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土壤污染治理与修复技术概述

时间:2023-11-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:但绝大多数地区的土壤污染基本上是人为污染源的排放引起。目前,我国的土壤污染类型以无机型污染为主,有机型污染次之,复合型污染较小。客土法虽然有效,但是工程量大,且不能将污染物从土壤中去除,是一种不彻底的污染土壤修复方法。

土壤污染治理与修复技术概述

(一)土壤污染

土壤污染是指当大气沉降、废水排放和固体废物堆场淋溶等方式进入土壤中的有毒、有害污染物数量或浓度超过了土地自我净化能力,使得土壤的物理化学和生物性质、组成和性状发生变化,导致土壤自然功能失调、土壤质量下降,影响农作物的正常生长和发育,使得农产品质量和产量不断下降的一种现象。总体上看,土壤污染源有自然污染源和人为污染源两类。但绝大多数地区的土壤污染基本上是人为污染源的排放引起。从土壤污染物的化学性质看,土壤污染物分为无机污染物和有机污染物两类。目前,我国的土壤污染类型以无机型污染为主,有机型污染次之,复合型污染较小。

1.无机污染物

无机污染物主要包括酸、碱、重金属,盐类,放射性元素铯、锶的化合物,含砷、硒、氟的化合物等,主要来源于工业、市政和农业等方面。未经处理或未达到排放标准的工业污水灌溉农田;工业生产排放的无机污染物废气进入大气后,通过大气重力沉降或大气降水方式进入土壤;含有重金属的工业污泥和市政污泥用于农业施肥进入土壤;含有无机污染物的工业固体废物露天堆放,在风力的影响下引起的扬尘沉降,以及经大气降水的淋溶而进入土壤;农业生产中长期大量使用化肥(如硫酸铵),造成土壤板结等。这些无机污染物的来源,都是人为污染源排放造成的。

2.有机污染物

有机污染物主要包括有机农药除草剂石油类、合成洗涤剂、市政污水或污泥等。因此,有机污染物主要来源于工业、农业和市政服务业等方面。石油开采产生的大量含油污泥和废水;农业领域用于杀害虫的有机农药,以及用于除杂草的除草剂;用于灌溉农田的含有大量有机物城市污水等。这些有机污染物的来源,都是人为污染源排放造成的。

(二)土壤污染治理/修复的基本方法

《土壤污染防治行动计划》实施以来,相继提出了针对不同污染物污染土壤的治理与修复技术方法,但从治理与修复机制看,总体上主要包括三大类,即物理修复技术、化学修复技术与生物修复技术。

1.物理修复技术

物理修复技术是指利用污染物或污染介质的物理性质,通过各种物理方法,降低土壤中污染物的浓度,或将污染物从土壤中去除或分离的修复技术。其主要方法有挖掘与翻耕等客土法、气相抽提法和热脱附法等。物理修复技术的应用范围广,操作方式便捷,同时土壤的修复时间短,但是成本高,而且存在修复不彻底的情况。物理修复技术主要有以下几种。

(1)客土法。

客土法是指通过挖掘、翻耕或移土等方法,即将污染土壤深翻到底层,或在污染土壤上覆上清洁土壤层,或将污染土壤挖走并换上清洁土壤等方法处理污染土壤的方法。客土法虽然有效,但是工程量大,且不能将污染物从土壤中去除,是一种不彻底的污染土壤修复方法。

(2)气相抽提法。

气相抽提法也称“土壤通风”或“真空抽提”,通过注气孔注空气至土壤中或通过抽气井抽真空,形成压力梯度,使土壤中挥发性较好的污染物进入气相并通过抽气井抽出,达到将污染物从土壤中去除的目的。同时,将抽出的气态污染物收集处理。该法主要适用于挥发性有机污染物(VOCs)污染的土壤修复。

(3)热脱附法。

热脱附法是利用加热的方式,将土壤加热至污染物沸点以上,使吸附于土壤中的有机物挥发进入气相,再通过气相抽提法使土壤与气体分离。相比于单独的气相抽提法,可更快速有效地去除土壤中VOCs,同时还可通过加热调节温度去除半挥发性有机污染物。

一般情况下,物理修复技术只是将土壤中的污染物从土壤中转移到其他介质中,不能从根本上消除土壤中的有机污染物,是不能彻底去除污染物的土壤修复方法。

2.化学修复技术(www.xing528.com)

