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    摘要:在众多的废物利用及处理方法中,土地利用是一种比较常见的方法,土壤中的重金属得到了人们的重点关注,重金属可能会随着动植物进入到食物链中,伴随着人们生活质量的不断提升,人们对自身健康提出了更高的要求,土壤污染也受到了人们的重视,污染修复技术被广泛运用到土壤修复治理中。生物修复技术主要借助土壤微生物及植物的力量来改善重金属的利用率,充分发挥有机改良剂的作用能够有效提升重金属污染土壤修复治理工作水平,有机改良剂分为很多种,其中的堆肥、污泥以及一些固体废物是比较常见的,能够提升土壤的自身肥力,还能降低土壤中重金属的利用率。下面本文主要针对有机改良剂在重金属污染土壤修复治理中的运用进行了探讨。

    关键词:重金属;有机改良剂;生物利用率

    在废物管理工作中,土地处理方式的重要性逐渐凸显出来,食物中的重金属主要来自于土壤中。土壤污染在人类健康及生态系统发展中起到了不可替代的作用,土壤修复治理工作也得到了人们的重点关注。土壤修复的方法通常是通过改善土壤条件以降低重金属的生物利用率。减少或消除有毒物质经人类活动进入土壤的传统方法主要包括土壤蒸汽提取、焚烧等,但这些传统方法均存在一定的风险。本文主要介绍了有机改良剂对重金属污染场地修复的潜在价值,简要概述土壤重金属、有机改良剂的来源以及重金属在土壤中的一系列反应。描述通过有机改良剂强化重金属生物修复的机制,针对重金属在土壤中的生物有效性进行了讨论。

    1探讨土壤中重金属的主要来源

    一般情况下,土壤系统中金属浓度直接受到自然环境的一ing想爱你过,由于重金属本身的溶解度较低,也不容易被植物吸收,因此土壤中生物受到的影响较小。人类活动给土壤带来的重金属具有很高的生物活性,如施加在农业土壤中的污泥、粪便等机改良剂是植物生长的必需品,也是土壤中金属物质的主要来源。污泥中受关注的重金属有Pb、Ni、Cd、Cr、Cu和Zn,它们主要来自于工业废水中的污染物。L.Gove等人报道,土壤中的污泥对Ni和Cr的总浓度影响不大,但对增大Cd、Cu、Pb和Zn的浓度有明显效果,污泥中这些元素有很高的活性。这些元素通常被固化在土壤中,但它们对土壤微生物群落是有毒的,且可以在动植物中积累。粪便亦被认为是重金属输入土壤的主要来源,粪便在土壤中的大量使用,导致重金属浓度升高。由于重金属主要通过粪便和尿液排出,粪便中的重金属的浓度主要取决于饮食中的的浓度。Li等指出,猪饲料铜浓度和粪便铜浓度呈显著相关性(R2=0.89,P<0.05),铜在猪粪和饲料中的浓度分别为6.86 mg/kg和395.19 mg/kg,猪粪中的Cu含量大于5倍猪饲料。同样,在猪和家禽中过度使用生长促进剂,可导致污水和粪便中Cu含量增加。

    2探究有机改良剂的自身功效

    2.1有机改良剂的钝化作用

    有机改良剂具有较为明显的钝化作用,在重金属污染土壤修复治理过程中,使用有机改良剂能够提升重金属的钝化水平。例如,褚艳春等发现施加污泥堆肥能够增加土壤的表面电荷。然而,碱性稳定化污泥堆肥施如土壤后,由于在碱性条件下土壤有机质的溶解性增加,其电荷改变与施入量的增加不成比例。陈健等研究表明,黏土经污泥处理后,其p H和有机质的含量增加,且其重金属的有效性随时间的推移而降低。有机改良剂通过形成有机铜配合物增强对铜的钝化效果,将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),形成氢氧化镉沉淀,从而将其钝化。土壤经堆肥处理后,其质地、孔性等物理性质得到了改善。土壤结构特性改善后通过形成水稳团聚体阻止污染颗粒的转移。堆肥能够促进黑麦草和高羊茅的生长,并能降低Cd、Pb在其体内的含量。

    同时,王忠强等人研究表明泥炭堆肥能降低土壤中Pb的生物利用率从而降低油菜地上部的Pb含量。

    2.2有机改良剂的还原功效

    在重金属物探土壤的修复治理工作中,有机改良剂的还原功效非常关键,能够给微生物提供所需的碳源,并促进重金属的还原。大量研究表明,施加畜禽粪便、作物秸秆等有机改良剂能够促进Cr、Se的还原。畜禽粪便和污泥等生物废料作为溶解性有机碳(DOC)的来源能提高土壤中有机碳DOC的含量,同时也能增加土壤有机质的溶解性从而提高DOC含量,溶解性有机质和天然有机质能改变水陆环境中Hg的存在形态和生物利用率。微生物在土壤还原反应中起主导作用。在有机物的代谢过程,通过酶促反应还原土壤中重金属。Cr(Ⅵ)在厌氧条件下被还原为Cr(Ⅲ),市政固废能增强微生物的活性,从而促进重金属的厌氧还原。

    2.3有机改良剂的挥发功效

    大部分的重金属都无法挥发掉,但是有部分重金属能够通过一些方式挥发出来,比如,微生物能够把Hg(Ⅱ)还原为气态Hg(0)挥发进入大气。As经微生物的甲基化作用形成挥发性化合物烷基砷,与五价砷相比,有更大的迁移性、生物利用率和毒性,但其毒性不如As(Ⅲ),在空气中能迅速被氧化和去甲基化。因此,生物挥发能对As污染土壤和水体提供有效的修复技术。同样,Se经过生物甲基化作用后,形成气态甲基化合物释放进入大气。微生物在还原和甲基化过程中起着至关重要的作用,有机化合物的加入能够提高重金属的挥发损失。例如Dhlillon等人发现施加有机改良剂能增强土壤中硒的挥发,如畜禽粪便、植物叶和农家肥能增加硒的挥发,从而明显减少玉米和豇豆的吸收。

