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污染土壤修复技术探讨

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学社博客 发表于 2019-8-27 11:21 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
土壤是组成大自然环境中非常重要的一部分,它能为耕作农作物提供机械支撑能力,还可以为农作物提供所需要的水、肥、气、热等要素。一旦土壤受到污染,可降低农作物产量和质量,污染地下水等间接影响人类的健康。
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1土壤的污染来源/ G- G7 g: o$ {# I2tech.cn

5 I0 k! R3 v$ R! o1 E在国内随着经济的发展和资源的利用。土壤受到污染也日益加重。特别是在重工业密集区、石油开采区,农药化肥播撒区等都是污染土壤高危区。随着城市布局的调整,一些重工业企业如冶炼、化工、电镀、电子等从城市中搬迁到远郊。在此遗留在城市中企业原场地的土壤受到企业产生的废水、废气、废渣的污染。其土壤中可能含Cr,Hg,Pb,Zn,Sn,Cu等重金属和其它的污染物[1.2]。例如:位于沈阳张士灌区长期用含工业废水对其灌溉[3],导致其灌区土壤重金属污染和该区水稻中重金属Cr含量超标。Cr含量过量会造成植物根系对水分和养分的吸收减少,植物的生长受阻。
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$ p; G7 a- `, ^8 E重金属污染物在土壤中可移动性差、存留时间长、发生隐蔽、污染缓效性和不可逆性等特点[4.5],而它不能完全被自然界的生物及微生物自然降解[6.7]。
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给接下来土地的在开发利用造成了麻烦。防治土壤污染和处理一直是国内外的焦点研究课题,而严重的土壤污染已经成为阻碍城市可持续发展再利用的因素,急需对污染的土壤进行修复处理。- T. H( I3 Z' u9 Y# p2 O. {8 c0 f! R  b2tech.cn

2 |$ Y3 X. r" S' b. U2目前的土壤修复技术
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$ ^0 _& w& q/ c6 n+ h污染土壤修复与治理技术的研究起步于20世纪70年代后期,但是我国对土壤的修复治理的研究起步较晚,与欧、美、澳、荷、日等国家存在着相当大的差距。而我国多以生物修复技术、换土修复技术、固化修复技术等为主要的修复技术路线。
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2.1生物修复技术. R4 H3 _& z' J0 F2tech.cn

4 Y. B' |! l$ ^0 ?  g7 G$ N生物修复技术是指利用植物或微生物的生命代谢来吸收并降解污染物[8.9]。可以改变重金属在土壤中的存在形态,达到对重金属在土壤中的净化、减少、积累固定的作用。
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* r. v* ]. m" q生物修复技术在我国为主要修复技术。如广西是种植甘蔗最多的地区,根据甘蔗本身的植物特性,对其研究实践后发现甘蔗能有效对重金属污染的土壤进行修复处理[10]。在湖南湘西利用野菊花、五节芒等植物对铅锌矿区进行修复处理[11]。生物修复见图1。6 v% R% ~5 d+ Z' [& ]4 ^, z" |7 E5 S2tech.cn
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2.1换土修复技术, Q8 }9 Q- G7 `5 K" |* [+ ~2tech.cn

6 @; V( B; B+ I8 c5 d换土修复技术一般分为客土、换土、深层翻土等方法。" X. K5 P0 |9 b# V  y6 u2tech.cn

9 _8 Y9 F- n% z8 w. U0 [(1)客土是把未经污染的土壤加入到污染的土壤中,使表面土层的污染物含量降低来处理污染土壤的方法,减少对人类及自然界的危害。, H3 K9 ^# I9 I; S: t% P2tech.cn

