铬污染土壤修复技术研究
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土壤修复技术介绍——固化稳定化技术固化/稳定化技术作为一项治理重金属的常用技术,自上世纪80 年代以来,已在美国、欧洲、澳大利亚等地区应用多年,现已广泛应用于处理含六价铬等重金属土壤、废渣和淤泥沉积物、铬渣、汞渣、砷渣等领域的环境治理中。
我国的污染土壤稳定化/固化研究起步于本世纪初。
2010年以来,该技术的工程应用快速增长,已成为六价铬等重金属污染废渣或污染土壤修复的主要技术方法之一。
据不完全统计,目前国内实施废渣或土壤稳定化/固化修复的工程案例已超过50 项。
1、技术原理:固化稳定化技术通过将重金属污染的土壤与特定的粘结药剂结合,使得土壤中的重金属被药剂固定,使其长期处于稳定状态,降低其迁移性。
这种方法较普遍的应用于土壤重金属污染的快速控制修复,对同时处理多种重金属复合污染土壤具有明显的优势。
美国环保署将固化/稳定化技术称为处理有害有毒废物的最佳技术。
2、技术特点:膨润土、海泡石、蒙脱石等天然矿物可以吸附土壤中的重金属,大大降低土壤中各种重金属的迁移性;氢氧化钙等碱性药剂可以与镉、铜、锌等重金属形成氢氧化物沉淀;硫化钠等可溶性硫化盐可以与土壤中重金属反应,使可溶性重金属转化为不溶性硫化物。
经过固化稳定化处理后的重金属仍然残留在土壤中,在一定条件下可能重新活化进入土壤中,造成污染,因此需要对修复地块的土壤和地下水进行长期的监测。
判断一种固化、稳定化方法对污染土壤是否有效,主要可以从处理后土壤的物理性质和对污染物质浸出的阻力两个方面加以评价。
(1)有效性:采用固化/稳定化药剂可以有效修复多种介质中的重金属污染,其适用的pH 值及其宽泛,在环境pH 值2~13 的范围都可以使用。
(2)长期性:修复产生可长期稳定存在的化合物,即使长时间在酸性环境下也不会释放出金属离子,保证污染治理效果长期可靠。
(3)高效性:操作工艺简单,与重金属瞬时反应,可短期内大面积修复污染,处理量可达数千吨每天。
稳定化技术可以在实现废物无害化的同时,达到废物少增容或不增容,从而提高危险废物处理处置系统的总体效率;还可以通过改进螯合剂的结构和性能使其与废物中的重金属等成分之间的化学螯合作用得到强化,进而提高稳定化产物的长期稳定性,减少处置过程中稳定化产物对环境的影响。
土壤中铬的危害及分析方法的改进土壤是人类重要的自然资源之一,是生命的源泉和物质循环的重要组成部分,它是农业生产和生态系统的基础。
但是,随着工业化、城市化、农业化等人类活动的不断发展,土壤受到了严重的污染与破坏。
其中,含有大量的铬元素的土壤已经成为一个严重的环境问题。
铬的危害在土壤中铬的主要存在形式为三价铬和六价铬,其中六价铬具有较强的毒性和致癌性。
六价铬容易吸附于土壤中的胶体、有机质和矿物质表面,因此,土壤中的六价铬含量较高时会对生态环境和人类健康带来一定的危害。
土壤中的六价铬可能会污染水源、影响人体健康以及打乱自然系统的生态平衡。
它会直接影响植物的生长和发育,破坏土壤微生物的生态平衡,使土壤的肥力下降。
由于六价铬具有很强的细胞毒性和致突变性,会对人体造成致命的危害。
长期接触土壤中含有铬的农作物和水源,会导致癌症和其他健康问题,如骨质疏松和肝肾功能障碍等。
分析方法的改进为了减少铬对土壤和人体的危害,需要对土壤中的铬进行监测、分析和治理。
目前,主要的方法是先采集土壤样品,然后使用化学分析、光谱分析和电化学分析等技术手段进行铬的定量检测。
然而,这些传统的分析方法存在着许多局限性和不足之处。
传统的分析方法需要使用耗费大量时间和资源的化学药品,会破坏土壤的固有结构和化学性质,同时也可能会在过程中造成水源污染,影响生态平衡。
此外,这些传统的分析方法还面临着低灵敏度、低特异性、高误差和缺乏针对性等问题。
为了克服这些问题,近年来,一些新的技术被引入到土壤铬污染的分析中,如流动注射分析、电感耦合等离子体质谱等先进的分析技术。
这些新的技术具有更高的分析效率和更高的分析精度,能够更准确地检测土壤中的铬含量,同时使分析过程更加安全和环保。