    3把有机改良剂运用到重金属污染土壤修复中的效果

    针对有机改良剂在重金属污染土壤修复中的效果,不同的研究人员持有不同的看法,有一些研究人员认为,有机改良剂能够有效提升土壤的生产力。污泥和城市生活垃圾等有机改良剂能提供微量营养元素,并常有一定的p H缓冲能力。作物生长在有机废物(如污泥、城市生活垃圾和一些工业废料)的处理下,得到了改善。有机改良剂能促进植物生长,提高微生物活性,特别适用于处理酸性和低肥力土壤,同时也能提高对盐碱性和石灰性土壤的生产力。虽然大量研究表明有机副产物可作为重金属钝化的材料,但其在土壤中的使用仍受到质疑。一方面,有机改良剂(如污泥、粪便等)通常含有氮、磷、有机污染物和重金属等环境污染物;另一方面,随着时间的推移有机质降解,钝化的无机物会被再次活化,有机副产物固定重金属污染物的能力降低。研究表明,腐殖化程度影响有机废弃物的长期稳定性和对重金属的吸附能力。也有研究表明,污泥的施加能提高溶解性有机碳(DOC)的浓度,增强其与重金属的络合螯合作用,从而增强重金属的淋溶损失。因此,施加有机改良剂后生物的吸收量减少,但污染物质的淋溶仍是一个严重的问题。因此,有机改良剂对改善土壤理化性质,提高土壤生产力具有明显效果,但也存在潜在风险,使用时需要谨慎考虑。

    结束语:伴随着我国污水处理技术水平的提升,动物饲料的利用率也得到了进一步提升,饲料中的重金属含量经过处理之后明显下降了很多,有机改良剂的出现及运用能够有效提升土壤修复治理效率。有机改良剂通过吸附、络合作用降低了重金属的生物利用率,从而减少其由通过植物吸收和淋溶带来的迁移。有机改良剂也能促进硒和汞还原,从而形成挥发性化合物从土壤中去除。世界各地重金属污染土壤不断增加,出现了一些高成本工程修复措施(如土壤淋洗、电动修复等),同时植物修复技术在田间试验中也得到了一定的成效。鉴于有机改良剂在当前重金属污染土壤修复上的广泛应用,以下领域应得到进一步的研究:第一,在有机改良剂化学动力学影响下,微生物群落的类型及微生物对土壤矿物有机质的作用机理;第二,深入研究有机改良剂与土壤组分之间的相互作用机理,提高有机改良剂的长期有效性;第三,从动力学角度研究有机改良剂在植物根际与重金属的生物化学效应。

    来源机构: 北极星节能环保网 | 点击量:277
  • 摘要:

    摘要: 美国污染场地修复经验表明,78% 的污染场地存在重金属污染。针对重金属污染场地,常用的修复技术有 固化/稳定化、淋洗、水泥窑协同处置、植物修复等。我国固化/稳定化技术应用,占所有修复技术 33% 。重金属污 染场地修复需全面考虑二次污染问题。通过分析这 4 种修复技术的主要环节,重点讨论了修复过程中共通的土壤 挖掘、堆放等环节,针对可能存在的水、大气、噪声、固废 4 个方面的二次污染问题,提出了相应的污染防治措施,以 期能够为重金属污染场地修复设计、施工、监理等提供参考。

    关键词: 重金属;污染土壤;二次污染;防治

    重金属污染能引起土壤组成与结构变化,浓度 过高时,会抑制植物生长,进入食物链后,将危害动 物与人体健康。国内外的重金属污染土壤修复技术 主要有:固化/稳定化、淋洗、水泥窑协同处置、植物 修复等[1-2]。研究人员对 2017 年我国 166 个成功实 施的修复项目分析显示,我国修复技术应用次数最 多的是固化稳定化、化学处理与焚烧处理,固化/稳 定化技术应用占比 33%[1]。

    国内修复项目周边多存在居民区等敏感目标, 开展重金属污染土壤修复工程时,必须注意修复活动对周边环境、生态以及人体健康的影响。本文通 过分析国内外使用频率较高的重金属污染土壤修复技术,对二次污染主要来源进行分析,并探讨防治措 施,能够为重金属污染土壤修复的二次污染防治提 供参考。

    1 土壤重金属污染修复技术

    1.1 稳定化

    重金属污染物在土壤中存在的形态主要有:酸 可提取态、可还原态、可氧化态、残渣态[3]。重金属 稳定化修复是指通过向土壤中添加稳定化药剂,使 可交换态的重金属转变为残渣态,降低重金属的溶 解迁移性能,以降低其对生态环境的毒性。常用的 稳定化药剂包括:碱性药剂、含磷药剂、含铁药剂、氧 化铝、氧化锰、沸石、粘土、硫化物、螯合物、生物炭与有机肥等[4-5]。磷酸盐类化合物为常用的稳定化药 剂之一,其可在一定 pH 条件下与重金属离子反应 生成稳定的重金属矿物盐;磷酸类矿物盐可通过表 面吸附与络合反应降低重金属离子迁移性;某些重 金属阳离子可与羟基磷灰石晶格中的钙离子发生交 换反应进入晶格,使重金属离子稳定化[6]。常用的 碱性药剂有石灰石、生石灰、氧化镁、氧化铝、氢氧化 镁、碳酸镁、水合金属氧化物、羟基氧化物和金属碳 酸盐[4]。

    1.2 淋洗

    土壤淋洗修复技术是将淋洗液投加至土壤 中,使重金属通过络合、溶解等作用,由土壤固相 转移至液相,从而降低土壤中重金属含量。常用 的淋洗液有:水、无机酸、有机酸、碱、聚丙烯酰胺 等。研究表明柠檬酸溶液对土壤中 Cu、Pb、Cd 的 去除率分别达 89. 37% ,72. 11% ,86. 39% ,可有效 降低土壤中酸可提取态与酸可还原态的 Cu、Pb、 Cd 的含量,可氧化态与残渣态的含量淋洗前后基 本无变化[7]。多级筛分式淋洗采用清水作为淋洗 液,依靠物理淋洗将污染土壤按照粒径大小分成 砾石、砂土、粘土等组分,将粗颗粒表面的污染物 去除,淋洗后污染物富集的淋洗废水通过投加氧 化药剂去除有机污染物后,再投加聚丙烯酰胺形 成氢氧化铁矾花,可将 90% ~ 95% 的实现重金属 淋洗与稳定化[8]。

