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化学修复土壤重金属污染技术与实践

作者:出处:发布日期:2019-11-27 浏览次数:

1 固化/稳定化技术

固化/稳定化法是向土壤中加入重金属固化剂或钝化剂,改变重金属和土壤的理化性质,通过共沉淀和吸附作用使其在土壤中的存在状态发生改变,降低生物迁移性和有效性,是较普遍应用于土壤重金属污染的快速修复方法,在修复多种重金属复合污染土壤中具有明显优势。美国环保署将固化/稳定化技术称为处理有害有毒废物的最佳技术。固化是将某些物质与重金属污染土壤混合通过物理作用将污染物包裹起来,使污染物呈颗粒状或大块状存在,这种混合物既降低了土壤的比表面积,也增强了污染场地的抗干扰能力,降低其污染风险。稳定化是指通过加入化学稳定剂,改变污染场地的理化性质,增强污染场地土壤对重金属的吸附或沉淀作用,进而降低重金属生物有效性。

常用的固化剂有水泥、石灰等。常用的稳定化剂有零价铁、可溶性的二价铁等铁系物;连二亚硫酸钠、硫化氢、硫化亚铁等硫化物[1];此外,有机酸、腐植酸、甘蔗渣等有机物也可以作为土壤重金属污染物稳定化剂。铁系物和硫化物等无机稳定化剂,价格低廉、修复效果明显,但易造成二次污染。相对于无机稳定化剂,腐植酸通过范德华力、氢键、静电吸附等作用形成土壤有机-无机复合体,与重金属离子发生络合反应,使土壤中重金属离子含量降低。甘蔗渣中纤维素可在自然界中水解成葡萄糖和果糖,能够通过还原六价铬为三价铬,降低土壤中铬的毒性[2]

 

优点:处置时间短技术成熟,成本较低

不足:混合不均匀,不能从根本上去除铬污染。这种技术操作的前提就是需要把土清挖出原来的位置,在其他的工作区域进行混药固化,固化过程中需要大量的人力、物力、财力,而且固化均匀程度和固化效果仍然不清晰,还需要后续跟踪,且该技术还需要进一步改进。

案例:

S WangCipulanandan用沙土(79%)、高岭土(20%)和有机质(1%)混合制得土样,使其含有7000 mg/kgCr(VI),其浸出液中Cr(VI) 的含量为273 mg/L,加入水泥处理(水泥与土壤质量比为0.2)后将浸出液中Cr(VI) 的含量减少了37;加入10%FeCl2后,污染土壤中以将Cr(VI)转化为Cr(III),浸出液Cr(VI) 的含量减少了92%;通过结合Cr(VI)减量化技术(FeCl2)S/S处理,处理效率达到了99%[3]

 

2电动修复

电动修复法基本原理类似电池,通过在污染土壤两侧施加直流电压,形成电场梯度,根据电性异性相吸原理,将土壤中吸附态或水溶性污染物吸引到电性相反的电极,借此将污染物富集并回收,从而清洁土壤[4]

优点:电动修复适用于低渗透性土壤,适用于大多数无机污染物及放射性污染物,具有耗费人工少,不需要挖土,修复费用低,二次污染小等优点。

缺点:对土壤的酸碱度有一定的要求,只能在pH值低的土壤环境中进行,整个工艺过程需采用添加一些化学药剂来降低土壤的pH值,而且土壤都存在一定的缓冲性,不同土壤的缓冲容量也有差别,当需要治理的受铬污染土壤的自身缓冲性极强,就可能存在处理过程无法达到预期的土壤酸性环境,使得该项技术无法达到预期的效果。此外这种技术耗时长,可能需要几天到几年。另外,此法不适用于渗透性较高、传导性较差的砂性土壤,所以此方法的应用范围受到一定的限制。虽然重金属污染土壤可以电动修复和回取,但是需要深入研究重金属和土壤胶体之间的物化作用。此法的适用性较差,使用时要综合考虑土壤的污染情况及理化性质。

案例:

张瑞华设计了一套实验装置,将受Cr() 污染的土壤填充其中,并在装置的两端安装上阴阳电极,并将铁渗透反应格栅应用到这套设备中,以工厂的废气铁屑作为原料放在电极阳极的内侧,装置准备完毕后通直流电,电位梯度为1 V/cm,经过5d 的通电,土壤中Cr( ) 的去除效果非常明显,最高的去除率达到99. 9%[5]

3土壤淋洗技术

土壤淋洗修复技术属于物化修复技术,通常是指借助能够促进土壤环境中污染物溶解/迁移的液体或其他流体来淋洗污染土壤,使吸附或固定在土壤颗粒上的污染物脱附、溶解而去除的技术。该技术既可以是原位修复,也可以是异位修复; 可单独应用也可作为联合技术的先期处理技术。淋洗液可以是水、化学溶液、气体等一切能把污染物从土壤中淋洗出来的流体。土壤淋洗修复技术目前在欧洲应用较为广泛,大量的工程实践表明该技术是重金属污染土壤治理过程中一种快速、高效的方法,在工业废弃地土壤修复中具有明显的优势[6]。目前,国内外有关淋洗法修复重金属污染土壤研究的目标物主要是CuZnPbCd 等。

淋洗法修复铬污染土壤的关键是筛选合适的淋洗剂,用于土壤重金属去除的淋洗剂种类繁多,常用的淋洗剂有无机清洗剂、螯合剂、表面活性剂和复合清洗剂等。大量研究表明,无机酸淋洗可以有效去除土壤中的重金属,但通常在酸浓度较高时才能得到较好的去除效果[7]

优点:淋洗法操作简便、操作人员不直接接触污染物,成本低廉、见效快,适用于大面积、重度污染且透水性较好的土壤修复。化学淋洗法能从根本上去除土壤中铬的污染,是一处理效果较好的技术,发展潜力大。

缺点:在去除重金属的同时会造成土壤营养元素的流失和土壤结构破坏,淋洗废液的处理也不容易解决。由于此种方法投资大,易使地下水受到污染、土壤养分流失、土壤变性,因此较少应用[8]。此外,重金属在土壤中形态分布、土壤粒径组成等也会影响淋洗修复效果[9]。因此,在对重金属铬污染土壤进行淋洗修复时,应根据土壤污染程度和污染方式,结合土壤性质,建立最佳淋洗条件。

案例:

陈锋等[10]通过对比试验探讨了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)和聚山梨脂(Tween80)三种表面活性剂对铬的修复洗脱作用,修复效果明显,其中Tween80对铬的去除率达到61.2%Davis等研究了铬迁移的地球与地下水修复,选用砂性土壤作为研究对象,对其进行冲洗实验,供试土壤的含总铬为27-290mg/kgCr()Cr()比值为0.2-28.0。实验结果表明:冲洗实验可以将土壤中近90%Cr()淋洗掉。

 

 

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