此外,一些新的治理方法也在尝试中,如利用植物修复法、海绵城市建设、农田间作等多种治理方式结合使用,慢慢地改善了土壤污染和土壤生态平衡问题。
总结铬在土壤中的过度积累和污染对生态环境和人类健康产生了严重的危害。
土壤中重金属铬的污染特性分析以及修复措施【摘要】铬污染土壤对生态环境和人体健康带来巨大威胁,对其进行经济、高效的修复迫在眉睫。
本文以含铬污染场地土壤为研究对象,以改性后的颗粒活性炭GAC/Fe3O4 粒子电极为基础,从污染土壤中铬的全量分析、形态分析、浸出毒性分析角度出发,给与污染土地修复措施建议。
关键词:重金属铬;污染特性分析;土壤修复、措施一、污染土壤中铬的全量分析土壤中重金属铬的稳定价态主要有两种:Cr(III)和 Cr(VI)。
不同铬渣堆放场地中的铬的污染特性有所不同,其环境危害性和分布规律也各有差异。
因此开展土壤中六价铬及总铬的具体含量分析是本文三维电极法电动修复的基础。
铬土样品中六价铬的全量分析采用碱消解法,将土壤中的六价铬提取到浸提液中,随后利用火焰石墨炉原子吸收分光光度计测定六价铬浓度;土壤中总铬的全量分析则按照国标 HJ 491-2009《土壤总铬的测定火焰原子吸收分光光度法》将土壤酸消解后,用火焰石墨炉原子吸收分光光度计测定浓度。
铬污染土壤中六价铬和总铬的全量土壤样品中六价铬和总铬的含量均较高,平均值分别为 520.79 mg/kg 和 14298.68 mg/kg,六价铬的含量仅占总铬含量的 3.60 %,表明铬在该土壤样品主要以三价形式存在。
样品中六价铬的含量远大于 GB36600-2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》中规定的工业用地污染物六价铬的管制值78mg/kg,这一结果表明土壤中六价铬的含量已严重超标,对人体健康构成不可接受的风险,应当采取相应的措施对其进行修复。
二、污染土壤中铬的形态分析铬的价态是评价铬元素是否为有害元素的决定性指标,而不同的价态其存在的形态也有所不同,单从价态及对应的含量上并不能反映出土壤中铬真实的存在形态、毒理毒性及生态环境效应。
因此在六价铬和总铬全量分析的基础上,对铬在土壤中的存在形态进行分析和鉴定,有利于了解该铬土样品中铬的吸附和沉淀机制,为进一步分析电动修复机理提供理论依据。
重金属污染土壤修复技术研究现状与展望摘要:土壤重金属污染不仅危害生命健康,并且对整个生态安全构成威胁,土壤重金属污染防治成为亟需解决的重点环境问题。
文章阐述了目前重金属污染的现状,并总结了各类重金属污染场地修复采用的技术,为当前复杂的污染场地选用修复技术提出合理的建议,旨在为行业学者们提供新的思路。
关键词:土壤;重金属;污染;修复技术;1.引言随着我国经济的快速发展,频繁地社会生产活动导致土壤存在污染。
其中重金属污染是各种土壤污染中较为严峻的。
工业和农业生产活动排放的污染气体和污水是造成土壤重金属污染的原因。
近年来,重金属污染带来的恶劣影响逐渐严峻,体现在食物中毒、生态失衡、水土恶化等[1]。
重金属污染具有危害周期长、隐蔽性、不能自然逆转等特征,如果不能对重金属彻底去除,会影响土壤的可使用性,给后面土地的合理利用带来困难。
被重金属污染的土壤不仅会持续危害人类和动物植物的健康,而且会破坏自然生态环境的稳定,所以对土壤重金属污染的预防和治理就变得至关重要。
本文综合研究了国内外各类重金属污染场地修复采用的技术,分析比较了各类修复技术,为土壤重金属污染场地综合治理与修复提供最佳选择与新思路。
1.重金属污染土壤现状国外发达国家由于工业发展较早,20世纪70年代就对土壤重金属污染展开研究,已进行了污染场地调查、污染源分类、污染分布、治理技术等方面的研究[5-6]。
目前,全世界平均每年排入土壤中的Pb约为500万吨,Hg约为1.5万吨,Cu约为340万吨,Mn约为1500万吨。
瑞士的土壤重金属的积累,已造成大量农作物遭受污染,澳洲的土壤中Cd的含量超出上限几倍。
我国目前农药、重金属污染土壤面积已经达到上千万公顷,污染耕地面积约为0.1亿Km2,约占耕地总面积的十分之一。
