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        污染土壤修復技術研究進展
        點擊次數:1269 發布時間:2017-08-10

        土壤是人類生產活動的重要物質基礎,是不可缺少、難以再生的自然資源,其管理使用的好壞直接決定著農業生產的成敗和人類文明的興衰。近40年來,隨著社會經濟的高速發展和高強度的人類活動,土壤受污染面積不斷擴大,危害越來越嚴重,影響到實現可持續發展的戰略目標。

        現代農業改變了自然界原有狀況,為追求高產,導致化肥和農藥大量使用,使土壤污染成為性的主要環境問題之一。此外,工業生產、石油開采、交通運輸、畜禽養殖及居民生活等工農業生產生活過程中也會排出大量污染物,如多環芳烴、多氯聯苯及重金屬等,使土壤污染進一步加劇。

        我國現有耕地約1.3億hm2,其中約0.2億hm2耕地受到不同程度的污染,由土壤污染導致的農產品的生態安全問題已不容忽視。由于土壤對環境污染具有匯的作用,土壤中有毒有害化學物質通過大氣和水體傳遞,已危及人類和動物的生存繁衍與生命安全,土壤污染已成為性的主要環境問題之一,引起了世界各國的高度重視。因此,開展污染土壤修復活動,對阻斷污染物進入食物鏈,防止對人體健康造成危害,實現社會經濟可持續發展是非常重要的?;诖?,本文就目前的污染土壤修復技術進行詳細綜述,以期為土壤污染修復研究提供一些參考。

        1污染土壤的修復研究及其發展

        污染土壤修復是指利用物理、化學或生物的方法,轉移、吸收、降解和轉化土壤中的污染物,使其濃度降低到可接受的水平,或將有毒有害污染物轉化為無害物質的過程。污染土壤修復的研究起步于20世紀70年代后期,在過去的將近40年的時間里,歐、美、日、澳等國制定了大量的土壤修復計劃,并投資研究了大量土壤修復技術與設備,積累了豐富的現場修復技術與工程應用經驗,成立了許多土壤修復公司和網絡組織,使土壤修復技術得到了迅猛發展。

        我國的污染土壤修復研究起步較晚,在“十五”期間才得到重視,隨后列入國家高技術研究規劃發展計劃,但研發水平和應用經驗與美、英等發達國家存在很大差距。近年來,科學技術部、國家自然科學基金委、環境保護部等部門有計劃地部署了一些土壤修復研究項目和專題,有力促進和帶動了土壤污染控制與土壤修復科學技術的研究與發展。期間,以土壤修復為主題的一系列學術活動也為我國污染土壤修復技術的研究和發展起到了和推動作用,土壤修復理論與技術成為土壤科學、環境科學領域研究的新內容。

        2污染土壤修復技術

        根據修復原理的不同,污染土壤修復可分為物理修復、化學修復和生物修復3種類型。目前,污染土壤修復技術研究和應用已經比較廣泛,包括冶金及化工等污染場地修復、農田污染土壤修復、礦區污染修復及油田污染等的修復,由于不同污染的土壤類型和性質的不同,使用的修復手段也不完全相同,并出現了一些修復技術手段的交叉融合使用。

        2.1污染土壤物理修復技術

        物理修復是指通過各種物理過程將污染物從污染土壤中去除或分離的技術。其中熱處理技術是應用于場地土壤有機物污染去除的主要物理修復技術,常用的包括土壤蒸氣浸提、微波加熱、熱脫附等技術。

        2.1.1熱脫附技術

        熱脫附技術是指通過直接或間接的熱交換,加熱土壤中有機污染組分到足夠高的溫度,使其蒸發并與土壤介質相分離的過程。熱脫附技術具有污染物處理范圍寬、設備可移動、修復后土壤可再利用等優點,特別是對PCBs等含氯有機污染物,非氧化燃燒的處理方式可以顯著減少二噁英的生成。目前,歐美國家已將土壤熱脫附技術工程化,廣泛應用于高濃度污染場地的有機物污染土壤的離位或原位修復,但是諸如相關設備價格昂貴、脫附時間過長、處理成本過高等問題尚未得到很好解決,限制了熱脫附技術在持久性有機物污染土壤修復中的應用。