    1.3 超积累植物修复

    超积累植物是指能够超量积累重金属的植物, 一般认为其地上部分或叶片内某种重金属含量超过 该重金属在一般植物体内的 100 倍。常见的超积累 植物有蜈蚣草、拟南芥菜、东南景天等。超积累植物 的修复机制主要有:①螯合作用;②离子区隔化作 用;③细胞修复机制;④生物转化等。研究表明,适 量的 Gallic acid 与 DA-6 联合使用,能显著的提高黑 麦草对 Cd、Pb、Cu、Zn 污染土壤的修复效率;当 Gal- lic acid 与 DA-6 联合使用后,黑麦草对 Cd、Zn 的富 集系数达到了 3. 76,8. 403[9]。 1. 4 电动修复 电动修复是通过对土壤施加直流电场,通过电 场作用使重金属离子迁移至电极,从而实现重金属 污染物去除。可以向电极区加入缓冲溶液,控制电 极区 pH,减少阴极产生的 OH - 与重金属形成沉淀 导致迁移速率降低;加入表面活性剂、络合剂等提高 重金属的迁移性能。对 Cd 浓度为 156. 27 mg /kg 污 染土壤采用电动修复,电压梯度越高,pH 变化越快, 阳极 pH 整体偏酸性,最低 pH 至 1,阴极 pH 为碱 性,最高 pH 达 14[10]。

    2 重金属污染土壤修复二次污染来源

    2.1 水污染

    重金属污染土壤修复过程中的水污染主要来自 基坑积水、淋洗废水、地表径流污水、洗车污水、修复 药剂、生活污水等。

    在重金属污染稳定化修复过程中,通常会加入 修复 药 剂。修复药剂所含 有的阴离子,如 S2 - 、 SO2 - 4 、PO3 - 4 、OH - 等,反应产物如 Fe3 + ,以及微生物 营养物等物质,会造成地下水硫酸盐、总磷、pH、色 度、COD 超标等。对于阳离子类重金属污染,如 Pb、 Zn、Cd、Cu,常用的材料是碱性材料和含磷材料,碱 性材料需要土壤为碱性条件才能起到稳定作用,土 壤的酸碱缓冲能力及降水对其长期稳定效果影响很 大,Pb、Zn 等金属在强碱环境中,其浸出会增大,因 此对于这两种重金属处理时需控制碱性药剂使用 量[4]。原位修复过程中,往往存在修复药剂过量使 用的情况,过量的药剂,以及药剂不均匀分布也会造 成污染。土 壤 pH 条件对电动修复效果影响显 著[10],在阴极添加缓冲溶液,如柠檬酸-柠檬酸钠缓 冲溶液,维持土壤偏酸性条件,有利于重金属污染物 去除,因此须控制缓冲溶液用量,防止过量药剂造成 污染。

    异位修复挖掘遇到含水层时,需要进行基坑降 水。重金属等污染物可能已迁移至地下水中,导致 地下水中污染物含量超标,如随意排放,则造成二次 污染。

    多级筛分淋洗可以将土壤按粒径分级,并去除 粗颗粒表面松散附着的污染物,淋洗后,部分污染物 转移至水相,导致水中重金属、有机质等物质含量 超标[5]。

    2.2 大气污染

    重金属污染土壤修复项目大气污染主要来自: 清挖、运输、堆放过程,水泥窑协同处理过程等。

    对于异位修复,清挖为修复过程中的重要环节, 部分重金属污染土壤伴随 VOC /SVOC 污染。因此 在土壤清挖、运转、回填、破碎等过程中,污染土壤的 无序挖掘、不封闭式运输等现象,将导致扬尘、VOC / SVOC、部分挥发性重金属(如 Hg)发生逸散与泄露, 造成土壤周边区域内颗粒物、有机物、重金属浓度上 升,对环境造成影响[11]。

    重金属污染土壤水泥窑协同处置过程中,应注 意上料过程中污染物的挥发和粉尘、不完全燃烧排 放的有毒有害物质,以及尾气中的粉尘污染。此外,修复施工过程中使用的机械设备与设施, 如挖掘机、推土机、筛分破碎机等尾气排放,也可能 成为二次污染来源。

    2. 3 固体废物污染

    重金属污染土壤修复过程中的固体废物主要包 括:①场地平整与清挖产生的建筑垃圾;②多级筛分 淋洗产生的泥饼;③尾气处理产生的活性炭;④修复 药剂包装袋;⑤水处理产生的污泥;⑥废弃的手套、 口罩、工服等;⑦超积累植物的果实、根、茎、叶等;⑧ 生活垃圾;⑨挖掘发现的危险废物等。

    2.4 噪声污染

    噪声污染主要由机械设备、运输车辆等,各部件 间的摩擦、撞击或非平衡力,使机械部件和壳体产生 振动产生。机械噪声主要来自现场的施工机械,如 挖土机、铲车、振动筛、破碎设备、风机、水泵、搅拌 机、吊车、发电机等[12]。现场施工过程的敲打、指 挥、装卸以及车辆噪声等,也会对周边人群产生 影响。

    3 重金属污染土壤修复二次污染防治

    3. 1 水污染防治

    为防止修复药剂带来的水污染,在选用固化/稳 定化药剂时,应当选用能够降低重金属的生物有效 性、毒性和迁移性能的药剂,主要考虑以下 3 方面因 素:①在自然条件下,稳定化效果的持久性能;②药 剂的环境友好性能;③施工工艺的适用性与环境友 好性。同时,应当注意药剂的用量,避免造成地表水 富营养化和地下水污染。使用硫化物作为稳定化药 剂时,需将处理环境 pH 控制为中性到碱性,防止酸 性条件下硫化物水解[5]。