为此,我国大力推进重金属污染土壤的修复研究工作,研究的方向包括污染场地中重金属的来源、赋存状态、修复技术等方面[9-10]。
1.重金属污染治理和修复技术1.1.物理化学修复技术1.固化/稳定化固化/稳定化(S/S)技术主要是限制重金属污染物的影响力,并不改变重金属在土壤中的含量,而是通过对污染区域进行固化,降低土壤中重金属物质的可迁移性,从而达到降低重金属污染的环境影响。
重金属污染土壤修复生物炭对重金属污染土壤修复的研究1.土壤重金属污染现状重金属就是指比重大于5.0g/cm3的金属元素,主要包含锌(zn)、银(pb)、镉(cd)、铜(cu)、铬(cr)、镍(ni)、汞(hg)和科东俄金属砷(as)等。
近年来,随着工业化、城市化的不断发展,工业活动、矿产的采矿和炼钢、城市垃圾的处置、污水烧概、农药和化肥的不合理杀灭、机动车尾气的排放量等人类活动引致大量重金属以各种相同的形式步入土壤,引发环境质量轻微转差。
由于重金属难于在生物物质循环和能量互换中水解,土壤重金属污染不仅遏制作物生长发育,催生作物早衰,减少产量,并且还可以通过食物链的天然、传达,危害人体身心健康。
尤为轻微的就是,有害重金属在土壤系统中所产生的污染过程具备隐蔽性、长期性和不可逆性等特点,一旦有害污染物步入土壤,则极难清扫出。
随着土壤重金属污染不断激化,因土壤重金属污染导致的病原体事件频发,重金属污染土壤的复原问题逐渐引发了人们的高度关注,逐渐沦为土壤及环境领域的研究热点和难点。
目前,人类活动是造成重金属在土壤中累积的主要来源。
比如,金属矿产资源的开发利用通常会使矿区及周边地区土壤重金属含量累积;农业活动中肥料和农药的不合理施用也会造成土壤污染,以磷肥为例,由于磷矿石成分复杂,含有多种重金属,比如zn、cr、pb、cu等,在施入过程中一同被带入土矗进而在土壤中富集。
2.重金属污染土壤修复研究进展土壤重金属的生物有效性及其对环境危害程度不仅与其总量相关,还与其在土壤中的赋存形态有关。
而重金属污染土壤修复的主要技术手段是更大程度的减少土壤中重金属的总量和降低其在环境中的有效性。
根据修复手段,土壤重金属修复技术大致可以分为物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。
其中,物理修复是指通过物理手段对土壤重金属进行稀释、热挥发或者移除等,比如客土法、电热法等;化学修复是指通过外源添加修复材料或土壤自身物质改变土壤环境引起化学反应来达到治理的效果,比如淋洗法、添加改良剂等(凯迪电厂的炭化物就属改良剂的一种,属生物炭);生物复原即为利用生物体去同时实现土壤重金属的搬迁转变,比如说微生物复原、植物复原等。
优点:有对本底环境破坏小、成本低、应用范围广、处理效果好等优点。
缺点:电动修复应用过程中需要土壤处于浸水条件,若污染土壤无防渗层,污染物会随水流向土壤深层迁移,污染深层土壤甚至地下水,对环境造成风险。
另外,电动修复时阴极电解液产生的大量OH -,进入土壤与重金属离子结合形成沉淀,这对电动修复有阻碍作用。
原理:通过在污染土壤两侧施加直流电压形成电场梯度,土壤中的污染物质在电场产生的各种电动力学过程,如电迁移、电渗析和电泳等作用下被带到电极两端从而清洁污染土壤。
存在形式:土壤中铬的存在形态主要以 Cr(Ⅲ) 和 Cr(Ⅵ) 为主。
铬形态的不同,导致铬在土壤中的迁移性能不同,严重影响其电动修复的效率。
Cr(Ⅲ)在土壤中的存在形态取决于土壤的PH 值及其土壤成分,主要形态为()236 Cr H O +、()2Cr OH + 、()2Cr OH +、()3Cr OH 、()4Cr OH -和()25Cr OH -。
土壤中有机质的存在会增加Cr(Ⅲ)的吸附,导致其形态发生变化。
Cr(Ⅵ)在土壤中除了形成难溶的铬酸盐(4 C aCrO 、4 BaCrO 、4 Pb CrO )外,主要以可溶态的形式存在,通常为氧阴离子:227Cr O -、24H CrO 、4HCrO -和24CrO -。
实验装置装置中土壤质量为2kg ,制成长、宽、高分别为17.5cm ×13.5cm ×6.5cm ,铬含量为1000mg/kg 的土块。
