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污染土壤修复技术研究进展
点击次数:1733 更新时间:2017-08-10

土壤是人类生产活动的重要物质基础,是*、难以再生的自然资源,其管理使用的好坏直接决定着农业生产的成败和人类文明的兴衰。近40年来,随着社会经济的高速发展和高强度的人类活动,土壤受污染面积不断扩大,危害越来越严重,影响到实现可持续发展的战略目标。

现代农业改变了自然界原有状况,为追求高产,导致化肥和农药大量使用,使土壤污染成为性的主要环境问题之一。此外,工业生产、石油开采、交通运输、畜禽养殖及居民生活等工农业生产生活过程中也会排出大量污染物,如多环芳烃、多氯联苯及重金属等,使土壤污染进一步加剧。

我国现有耕地约1.3亿hm2,其中约0.2亿hm2耕地受到不同程度的污染,由土壤污染导致的农产品的生态安全问题已不容忽视。由于土壤对环境污染具有汇的作用,土壤中有毒有害化学物质通过大气和水体传递,已危及人类和动物的生存繁衍与生命安全,土壤污染已成为性的主要环境问题之一,引起了世界各国的高度重视。因此,开展污染土壤修复活动,对阻断污染物进入食物链,防止对人体健康造成危害,实现社会经济可持续发展是非常重要的。基于此,本文就目前的污染土壤修复技术进行详细综述,以期为土壤污染修复研究提供一些参考。

1污染土壤的修复研究及其发展

污染土壤修复是指利用物理、化学或生物的方法,转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物,使其浓度降低到可接受的水平,或将有毒有害污染物转化为无害物质的过程。污染土壤修复的研究起步于20世纪70年代后期,在过去的将近40年的时间里,欧、美、日、澳等国制定了大量的土壤修复计划,并投资研究了大量土壤修复技术与设备,积累了丰富的现场修复技术与工程应用经验,成立了许多土壤修复公司和网络组织,使土壤修复技术得到了迅猛发展。

我国的污染土壤修复研究起步较晚,在“十五”期间才得到重视,随后列入国家高技术研究规划发展计划,但研发水平和应用经验与美、英等发达国家存在很大差距。近年来,科学技术部、国家自然科学基金委、环境保护部等部门有计划地部署了一些土壤修复研究项目和专题,有力促进和带动了土壤污染控制与土壤修复科学技术的研究与发展。期间,以土壤修复为主题的一系列学术活动也为我国污染土壤修复技术的研究和发展起到了和推动作用,土壤修复理论与技术成为土壤科学、环境科学领域研究的新内容。

2污染土壤修复技术

根据修复原理的不同,污染土壤修复可分为物理修复、化学修复和生物修复3种类型。目前,污染土壤修复技术研究和应用已经比较广泛,包括冶金及化工等污染场地修复、农田污染土壤修复、矿区污染修复及油田污染等的修复,由于不同污染的土壤类型和性质的不同,使用的修复手段也不*相同,并出现了一些修复技术手段的交叉融合使用。

2.1污染土壤物理修复技术

物理修复是指通过各种物理过程将污染物从污染土壤中去除或分离的技术。其中热处理技术是应用于场地土壤有机物污染去除的主要物理修复技术,常用的包括土壤蒸气浸提、微波加热、热脱附等技术。

2.1.1热脱附技术

热脱附技术是指通过直接或间接的热交换,加热土壤中有机污染组分到足够高的温度,使其蒸发并与土壤介质相分离的过程。热脱附技术具有污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用等优点,特别是对PCBs等含氯有机污染物,非氧化燃烧的处理方式可以显著减少二噁英的生成。目前,欧美国家已将土壤热脱附技术工程化,广泛应用于高浓度污染场地的有机物污染土壤的离位或原位修复,但是诸如相关设备价格昂贵、脱附时间过长、处理成本过高等问题尚未得到很好解决,限制了热脱附技术在持久性有机物污染土壤修复中的应用。

