重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的比較
1. 引言
以消除污染毒害并恢復(fù)土壤功能為宗旨的土壤修復(fù),起步于20 世紀(jì)70 年代后期,其理論依據(jù)是在歐美國家發(fā)展起來的土壤污染化學(xué)與控制。為了尋找解決日趨嚴(yán)重的土壤污染與風(fēng)險問題的方案,歐美等一些發(fā)達(dá)國家開始研究重金屬污染土壤的修復(fù)理論、方法及技術(shù),其中20 世紀(jì)80 年代至90 年代初在重金屬污染的超積累植物修復(fù)和石油污染的微生物修復(fù)等基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方面取得了顯著進(jìn)展,進(jìn)一步推動了土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的研究與發(fā)展。具有劃時代意義的是1994 年在墨西哥召開第15 屆世界土壤科學(xué)大會期間提出組建國際土壤修復(fù)專業(yè)委員會的倡議,以及1998 年在巴黎召開第16 屆世界土壤科學(xué)大會上國際土壤修復(fù)專業(yè)委員會的正式成立。土壤修復(fù)(Soil Remediation)一詞便應(yīng)運而生,在全球廣泛應(yīng)用。近10 年來,區(qū)域性或國際性土壤修復(fù)國際會議、專題研討會和技術(shù)交流會不斷舉行,論文集、編著、專著層出不窮,土壤修復(fù)理論與技術(shù)得到了長足進(jìn)步,推動了土壤科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的發(fā)展及專業(yè)人才的培養(yǎng)[1]。在眾多的修復(fù)方法中,主要分為三大類,即物理、化學(xué)和生物方法,而每種方法之下又有多種不同的技術(shù)手段來達(dá)到去除重金屬污染的目的,鑒于每種方法都有各自不同的適用范圍和缺點、不足,這就需要對各種方法進(jìn)行相互比較,從而根據(jù)實際情況選用不同的方法或者是方法組合。
2. 土壤重金屬來源、危害及污染現(xiàn)狀
土壤重金屬污染與大氣污染和水體污染相比,具有很強(qiáng)的隱蔽性。人們平時可以很直觀地看見工廠的大煙囪冒出的黑煙是環(huán)境污染,江河湖泊水里長出綠藻發(fā)出惡臭是環(huán)境污染,卻很少能注意到自己腳下的土地也在受到嚴(yán)重的污染。美國在20 世紀(jì)曾經(jīng)啟動了一項超級基金計劃,為了解決地下水污染問題,投入200 多億美元凈化地下水。主要方法是把地下水抽出進(jìn)行凈化處理后再注回地下。計劃執(zhí)行一段時間后,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)經(jīng)過凈化處理后的地下水,回到地下后水質(zhì)并沒有達(dá)到預(yù)期的效果,最后發(fā)現(xiàn)問題出在土壤。土壤中的污染物使凈化后的地下水再次被污染[2]?茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn),土壤重金屬污染主要有下列幾種途徑
3.重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)及其比較
3.1 重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)方法
重金屬污染土壤修復(fù)通?刹捎迷恍迯(fù)和異位修復(fù)兩種操作方式,其中異位修復(fù)又可分為現(xiàn)場處理和場外處理兩種[3]。比較原位修復(fù)和異位修復(fù),前者由于不需挖掘和輸送土壤,因此可節(jié)約處理成本。但其通常需要較長的實施周期,且由于土壤及含水層存在差異性,不能保證處理的一致性;后者所需的修復(fù)周期相對較短,且可通過勻化、篩分、連續(xù)攪拌等手段更好地控制處理的一致性,但其需要挖掘土壤,因此所需費用較高且需增加工程設(shè)施。
根據(jù)作用原理的不同,重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)主要可分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)等技術(shù)。物理修復(fù)中的工程措施主要包括客土、換土和深耕翻土等措施。通過客土、換土和深耕翻土與污土混合,可以降低土壤中重金屬的含量,減少重金屬對土壤——植物系統(tǒng)產(chǎn)生的毒害,從而使農(nóng)產(chǎn)品達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。深耕翻土用于輕度污染的上壤,而客土和換土則是用于重污染區(qū)的常見方法,在這方面日本取得了成功的經(jīng)驗。工程措施是比較經(jīng)典的土壤重金屬污染治理措施,它具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點,但實施工程量大、投資費用高,破壞土體結(jié)構(gòu),引起土壤肥力下降,并且還要對換出的污土進(jìn)行堆放或處理;瘜W(xué)修復(fù)就是向土壤投入改良劑,通過對重金屬的吸附、氧化還原、拮抗或沉淀作用,以降低重金屬的生物有效性;瘜W(xué)修復(fù)是在土壤原位上進(jìn)行的,簡單易行。但并不是一種永久的修復(fù)措施,因為它只改變了重金屬在土壤中存在的形態(tài),金屬元素仍保留在土壤中,容易再度活化危害植物。
物理/化學(xué)修復(fù)是利用污染物或污染介質(zhì)的物理/化學(xué)特性,以破壞(如改變化學(xué)性質(zhì))、分離或固化污染物,具有實施周期短、可用于處理各種污染物等優(yōu)點[13]。主要有電動修復(fù)、電熱修復(fù)和土壤淋洗。電動修復(fù)是通過電流的作用,在電場的作用下,土壤中的重金屬離子(如Pb、Cd、Cr、Zn 等)和無機(jī)離子以電透滲和電遷移的方式向電極運輸[14],然后進(jìn)行集中收集處理。電熱修復(fù)是利用高頻電壓產(chǎn)生電磁波,產(chǎn)生熱能,對土壤進(jìn)行加熱,使污染物從土壤顆粒內(nèi)解吸出來,加快一些易揮發(fā)性重金屬從土壤中分離,從而達(dá)到修復(fù)的目的。
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