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不同修复技术的应用情况
植物修复
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植物修复是利用植物去除土壤中污染物的技术。有研究表明,利用生物质炭配合植物修复,通过改变土壤中重金属的形态,对植物吸收重金属有显著影响。Lee 等研究了生物质炭对植物吸收土壤中重金属的影响,发现生物质炭降低了植物吸收累积的重金属量。通过向植物修复过程添加一定量的生物质炭,对修复过程可以起到促进的作用。
化学淋洗
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化学淋洗是指用淋洗液把重金属污染物从被污染的土壤中除去。该方法虽然具有长效性、易操作等优点,但其产生的大量淋出液若处理不当,存在对地下水产生污染的风险。生物质炭疏松多孔,且电荷密度较高、含大量负电荷,采用生物质炭对淋洗液进行吸附处理,可以达到水资源循环使用和废 水零排放的目的。王建益等研究了不同吸附材料对土壤淋洗液中砷的去除效果,结果显示氧化铁 + 活性炭( 体积比 1∶ 1) 材料对砷的去除率可达到100 % ,是处理含砷土壤淋洗液的较好材料。刘培亚采用碱性沉淀结合生物质炭吸附处理土壤淋洗废水,发现在添加2 %的双氧水,调节 pH 值至 12. 2,生物质炭添加量为 3. 75 g / L 时,处理后的淋洗废水中 Cd2 + 、Pb2 + 浓度均可达到国家污水综合排放标准。
土壤性能改良
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生物质炭丰富的多孔结构和含氧官能团,对提高土壤结构和性能有促进作用。向土壤中添加生物质炭,一方面可以提高土壤 pH 值,土壤颗粒表面的负电荷随之增加,对 Pb2 + 、Cd2 + 、Zn2 +、Cu2 + 等重金属离子的静电吸附也增加; 另一方面,与土壤溶液中游离的 Pb2 + 、Cd2 + 、Cu2 + 、Zn2 + 等重金属离子易形成氢氧化物、碳酸盐及磷酸盐沉淀。生物质炭不仅能直接吸附土壤中游离的重金属离子,也能间接促进土壤颗粒对重金属离子的吸附。郭利敏等用生物质炭作改良剂,研究土壤中镉在小白菜中的富集情况,结果表明,生物质炭可显著提高土壤 pH 值,改善土壤酸化状况,使土壤表面有效态镉含量增加,从而显著降低小白菜体内的镉含量 。丁文川等的研究结果表明,富磷污泥生物质炭对P d ( II ) 的吸附去除率随pH值增加而升高,投加量至80 g / L ,P d ( II ) 的去除率提高到98 % ,可以作为一种廉价的重金属离子吸附剂。Beesley 等向污染土壤加入生物质炭,使得土壤孔隙水中镉的浓度降低,减少了镉对植物的毒害作用。Beesley等研究还发现,添加生物质炭后,土壤中可交换态 Cd 的含量显著下降,并与土壤的pH 值呈负相关。生物质炭显著地提高了土壤的 pH 值,是促进 Cd 在生物值炭孔隙和土壤颗粒中吸附的重要原因。
固化 / 稳定化
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固化 / 稳定化技术是指通过向土壤中添加固化 / 稳定化药剂,改变土壤中重金属的形态,从而降低重金属在土壤环境中的溶解迁移性、浸出毒性和生物有效性。常用的固定材料有工业废渣、水泥、黏土矿物质和生物质炭等。工业废渣、水泥、黏土矿物质等无机矿物质无法降解,致密度高,加入土壤后,不利于土壤的回用。而生物质炭来源于生物质资源,易降解、孔隙发达、吸附固定重金属能力强,具有明显优势。林爱军等研究发现,土壤施加 1% 骨炭后,水溶态、交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态 Pb的浓度都显著下降,而土壤有机结合态 Pb 的浓度显著上升,骨炭处理对土壤中 Cd、Cu 和 Zn 化学形态的影响与 Pb 相似。结果表明骨炭可以吸附、固定土壤中的 Pb、Cd、Cu 和 Zn,改变重金属的化学形态,降低其生物可利用性。
Namgay 等以桉树为原料在 550 °C 的条件下制备生物质炭,并将生物质炭作为固化剂施入土壤后检测 As、Cd、Cu、Pb、Zn 在玉米嫩芽中的含量,结果表明,生物质炭吸附微量元素的顺序为Pb > Cu > Cd > Zn > As。Fellet 等研究发现,修复尾矿重金属污染过程中,向其中加入生物质炭降低了Cd、Pb 和 Zn 的生物利用度,并且对 Cd 降低量最大。Park 等将鸡粪和绿色废弃物制备的生物质炭施入被重金属污染的土壤中,结果表明在土壤中种植的印度芥菜中 Cd、Cu、Pb的含量明显降低,表明植株对几种重金属的利用率下降,并且随着生物质炭施入量的增加,Cd、Pb在印度芥菜体内的积累量都大大减少。
热解吸修复
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热解吸修复技术是通过加热污染物质,使污染物质达到沸点后挥发的方法。热解吸修复技术广泛应用在有机物以及重金属汞污染土壤的治理上。热解吸修复过程中尾气极易产生二次污染,生物质炭的多孔结构以及良好的吸附性能,使其可以在尾气处理中起到较大作用。如江苏南通某农药厂场地开展的热解析设备和密闭大棚都用生物质炭作为尾气处理的吸附材料。贵州省某地区对汞污染土壤进行热解吸修复,并采用生物质炭对热解吸尾气作净化处理,汞污染处理率可达 95. 73 % ,尾气中的汞被生物质炭吸附固定,以残渣态汞为主,环境风险较小。
电动力学修复
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电动力学修复技术是通过外加电场作用,使得土壤中污染物定向移动并累积于电极附近,取出电极以去除污染物。电动力学修复技术主要可分为: 极性交换技术、逼近阳极技术、注入缓冲溶液技术和电动力学修复技术与其他修复技术的联用等。其中,电动力学-吸附联合修复技术中,生物质炭通过改变重金属的氧化还原状态、土壤体系的 pH 值,提高了修复效果。马建伟等研究表明,在相同电压梯度、电场 48 h 切换周期下,配合使用生物质炭,土壤中的镉在 12 d 后去除率达到79. 6 % ,期间土壤 pH 值和水分保持正常。谢国樑等以柠檬酸预处理、竹炭吸附、电极周期性切换作为强化手段,采用电动修复技术处理重金属污染河涌底泥,发现添加竹炭后,可显著提高重金属的去除率,其中 Zn、Ni 平均去除率分别达到 80. 95 % 、68. 26 % 。
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