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重金屬污染土壤修復技術及其修復實踐

2019-11-02 14:49:41 小威環境(北京)科技有限公司 閱讀

在自然界中,重金屬屬于痕量存在的元素,通常出現在土壤或者巖石中,但無法形成土壤污染問題。然而在工業生產過程中,重金屬會被釋放出來,并且重新進入到土壤中,卻帶來難以降解的后果,最終引起土壤重金屬污染問題。特別是礦場中的土壤,在礦物開采與運輸過程中,土壤重金屬污染危險度非常高。

1、土壤重金屬污染根源及土壤修復概述

1.1土壤重金屬污染的根源

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土壤中的重金屬污染根源主要可以概括為三個方面[1]:首先,在礦區生產過程中,很容易釋放巖石或土壤中的重金屬,尤其是其固體廢棄物會帶來嚴重的重金屬污染。其次,工業廢氣污染比較嚴重,一旦廢氣沉降到地表,其中含有的重金屬就會滲入土壤中,且長期殘留下來,會引發非常嚴重的土壤污染。最后,工業廢水污染也日趨嚴重化,尤其是有些地區水資源比較匱乏,會將工業廢水作為農業澆灌用水,導致工業污水滲入至土壤中,留下大量的重金屬,最終引起重金屬污染問題。

1.2重金屬污染土壤修復

所謂重金屬污染土壤修復,主要是指通過物理方法、化學方法、生物技術等多種措施對土壤中存在的重金屬進行清除,或是將其固定在土壤中,限制其遷移活動,從而達到土壤修復的目的。具體體現在兩種修復原理,首先是取出土壤中的重金屬,實現土壤環境的改善,被稱之為土壤重金屬的去除化;其次是將土壤中重金屬污染釋放的毒性進行降低,即被稱為土壤重金屬的固定化。

當前土壤重金屬污染源多種多樣,比如鉛、鎘、汞、銅、硒等等重金屬帶來的污染,其中以汞污染發生最多、最嚴重,其次是鎘污染問題,嚴重影響著國內農作物的生產品質與產量,給糧食業帶來極大的損失,甚至影響著人們的生活。因此,重金屬污染土壤修復勢在必行,且應該加快步伐。

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2、重金屬污染土壤的修復技術分析

在當前的重金屬污染土壤修復進程中,常見的有物理(化學)修復技術、生物修復技術以及礦物修復和農業生態修復技術等等,具體如下[2]:

2.1物理/化學修復技術

物理/化學修復技術建立在土壤的理化性質與重金屬各存差異的相關特征的基礎上,采用化學或物理方法實現土壤中重金屬的固定或分離,降低其污染影響。主要如下:

2.1.1小面積土壤修復技術

采用物理方法對重金屬污染土壤進行修復,主要有換土法、去表土法、客土法和深耕翻土法。這些方法具有工作量大和投入多的特點,所以只適用于面積比較小的土壤修復。(1)換土法。主要是把受到重金屬污染的土去除,再換填沒有污染的新土壤。(2)客土法。把重金屬污染土壤與沒有污染的突然進行混合攪拌,以降低重金屬濃度,從而達到降低土壤污染程度的目的。(3)去表土法。這一方法主要是考慮重金屬僅對表層存在污染的特性,可耕作活化下層土壤。(4)深耕翻土法。對土壤反復上下翻動,即可以擴大重金屬污染范圍,以降低其污染濃度。

2.1.2淋浴修復技術

在重屬污染土壤修復中采用淋浴修復技術,即是使用淋洗劑去除土壤污染物。

這一方法可用于大面積的污染土壤,只是若土壤的滲透系數低,則很難獲得理想的效果,一般運用在沙質土或者輕質土中可獲得非常好的效果。但是在淋浴之后,也需要對土壤中的淋浴液體進行處理。當前常見的處理方法有離子置換法、轉移絡合法、電化學法等等,可有效回收淋浴液體中53%的重金屬離子。只是在實踐中需要注意選用合適的淋洗劑,且要考慮成本問題。

