收對重金屬進行固定,植物還能改變根系周圍環境中的p H 和 Eh從而改變重金屬的形態。植物穩定技術主要適用于土壤黏重、有機質高的重金屬污染土壤。目前主要用于礦區重金屬污染土壤修復。植物穩定技術沒有去除土壤的重金屬,只是暫時將重金屬進行固定,并沒有徹底解決土壤中的重金屬污染問題,重金屬的生物有效性在環境條件發生變化的情況下,可能會發生改變,重新對土壤造成污染。進行植物穩定的植物首先需要能夠耐受土壤中高濃度的重金屬,并且能夠將重金屬在土壤中固定。植物穩定技術正在快速發展。未來的研究方向是如何促進植物根系生長,將重金屬固化在根 -土中,并將轉運到地上部分的重金屬控制在最小范圍。

      3.2 植物揮發

      植物揮發主要是針對重金屬元素汞,植物通過吸收、 積累和揮發三個漸進的過程,將土壤中的可揮發性污染物吸收到體內后將其轉化為氣態物質,釋放到大氣中[16]。金屬汞在環境中以多種狀態存在,其中以甲基汞對環境危害最大,最易被植物吸收?,F在已發現一些耐汞的細菌,能夠催化轉化甲基汞和離子態汞為毒性低、可揮發的單質汞。植物揮發的發展趨勢就是運用分子生物學技術將該種細菌轉導到植物中,再利用經過轉導的植物修復汞污染土壤,將土壤中的各種形態的重金屬汞直接揮發到大氣中去,其優點為不需要處理含重金屬汞的植物體,而是將其作為一種長久的“處理設施”運行維護下去。植物揮發技術的缺點是,將重金屬汞轉移到大氣中,對人類和生物存在一定的潛在風險[17]。

      3.3 植物提取

      植物提取是利用重金屬超富集植物從土壤中提取一 種或幾種重金屬,并將其轉移、貯存到植物的地上部分,然后對收割植物地上部分進行集中處理。連續的進行植物提取,即可使土壤中重金屬含量大幅度降低。目前植物提取分為兩種,連續植物提取和螯合劑輔助的植物提取。1) 連續植物提取。連續植物提取的效果主要依賴于重金屬超富集植物在整個生命周期能夠吸收、積累的重金屬量。目前已知的重金屬超富集植物大部分生長緩慢、生物量較小、多為蓮座生長,很難實現規?;N植,因此部分學者認為采用小型超富集植物不適宜大面積污染土壤的修復[18]。為此,連續植物提取的技術的發展方向主要為:a) 尋找新的超富集植物物種,能夠實現快速生長、高富集,并且適合大規模種植 ;b) 通過人工手段,培育具有生物量大、生長快、周期短特點的超富集植物 ;c) 深入研究超富集植物富集重金屬的主要機制和原理,達到通過施加土壤改良劑、改善根際微環境、調整收獲時間等方法提高植物的富集效應。2) 螯合劑輔助的植物提取。土壤中重金屬常常限制了植物修復的效果。一些生物量大的植物如玉米、豌豆等在溶液培養時,其植物地上部分可大量積累鉛,但生長在受到污染土壤上時,其植物地上部分鉛含量很少超過1 000 mg/kg[19]。研究發現,施加適當的螯合劑可增加植物地上部分富集能力,例如在對污染土壤施加 0.2 g/kg HEDTA后,玉米和豌豆地上部分鉛含量由500 mg/kg 增加到10 000 mg/kg,增加了 20 倍。在這里螯合劑首先增加土壤溶液中重金屬含量,其次促進重金屬在植物體內運輸。螯合劑和金屬的親和力是植物金屬積累效率提升最相關的因素[20]。金屬- 螯合劑的缺點為,由于螯合劑復合物為水溶性,易發生淋濾作用,可能使帶有重金屬的溶液進行二次遷移,帶來新的環境污染問題。此外螯合劑的使用會導致植物生物量減少,甚至死亡。然而,如果對螯合劑的施用時間進行合理控制,能夠大大減少上述情況的發生。最適的螯合劑施用時間是在植物的生物量達到最大時施加,這樣經過短暫的金屬富集時間( 幾天)后再收獲植物,能夠最大程度地避免螯合劑使用給環境帶來的二次污染[21]。

