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土壤重金属污染的修复技术与实施对策探讨

时间:2017-01-11 17:19

来源:有色冶金设计与研究

随着经济和社会快速发展,对自然资源的加速开发与利用,使工业、城市规模飞速扩大,也使废弃物数量、农用化学物质种类、数量逐年增加,其中的重金属会随着粉尘、淋溶水进入土壤,并被土壤过滤、吸附而累积,导致土壤重金属污染日益严重,直接或间接地影响食品和饮用水安全。由于土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性,因此土壤重金属污染治理也比较复杂,相对大气、水污染治理的难度要大。为此,国家先后出台了《重金属污染综合防治十二五规划》、《湘江流域重金属污染治理实施方案》等管控措施。2016年5月28日国务院正式印发了《土壤污染行动计划》,为我国土壤污染修复吹响了号角,明确了目标和任务。

1、土壤重金属污染途径与危害

“重金属”原义是指比重>5 的金属(一般来讲密度>4.5g/cm3 的金属),包括金、银、铜、铁、铅等,重金属在人体中累积达到一定程度,会造成急、慢性中毒。重金属不能被生物降解,而具有生物累积性或改变细胞结构,可以直接威胁高等生物包括人类健康。另外,由于砷(As)的污染特性、治理方法等与重金属相似,人们通常称其为类金属,由其产生的污染也归为重金属污染。

1.1 土壤重金属污染途径

土壤遭受重金属污染的途径有很多种,如含重金属污水灌溉、大气中重金属沉降、农药化肥的使用、含重金属废弃物的堆积等。因此,在工矿企业周边、公路附近的土壤,城市污水灌溉和施用有重金属的肥料、农药的农田容易产生重金属污染。有研究表明,工业化程度越高的地区,土壤污染就越严重,市区污染高于远郊和农村,地表污染高于地下,且污染随时间越长,重金属积累相对越多、越广。

1)含重金属污水灌溉。城市污水中的重金属离子含量趋高, 而城市污水已成为近郊农业灌溉的重要组成部分, 污水灌溉导致土壤中重金属Cd、Cu、Hg、As 等含量不断累积。此外工业园区、金属矿山、有色金属冶炼、加工和再生工业发展较快,其废水排放口下游的底泥或灌溉土壤的重金属含量不断提高,污染范围明显增大。

2)大气中的重金属沉降。人类在生产、生活中所产生的废气、粉尘和烟尘中或多或少地含有重金属。这些重金属经过雨淋沉降和自然沉降进入土壤中,引发土壤重金属污染。据资料报道2007年8月,某单位对乌鲁木齐市不同类型的道路(高速公路-24、主干道-64、次干道-65、居住区道路-10、公园道路-6)采集了169个道路沙尘样品。样品经消解后,用ICP/MS 法对Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Mn、Be、Co、Zn、U等10种重金属污染物的含量进行测定。结果表明,除了Co和U的含量小于背景值之外, 其它元素含量都高于其土壤背景值,表明这些路面沙尘受到不同程度的重金属污染。国外也有相关监测数据表明,比利时每年从大气进入每公顷土壤的重金属量为Pb 250g、Cd 19g、As 15g、Zn 3750 g。

3)农业活动。农业生产中使用的化肥、有机肥、污泥或垃圾堆肥等都含有一定量的重金属元素,一些氮肥中Pb 含量较高,磷肥含有微量的Cd、As等。马耀华等研究表明,施用磷肥后农田中的Cd 含量从0.13 mg/kg 上升到0.32 mg/kg。

4)含重金属废弃物的堆积。含重金属的废弃物种类很多,经长期堆积和风吹雨淋之后,其内部的重金属变的极易移动,并以漏斗状、辐射状向周围水体、土壤扩散,其中以工业和矿业固体废弃物污染最为严重。王亚平等通过对某尾矿库周围土壤重金属的研究发现,土壤中Cu、Zn、Cd、Pb 等重金属的含量均高于当地土壤背景值。