2.1.2土壤蒸气浸提技术

土壤蒸气浸提技术是能有效去除土壤中挥发性有机污染物(VOCs)的一种原位修复技术。该技术是将新鲜空气通过注射井注入污染区域,利用真空泵产生负压,空气流经污染区域时,解吸并夹带土壤孔隙中的VOCs经由抽取井流回地上;抽取出的气体在地上经过活性炭吸附法以及生物处理法等净化处理,可排放到大气中或重新注入地下循环使用。该方法具有成本低、可操作性强、可采用标准设备、处理有机物的范围宽、不破坏土壤结构和不引起二次污染等优点。应用该方法可使苯系物等轻组分石油烃类污染物的去除率达90%。

2.1.3超声/微波加热技术

超声/微波加热技术是利用超声空化现象所产生的机械效应、热效应和化学效应对污染物进行物理解吸、絮凝沉淀和化学氧化作用,从而使污染物从土壤颗粒上解吸,并在液相中被氧化降解成CO2和H2O或环境易降解的小分子化合。Song等研究表明,超声波不仅能对土壤有机污染物进行物理解吸,还能通过氧化作用将有机污染物*清除。张文等用超声波净化石油污染土壤,结果表明,超声波技术可有效修复石油污染土壤。

2.2污染土壤化学修复技术

污染土壤的化学修复技术发展较早,主要有土壤固化—稳定化技术、淋洗技术、氧化—还原技术、光催化降解技术和电动力学修复技术等。

2.2.1固定/稳定化技术

固定/稳定化技术是指将污染物固定在土壤中,使其长期处于稳定状态,防止或降低污染土壤释放有害化学物质的修复技术。该技术通过将特殊添加剂与污染土壤相混合,利用化学、物理或热力学过程来降低污染物的物理、化学溶解性或在环境中的活泼性。该处理技术的费用比较低廉,对一些非敏感区的污染土壤可大大降低场地污染治理成本。常用的固化/稳定剂有飞灰、石灰、沥青和硅酸盐水泥等,其中水泥应用,上已有利用水泥固化/稳定化处理有机与无机污染土壤的报道。

固定/稳定化技术可以处理多种复杂金属废弃物,形成的固体毒性低,稳定性强,处置费用也较低,但其所需的仪器设备较多,如螺旋转井、混合设备、集尘系统等。另外,污染物埋藏深度、土壤PH值和有机质含量等都会在一定程度上影响该技术的应用及有效性的发挥。

固化/稳定化技术在美国处理各类污染物已有40多年的历史,有30%已完成的美国超级资助项目是用于污染源控制的,平均运行时间约为1个月,比其他修复技术(如土壤蒸气提取、堆肥等)的运行时间短许多。固化/稳定化技术也应用于我国部分重金属污染土壤和铬渣清理后的堆场的修复,获得了较好效果。

2.2.2淋洗/浸提技术

淋洗/浸提是将水或含有冲洗助剂的水溶液、酸/碱溶液、络合剂或表面活性剂等淋洗剂注入到污染土壤或沉积物中,洗脱土壤中的污染物的过程。淋洗的废水经处理后达标排放,处理后的土壤可以再安全利用。这种离位修复技术在多个国家已被工程化应用于修复重金属污染或多污染物混合污染介质的处理。

同其他修复技术相比,淋洗/浸提技术的优势在于其可用来处理难以从土壤中去除的有机污染物,如PCBs、油脂类等易于吸附或黏附在土壤中的物质,溶剂浸提技术可轻易去除该类土壤污染物。该技术用水较多,修复场地要求靠近水源,需要处理废水而增加成本。研发、专性的表面增溶剂、提高修复效率,降低设备与污水处理费用、防止二次污染等是该技术领域重要的研究课题。

2.2.3化学氧化—还原技术

化学氧化—还原技术是通过向土壤中投加化学氧化剂(Fenton试剂、臭氧、H2O2、KMnO4等)或还原剂(SO2、FeO、气态H2S等),使其与污染物发生化学反应来实现净化土壤的目的。化学氧化法可用于土壤和地下水同时被有机污染物污染的修复。

运用化学还原法修复对还原作用敏感的有机污染物是当前研究的热点。例如,纳米级粉末零价铁的强脱氯作用已被接受和运用于土壤与地下水的修复。但是,目前零价铁还原脱氯降解含氯有机化合物技术的应用还存在诸如铁表面活性的钝化、被土壤吸附产生聚合失效等问题,需要开发新的催化剂和表面激活技术。

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