      3.4 微生物修復法

      微生物修復是指利用天然存在的或所培養的功能 微生物群,在適宜環境條件下,促進或強化微生物代謝功能,從而達到降低有毒污染物活性或降解成無毒物質的生物修復技術。微生物修復的實質是生物降解,即微生物對環境污染物的分解作用。由于微生物個體小、繁殖快、適應性強、易變異,所以可隨環境變化產生新的自發突變株,也可能通過形成誘導酶產生新的酶系,具備新的代謝功能以適應新的環境,從而降解和轉化那些“陌生”的化合物[22]。在生物修復中首先應考慮適宜微生物的來源。微生物根據來源不同分為3類 :本土微生物,外來微生物和基因工程菌(GEM)[23]。目前在生物修復中應用的主要是本土微生物。外來微生物主要用于當本土微生物由于種種原因不能進行修復重金屬污染土壤時。其次需要考慮微生物活動的適宜的生活條件,而受污染土壤的微生物生存條件往往比較惡劣,因此需要對微生物環境進行人為的改造、優化。微生物修復還需要2個條件 :首先土壤中必須存在著豐富的微生物,這些微生物能夠在一定程度上轉化、固定土壤中的重金屬 ;其次污染土壤中的重金屬存在被微生物轉化或固定的可能性[24]。在這種情況下,受污染的土壤中重金屬除少部分通過物理、化學作用遷移轉化外,大部分是通過微生物轉化和固定的。

      3.5 土壤動物修復法

      土壤動物狹義的概念是指全部時間都在土壤生活的 動物,廣義的概念是指生活史中的一個時期在土壤中生活的動物[25]。土壤動物修復技術適宜采用的土壤動物是廣泛的概念。土壤動物修復技術主要利用土壤動物和其體內微生物,在重金屬污染土壤中生長、繁殖等活動過程中對土壤中重金屬污染物進行轉化和富集的作用,最終通過對土壤動物的收集、處理,從而使土壤中重金屬降低[26]。采用土壤動物這種天然的方法來轉化重金屬形態或富集,可以一定程度上提高土壤肥力。土壤動物如蚯蚓、蜘蛛等,對重金屬有很強的耐受能力和富集能力,能夠對土壤中的重金屬起到其他方法很難實現的富集作用,有人研究發現,土壤動物體內重金屬與土壤中重金屬含量呈正相關[27]。土壤動物不僅自己能夠直接富集重金屬,還能夠和周圍的微生物、植物協同富集重金屬,并在其中起到一種類似“催化劑”的作用,如蚯蚓等動物在土中的生長、穿插等活動,能夠大大加快微生物向污染土壤的轉移速度,從而促進微生物對土壤修復的作用,并且土壤動物能夠把土壤中的有機物分解轉化為有機酸,使土壤中的重金屬鈍化并失去毒性[28]。土壤動物修復技術未來的發展方向,是將土壤動物作為一種“催化劑”,將其放入被污染的土壤中,提高傳統的生物土壤修復技術的修復速度和效率。但是目前國內外主要進行的研究集中在土壤動物的生態作用和環境指示作用,對于土壤動物修復能力研究得很少,土壤動物修復技術還有待進一步研究發展。

      4 結論

      采用物理法治理土壤重金屬污染效果較好、效率很 高,但是往往存在著不能完全解決重金屬污染,僅僅是轉移污染,還需要進行再次處理的問題。采用化學法治理土壤重金屬污染,需要選擇合適的處理方法,處理效率較高,但處理成本也較高,并可能帶來二次污染。如果采用原地淋洗的方法還必須搞清地下水的流向,以免對地下水造成污染。采用生物法進行土壤重金屬污染治理,成本較低,不會帶來二次污染,還能夠在治理重金屬的同時修復礦山的生態系統,但是其重金屬治理效率較低、效果較差,還不能高效地完成土壤重金屬污染的治理。今后的研究趨勢,不僅僅是提高單個方法的處理技術,而且還必須將物理法、化學法和生物法聯合使用,揚長避短,得到一個最優化的處理效果。

      北京礦冶研究總院下次將對土壤修復電加熱器的結構組成及工作原理 做詳細介紹,如需了解更多眾眾熱能的信息,請持續關注。

      重金屬污染土壤修復的三種主要方法由熔噴布電加熱器生產銷售廠家江蘇眾眾熱能科技有限公司于 2020-08-27 08:12:22 整理發布。

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