采用覆盖滤纸的板状石墨电极(17.5cm ×10cm ×1cm) , 在阴阳两极室加入蒸馏水作为电极溶液。
施加直流电,电压梯度为1V/cm 。
实验方法将一定量的重铬酸钾和氯化铬溶解后,定量加入到土壤中。
将土壤搅拌1h 之后放入容器,压实 。
在阴、阳极室各加入500mL 的蒸馏水。
连接直流电源,施加恒定电压。
修复时间,EK1为163.5h,EK2和EK3为153.5h。
硫酸亚铁修复六价铬污染土壤实验研究作者:陈森卜现亭毕爱民来源:《安徽农学通报》2013年第03期摘要:针对南京一块经济适用房用地土壤中存在Cr6+超标的问题,先用硫酸亚铁将土壤中的Cr6+还原成Cr3+,再用NaOH进行稳定化处理,最终使土壤中的铬转变成Cr(OH)3,处理后土壤中的六价铬达到了相应标准要求,并且消除了重金属向食物链转移的风险,实验证明该方法能够很好地修复铬污染土壤,使之满足建设住宅的要求。
关键词:六价铬;土壤;污染;修复;硫酸亚铁中图分类号 S153 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2013)03-77-02Experimental Study on Repair of Chromium-Containing Soil of Ferrous SulfateChen Sen et al.(Nanjing Research Institute of Environmental Protection,Nanjing 210013,China)Abstract:In Nanjing,a piece of affordable housing land soil in the presence of Cr6+ exceed the standard,first with ferrous sulfate solution in soil Cr6+ is reduced to Cr3+,then NaOH stabilizing,eventually made of Cr in soil to Cr(OH)3,processing in soil Cr six to the requirements of relevant standards, and eliminates the heavy metal to food chain transfer of risk,experiment shows that this method can very good remediation of chromium contaminated soil,so as to meet the requirements of residential construction。
土壤铬污染的治理方法有哪些
土壤铬污染的治理方法主要有物理修复法、化学修复法、生物修复法及多种技术综合应用的集成修复法。
目前国内所采用的主要技术如下:
1、固化/稳定化技术
固化稳定化技术是将某种药剂加入到被铬污染的土壤中,然后再充分混合,通过这些药剂的加入,降低铬向周围环境中的迁移。
2、电动修复
电动修复技术是在土壤处于酸性条件下,对土壤通直流电,清除土壤中重金属。
此法不适用于渗透性较高、传导性较差的砂性土壤,应用范围受到一定的局限。
3、土壤淋洗技术
土壤淋洗技术是利用化学试剂将污染土壤中的重金属离子从土壤中转移到液相中,使得土壤中的重金属污染因子浓度降低,最终达到土壤修复的目的。
目前,常用的淋洗剂有无机溶液、螯合剂、表面活性剂。
4、生物修复技术
生物修复技术有微生物修复、动物修复和植物修复技术,是生物修复技术常用的三种措施。
其中以植物修复在重金属污染治理修复中应用最多,李氏禾、小蓬草、蟋蟀草、地黄和蒲公英对铬积累作用非常明显。
5、客土法
客土法是指用清洁土壤取代或者部分替换污染土壤,以达到减少重金属对食物链污染的目的。
因为Cr向下迁移的能力很强,客土
与原土混合的方法并没有消除Cr的迁移性,危害也没有彻底消除。