2 E; o+ v  Z- E- h) X(2)换土是将污染场地的土壤运输到其它地方,在移走的污染土壤场地上换上未污染的土壤。' H4 b, v) w7 Z2 G1 p, s2tech.cn
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(3)深层翻土就是将受污染的土壤场地,用机械挖掘设备将深层的未被污染的土壤或是污染较轻的壤,翻至场地表面,覆盖其污染的土壤,见图2。
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2.2固化修复技术
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" x; B, ?# {$ G/ a1 \/ }固化修复方法是把一种土壤固化剂加入污染的土壤中[12],常用固化剂有硅酸盐、磷酸盐、石灰、沸石[13]等来改变土壤的化学性质,从而对重金属其它污染物进行吸附和沉淀来降低土壤中的污染物含量。如沈阳张氏灌区的试验表明每hm2土壤施用1500~1875kg石灰,籽实中Cd质量分数下降50%。固化修复一般实施方法见图3。) G; g* ?8 M; k2tech.cn

$ e$ o9 I3 h+ @$ c2 ]; t. u 环境学社3.jpg 1 W% D% M9 r+ @2tech.cn

6 T1 V5 g% f3 e! l" K2.3几种修复技术特点的对比8 g; ?3 K& T$ V2tech.cn

$ X7 n9 n) O4 U4 L4 w8 h3种修复技术特点的对比见表1。
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# B. A2 C3 K. n9 a上述几种修复方法在实际应用过程中都能达到一定的生态效益和环境效益,但也存在着一些缺点。在国内急需一种投资少、效益高、消耗少及处理人员无需直接接触污染土壤,且具有技术流程简单的处理技术。+ J' X! c5 H8 u- t2 g% \* p1 j" h2tech.cn

: E; w& j( Q6 C3污染土壤淋洗修复技术的发展% I5 c) {6 W. C8 l2tech.cn

& e0 |% j4 j' ]7 H: u5 n, \7 q3.1土壤淋洗定义
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土壤淋洗技术从广义上是利用流体淋洗出土壤中的污染物,这种流体可能是含有化学成分的淋洗剂或是清水[15]。通过淋洗剂与土壤中污染物产生化学反应,以相互的离子交换、吸附、沉淀、螯合等去除污染物。在这过程中淋洗剂分为有机淋洗剂、无机淋洗剂、螯合剂和表面活性剂。这种淋洗方法可以去除土壤中大量的重金属污染物,有着广泛的修复应用,同时限制了有害物污染物的扩散范围。8 l/ r$ O7 X* m6 y. l5 u2tech.cn

3 a  D: y( A& a, U* f: V3.2土壤淋洗的分类) Z% E& y/ u. l2 A% v1 D9 r5 Z2tech.cn

( B' Z* A- Z9 o9 J# N污染土壤淋洗修复技术在近几年也得到了一定的实际应用,它按照处理污染土壤的位置可分为原位土壤淋洗和异位土壤淋洗2种淋洗[16]方式。
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% G  ]- `* O, C; I3 |" X( q) M2 c2 k4 a(1)原位土壤淋洗技术是通过在污染的场地使用注射井向土壤中注入淋洗剂,它主要是根据污染物分布的深浅,通过让淋洗剂的自身重力或是外界力使淋洗剂向下渗透与污染物发生化学反应。在此过程中含有污染物的溶剂可以通过提取井的方式回收,经处理达标后排放。
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(2)异位土壤淋洗修复技术通常采用5个步骤。
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6 `, `& y; w/ F第1步:将受到污染的土壤进行挖掘。
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  Q; u9 i9 F( J6 {. `' h第2步:把挖掘出来的污染土壤运输到指定的污染土壤处理厂。8 T: R, h  w1 v$ e7 \2tech.cn
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第3步:在处理厂对污染土壤和淋洗液按照一定的固液比混合,然后放入淋洗反应器或是反应池中,通过搅拌等外力的辅助作用下让污染土壤和淋洗液发生化学反应作用。1 X. R% o  q, l. Q# N: n! T. l. M2tech.cn
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第4步:经过一定时间待土壤中的污染物由固相转移到液相的时候,可将液体通过自然蒸发或液体重力渗透分离。3 s: h/ `+ }5 M7 j: r2tech.cn