1.2 土壤重金属污染的危害

铅、汞、镉、钴、砷等会随着工业排放粉尘、烟气、废水、废渣及农药、化肥的施用进入土壤,使其组成发生变化,积累到一定程度时会引起严重的环境污染。或者通过灌溉土壤,有害重金属被表土吸附后在农作物中吸收富集,再经过动物食物链浓缩,从而造成区域性公害。

据国土资源部统计结果表明,目前我国10%以上的耕地面积已受到重金属污染,每年的粮食因重金属污染而减产10000 kt,同时受重金属污染而不能食用的粮食也达12000 kt,至少造成200亿元的经济损失。

2、治理途径探讨

2.1 土壤重金属污染源头控制

对土壤重金属污染治理首先需要控制源头,其次是根据地域分布分别采用原位或者异位以不同技术进行修复。污染源头控制主要从以下几个方面进行:1)控制排入大气的重金属含量,包括调整废气处理工艺、设备,减少排放烟气和粉尘中重金属含量;2)通过对含重金属废水回用、零排放工程(包括厂区地面清洗水和初期雨水收集处理)和高效净化、水质稳定技术应用,减少排入水体中的重金属含量;3)减少使用含重金属的肥料、农药;4)固定堆放废渣中重金属的溶出。

2.2 土壤重金属污染工程治理

由于重金属对土壤的污染具有不可逆转性,已受污染的土壤利用价值受限制,只能主要通过调整种植品种来加以回避,或者采用化学清洗、置换,以及植物富集后进行集中处理等方式综合治理,消除重金属污染。

1)原位修复技术。原位修复适用于轻度污染的土壤治理工程:(1)生物修复。利用微生物、植物和动物将土壤、地下水中的危险污染物降解、吸收或者富集的生物工程技术系统,适用于单一或特殊的污染土壤的修复。(2)重金属稳定剂。适量投加重金属稳定剂减缓重金属释放和植物吸收,将污染物固定在一定区域的土壤中,适用于难以吸收和浸出的污染

土壤的修复。(3)抽取修复。抽取受污染地下水脱出重金属后就地回灌,必要时用特定溶剂注入土壤中洗脱出重金属污染物,适用于容易浸出的污染土壤的修复。(4)电动修复。主要是通过在包含污染土壤的电解池两侧施加直流电压形成电流梯度,将土壤中的污染物质通过电荷转移、电渗流或电泳等途径带到位于电解池两级处理室中并通过进一步处理实现污染土壤的解毒。该方法适用于毒性大、导电性强的污染土壤的修复。

2)异位修复。(1)挖掘换土。通过机械、人工等手段,使污染土壤离开原位置(与其他低含量土拌合稀释)进行处理(化学法或电动法等去除重金属)、利用(浸出回收重金属或者按标准作为生产建筑材料的原料配料)、处置(稳定化后安全填埋),同时用合格的土壤(客土)回填至原污染土的取土区域,恢复原有功能或符合规划的土壤环境质量标准要求。该方法适用于面积大、浓度略有超标、深度浅的污染土壤的修复。(2)化学淋洗。先挖出受污染土壤,用特定溶剂注入土壤中洗脱出污染物,再将包含重金属的液体抽取出来进行分离和净化处理。该方法适用于水利传导系数<10-3 cm/s 的土壤,洗净后土壤与原土拌合符合规划的土壤环境标准要求后回填。(3)热处理。通过加热方式,将一些具有挥发性的重金属如汞、砷等从土壤中解吸出来,或者进行热固定等。该方法适用于受挥发性重金属污染的土壤修复。(4)稳定/固化。物理上隔离污染物(如沥青包裹、防水密闭包装)或将污染物转化成化学性质不活泼态,需要在土壤中加入化学试剂或化学材料使土壤中重金属不再溶出,并且建设具有防渗防水淋溶的填埋库。该方法适用于污染较重、没有利用价值或上述处理成本较高的污染土壤的修复。

编辑:李丹

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