因此,在铬污染土壤修复中客土法不是首选办法。
今天。
某废弃铬盐厂污染土壤六价铬的淋洗修复效果研究
李素敏;赵大勇;王伟;余彬;邓博文;宋薇
【期刊名称】《广东化工》
【年(卷),期】2022(49)16
【摘要】以湖南某铬盐厂污染土壤为研究对象,测定了土壤基本理化参数及各粒径污染物的浓度,探究铬在不同粒径土壤中的分布特征,采用清水作为淋洗剂,开展水淋洗实验验证洗脱效果;采用碳酸钠、柠檬酸和盐酸作为淋洗剂,筛选较优淋洗条件。
结果表明,土壤中铬的存赋形态主要为铁锰氧化结合态,平均占比56%;其次为碳酸盐结合态,平均占比约15%。
水洗可有效去除粒径大于5 mm供试土壤样品中六价铬,但是对于小于5 mm粒径土壤六价铬洗脱效果有限,不能达到修复要求。
碳酸钠淋洗效果较好,其次为盐酸。
对于中、高浓度污染土壤,单一淋洗技术无法达到修复目标,需结合其他修复技术满足修复要求。
【总页数】3页(P112-114)
【作者】李素敏;赵大勇;王伟;余彬;邓博文;宋薇
【作者单位】湖南新九方科技有限公司;湖南云天检测技术有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ
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4.某
铬渣污染场地不同粒径土壤中六价铬的分布特征及其淋洗修复工艺5.不同修复方法对铬污染土壤中六价铬修复效果研究
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土壤原位化学固定技术修复案例
土壤原位化学固定技术修复案例包括以下两个:
1. 六价铬污染场地治理修复工程:
选取重庆某六价铬污染场地作为研究对象。
治理修复技术:原位化学还原及稳定化。
工艺:直接加压注入井工艺与高压旋喷工艺相结合进行药剂灌注。
影响半径:分别为 m和1 m。
注射井数量:累计布设注射井795口。
药剂使用量:灌注还原剂吨、稳定剂吨。
修复效果:成功修复污染土壤面积约 m2,修复方量约 m3。
2. 原农药生产场地修复工程:
场地调查与风险评估发现场地中部分区域存在土壤或地下水污染,主要污染物为邻甲苯胺、对氯甲苯、1,2-二氯乙烷。
工程规模:土壤污染量约25000m3,地下水污染面积约6000m2,深度18 m。
土壤的修复目标值为对氯甲苯 mg/kg,邻甲苯胺 mg/kg,1,2-二氯乙烷/kg。
以上内容仅供参考,建议查阅相关文献或咨询专业人士获取更全面和准确的信息。
铬污染土壤电动修复技术影响因素作者:王春风来源:《新农业》2021年第03期铬(Cr)是一种银白色金属元素,自然界一般不存在游离态的铬,铬元素在地壳里的浓度范围为80~200毫克/公斤,铬化合物是重要的无机化工产品,是人类生产生活的重要基础材料,在社会发展中,具有不可替代的作用。
铬及其化合物对生命体有较大毒性,其中六价铬具有“三致效应”可在人体内积累。
近年来随着铬化工行业的迅猛发展,大量含铬废水、废渣、废气排放到环境中去。
我国有约400万亩耕地因铬污染而废耕,约3000万亩耕地存在铬污染风险。
土壤铬污染后果严重,影响长远,而修复效果滞后,探究高效铬污染修复技术是许多国家优先选项、也是污染治理领域亟需突破的技术瓶颈。
目前铬污染土壤的修复主要从物理、化学、生物及其交叉领域着手,电动修复技术是基于物理原理的电化学修复方法,具有费效比低,操作简单,耗时相对较短,去除效率高、对土壤结构、地形地貌、地面景观、地表植被破坏小等优势。
电动修复适用于低渗透性,低氧化还原电位,高阳离子交换容量和高粘度土壤。
为了提高修复效率,国内外学者进行了大量的理论和应用研究,并取得了一些进展。
1 含铬污染物性质土壤中的铬元素的化合价主要是三价和六价,以六价为主。
Cr(Ⅲ)主要以Cr(H2O)3 +6等阳离子的形式呈现,以沉淀形式存在;Cr(Ⅲ)的氢氧化物、碳酸化物均为沉淀形式,Cr (VI)主要以Cr2O2-7 、CrO2-4 等阴离子的形式呈现,在很大的pH范围内均为可溶,不易被土壤颗粒吸附。
不同价态的铬对应的反应机理不一致,导致修复的难度提高。