2.1.3熱解析修復技術

所謂熱解析,即是重金屬污染土壤進行間接加熱與直接加熱,待溫度符合特定要求時,就會揮發土壤中的重金屬離子。這時,重金屬離子需要進行回收處理。有關研究指出這一方法可消除土壤中的Hg達到99.8%,但是卻帶來極高的修復成本。

2.2生物修復技術

2.2.1動/植物修復技術

動物與植物修復技術是生物修復技術非常普遍的修復方法,其中動物修復主要是利用土壤中的蚯蚓或者老鼠等對重金屬的吸收能力而進行的土壤修復措施,一段時間后,再對土壤進行灌水,以強制性驅趕蚯蚓和老鼠等動物,最終可在一定程度上改善土壤的重金屬污染問題。

而在植物修復方面,主要包括植物吸收與植物降解兩種。首先在植物吸收方面,積累植物可發揮出非常好的作用。積累植物可以在其生長過程中對土壤的重金屬元素進行吸收,而積累植物本身也可以對所吸收的重金屬元素進行處理與調節,從而有效改善土壤重金屬污染情況,甚至可以對重金屬污染源進行根除。有研究表明,在銅污染和鉛污染的土壤中,可種植印度芥菜對其進行修復,修復效果較佳。此外,超富集植物在重金屬元素吸收中也有很好的作用,在高效吸附重金屬元素之后,也可以對所吸附的重金屬元素進行高效處理。

其次,在植物降解方面,也可以分為兩種情況。第一,植物自身含有的酶可以吸收與分解重金屬成分。第二,植物根部具有分泌的功能,在環境影響下,可分泌出喜陽菌群,增強植物根部對重金屬的吸收、分解和氧化作用,達到緩解土壤重金屬污染的目的。

2.2.2微生物修復技術

在土壤內部,微生物是一種比較活躍的因子。微生物帶有電荷,具有代謝快的特點。若土壤存在重金屬污染問題,則其內部的微生物會吸附重金屬元素,并由其自身帶有的耐重金屬細菌對重金屬進行處理。具體體現在:微生物可以對重金屬離子進行溶解與沉淀,并發生氧化還原反應;微生物在重金屬-有機絡合物之間發揮著非常好的降解作用,即土壤內部的有機質會和重金屬結合,使其離子的化學特性發生改變,達到土壤修復的目的,減少重金屬污染。

2.3其他重金屬污染土壤修復技術

除了上述比較常見的修復技術,還可以包括礦物修復、農業生態修復等。首先在礦物修復方面,主要是通過天然礦物的有效治理,來達到礦區產生的重金屬污染土壤修復的目的。在這個方面,關鍵就是對廢棄礦物進行再利用。比如對于膨潤土和凹凸棒石等粘土礦物,可以利用其對重金屬成分的吸附作用而應用在污染治理工作中。其次,在農業生態修復方面,種植作物可以提高土壤含水量和水分。在實際運用中,需結合土壤污染情況而制定相適應的耕作管理制度,引入不入食物鏈的植物,用于改變土壤中的金屬活性,從而降低重金屬污染程度。在這個方面,土壤水分、耕作制度和施用肥料的變化都會影響著土壤中重金屬污染的治理進程。因此,除了制定合適的耕作制度,還可合理調整土壤水分與合理控制肥料用量,對土壤重金屬的危害性進行控制,從而保障農業生產的安全。

總而言之,帶來土壤重金屬污染的關鍵影響因素即是人為因素,主要包括礦產開采不合理、金屬冶煉和化工生產污染、煤燃燒帶來的污染以及日常生活垃圾污染等等。土壤中存在的重金屬污染若是沒有得到合理的治理,長此以往,會降低農作物品質與產量,甚至帶來地下水污染問題。而采取物理/化學修復技術、生物修復技術、礦物修復技術以及農業生態修復技術等等多種有效的修復技術方法,利于做好土壤重金屬污染的治理工作。

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