    土壤暂存、筛分破碎、混合加药、养护堆放、洗涤 等区域应做好防渗,雨季时用防雨布覆盖堆体,厂区 道路硬化处理,防止雨水冲刷造成污染。对于地表 径流 带 来 的 污 染,做 好 雨 污 分 流,雨 水 进 入 市 政 管网。 对于处理基坑积水以及土壤淋洗废水,应在修 复场地内设立污水处理系统。重金属修复场地内配 套的污水处理系统一般由沉淀、过滤、吸附等单元组 成。废水处理达标后,方可入市政管网,或在厂区道 路与土堆喷洒抑制扬尘。

    3. 2 大气污染防治

    对于重金属污染土壤修复过程中的大气污染, 可从以下 4 点进行预防:①加强挖掘、运输过程管 理,挖掘施工过程中,需喷雾降尘,同时应遮盖土堆 与车载土体,淋洗出厂车辆轮胎,清扫厂区道路,以 降低扬尘影响;②在含有 VOC /SVOC 的污染土壤挖 掘与处理过程中,应采用小面积开挖、分层、分区开 挖的方式,尽量减少有机物的暴露时间,在修复施工 地配备异味控制药剂、喷洒设备或其它除臭设施,对 于裸露基坑断面,需喷洒气味抑制剂,基坑可用高密度聚乙烯膜覆盖,防治异味扩散[13];③利用手持式 VOC 检测器在厂区周边以及土壤处理车间尾气排放 口,重点监测下风向,进行巡检,发现 VOC 超标时,及 时上报,并调整施工;异位处理的土壤,应在负压环境 的内进行破碎、筛分、加药、翻抛施工作业,尾气收集 并处理达标后方可排放,当尾气排放浓度超标时,应 及时更换吸附介质[14];④施工机械与运输车辆必须 使用符合国家标准的燃料,安装尾气处理净化设备, 所有车辆必须定期检测尾气排放情况。

    3. 3 固体废物污染防治

    重金属修复现场的固体废物污染防治,可从以 下 4 方面进行:①当现场的建筑垃圾重金属浸出超 标时,应洗涤达标后再按照市政要求处置;②废活性 炭、水处理污泥、收获的超积累植物、挖掘发现的危 险废物、废弃劳保用品等,按照危险废物的管理要 求,委托具有相应资质的单位处置;③实行生活垃圾 分类制度,定期交由环卫部门集中处理,严禁生活垃 圾与危险废物混合;④对于超积累植物的根、茎、叶 等,可以采用焚烧、压缩填埋等方式进行处置,避免 植物组织返回土壤[9]。

    3. 4 噪声污染防治

    为预防修复过程中的噪声污染,可从以下 3 方 面着手:①科学管理施工现场设备,尽量使用噪音低 的机械设备,对强噪音设备安装遮挡等隔音装置,定 期做好设备维护保养,降低施工噪声;②科学管理现 场设备布局,避免同一地点安排大量动力机械设备, 合理安排现场强噪声施工活动,合理调配往来车辆; ③合理安排施工时间,避免夜间施工扰民[8]。

    3. 5 重金属污染土壤修复二次污染防治案例

    浙江省一金属加工厂停产场地退役后,经场地 调查与 风 险 评 估,需 要 修 复 Cd、Cr、Ni 污 染 土 壤 1 500 m3,采用稳定化-异位处置的工艺进行修复。 污染土壤经挖掘、破碎均质、添加重金属稳定剂、搅 拌混合、覆盖养护,修复药剂主要成分为黏土矿物、 铁氧化物、金属螯合物和激发剂,评估合格后异位填 埋至指定区域[15]。二次污染防治贯穿于施工全过 程,通过施工人员的培训与技术交底,制定合理方 案,并对过程进行控制,避免二次污染。

    3. 5. 1 水污染防治

    修复施工期废水主要来自于 基坑积水、车辆冲洗废水,废水经处理并委托有资质 的单位进行水质检测,达到《污水综合排放标准》 后,经污水排放站同意后,进行纳管排放。

    3. 5. 2 大气污染防治

    修复施工期大气污染物主要为粉尘。为控制粉尘污染,制定了大风天气施工 方案,采取及时清扫、洒水、冲洗等措施控制扬尘。

    3. 5. 3 固体废物污染防治

    为防止填埋区固体废物污染,填埋区严格依据设计方案,通过材料防渗隔 离,表面覆盖洁净土壤,避免处理后的土壤暴露于空 气中。

    4 结束语

    本研究分析了重金属污染土壤常用的固化/稳 定化、淋洗、水泥窑协同处置、植物修复技术自身可 能存在的二次污染,并对土壤清挖、破碎、堆放等修 复过程中的二次污染及其防治措施进行探讨。为防 止污染修复施工对人体、周边环境造成危害,组织、 施工、监理等各方应充分做好防护措施。应科学设 计修复方案,科学选用修复药剂,优先选择环境友好 型修复药剂,选用二次污染低的工艺路线,并做好污 染防治配套工作,修复现场规范施工,加强监管,避 免二次污染。

    来源机构: 北极星节能环保网 | 点击量:269
  • 摘要:

      1. 污染场地土壤复合型污染较为常见,但关于复合型污染物的三维精细刻画研究长期来受到3方面的制约:①关注污染物三维插值结果的可视化表征;②场地土壤质地对污染物刻画的影响和污染物各向异性特征;③污染场地具有“污染土体深,污染物空间变异大,钻井点位少”的特点。砷和多环芳烃是场地中常见的污染物,两者共存会引发毒性增强的交互效应,因此对这两类污染物复合的精细刻画对于修复方案的制定意义重大。本研究将Ordinary Kriging地统计方法与BP神经网络法结合,对研究区域关注的砷和4类多环芳烃的复合型污染场地土壤进行三维模拟,分析不同地层(Fig. 1)中5类关注污染物的赋存特征并进行三维可视化表征,定量化污染物的污染范围和污染程度,识别污染物热点区。通过将BP神经网络的模拟结果与传统的内梅罗污染指数法、简单空间几何范围叠加法进行比较,验证了BP人工神经网络在污染场地土壤污染程度的三维表征的可行性(Fig. 1)。本项研究可应用于对复合型污染场地的污染范围的三维精细刻画,为面向污染土壤测土配方精准靶向修复提供方法支撑。   