一定条件下,天然土壤中以Cr(Ⅲ)和Cr(VI)形式存在的鉻,可通过络合、溶解沉淀、氧化还原、吸附解吸等过程发生迁移和转化。
土壤中迁移和转化主要受土壤pH值和氧还化原电位(Eh)的制约和影响,例如土壤中Cr(Ⅵ)在有机质等还原物质作用下,易被还原为Cr(Ⅲ),并转变为有机结合态和沉淀态等存在状态固定下来,失去移动性。
土壤铬砷修复方法土壤里要是有铬和砷超标的话,可真是个大麻烦呢。
不过别怕,咱有办法来修复它。
先说铬污染的修复哈。
一种办法就是植物修复啦。
有些植物就像小小的环保卫士一样,它们对铬有特殊的喜好,可以把铬吸收到自己身体里。
比如说蜈蚣草,这可是个吸收铬的小能手呢。
我们可以在铬污染的土壤里大量种植这种植物,等它们长大之后,就把它们收割处理掉,这样就可以一点点把土壤里的铬含量降下来啦。
还有物理修复的方法哦,像换土法。
就好比给土壤来个大换血,把被铬污染的土挖走,换上干净的土。
不过这个方法成本有点高,而且挖走的土也得好好处理,不然会造成其他地方的污染呢。
再聊聊砷污染的土壤修复。
微生物修复是个挺有趣的方法。
土壤里有好多微生物,有些微生物就像小小的魔法师,它们可以把砷变成其他形式,让砷不再那么“调皮捣蛋”。
通过向土壤里添加一些特定的微生物,就能让它们在土壤里工作起来,慢慢地改变砷的状态,减少砷对土壤的危害。
另外呢,化学固定法也不错。
就像给砷戴上一个小枷锁,让它不能随便乱跑。
往土壤里加入一些化学物质,这些物质可以和砷发生反应,把砷固定在土壤里,这样它就不容易被植物吸收或者随着雨水到处跑啦。
当然啦,不管是哪种修复方法,都不是一下子就能把土壤完全治好的。
这就像人生病了一样,得慢慢调养。
而且在修复过程中,我们还得经常检测土壤,看看铬和砷的含量有没有真的降下来。
同时呢,我们也要好好保护环境,尽量减少铬和砷这些污染物进入土壤的机会,这样土壤才能健健康康的,我们种出来的粮食和蔬菜也才更安全、更放心呀。
希望我们的土壤都能变得干净又肥沃呢。
该技术无法对使重金属污染土壤恢复洁净,无法从根本上解决土壤的重金属污染问题。
3 物化修复技术3.1 化学固化技术由于重金属在进入土壤之后会出现形态上的变化,这就导致其位置并非固定的,而是移动的,其原因在于土壤的有机物含量、pH 值等有可能导致其中的重金属出现形态变化。
针对这一点,专家研发出了化学固化技术,希望能够借助土壤理化特性上的变动而削弱重金属的移动性,进而起到防治污染的效果。
化学固化技术主要指的是,借助固化剂等调整土壤理化特性,再以固化剂中的某些成分去吸附、沉淀重金属,从而使之不再具有移动性,其中发挥最大作用的固化剂通常包括石灰、钢渣等。
化学固化技术具有成本低廉、效果明显、易于操作等优势,但是仍然具有较大的局限性,无法从根本上去除重金属,只能发挥一时的作用,甚至还反过来损伤土壤,导致土壤无法作为农田投入到农业生产之中。
3.2 土壤淋洗技术土壤淋洗技术只要是借助淋洗液来开展应用,通过淋洗土壤的方式将其中的重金属的形态转变为液状,再进行去除。
应用土壤淋洗技术过程中,首先要对待处理的土壤进行筛滤,再将其中的渣石等进行去除,接着使淋洗液与土壤充分混合,并进行二次筛选,然后用水淋洗土壤将其中的淋洗液提取出来,并将淋洗后的土壤稍加处理并投入使用,而淋洗造成的废水则需要将其中的重金属和淋洗液回收,并处理至无害状态。
该技术能够去除污染土壤中的大部分重金属,但是需要花费较大的成本,并且极易产生二次污染,因此无法应用于大面积的污染土壤治理工作。
要想发挥土壤淋洗技术的最大作用,而降低其危害性,避免二次污染,就必须加大力气开展淋洗液的优化调整,研发出更加环保低廉的淋洗液。
4 化学修复技术4.1 化学萃取技术化学萃取技术是一项较为新型的土壤修复技术,应用时间不长但是在实际的土壤治理工作中发挥了显著的作用。
该技术主要是借助化学萃取剂来实现对污染土壤的修复,具有重金属去除率高的有点,但是流程复杂,操作难度较高,成本高,并且0 引言土壤是农业的基础,土壤肥力直接影响着农作物的产量,同时,土壤也是生物圈的重要组成部分,是土壤动物生存不可缺少的重要场所,其中的微生物是生态系统的重要参与者。