化学修复技术是向土壤加入化学药剂,使其与污染物发生沉淀、还原、溶解和吸附等化学反应,以降低污染物浓度或去除污染物,实现污染土壤修复的方法,主要包括化学淋洗法、化学还原法、化学氧化法等修复技术。

(1)化学淋洗法。

化学淋洗法主要指向污染土壤中加入适宜的淋洗剂、沉淀剂、络合剂或萃取剂等,将污染物从土壤中解吸出来,从而实现污染土壤的净化。该方法适用于小面积污染严重的场地土壤修复,优点是操作简单、可控性好、修复速度快、修复条件温和,缺点是耗水量大、淋洗废水和污泥均需要进一步处理。

该技术的关键在于选择合适的淋洗剂或萃取剂,以增强污染物的解吸效率,目前对于有机污染土壤的淋洗,最常用的淋洗剂为表面活性剂。对于重金属,先进行淋洗使其转移到溶液中,然后用硫化钠碳酸盐使其沉淀,从而达到重金属从土壤中分离出来的目的。

(2)化学还原法。

有些重金属物质以高价态形式赋存时对生态环境有害,但低价态时对生物没有害,如三价和六价的铬、三价和五价的砷等。因此,可以采用化学还原的方法,将有害的价态物质转化为无害的价态赋存形式。还原剂常用的有零价铁及低价态的其他金属或非金属物质。对于有机物质,如有机氯污染土壤,可以通过加入还原剂产生强还原性物种,如原子氢、二价铁等,使污染物发生还原脱氯。零价铁廉价易得,且环境友好,具有良好的还原性能,是目前有机氯污染土壤还原修复中具有代表性的还原剂,但处理周期较长,处理效率较低。

(3)化学氧化法。

化学氧化法是通过向污染土壤加入化学氧化剂,使其与有机物发生氧化降解反应,常见的化学氧化剂为高锰酸钾臭氧与芬顿(Fenton)及类Fenton试剂。这些氧化剂均能够产生具有强氧化性的羟基自由基等活性自由基,并与土壤中污染物进行氧化反应,例如羟基自由基由于具有强氧化性与无选择性,对大多数的有机物均有较好的降解效果,是目前应用广泛的一种氧化修复技术。

3.生物修复技术

生物修复技术包括植物修复技术和微生物修复技术。

(1)植物修复技术。

该技术是利用植物自身对污染物的吸收、转化、固定与富集等功能,或利用微生物的代谢过程等,将土壤中的污染物转移至生物体内或转化为二氧化碳、水与小分子有机酸等无毒物质,从而实现对污染土壤的修复。如芹菜对重金属铅具有吸附富集作用,棉花对土壤中的硫酸根具有较好的吸附富集作用。因此,植物修复技术不仅成本低、绿色环保,而且能够实现生态效益与经济效益的统一,但时间周期长。植物修复技术又分为植物提取、植物挥发和植物固定技术。

(2)微生物修复技术。

该技术是利用土著菌、外来菌、基因工程菌等功能微生物群,在适宜环境条件下,促进微生物代谢功能,从而达到降低有毒污染物活性或者降解成无毒物质的生物修复技术。例如枯草芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌可有效降低菠菜植株对土壤中的镉的吸收,但吸收效果各不相同。随着菌数的增加,植物对镉吸收的缓解作用得到增强。因此,可通过改变土壤微生物种类和数量,增强植物对镉的吸收去除作用。研究发现蚯蚓占据了土壤生物量的60%,蚯蚓可通过自身的作用富集铜,蚯蚓粪还能促进铜向地上部分迁移,促进植物形成更好的富集效果。目前,该技术更多地应用在被农药或者石油污染后的土壤中。

生物修复技术具有处理费用较低、环境友好且可达到较高的清洁水平等优点,一般用于轻度污染土壤的修复。

污染土壤的修复治理是一个综合的复杂过程,涉及众多因素,单一的修复技术往往达不到目的,尤其是污染重的土壤。目前,土壤污染修复技术正向着绿色与环境友好的生物修复技术方向发展,并从单一向联合技术发展,从异位向原位修复技术发展。同时,在进行污染土壤修复时一定要考虑土壤自身的价值和稀缺性,不能简单地采取玻璃化或固化方式进行修复,应该通过多途径、多方式的修复手段,将多种方法融合起来构成一个复合污染修复技术体系,发挥各自优势,达到彻底修复污染土壤的目的。

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