      2. 喀斯特地区复杂的自然地貌和人文环境交互,导致对该区域的土壤重金属污染驱动机制尚不明确。将自组织神经网络(self-organizing map, SOM)与地理信息技术相结合可实现对喀斯特地区高密度采样土壤重金属污染数据进行空间聚类、解译和可视化,既保留数据的属性特征又保留数据的空间结构特征。SOM网络聚类的结果根据一定的准则进行污染分级,并结合地理信息技术进行空间表达,为探索土壤污染发生机制提供图形化参考。通过分析该地区的重金属污染因子,本研究共识别出4类污染因子、11个高污染风险区 (Fig. 2)。这一发现可为土壤环境质量管理和污染防治提供指导,为进一步探索区域土壤重金属元素的地球化学行为和异常区重金属污染形成机制提供参考。

      研究成果发表在《Geoderma》和《Journal of Geographical Sciences》,得到中国科学院A类战略性先导科技专项“地球大数据科学工程”(XDA19040302)的资助。   

      1. Tao Huan, Liao Xiaoyong, Zhao Dan, et al. Delineation of soil contaminant plumes at a co-contaminated site using BP neural networks and Geostatistics[J]. Geoderma, 2019. DOI: 10.1016/j.geoderma.2019.07.036.   

      2. Liao Xiaoyong, Tao Huan, Gong Xuegang, et al. Exploring the database of soil environment survey using Geo-self-organizing-map : A pilot study[J]. Journal of Geographical Sciences, 2019, 29(10): 1610-1624.

    来源机构: 中国科学院地理科学与资源研究所 | 点击量:279
  • 摘要:

    首先借鉴Copeland-Taylor模型,引入相对环境规制强度变量,构建了产业转移影响环境污染的理论模型.在此基础上,利用我国2000~2016年30个省份的面板数据,采用门槛回归方法,以相对环境规制强度作为门槛变量,进行全样本、区域异质性和时期异质性回归分析,并以线性回归方法作为对比,最后进行稳健性检验.结果表明,高污染产业转移与环境污染之间呈现逐渐递增的非线性关系,随着相对环境规制强度由低门槛逐渐到高门槛,高污染产业转移所带来的环境污染问题也愈发严重;环境规制对环境污染的改善作用不大;我国不存在环境库兹涅兹曲线;资本存量、产业结构和能源消费的提升均会加剧环境污染;劳动力成本和质量的提高能够改善环境污染.

    来源机构: 中国环境科学学会 | 点击量:277
  • 5   2019-08-22 土壤重金属污染修复研究进展 (编译服务:农业立体污染防治)     
    摘要:

    摘要:本文主要概括分析了当前土壤中重金属的污染实际情况,并深入研究了各项修复处理技术,为更细致全面地掌握各项修复处理技术,今后更好地开展土壤中重金属的污染修复提供技术参考。

    关键词:土壤;重金属;污染;修复

    过量的重金属元素进入土壤环境,导致了多种多样的生态环境问题,并威胁着动植物及人类的健康。伴随着土壤中重金属的污染问题日益加剧,社会各界对此问题的关注度逐渐提高,对土壤中重金属污染修复工作提出更高的要求。鉴于此,本文主要对土壤中重金属的污染修复处理技术进行综述分析,望能够为相关工程管理专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或依据。

    1 现状分析

    目前国内土壤重金属的污染中,含量超标重金属元素主要包括:镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等。过量重金属不仅会破坏土壤生态平衡,造成土壤退化,威胁粮食安全,而且会通过食物链威胁人类的身体健康。如发生在湖南的镉大米事件和铅中毒事件,日本神通川流域的骨痛病事件等。近期我国所发布的土壤污染现状调查分析报告中显示,镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等重金属点位实际超标率各为:4.7%、0.8%、2.0%、2.6%、1.5%、1.4%、6.9%、1.0%。2016年,我国国务院发布土壤污染问题防治行动的计划中明确指出,注重重点区域内土壤污染问题防治工作,必须加大对重金属污染农田专项防治工作力度。

    2 修复技术研究

    2.1 物理修复技术

    2.1.1物理工程专项修复技术

    常见方法包括:深耕翻土、换土、去表土、客土等。客土,指将未受到重金属污染的新土壤完全覆盖于被污染土壤上层;去表土,指将已被污染表层土移去;换土,指将污染土壤移除掉,将未被污染土壤填入其中;深耕翻土,指把表面被污染土壤翻到底部;以上方法当中,只有前三种适用于重度污染区域;深耕翻土修复技术工程量相对较小一些,适用于重金属轻度污染区域。物理工程专项修复技术,其适用于受重金属污染面积较小的土壤区域。若被污染土壤的面积相对较大,不仅修复的费用投入较多,且已被污染土壤处理将成为全新环境污染的源头,往往是很难达到治标治本作用。

    2.1.2电热修复技术

    电热修复技术,主要指借助高频电压产生电磁波,提高土壤温度,将土壤中易挥发性的污染物解吸出来,再做凝结采集处理等的一种修复技术。目前该修复技术适用于土壤受Hg、Se等易挥发性重金属重度污染区域内使用,虽具有较好地修复处理效果,但费用相对较为昂贵,且工程量巨大。

    2.1.3电动修复技术

    电动修复技术,主要指土壤中重金属离子在电场作用下,以电渗透或电迁移等方式向电极方向移动,重金属离子在电极处富集,再借助离子的沉淀、电镀等手段集中处理的一种修复技术。该项技术属于原位修复技术,比较适用于黏土和淤泥土等较低渗透的土壤区域,实际修复效果通常会受土壤Ph、组分、缓冲性能等理化指标的影响。实验室借助该项修复技术针对重金属单一离子污染溶液进行模拟试验,效果相对较好。