第40卷第2期 2008年2月 无机盐工业
铬污染土壤修复技术研究
宋玄,李裕,张茹
(中北大学化工与环境学院,山西太原030051)
摘要:Cr(VI)是世界公认的有毒致癌物,对人类健康有严重危害。随
着铬化工行业的发展,铬污染问题,尤其是土壤的铬污染问题,越来
越严重。本文描述了铬在土壤中的形态变化及土壤对铬的吸附特性,
介绍了隔离包埋法、固化稳定法、化学还原法、土壤淋洗法、电化学
修复法、微生物修复法和植物修复法等多种铬污染土壤的修复方法。
并展望了当前土壤铬污染治理的发展趋势,为科学合理地处理土壤修
复问题提供了方向。
关键词;铬;土壤;修复;污染治理
0引言
自1958年以来,我国铬盐生产行业得到了长足发展,铬及其相
关化合物己成为无机盐行业中的一类重要产品,广泛应用于化工、冶
金、印染、机械、陶瓷、医药和建材等多种行业,在国民经济中占有
重要的地位。
铬工业发展的同时也造成了环境的污染,尤其是土壤的铬污染。
土壤中的铬来源主要有土壤本身所含的铬,铬原料及铬产品运输过程
的跑、冒、滴、漏,铬生产工艺过程中产生的废气、废水和废渣通过
大气沉降、淋雨和堆放进入土壤,灌溉用水中的铬等。Cr(VI)是世界
公认的有毒致癌物,Cr(VI)以CrO42-形式透过细胞膜刺激皮肤,使皮
肤过敏,并对食道、呼吸道造成损害,通过食物链在人体内富集,引
发一系列病变,严重威胁人类健康。因此,土壤铬污染修复问题备受
关注。
1铬在土壤中的形态
铬与土壤间的各种物理化学吸附、沉淀络合作用导致铬在土壤中
的形态变化。铬在土壤中的形态主要以Cr(Ⅲ)和Cr(VI)为主,Cr(Ⅲ)
和Cr(VI)之间可相互转化。碱性条件下,Cr(Ⅲ)遇到强氧化物质可氧
化为Cr(VI);酸性条件下,Cr(VI)遇到还原性物质还原为Cr(Ⅲ)。
土壤中铬的形态与土壤pH值有关。土壤中Cr(VI)形态有Cr2O72-、
H2CrO4、HCrO4-;和CrO42-。中性和碱性条件下,Cr(VI)主要以CrO
4
2-
形式存在,少部分以难溶铬酸盐(CaCrO4、BaCrO4和PbCrO4等)的形
式存在;酸性条件下,Cr(VI)主要以HCrO4-形式存在。
2土壤对铬的吸附特性
土壤对离子有吸附交换作用,表现为土壤对铬有一定程度的自净
能力和环境容量,具体情况与土壤的类型、土壤性质(pH、Eh、孔隙
率、含水率等)以及土壤所含矿物的类型有关。
Cr(Ⅲ)在进入土壤后,9%以上可被吸附固定,少量Cr(Ⅲ)呈游
离态,毒性较小。Cr( VI)则不易被土壤吸附,大部分以游离态存在,
仅有8.5%~36.2%可被吸附固定。粘土对Cr(Ⅲ)的吸附能力是Cr(VI)
的几十到上百倍,土壤中粘土含量越多,土壤对铬的阻滞能力越强,
吸附量也越大。碱性土壤的铬吸附能力一般大于酸性土壤。铬吸附能
力顺序为高岭土>伊利石>蛇石和蒙脱石。所以,红壤(组成以高岭土
为主)对Cr(VI)的吸附能力较强,黑壤(组成以蒙脱石、伊利石为主)
和黄壤(组成以伊利石为主)对Cr(VI)的吸附能力较弱。
3铬污染土壤修复技术
多年来,世界各国对土壤铬污染修复问题进行了大量实验,并研
究开发出了多种方方法。铬去除思想主要有2种:一是通过还原、沉
淀和络合作用降低铬在土壤中的迁移能力和生物可利用性;二是将铬
从土壤中分离。
3.1隔离法
隔离包埋法是一种物理修复方法,即通过水泥、灰浆、钢铁等材
料在铬污染地区修建隔离墙,在土壤上覆盖合成膜,也可在土壤下面
铺设水泥和石块混合层,以达到防雨、防渗、防飞扬的效果,将铬与
周围环境隔离,减少对周围环境的污染。
3.2固化稳定法
固化稳定法是将铬污染土壤与粘合剂允分混合,将铬包埋在固体
基质中,降低铬迁移能力。水泥和硅土是常用粘合剂。通常与化学还
原法结合使用,先用还原剂将六价铬还原,再将铬固定。另外,也可
利用电导产热原理加热土壤,冷却后土壤会形成玻璃状固体,即玻璃
化。
3 .3化学还原法
化学还原法是利用还原剂将Cr(VI)还原并形成难溶化合物沉淀。
可采用原位处理(直接在土壤中加入还原物质,也可使用“可渗透氧
