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非常规土壤修复技术发展及应用

北极星环境修复网  来源:《煤炭与化工》  作者:宋 旸 等  2019/9/4 16:36:57  我要投稿  

北极星环境修复网讯:摘要:随着经济社会不断发展,城市扩展,种植业及养殖业对土地要求提高,我国面临的 土壤污染问题日益严峻。在分析了我国土壤污染现状和常规土壤污染修复技术的基础上,主 要对几种新兴的非常规土壤修复技术进行介绍,包括微波修复、超声波修复、电动修复、光 催化降解以及渗透反应墙技术,并概述了各种方法的基本原理、修复效果以及国内外研究进 展、发展趋势等。

关键词:土壤污染;修复技术;非常规修复技术;微波修复

引 言 随着我国城市化工业化进程的加速,土壤环境 问题也随之凸显。化工生产、金属冶炼、垃圾不合 理填埋、农药过度使以及矿产资源过度开采等造成 土壤污染的不断加剧,已经成为突出的问题,如何 合理、有效地处置、修复被污染土壤已成为亟待解 决的问题。 “十三五”以来,我国出台了多个有关土壤保 护的法律法规,其中《土壤污染防治行动计划最受关注。“土十条”为我国土壤治理工作提出了 目标与要求:到 2020 年,全国土壤污染加重趋势 得到初步遏制,土壤环境质量总体保持稳定,农用 地和建设用地土壤环境安全得到基本保障,土壤环 境风险得到基本管控。到 2030 年,全国土壤环境 质量稳中向好,农用地和建设用地土壤环境安全得 到有效保障,土壤环境风险得到全面管控。到 21 世纪中叶,土壤环境质量全面改善,生态系统实现 良性循环。 目前现有的常规土壤修复技术包括传统的物理、化学、生物修复技术,这些技术研究历程较 长,且较为成熟,其中一部分已经过工程验证进入 市场化运行阶段,基本可用于对污染场地的修复。 但常规修复技术存在修复效率较低、成本较高、产 生二次污染等问题不能满足我国对土壤修复工作的 新要求,故一系列环境友好、经济友好的新型非常 规技术亟待开发。

1 我国土壤污染现状

我国现阶段土壤环境状况总体不容乐观。全国 第一次土壤污染状况调查公报显示部分地区土壤污 染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土 壤环境问题突出,全国土壤总超标率为 16.1%。受 镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近 2 000 万 hm2,约占总耕地面积的 1/5;其中工业“三废” 污染耕地 1000 万 hm2,污水灌溉的农田面积已达 330 多万 hm2。 我国土壤污染类型多样,呈现出新老污染物并 存、无机有机复合污染的局面,既有重金属、农 药、抗生素和持久性有机物等污染,又有放射性、 病原菌等污染类型,给我国土壤污染修复带来困 难。其中,重金属污染和有机物污染是目前我国土壤污染的主要类型。 我国土壤污染类别见表 1。

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土壤重金属污染有人为原因和自然原因 2 种, 人类活动是土壤重金属污染的主要原因。土壤重金属污染的自然来源主要是岩石风化和火山喷发等自 然地质活动,土壤重金属污染的人为来源主要为矿 产开采、金属冶炼、化工、煤燃烧。 有毒重金属在土壤污染的过程中具有隐蔽性、 长期性、不可降解和不可逆转性的特点,不仅导致 土壤的肥力与作物产量、品质下降,还易引发地下 水污染,并通过食物链途径在植物、动物和人体内 累积。土壤中有机污染物的来源包括石油库和化学品 库泄露,工业泄露和溢出,农药滥用,清洁剂、油、防冻液随意处置,生活垃圾不当处置,垃圾填 埋场和垃圾堆场等。 每年有大量的有机物释放到土壤环境中,包括 芳香化合物、多氯代有机物、农药、石油等,其中 大部分的污染物是难溶的、有毒的、致突变的,甚 至是致癌的,对人类的健康和生态系统有着巨大的 危害。针对我国土壤污染现状,目前市场上的修复方 法存在的不足可能导致其较难满足现有需求。例如 土壤汽提存在处理效率较低、可能存有残留的问 题;土壤淋洗技术存在用水量较大、可能产生二次 污染的问题;而生物修复则具有修复周期长、修复 条件难以控制的通病。因此满足我国土壤修复要求 的新技术开发迫在眉睫。

2 非常规土壤修复技术

土壤本来是各类废弃物的天然收容所和净化处 理场所,土壤接纳污染物,并不表示土壤受到污 染,只有土壤中收容的各类污染物过多,影响和超 过了土壤的自净能力,才表明土壤受到了污染。土 壤修复正是针对这类土壤,利用物理、化学和生物 的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物, 使其浓度降低到可接受水平,或将有毒有害的污染 物转化为无害的物质。

从根本上说,污染土壤修复的技术原理包括如 下 2 个方面:①改变污染物在土壤中的存在形态或 同土壤的结合方式,降低其在环境中的可迁移性与 生物可利用性;②降低土壤中有害物质的浓度。 经过近年来的研究与应用,一些土壤修复技术 已有技术研究成熟并投入工业应用中,在积累污染 场地土壤工程修复技术应用经验的同时,也发现了 其技术存在的问题。

2.1 传统修复技术

目前针对污染场地的治理技术按技术类型可分 为物理方法、化学方法和生物方法。 物理修复技术是指将污染物隔离、富集以及转 移,主要包括换土法、挖掘填埋法、土壤汽提、热 脱附等。化学修复主要原理是氧化分解,主要包括固定 / 稳定化技术、化学淋洗法、氧氧化还原法等。 生物修复是指利用特定的生物 (植物、微生 物或原生动物) 吸收、转化、清除或降解环境污 染物,实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。 各种土壤修复技术特点见表 2。

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2.2 非常规土壤修复技术

2.2.1 微波修复

微波辐照技术用于废水治理已不再陌生,却鲜有用于土壤修复的研究。与其他修复方法相比,微 波修复具有快速、高效和环境友好等优点,已引起 越来越多学者的关注。 微波修复属于热修复技术范畴,原理是通过微 波对被污染土壤进行加热,可以快速、有效地使土 壤中的污染物通过挥发、分解、固定化的手段被收 集、破坏或固定,从而达到去除目的。

相对于传统的热修复技术,微波加热有自己独 有的特点。传统加热方式热量通过热传导或对流的 方式在土壤中进行传播,依靠物料表面将热介质热 量逐层传入物料内部使之升温,这种方法需要时间 较长且热损失较大,距热源较远的土壤较难达到所 需温度,对去除时间与效率会有一定影响。而微波 加热依靠微波透入物料内,与物料的极性分子间相 互作用转化为热能,使物料内各部分都在同一瞬间 获得热量而升温, 能量损失小,加热速度快。

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