    2.2 化学修复技术

    2.2.1化学萃取修复技术

    化学萃取修复技术,主要是通过化学试剂将被污染土壤中重金属自固相逐渐转移到液相中的一项修复处理技术。但是,该项修复技术在实际操作方面相对较为复杂,且费用相对较高,极易出现二次污染情况。故需采用萃取性能极佳,且不会对土壤结构产生破坏作用的经济型萃取剂,这是今后研究的重点及热点问题。

    2.2.2离子拮抗修复技术

    在土壤中某些重金属的实际含量若相对较高,为更好地抑制其生物有效性,一般会通过添加一些其它的物质,以达到离子拮抗修复作用,如锌(Zn)、镉(Cd)等化学性质较为类似的金属物质,把适量的锌(Zn)加入至镉(Cd)含量较高的土壤中,是针对土壤受镉(Cd)严重污染最佳的一项修复技术。在土壤中加入适量的NH4+可以抑制重金属的生物有效性,但大量 NH4+和酸存在时也会改变重金属的化学形态和迁移,易造成二次污染。

    2.2.3化学改良修复技术

    化学改良修复技术,主要指向土壤中添加适量化学改良剂,促使土壤理化性质发生变化,提高土壤对重金属吸附、鳌合能力,从而降低重金属的生物有效性。海藻、木质素的物料、硫磺粉、石膏、石灰等提取物质及腐植酸肥均为常用改良剂。但是,大部分改良剂均会存在一定的限制范围,如天然矿物质改良剂储存量对大面积被污染土壤的修复有着一定限制;无机废气物质改良剂可抑制植物的生长,影响土壤的氮循环及微生物的呼吸等;有机固体废弃物相应的改良剂,会导致土壤中一些重金属可提取态的含量有所增加;天然提取类高分子化合物,该种改良剂通常还会诱发植物中毒情况。生物炭(bio)是一种新型的土壤修复材料,是生物质在缺氧环境中,经过高温热裂解后形成的性质较为稳定且富含炭的材料。生物炭的空隙结构相对较好,具有相对较大的比表面积和丰富的含氧官能团,且可以长期稳定地存在于土壤中,因此生物炭可以作为良好的土壤修复剂,尤其是对土壤中重金属具有较强的吸附固定能力,在降低重金属的生物有效性等方面具有广阔的应用前景。

    2.3 生物修复技术

    2.3.1微生物化修复技术

    微生物修复技术,主要借助土壤中的藻类、菌类等各种微生物,其能够产生胞外聚合物与重金属离子结合成络合物,从而固定土壤中重金属,微生物还可以改变根际微环境,降低重金属的毒性,提升植物对于重金属实际去除率。

    2.3.2植物修复技术

    植物修复技术主要是借助重金属超富集植物吸收、降解、转化并固定土壤中重金属的一项修复技术,包括植物稳定、植物挥发及植物提取等。植物提取,指植物利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并逐渐转移至植物地上部分,通过收割植物地上部分集中处理,去除掉土壤中的重金属的一项修复技术。但是,绝大多数超富集植物的生物量相对较小、生长缓慢,且机械化操作存在一定难度系数。故该项修复技术比较适用于小区域污染的土壤修复中;植物挥发,主要借助植物根系分泌的一些特殊物质,不断吸收土壤中重金属,将其转化成气态释放出去。但是,该项修复技术只能把重金属自固相逐渐转化为气相,极易出现二次污染。植物稳定,主要指通过植物根系的吸收、还原作用,降低土壤中重金属的生物有效性,逐渐惰化重金属,固定于根系或根际土壤中,降低对人类健康的污染风险。

    2.4 联合修复技术

    因单一修复处理技术均有一定的优缺点。目前,多种修复处理技术的联合使用被广泛应用于实践工作中。常见的联合修复处理技术包括:化学改良剂联合植物修复处理技术、电动联合植物修复处理技术、微生物联合植物修复处理技术、基因工程联和植物修复技术等,需广大土壤修复科技工作者能够结合实际修复处理要求及标准予以科学合理地选择,以便于提升土壤重金属污染的修复处理效果。

    3 结语

    通过以上分析论述,我们对土壤中重金属的污染实际情况及各项修复处理技术等,均有更深层次地认识及了解。为了能够更好地应用各项修复处理技术,开展土壤中重金属的污染修复工作,还需广大技术工作们能够多参与到实践工作中去,多积攒更为丰富地实践工作经验,以便于充分发挥各项修复技术应用优势,确保土壤中重金属的污染修复工作高效进展。

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  • 摘要:

    土壤的有机污染(如石油类) 一直以来都是各国土壤修复的重点之一。我国是世界产油大国之一,勘探和开发的油田有400多个,覆盖面积在30万平方公里以上,其中约15%面积的产地土壤都受到不同程度的污染,对周围人居安全和生态环境造成严重危害,修复工作迫在眉睫。在本篇文章中,为您介绍另一种有机污染常用修复手段——生化修复,及其在以石油烃为主的有机污染土壤修复中的成功应用案例。

    1土壤有机污染生化修复技术概述

    化学修复

    土壤化学修复是通过原位注入或异位添加等方式,利用氧化剂和还原剂对受污染土壤进行化学处理,使土壤或地下水中的污染物转化为无毒或毒性相对较小的物质。目前化学氧化技术已经相对成熟,经常被用于修复石油烃、 BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)、酚类、 MTBE( 甲基叔丁基醚)、含氯有机溶剂、多环芳烃、农药等所造成的土壤有机污染土壤。常见的氧化剂包括高锰酸盐、过氧化氢、芬顿试剂、过硫酸盐和臭氧。但是需要注意的是,化学氧化方法的实际处理效果受腐殖酸含量、土壤渗透性、 pH值变化影响较大。

