重金屬污染土壤的化學(xué)修復(fù)

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1、http://www.paper.edu.cn重金屬污染土壤的化學(xué)修復(fù)劉琴大連理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，遼寧，大連116024E-mail:liuqin0578@sina.com摘要：土壤重金屬污染已成為世界普遍關(guān)注的環(huán)境問題之一。目前重金屬污染土壤的修復(fù)方法有物理、植物和化學(xué)修復(fù)方法。本文著重介紹各種化學(xué)修復(fù)方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)、實(shí)用性和國(guó)內(nèi)外研究概況。關(guān)鍵詞：土壤；重金屬；化學(xué)修復(fù)中圖分類號(hào)：X11.引言重金屬污染已成為備受關(guān)注的全球性環(huán)境污染問題之一。我國(guó)重金屬污染也十分嚴(yán)重。[1]2有資料表明：我國(guó)重金屬污染的農(nóng)業(yè)土地面積約2500萬m，每年被重金屬污染的糧食多達(dá)

2、1200萬噸；農(nóng)業(yè)部環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)曾對(duì)全國(guó)24省、市320個(gè)嚴(yán)重污染區(qū)8223萬畝土壤調(diào)查發(fā)現(xiàn)大田類農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)面積占污染區(qū)農(nóng)田面積的20%，其中重金屬超標(biāo)占污染土壤和農(nóng)作物的80%。目前，土壤重金屬污染治理和修復(fù)主要從兩方面著手：(1)活化作用增加重金屬的溶解性和遷移性，去除重金屬；(2)鈍化作用改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，降低重金屬的遷[2,3]移性和生物有效性?；谶@兩種原理，人們提出物理、生物、化學(xué)等修復(fù)方法。物理方法包括排、換土等工程措施，該法效果顯著、穩(wěn)定，但工程投資大、易破壞土壤結(jié)構(gòu)，并且高濃度污染水平的土壤，易增加對(duì)操作者的潛在危害；生物法是利用植物、微生

3、物或動(dòng)物自身特性來去除土壤中的重金屬。目前，有關(guān)生物修復(fù)方法的研究報(bào)道較多，尤其是植物修復(fù)。但是，對(duì)于大面積輕度污染土壤，采用植物修復(fù)所需時(shí)間較長(zhǎng)；對(duì)于突發(fā)性土壤重金屬污染，[4]高濃度污染水平不利于植物生長(zhǎng)，因此效果不理想?；瘜W(xué)法因簡(jiǎn)單易行、效果顯著而得到[5,6]廣泛應(yīng)用，但是化學(xué)法也存在二次污染、土壤質(zhì)量下降等問題。2.化學(xué)修復(fù)化學(xué)法治理和修復(fù)重金屬污染的土壤就是利用一些化學(xué)試劑，與土壤中的重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，去除或鈍化土壤中的重金屬，降低土壤中重金屬的活性，達(dá)到污染治理和修復(fù)的目的。根據(jù)技術(shù)和原理的不同，化學(xué)修復(fù)方法包括固化處理、電化學(xué)、土壤淋洗和改良劑法。以下

4、將具體介紹各種化學(xué)修復(fù)技術(shù)和作用原理。3.化學(xué)修復(fù)技術(shù)及原理3.1固化技術(shù)固化是指將污染的土壤與固化劑按照一定比例混合，熟化形成滲透性很差的固體混合物，使污染物被包裹起來，處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。重金屬和放射性物質(zhì)污染土壤的無害化處理常用該方法。所采用的固化劑有水泥、石灰、硅酸鹽、高爐渣、窯灰、熱塑性物質(zhì)(如瀝青)[7][8]等。硼硅酸鹽玻璃可以作為氧化鉻的固化載體，因?yàn)檠趸t在玻璃中的溶解率不到1%。1http://www.paper.edu.cn[9]周萘等采用25%-35%磷酸鹽與美國(guó)Washington州Hanford市存放的高放射性廢料混合，1150-1250℃加熱

5、，熔成玻璃體，最后冷卻成固體。固體90℃浸泡7d后，Cr2O3在玻璃中的溶解量達(dá)到最高為2.6%，經(jīng)200℃水蒸汽水化侵蝕7d后未發(fā)現(xiàn)明顯的侵蝕現(xiàn)象，X射線衍射3+3+3+分析表明磷酸跟離子被金屬離子Al、Fe、Cr等條件，這有利于提高固體的化學(xué)穩(wěn)定性。[7]徐根良等指出固化處理時(shí)可以加入一些添加劑(如氧化鋁)，會(huì)增加固體的化學(xué)穩(wěn)定性。固化處理生成的產(chǎn)物可以制成磚頭，用于建筑、鋪路等。近年來，美國(guó)、日本及歐洲一些國(guó)家[7]對(duì)有毒固體廢物普遍采用固化處理技術(shù)，但是該處理需要消耗大量的固化劑，嚴(yán)重破壞土壤結(jié)構(gòu)。因此，只適用于污染嚴(yán)重、面積較小的土壤修復(fù)。3.2電化學(xué)法電化學(xué)

6、技術(shù)是剛發(fā)展起來的一種新興的原位土壤修復(fù)技術(shù)，其基本原理：在低強(qiáng)度直流電的作用下，水溶的或者吸附在土壤顆粒表層的污染物根據(jù)各自所帶的電荷的不同而向不同的電極方法運(yùn)動(dòng)。污染物在土壤中的遷移方式主要有電遷移、電滲透和電泳3種方式。電遷移是帶電離子向相反電極遷移；電滲透是土壤中的空隙水在電場(chǎng)作用下從陰極向陽(yáng)極方法流[10]動(dòng)；電泳是土壤中帶電膠體粒子的遷移運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)表明，電遷移的速度很大程度上取決于空隙水中的電流密度。污染物的去除速率受污染物濃度、荷電性質(zhì)、荷電數(shù)量、土壤類型、[11]結(jié)構(gòu)、界面化學(xué)性質(zhì)、土壤空隙水電流密度等因素影響。美國(guó)環(huán)保署和辛辛那提大學(xué)針對(duì)低滲透性土壤提

7、出了Lasagna工藝，可添加適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)(吸附劑、催化劑、緩沖劑等)固定無[12,13]機(jī)污染物再進(jìn)行去除和處理，并通過大小規(guī)模的試驗(yàn)論證了處理效果。在通電過程中，-陰極易產(chǎn)生OH，易導(dǎo)致向陰極遷移的金屬離子形成沉淀，不利于金屬的去除，可在陰極區(qū)域注入導(dǎo)電性溶液，即在處理土壤和陰極之間注入電解液，將產(chǎn)生的高pH區(qū)控制在電解液[14]中。有實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Cu和Zn在沙土中5d的去除效率可達(dá)96%以上。電化學(xué)修復(fù)還包括[15]電吸附、電化學(xué)離子交換等技術(shù)。目前，電化學(xué)修復(fù)主要研究方向有增強(qiáng)修復(fù)實(shí)驗(yàn)方法、[16]能力施加類型、土壤性質(zhì)、污染物遷