2 J% j1 O& N. L3 N* z第5步:处理后的土壤在运回到受到污染的原场地进行回填,而含有污染物的淋洗液则经过处理达标后排放或回收。; H  B2 [2 c$ ]# m2tech.cn

: m1 U! L+ y+ N2 [: }通过对原位和异位土壤淋洗修复技术的分析,它们都存在一些待改善的问题,见表2。
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, a9 o$ @5 e1 _( A+ c, ~6 I% H3.3国内外土壤淋洗技术现况8 B9 k; Z$ ~) m# q" U2tech.cn

! b7 V0 A' E( i' N2 o国外普遍应用于土壤异位淋洗。在异位淋洗的过程中无需考虑污染场地问题,就可以去除土壤中含有的大量污染物,其中包括重金属、放射性物质和有机污染物等。特别在美国、荷兰等欧美国家广泛使用,其已在实际污染土壤修复中应用。
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上个世纪80年代在荷兰已经开始研究污染土壤淋洗技术,从1983年至2001年已有一定数量的淋洗工厂开始运作,在这10多年中荷兰平均每年淋洗污染土壤855万t。随着重金属污染土壤受到人们的重视和技术的不断成熟,其他国家也先后开展土壤淋洗修复技术。
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在德国第1个固定式土壤异位淋洗工厂于1991年开始正式运行,之后的几年里土壤异位淋洗修复工厂数量迅速扩大,到20世纪末德国的土壤异位修复工厂开始进入商业化进程。
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由于淋洗工艺的快速发展,20世纪90年代中期,美国开始采用土壤淋洗的技术来修复电池制造业场地的重金属污染,美国环保局认为采用化学淋洗技术对重金属污染会有更广泛的发展前景。% Z) o- E1 e  u) v$ |3 J2tech.cn
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国内的土壤淋洗修复主要还是在淋洗剂的研究,对土壤进行淋洗主要是以采样为主,通过选取淋洗剂在实验室进行淋洗。分析淋洗结果是否能去除重金属污染物。例如:浙江某化工厂曾生产铬盐10余年,对其污染的土壤选取不同的淋洗剂分别进行实验[17],对比重金属去除率。及南京某电镀厂废弃地对其污染的土壤进行淋洗,实验结果表明重金属去除率几乎都能满足要求[18]。
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以上实验说明目前我国在污染土壤淋洗剂方面的研究已经达到相应的水平,淋洗技术具有一定的实用性,我国存在一部分地区土壤受到重金属污染,需要急需处理,但是它也具有一定的局限性,在应用到实际实践中进行异位淋洗时,需要一套中小型土壤异位淋洗设备来满足不受污染场地限制可以到需要的场地随时随地的组装、拆卸及进行灵活的改装来进行淋洗作业。$ _, T/ c) U) Z& d2 i1 C! O9 U2tech.cn

- e! Y; `) L( q# d1 w$ Y# O" ?3.4淋洗技术与植物、换土、固化技术的对比通过对淋洗修复技术定义的了解和原位淋洗修复技术与异位淋洗修复技术的区别[19]。根据淋洗技术现在它本生的发展及应用的情况,具有较好的发展前途。淋洗技术它价格较低实施方便与之前提到的植物、换土、固化修复技术相比有一定的优势,见表3。
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由此可见淋洗修复技术更适合于现代污染土壤修复的技术推广。
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: Q# S3 [7 ?" T3 y4移动式异位淋洗技术
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7 ]0 V* b3 ]0 l% k8 c5 G$ k2 ~' S' G( X4.1移动式异位淋洗工艺流程
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" [5 Z* O% Q) U  i# T+ q根据国内和国外的淋洗污染土壤修复处理技术的应用经验,在异位淋洗修复技术不能满足淋洗装置移动问题的基础上,研制出移动式污染土壤淋洗修复技术,它通过7个工艺流程[21]构成一套完整的异位淋洗修复技术。工艺流程见图4。8 i  c5 c* U+ b! G1 i; r2tech.cn

