7. 重金属污染土壤(场地)原位修复技术 [更新时间:2015-01-20 11:05:00]

随着工业的发展,重金属造成的环境污染危害日益凸显。针对国内外重金属污染修复技术的发展现状,结合我国土壤重金属污染特性,以及国内经济发展水平,有必要提出以化学修复技术为主,以植物修复技术为辅的原位修复技术,预期可以获得快速的原位修复效果,满足农业发展需要,保证农作物等植物的生态安全,从而避免重金属的生物放大和富集给人民群众带来的生态风险。

土壤中重金属存在的形态一般根据国际上通用的Tessier分类法,一般分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机结合态和残渣态。其中,可交换态最活跃,迁移性最强,最容易为生物所利用,碳酸盐结合态次之;铁锰结合态在氧化还原电位和pH值下降时才被还原释放;有机结合态释放过程缓慢,随有机质降解逐渐释放;而残渣态被包含在矿物晶格中,对土壤重金属的迁移和生物可利用性贡献不大,对环境比较安全。

因此,针对重金属污染的土壤进行修复时,可以根据重金属存在的形态及其活性和生物可利用性的关系,可以通过化学等技术手段将土壤中活性和生物可利用性大的形态,如可交换态、碳酸盐结合态尽可能地转化为残渣态、有机结合态和铁锰结合态,从而降低土壤中重金属活性强和生物可利用性强的形态,阻止重金属从土壤迁移转化到植物,防止重金属的生物富集和放大,实现土壤中重金属原位固定的目标。基于以上原理提出的修复技术——原位修复技术,就是利用环境功能修复材料将土壤中具有活性的重金属形态转变为稳定形态,从事阻止重金属从土壤迁移到植物(农作物),恢复土壤原来的功能。

土壤重金属污染修复主要分为5个步骤,分别为:

1)   土壤污染现状监测与风险评估。主要采用各种监测手段对污染土壤或场地进行重金属现状监测,并结合监测数据评价污染程度、风险程度,为下一步土壤修复方案的制定提供基础数据。

2)   土壤原位修复方案的确定。根据监测结果,针对不同的重金属污染特性,进行修复方案的研究,筛选出最佳的修复材料,并经过试验研究,确定修复技术参数、工程参数等。

3)   修复工程实施。根据制定的修复方案,选择相应的工程机械,在技术人员指导下进行修复工程的实施。

4)   修复效果评价。修复效果主要采取两种评价体系进行评价,分别是化学方法,主要是参照美国EPA的标准进行评价,包括毒性特征沥滤方法(TCLP)、重金属多级化学提取法(SEP)等方法。另外一种评级方法为植物毒害试验方法,也是参照美国EPA的标准进行。即采用农作物,如白菜、油菜、水稻等植物进行早期幼苗生长抑制试验来评价土壤修复前后的效果。

5)   工程验收。主要通过第三方监测后进行验收。

 

技术路线如下:

该技术的优势:

(1)活性高:纳米材料粒径小,在1~100nm之间,具有高的比表面积、具有表面效应、小尺寸效应,在与污染物接触反应过程中显现出高的反应活性。

(2)使用方便:按照修复的环境介质或者对象不同,可采用注射、喷洒等方式进行使用,实现原位修复。

(3)二次污染少:纳米材料均采用无毒原材料进行制备,表现出环境友好型,因此,在原位修复中毋须将纳米材料提取出来。

(4)有效性:在修复重金属(如Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、As)具有高效性,稳定化/固定化率可达到80%以上,并能够满足各种土壤使用标准。同时也可以修复持久性有毒有机物(如氯代有机物、溴代有机物、抗生素等)。

课题组经过多年的试验研究,研制了以纳米修复材料为核心的原位修复技术,即纳米原位修复技术。该技术采用国际上最先进的制备技术和工艺路线,制备了用于修复重金属污染物和多种持久性有毒有机污染物的纳米材料和修复技术,可应用于土壤、地下水、地表水等环境介质中,实现原位修复,毋须挖掘或搬运土壤,或者置换土壤等大量土方工程。面对目前我国土壤铬污染的严重性,以及技术的缺失问题,已经提出的利用钢铁酸洗废液制备纳米零价铁颗粒及其在铬污染土壤原位修复中的应用,通过“材料研制——修复工艺优化——生态风险评估——材料优化——示范项目的建立”等模式的研究,为我国铬污染土壤的修复提供新方法,满足我国土壤污染修复和生态安全的需求。该技术适用于大范围的污染治理,对土壤扰动小,不仅能有效修复土壤铬污染,将原位修复纳米技术生态风险降至最低,而且能大大降低修复成本。

方战强 zhqfang@scnu.edu.cn


 

 

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