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重金属污染土壤修复技术

发布时间:2018-08-10 点击量:257

    重金属指密度在4.5kg/dm³以上的金属元素。土壤重金属污染是指由于人类活动使重金属在土壤中的累计量明显高于土壤环境背景值或土壤环境质量标准,而致使土壤环境质量下降和农田生态环境恶化的现象。导致土壤污染的重金属有单一重金属形成的污染,也有几种重金属形成的复合污染,常见的重金属污染主要是复合污染。重金属污染是当今土壤污染中污染面积广、危害大的环境问题之一。不仅导致土壤退化、农作物产量和品质降低,而且还可能通过直接接触、食物链传递等途径危及人类的健康和生命。

土壤重金属污染源主要包括

    工业污染源:矿产冶炼、化工、电镀、电子和制革等工业产生的废气、废水和废渣。

    农业污染源:主要是农药、化肥、有机肥不合理施用和污水灌溉,以及畜禽养殖业。

    生活污染源:生活垃圾中含有的重金属能渗到土壤中,家庭燃煤以及采矿形成的废煤矸石山。

    交通污染源:汽车尾气排放及汽车轮胎及车辆镀金部分磨损或润滑油燃烧都会释放出大量含重金属的有害气体和粉尘。

    自然污染源土壤母质土中的重金属本身含量高,还有火山喷发造成的土壤污染,大气沉降。

    重金属在土壤中不易随水淋溶和被生物降解,有明显的生物富集作用,其主要是通过影响农作物的产量和品质来体现其危害的,因此土壤污染有较长的潜伏期。其具体特点为:隐蔽性、不可逆性、普遍性、表聚性、长期性。此外,土壤重金属会导致土壤微生物的生物量下降,影响微生物种群结构,降低土壤微生物的多样性,影响土壤微生物活性,这些微生物对土壤及植物系统至关重要。

重金属污染土壤修复技术 

    土壤作为植物生长的介质,改善其理化性质,降低土壤中的有毒物质含量或使其钝化,这对生产生态健康的农产品是非常重要的。重金属污染土壤修复是实施一系列的技术以清除土壤中污染的重金属或降低土壤中重金属的活性和有效态组分,以期恢复土壤生态系统的正常功能,从而减少土壤中重金属向食物链和地下水的转移。根据处理土壤的位置是否变化,可以分为原位修复和异位修复。根据采用方法与原理的不同,可以分为物理修复、化学修复和生物修复,以及综合修复。

物理修复

    物理修复是根据物理学原理,采取一定的工程措施,使环境中重金属部分彻底去除或转化为无害物质的一类方法。主要有工程措施、电动法、热处理法、玻璃化法等。工程措施主要包括排土、换土、去表土、客土和翻土等措施。汪雅谷等对重金属污染的菜区进行客土改良试验,结果表明,青菜内的重金属残留量平均下降了。但是该方法工程量大,投资高易导致土壤结构破坏、生物活性下降和土壤肥力退化等。电动法是根据离子的电动力学和电渗析原理,在土壤酸性条件下,直流电作用,金属离子流在电解、电迁移、电渗、电泳等的作用下移向阳(阴)极处,然后采用措施从土壤中取出。钱署强等建立了土壤电修复试验装置,并以Cu2+为模拟污染物进行试验研究,以柠檬酸为清洗液,在适宜的操作条件下,土壤中Cu2+的去除率可达89.9%。这种技术目前存在较大的问题是,现场原位修复时,受环境条件影响较大,土壤pH、有机质、渗透性等都影响修复效果,且成本较高。热处理法是将污染土壤加热,使土壤中的挥发性污染物挥发并收集起来进行回收或处理。热处理法工艺简单、技术成熟,但能耗大、操作费用高,仅适用于易挥发的污染物,且回收不良时易造成大气 Hg污染。玻璃化是将污染区进行高温、高压处理,使其中的污染物形成玻璃质材料以降低金属污染物活性的过程。技术工程量大,消耗电能大、费用高昂,但对某些特殊废物如放射性废物非常适用,能从根本上消除重金属污染,并且见效快,因此常用于重金属重污染区修复。

化学修复

    化学修复主要是通过向土壤中施加化学物质,以改变土壤的化学性质,从而降低重金属的活性,减少植物对重金属的吸收。化学方法见效快,但投资昂贵、需用复杂的设备条件、打乱土层结构和易带来二次污染。化学修复主要包括淋洗法、固化法、化学氧化修复法。淋洗法是用水或淋洗液来淋洗土壤,使吸附固定在土壤颗粒上的重金属形成溶解性的离子或金属试剂络合物,然后收集淋洗液回收重金属并循环淋洗液。此法的关键是试剂的选择,分为无机冲洗剂、人工螯合剂、阳离子表面活性剂、天然有机酸、生物表面活性剂等。淋洗法使用时,由于试剂在土壤中的残留,可能影响土壤生态系统的正常功能,一般要将土壤离地,进行场外修复或者异地修复。固化法即在土壤中加入固化剂,通过对重金属的吸附或共沉淀作用改变其在土壤中的存在形态,从而降低其生物有效性和迁移性。但固化方法只是改变了重金属在土壤中的形态,不能使重金属真正从土壤中脱离,如果土壤环境发生变化,又可能引起其形态的变化,使其重新被植物吸收,进而发生危害。固化技术的处理效果与固化剂的组成、比例、土壤重金属总浓度以及土壤中一些干扰固化的物质的存在有关。该技术不但大大减轻土壤重金属污染,而且其产物还可用于建筑、铺路工程中等。有研究表明,用柠檬酸淋洗来修复重金属污染土壤,Cr发生活化-迁移-再吸附的过程,有效降低砂土与壤土表层土壤的重金属Cr含量,将其淋洗到根层外,减少植物根层重金属含量。

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