    生物修复

    土壤污染生物修复是指通过土壤生物(包括植物、动物及微生物单独作用或联合作用)吸收、降解和转化土壤中的污染物,使土壤污染物含量降低或将有毒有害物质转化为无害物质。生物修复可分为微生物修复、植物修复和动物修复三 种类型,其中微生物修复技术对有机污染物降解效果尤其显著。微生物修复技术采取人工强化措施,促进土壤中具备降解特定污染物能力的土著微生物或外源微生物的生长,从而达到降解土壤中污染物的目的。此方法被广泛应用于被易生物降解有机物所污染的场地修复工程。生物修复具有高效、安全、低成本等优势,但是也具有一定局限性。生物修复作用通常受污染物种类、污染物浓度、温度、湿度、pH等条件的限制,一但污染物种类、状态或环境发生改变,生物降解就会无法正常进行。

    2全球先进土壤生化修复技术掠影

    高效微生物有机污染修复药剂

    Delta Remediation总部位于加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿市,是一家专门从事土壤和水中有毒有机污染物、氯化物(盐)和重金属污染修复的生物技术公司。DELTA研发团队拥有超过25年的土壤修复经验。该公司提供药剂、设备和现场施工一站式服务,从而实现产品和服务一体化,并且能够针对不同污染场地,提供相应的完整可靠的解决方案。该公司产品已在北美广泛应用,公司成立至今已完成80余个项目,主要服务客户包括加拿大最大天然气生产商CNRL、北美第五大能源公司Suncor、加拿大领先的油气公司Pengrowth等,项目覆盖石油化工、棕地开发等多个领域。

    技术简介

    针对石油烃类污染场地修复,DELTA自主研发了Biologix微生物降解菌剂产品,菌种选取于自然界天然存在的假单胞菌属。这类假单胞菌是人类已知的代谢降解能力最强的微生物之一,具有繁殖快、性能稳定、无毒无害等特点。BioLogix产品正是基于通过高纯度化培养获得的具有超强降解能力的菌株,能够高效地将石油中的碳氢化合物和有毒有机物等分解为无毒副产物。

    应用案例

    加拿大某处输油管发生泄露,主要污染物为原油C6-C50,DELTA公司施用高效微生物降解菌种对污染场地进行原位修复。修复规模为2400方,修复深度为1米。

    解决方案

    在修复过程中,DELTA公司采用原位低压喷洒BioLogix菌种进行修复。针对低渗透性地区,结合表面活性剂通过高压喷射方法进行修复。尽管在施工期间温度较低,但在BioLogix菌种的作用下,污染物浓度显著下降,并在35天内将污染物原油浓度降到7ppm标准值以下。

    修复效果

    下图为该项目污染物处理前后浓度对比:

    化学氧化颗粒活性炭土壤修复剂

    美国Remington Technologies公司成立于2001年,致力于土壤修复药剂投加系统的开发安装,为客户提供更安全、快速和有效地药剂注射技术。Remington土壤修复药剂投加注入系统使用范围广泛,在全美范围内有超过50个安装案例。

    技术简介

    COGAC™化学氧化颗粒活性炭是Remington的专利土壤修复药剂,其成分是活性炭、过硫酸钠以及过氧化钙的混合泥浆。COGAC™结合了活性炭强吸附能力和过硫酸钠、过氧化钙强氧化性的特点。随时间变化,过氧化钙转化为过氧化氢,从而具备了更长效的氧化作用,进而使石油烃降解需氧细菌能够持续发挥生物降解作用。

    在投加注入药剂过程中,主要投加技术为直推技术或Remington螺旋钻/封隔器系统。由于注入间隔时间影响,使用直推技术的注入点周围容易出现表面堆焊现象,而使用Remington技术在注射点周围则没有此现象。Remington公司参与的项目中大部分注入点采用了螺旋钻/封隔器系统,少部分采用了直推技术。

    应用案例

    美国华盛顿州某石油烃化合物地下储藏罐发生泄漏,Remington公司使用化学氧化颗粒活性炭(COGAC)对污染场地进行修复。处理场地的地下水存在于砂质粉土与粉土之间。地下水的深度在路基下1.2-1.8米,土壤污染对地下水的影响范围已超过了监管标准,影响到了周围居民用水安全。在投加修复剂之后,由于污染物浓度显著下降,居民撤销了对此问题的投诉。

    解决方案

    Remington公司使用其修复药剂在共计200个投入点进行了大约一个星期的药剂投加。修复剂的投加主要采用了直推技术和Remington螺旋钻/封隔器系统。大约70%的投加点采用了螺旋钻/封隔器系统,其余30%采用了直推技术的方法。在这两次注射中,大约9,000加仑的修复材料以12%的浓度(按重量计)注入,平均每个注射点注入45加仑的修复材料。由于注入间隔时间较短,在直推技术的注入点周围出现了一些表面堆焊现象,因此后续投加决定改用不会造成表面堆焊现象的螺旋钻/封隔器系统。

    修复效果

    修复药剂投加后石油烃浓度迅速下降至低于限定标准,因此并避免了相关诉讼纠纷。下图为5号井监测到的污染物去除效果(上图为苯浓度变化、下图为TPH浓度变化):

    生物治理与原位化学氧化组合技术

    Provectus Environmental Products是一家专注于土壤和地下水修复的环保科技公司,位于美国伊利诺伊州。公司致力于ISCR和ISCO修复技术的研发,为受污染的土壤和地下水提供高效安全的修复解决方案。他们的主要产品包括Provect-ABRTM好氧生物修复剂、Provect-CH4TM、Provectus 产甲烷菌抑制剂和ERD/ISCR添加剂等。Provectus土壤修复药剂已经过美国环境保护署及地方环保机构官方认证,对比同类产品具有最高效、最安全、最低成本以及最快速生效等优点。Provectus公司目前已拥有8项专利,还有4项技术专利正在申请中。Provectus专利认证的土壤修复产品采用特殊配方的同时严格执行最高安全标准,具有高成本收益率、高修复效果的保障。