化还原反应墙”)或采用异位处理。常用还原剂有硫酸亚铁、硫化物
或单质铁等。还原剂需要根据土壤具体情况和还原成本来选择。梁金
利等通过研究硫代硫酸钠、亚硫酸钠、抗坏血酸与硫酸亚铁等还原剂
对土壤中Cr(VI)的还原效果发现,亚硫酸钠浓度为1 mol/L,pH为9.5、
反应时间为5 min时,还原效果最佳。
化学还原法还原剂虽然种类多样、成本低,但还原效果不够彻底,
对于颗粒内部的Cr(VI)难以接触并还原,土壤中往往存在其他氧化性
物质,导致还原剂投加量远远大于理论值,造成还原剂的浪费及二次
污染。
3.4淋洗法
淋洗法利用水力压力来推动淋洗液穿过铬污染土壤,通过淋洗剂
与铬污染土壤之问的物理化学作用加强铬从土壤中的可溶出性,将铬
与土壤分离。常用淋洗剂有无机酸、有机酸、表面活性剂、人工鳌合
剂或水。应尽量选用容易降解、不造成二次污染的淋洗剂。最好选用
水作淋洗剂。淋洗法比较适用大粒土壤,如沙土,不适应于粘土。
3.5电化学修复法
电化学修复法基本原理为,在土壤的两端施加直流电压以形成电
场梯度,土壤中的带电粒子通过迁移、渗析和电泳积聚沉淀在电极两
端,达到修复的目的。对于铬离子来说,Cr(VI)会迁移到阴极室,Cr(VI)
则迁移到阳极室。
土壤性质、电场施加参数和铬的形态都会影响土壤电动修复效
果。调节土壤的pH值或在土壤中加入络合剂、氧化剂等都可提高土
壤的电动修复效率。卢静等发现,加入络合剂EDTA和柠檬酸后,电
动修复铬污染砂土的效率比不添加络合剂时提高了近40%。陈锋等通
过研究多种控制方式对电动修复效率的影响发现,盐酸中和控制最为
有效。
电化学修复法对土壤结构和周围环境影响小,比较适合特殊场地
的土壤修复,如渗透系数低的土壤。
3. 6微生物修复法
微生物修复利用土壤中的土著微生物或接种驯化的微生物与重
金属相互作用来降低土壤的毒性。目前发现的可用微生物有埃希氏菌
属、肠细菌、杆状菌等。
根据作用机理的不同,微生物修复法可以分为生物还原沉淀、生
物吸附和生物甲基化3种。铬污染土壤的微生物修复一般为生物还原
沉淀,它利用了微生物还原酶催化作用还原Cr(VI)或通过微生物代谢
产物间接还原Cr(VI)。目前,微生物修复技术主要侧重于新菌种培养、
去除机理以及对抗性基因研究等方面。黄顺红等通过直接添加培养基
来激活土著微生物的活性,原位修复了铬渣堆场污染土壤。李政红等
少用实验培养优化的土著硫酸盐还原菌液修复了铬污染土壤。
生物修复可保存土壤结构及周围环境。为了供应微生物的生长繁
殖,往往需要在土壤中投加营养物质,农村普遍投加堆肥、厩肥、发
酵麦秆、牛粪和鸡粪来改良土壤。有机酸、蜜糖等也可达到相同效果。
需要注意的是,土壤营养过剩会引起微生物大量繁殖,导致生态系统
失衡。
3. 7植物修复法
植物修复利用植物来固定、吸收、转移、转化、降解重金属,恢
复重建土壤环境。根据植物修复功能的不同,植物修复法可分为5种
修复类型:植物提取修复、植物稳定修复、植物挥发修复、植物降解
修复和根际圈植物降解修复。
铬污染土壤修复一般为植物提取修复,利用植物根系的吸收作
用,将铬贮存转移到茎叶之中,收割茎叶即可达到去除铬的目的。迄
今发现的可用于铬污染土壤修复的超积累植物有李氏禾、蒲公英、印
度芥菜等。蔬菜对铬也有一定的积累作用。不同蔬菜对铬的积累能力
为叶菜类>茄果类>豆类>瓜类。有些植物虽不能明显迅速地吸收铬,
但可稳定持续地降低铬,如玉米也可作为铬修复植物。
植物修复能够保持土壤结构和生物群落,收割的含铬植物还可用
于炼矿。但植物生长速度缓慢,容易受土壤类型、温度、湿度等条件
限制,金属离子必须是植物根系可吸收的形态。植物根系一般只存在
于浅层土壤,不能进行深层土壤修复。
4展望
研究铬污染土壤的治理有重要意义,各种文献报道屡见不鲜。电
修复技术、生物修复技术具有广阔的应用前景。目前,对铬污染土壤
的研究大多停留在实验室阶段,距离实际应用还有相当大的距离。在
结合自身国情、保证人民生活和劳动的前提下,应改进生产工艺条件,
调节产业结构,从源头上减少铬污染,提高科研深度,发展低成本、
清洁化的土壤修复技术,走可持续发展道路。