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( Z  o: K: M% x! ?图4中7个工艺流程实现了土壤淋洗修复的自动化,人为的控制化,实现小型的工业化污染土壤处理。避免了污染土壤的移动,减少的人力、物力、财力等的投入,在处理污染土壤的时间和效率上比原有的异位土壤淋洗明显提高了,克服了原有的污染土壤异位淋洗只能在污染土壤淋洗厂进行修复处理。从而可以到需要处理污染土壤的场地进行快速现场处理。
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9 U7 \1 Q/ h% n# J+ K0 X8 J4.2移动式异位淋洗装置的组成6 g3 H+ y7 b2 @6 I' q) c6 }% _2tech.cn

5 X, t; Z4 q* P9 B7 M移动式异位淋洗技术见图5。主要由土壤破碎筛选装置、淋洗搅拌反应装置、固液分离装置、污水净化装置、系统自动控制柜5大部分组成。其各装置属于独立操作单元,有组装、拆卸、改装等特点,可组成一套完整的淋洗设备,它可安装在可移动的平台上进行移动,具有移动性其适用范围广,此异位淋洗设备有利于技术推广。
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% w( h; }/ i/ V1 S6 N4 d$ X(1)土壤破碎筛选装置是将挖掘出来的污染土壤破碎经过过滤器,振动筛选出预得到的颗粒与此同时去除含有垃圾、石头等粗杂物。9 b2 e/ L! s7 S8 A. J2tech.cn

2 l. C( _+ G7 y" U% H* p8 ^' C(2)淋洗搅拌反应装置是将破碎筛选好的污染土壤输送到反应器中,采用以电机和搅拌浆的组成方式进行机械搅拌,搅拌时由系统自动控制柜进行控制,并同时输入淋洗剂和淋洗液,实现淋洗剂、淋洗液、污染土壤3者充分融合反应。淋洗剂的选择是由污染物的种类和土壤的性质决定的。不同的淋洗剂的pH值、浓度及与土壤的固液比,淋洗时间和搅拌强度都对污染物的去除有很大的差异。+ Y2 K. B/ n- F4 v4 M1 c3 i, v$ Y2tech.cn

7 S2 }) _5 P* W; i(3)固液分离装置是采用卧式圆柱滚筒离心装置,变速电机带动圆柱滚筒转动,由于离心力的强度远远大于重力,在产生离心力的作用下把泥浆甩到圆柱滚筒外壁上进行固液分离。圆柱滚筒外壁是由工业滤布构成,从而实现把泥浆与污水分离出来。根据土壤破碎筛选装置筛分出来的污染土壤的颗粒密度范围、粒径大小、形状情况来选择不同的目数的滤布,以便更好的实现固液分离。与其他装置相比具有消耗能量底,分离效率高的优点,可实现小型的工业化污染土壤处理。
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(4)污水净化装置把分离出来的含有污染物的废水通过闭路循环污水净化装置,处理达标后方可排放或是再利用。
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(5)系统自动控制柜是由PLC系统完成控制路线,实现了系统的自动化。组成了一套完整的移动式污染土壤淋洗系统。& y- x/ ^) j+ J# N: V2tech.cn
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4.3移动式异位淋洗技术的特点
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4 ]5 K6 w4 I6 L( ^移动式异位淋洗是采用7个工艺流程和5个独立的装置组成的修复污染土壤的技术。具有以下特点。$ F$ s" x6 V! _: i2tech.cn

- \( L& ]: J* ?& V(1)它可安装在可移动的平台上进行移动,具有移动性且适用范围广,克服了原有的污染土壤异位淋洗只能在污染土壤淋洗厂进行修复处理。
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/ y9 V: m: y. j! a(2)实现了土壤淋洗修复的自动化,人为的控制化,避免了污染土壤的长距离移动减少的人力、物力、财力等的投入。& t$ {8 A/ m, x: h# l8 }) D2tech.cn

( t' x" `0 P8 k" l(3)在污染场地可实现快速处理,具有消耗能量底,分离效率高的优点,可实现小型工业化。
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5 S: S  T. [+ w/ \+ M但是它也存在一定的缺点移动式异位淋洗装置不适合大面积的污染场地,且工程量大、费用高等,不易于实现。  v) y2 M$ o6 h+ q& S: G2tech.cn
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