    技术特点

    Provectus的专利产品自活化ISCO/生物修复增效剂Provect-OX™是一种原位化学氧化(ISCO) /生物修复作用促进药剂,它应用三价铁离子作为过硫酸盐的活化剂。三价铁离子能够快速激活过硫酸根,同时生成过渡态高价铁离子,在不消耗药剂本身氧化能力的同时提高自身氧化能力。氧化修复能力消耗完毕后,产物硫酸根和其中三价铁离子都可以作为厌氧生物的电子受体,促进厌氧修复过程,对场地提供持续修复(>2年)。Provect-OX 可以对受影响土壤、沉积物及地下水中存在的各种有机化合物,包括氯化溶剂、石油烃及杀虫剂等进行化学氧化。该产品是目前市场上唯一一种带有自循环机制的药剂,它能够提供多重、持续的处理作用,从而减少药剂用量。

    应用案例

    某炼油厂现场被污染,土壤中含TPH总量为500吨。Provectus采用原位化学氧化 + 好氧生物组合治理方案将TPH含量从>5000 ppm降到500 ppm以下。

    解决方案

    在进行了场地调研后,Provectus给出了具有针对性的方案。Provectus先以Provect-OX®对暴露于空气对流和雨水中的受石油烃污染的土壤进行处理,随后采取了好氧生物处理。在处理修复过程中,Provectus首先对土壤施以Provect-OX®,药量约为土壤干重的0.5% -1%或土壤过硫酸盐氧化剂需求量的10%左右。随后浇湿土壤使其含水率达到约90% ,并将土壤与Provect-OX®充分混合并达到适合微生物生存及培育的稳定状态。在此状态下对土壤定期维护约10天左右开始第二轮给药。再次给药前需将土壤含水率调整到土壤65%,并将土壤pH调整到6-8之间。随后投入土壤干重0.5%的Provectus®有氧生物治理药剂,并用以上方法对土壤进行维护。整个治理过程约45天。

    结语

    我国土壤污染情况复杂,很多地块由于产业类型的不断变革存在复合污染情况。石油烃和重金属是土壤中最为常见的污染物,二者之间有着复杂的相互作用,也增加了复合污染的修复难度,因此需要采用多技术组合式的方案对场地进行有层次更深入的修复。

    来源机构: 北极星节能环保网 | 点击量:192
  • 摘要:

    摘要:过硫酸盐在不同活化因子的作用下可产生具有强氧化性的硫酸根自由基(SO4–·),能氧化分解众多的有机 化合物,同时因其具有的氧化能力强、反应速度快及应用范围广等特点,近年来在环境污染治理领域备受关注。 本文在对活化过硫酸盐氧化机理分析的基础上,综述了国内外利用过渡金属离子、氧化剂、热、强碱及联合活 化等多种方式活化过硫酸盐修复有机物污染土壤的研究现状,并对活化过硫酸盐修复污染土壤的影响因素如氧 化剂的添加量及添加方式、初始 pH 和反应时间进行了综述。此外,对活化过硫酸盐氧化法与电动修复、微生物 修复、表面活性剂洗脱、固化稳定化等技术在土壤修复中的联合应用同样进行了的阐述。最后提出了活化过硫 酸盐应用于土壤修复领域存在的问题,并对今后的研究方向进行了展望。

    来源机构: 北极星节能环保网 | 点击量:226
  • 摘要:

    有效抑制或淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB)是短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺应用于城市污水处理的关键.以因NOB大量增长受到破坏的城市污水PN/A系统为对象(硝酸盐(NO3--N)生成比例为0.90),考察了羟胺(NH2OH)投加浓度和投加方式对其恢复的效果.结果显示,当序批式反应器中初始NH2OH投加浓度为10mg/L时,每天投加1次,连续投加20d后,NO3--N生成量占NH4+-N消耗量的比例由0.90逐步降低至0.11.表明NH2OH(10mg/L)可原位恢复PN/A工艺.NH2OH停止投加59d后,出水NO3--N生成比例再次小幅度上升至0.15,此时继续投加5d NH2OH(10mg/L),PN/A工艺运行良好,因此间歇投加NH2OH可以维持PN/A工艺稳定运行.实时定量PCR结果表明,在投加NH2OH(10mg/L)后,NOB的丰度不断下降,从(4.52±0.44)×1010copies/g VSS(第6d)下降到(2.30±0.80)×109copies/g VSS(第157d),说明NH2OH的投加有利于抑制和淘洗NOB.

    来源机构: 中国环境科学学会 | 点击量:220
  • 摘要:

    我国通过污水处理率来评价生活污水处理水平,但污水处理率仅考虑了污水处理设施进水处理的水量,忽略了雨污合流、地下水混入、抽取河水处理等原因导致的污染物收集水平不足.以成都市岷江外江流域为研究区域,开展了城镇生活污水收集和评价指标优化研究,提出了基于污染物受纳量的城镇生活污水污染物处理率概念和核算方法体系,在划分控制单元基础上,核算生活污水污染物的产生量和处理量.研究发现,该流域污水处理厂进水浓度普遍偏低,进水水质存在季节性波动,说明可能存在丰水期雨水、河水或地下水混入稀释的情况,枯水期的进水数据更能反映区域生活污水排放情况;传统污水处理率计算显示该流域污水处理率高于100%,但全流域的CODCr、氨氮和总磷污染物处理率分别为37.50%、36.25%和30.14%,与该流域的水环境质量特征和污水管网建设水平相符;在污水管网未完善的地区,采用污染物处理率更能有效评价和反映区域污水收集和处理程度.

    来源机构: 中国环境科学学会 | 点击量:214
  • 摘要:

    微塑料作为一类新型的塑料污染物,广泛存在于全球海洋环境中,已经成为国际社会普遍关注的热点环境问题,管理不善的废物是海洋污染的重要来源.本文简要分析了全球塑料垃圾和微塑料污染形势以及微塑料的来源,探讨了巴塞尔公约所涉及塑料废物附件修订的最新进展,同时总结分析了我国沿海、河口以及内陆水域微塑料的粒径大小、含量、分布和来源.提出未来应建立健全我国塑料和微塑料管理体系,加强对重点行业向海洋中排放塑料和微塑料的研究和监管,建立微塑料对海洋生态系统影响的风险评价体系、加强宣传和教育、积极参与国际环境公约履约谈判以推动全球治理

    来源机构: 中国环境科学学会 | 点击量:189