        2.1.2土壤蒸氣浸提技術

        土壤蒸氣浸提技術是能有效去除土壤中揮發性有機污染物(VOCs)的一種原位修復技術。該技術是將新鮮空氣通過注射井注入污染區域,利用真空泵產生負壓,空氣流經污染區域時,解吸并夾帶土壤孔隙中的VOCs經由抽取井流回地上;抽取出的氣體在地上經過活性炭吸附法以及生物處理法等凈化處理,可排放到大氣中或重新注入地下循環使用。該方法具有成本低、可操作性強、可采用標準設備、處理有機物的范圍寬、不破壞土壤結構和不引起二次污染等優點。應用該方法可使苯系物等輕組分石油烴類污染物的去除率達90%。

        2.1.3超聲/微波加熱技術

        超聲/微波加熱技術是利用超聲空化現象所產生的機械效應、熱效應和化學效應對污染物進行物理解吸、絮凝沉淀和化學氧化作用,從而使污染物從土壤顆粒上解吸,并在液相中被氧化降解成CO2和H2O或環境易降解的小分子化合。Song等研究表明,超聲波不僅能對土壤有機污染物進行物理解吸,還能通過氧化作用將有機污染物徹底清除。張文等用超聲波凈化石油污染土壤,結果表明,超聲波技術可有效修復石油污染土壤。

        2.2污染土壤化學修復技術

        污染土壤的化學修復技術發展較早,主要有土壤固化—穩定化技術、淋洗技術、氧化—還原技術、光催化降解技術和電動力學修復技術等。

        2.2.1固定/穩定化技術

        固定/穩定化技術是指將污染物固定在土壤中,使其長期處于穩定狀態,防止或降低污染土壤釋放有害化學物質的修復技術。該技術通過將特殊添加劑與污染土壤相混合,利用化學、物理或熱力學過程來降低污染物的物理、化學溶解性或在環境中的活潑性。該處理技術的費用比較低廉,對一些非敏感區的污染土壤可大大降低場地污染治理成本。常用的固化/穩定劑有飛灰、石灰、瀝青和硅酸鹽水泥等,其中水泥應用,上已有利用水泥固化/穩定化處理有機與無機污染土壤的報道。

        固定/穩定化技術可以處理多種復雜金屬廢棄物,形成的固體毒性低,穩定性強,處置費用也較低,但其所需的儀器設備較多,如螺旋轉井、混合設備、集塵系統等。另外,污染物埋藏深度、土壤PH值和有機質含量等都會在一定程度上影響該技術的應用及有效性的發揮。

        固化/穩定化技術在美國處理各類污染物已有40多年的歷史,有30%已完成的美國超級資助項目是用于污染源控制的,平均運行時間約為1個月,比其他修復技術(如土壤蒸氣提取、堆肥等)的運行時間短許多。固化/穩定化技術也應用于我國部分重金屬污染土壤和鉻渣清理后的堆場的修復,獲得了較好效果。

        2.2.2淋洗/浸提技術

        淋洗/浸提是將水或含有沖洗助劑的水溶液、酸/堿溶液、絡合劑或表面活性劑等淋洗劑注入到污染土壤或沉積物中,洗脫土壤中的污染物的過程。淋洗的廢水經處理后達標排放,處理后的土壤可以再安全利用。這種離位修復技術在多個國家已被工程化應用于修復重金屬污染或多污染物混合污染介質的處理。

        同其他修復技術相比,淋洗/浸提技術的優勢在于其可用來處理難以從土壤中去除的有機污染物,如PCBs、油脂類等易于吸附或黏附在土壤中的物質,溶劑浸提技術可輕易去除該類土壤污染物。該技術用水較多,修復場地要求靠近水源,需要處理廢水而增加成本。研發、專性的表面增溶劑、提高修復效率,降低設備與污水處理費用、防止二次污染等是該技術領域重要的研究課題。

        2.2.3化學氧化—還原技術

        化學氧化—還原技術是通過向土壤中投加化學氧化劑(Fenton試劑、臭氧、H2O2、KMnO4等)或還原劑(SO2、FeO、氣態H2S等),使其與污染物發生化學反應來實現凈化土壤的目的?;瘜W氧化法可用于土壤和地下水同時被有機污染物污染的修復。

        運用化學還原法修復對還原作用敏感的有機污染物是當前研究的熱點。例如,納米級粉末零價鐵的強脫氯作用已被接受和運用于土壤與地下水的修復。但是,目前零價鐵還原脫氯降解含氯有機化合物技術的應用還存在諸如鐵表面活性的鈍化、被土壤吸附產生聚合失效等問題,需要開發新的催化劑和表面激活技術。

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