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有机污染土壤修复技术应用进展

作者:周永信  来源:安全管理网 
评论: 更新日期:2020年01月13日

摘要:在当前城市工业化经济迅速发展的背景下,大型企业如石油、化工企业等,在扩大生产规模创造巨大生产效益的同时,产生的工业废弃物也对生态环境安全造成一定程度的威胁,城市内出现了大量有机污染场地。由于土壤修复在我国起步较晚,相关的技术、设备基础较国际水平较为落后。因此,需大力加强先进的有机污染土壤处理技术研发,提升相关设备处理能力,有效防治土壤有机污染问题,促进绿色可持续经济发展。因此,本文主要分析并阐述了国内常见有机污染土壤修复技术的相关应用情况。

关键词:有机污染;土壤;修复技术;应用

Recent application of soil remediation techniques in organic contaminated sites

Zhou Yongxin

Guangxi BOSSCO environmental protection Co.,Ltd.

Abstract:Under the rapid development of the urbanism,a large number of organic contaminated sites are left in the cities.The industrial waste generated from big enterprises like petroleum and chemical plants pose a significant threat to the ecology.Due to the late start of soil remediation in China,the relevant techniques and equipment are not well developed compared with other ries like EU and US.Therefore,the investigation of advanced organic-contaminated soil treatment technologies is highly demanding in China.The efficiency and treatment capacity of the equipment should also be further studied to prevent and control organic pollution problems in the soil,as well as to promote sustainable economic development.This paper mainly introduced the common soil remediation techniques applied in the organic contaminated sites and their limitations in China.

Keywords:organic contaminants;soil;remediation technique;application

在工业化进程推进、城市用地调整过程中,大量冶金、石化、化工、农药等工业工程迁出城市,城市中形成了较大规模的有机污染遗留场地[1]。我国对这一污染状况的关注较晚,直至2004年原国家环保总局才要求对工业搬迁遗留的城市污染场地进行监测和修复。目前,这类污染场地形成了城市地区对土壤修复的主要需求[2]。同时,在“绿水青山就是金山银山”的大背景下,针对土壤修复行业,我国也陆续发布了一系列关于加强污染场地管理和治理的通知要求、指导意见和法律法规。土壤污染的修复成为当前社会关注的焦点问题[3]。因此,本文主要介绍了目前国内在有机污染土壤修复过程中较常使用的物理、化学、生物修复技术及其适用条件。

1 物理修复技术

1.1 热解吸技术

指利用热交换系统,直接或间接对土壤污染物或其他含污染物的介质进行加热(加热温度通常在150-540℃之间),使污染物从土壤或其他介质中挥发出,从而分离污染物的过程。土壤热解吸处理过程的影响因素,主要包括温度、处理时间、污染物特性、土壤理化性质(如含水率、土壤粒径、渗透系数等)的影响。由于土壤加热过程会消耗大量能量,如何在降低能耗的同时并保证处理效果是热解吸技术成功运用的关键[4]。通常在工程应用中,会根据土壤含水率及污染物特性,选择不同的加热方式。若土壤含水率较高或污染物沸点在200℃以下,应优先选择电阻加热;若污染物沸点在200℃以上,宜采用热传导加热。目前,热解吸法主要应用在多环芳烃、苯系物或石油烃等挥发/半挥发性有机污染物的处理中[5]。

1.2 气相抽提技术

自20世纪80年代起,在欧美国家应用广泛流行的土壤有机物污染修复技术,该方法最早由美国Terra Vac公司开发。该技术是将新鲜空气通过注射井注入污染区域,利用真空泵产生负压,注入的空气流经污染区域时,解吸并夹带土壤孔隙中的挥发性有机物经由抽取井流回地上[6]。气相抽提技术是一种原位修复技术,对土壤中挥发性有机污染物具有较高的去除效率,因而适用于化工厂、石化场地等[7]。相关学者研究发现,气相抽提技术应用于轻组分石油烃类污染物地时,对该类污染物的去除率可达90%以上[8]。

2 化学修复技术

2.1 氧化还原法

指通过向污染土壤中添加化学氧化剂(Fenton试剂、臭氧、双氧水、高锰酸钾等)或还原剂(二氧化硫、氧化亚铁、气态硫化氢等),使其与重金属、有机物等污染物发生化学反应,生成毒性更低或易降解小分子物质,从而实现土壤净化的过程[9]。有研究人员通过实地采样,对金属铁屑修复氯代有机物污染土壤进行了针对性研究,经实验证明,金属铁屑可以有效还原氯代有机化合物,整体反应条件比较温和,且实际投入成本较少。金属铁屑对有机氯化合物还原脱氯的原理主要包括吸附、氢解、还原消除等,且氯代烯烃反应性会随卤化度的增加而呈现明显下降的趋势[10]。

2.2 土壤淋洗技术

指将淋洗剂渗透到被污染土壤中,充分与土壤颗粒作用,使污染物溶解进入液相,或促进其迁移转化,污染物脱离土壤颗粒,从固相进入液相,降低土壤中污染物含量。淋洗作用原理包括:1.利用淋洗液溶解气液相污染物,及吸附相污染物;2.利用液体冲洗力带走土壤颗粒孔隙问和吸附在土壤表面的污染物。常见的淋洗剂包括酸/碱溶液、络合剂、表面活性剂等[11]。研究人员对非离子型表面活性剂的淋洗效果进行研究发现,该类型表面活性剂对有机氯农药污染场地的修复效果明显[12]。土壤淋洗技术具有快速、高效、可操作性强的特点,有利于大面积重度污染土壤的修复,但其对土壤质地具有较高要求,轻质、砂质土修复效果较好,渗透性较差的粘质土壤修复效果较差,同时若淋洗剂使用不当易造成土壤养分大量流失、二次污染及地下水污染,因此筛选环境友好、易降解的淋洗剂成为淋洗法修复污染土壤的关键[13]。另外,土壤粒径、污染物性质和浓度、水土比、淋洗时间等因素也会对淋洗效果产生影响[14]。

2.3 电化学修复技术

指在直流电压形成的电场作用下,通过电化学和电动力学的复合作用(以电渗透、电迁移、电泳和扩散为主)驱动污染物沿电场方向富集到电极区,再将电极区集聚的污染物进行集中处理或者分离;或者通过电动效应增加土壤中的有机污染物、营养物和降解菌之间的传质作用,提高土著或外源微生物的降解效率,该技术是一种新兴的原位修复技术[15]。相关研究表示,在处理有机污染土壤的过程中,电化学修复技术受到电极反应、土壤酸碱度、表面化学能及污染物的电化学特征影响,并且主要依靠在外加电场作用下发生在土壤中电迁移和电渗析作用以及发生于电极表面的氧化作用。该技术适用于处理密质和低水力渗透率土壤中的有机污染物,然而对于缓冲容量较高的天然土壤,在实际修复过程中单靠电化学反应产生的酸很难使土壤的 pH 值降低到较低的水平,因此很难达到预期的修复效果,制约了电化学修复的实际应用[16]。

3 生物修复技术

污染土壤生物修复技术是指利用土壤中的植物、动物和微生物等生物吸收、降解和转化土壤中的污染物质,使得其含量降低到一定水平或者转化为无害物质的方法。根据污染土壤生物修复主体的不同,可以分为植物修复技术、动物修复技术、微生物修复技术[17]。

3.1 植物修复技术

指利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发和转化、降解等作用机制来清除土壤中的污染物。植物修复过程可分为:植物提取、植物挥发、植物固定、植物转化等。植物对有机污染土壤的修复作用主要表现在利用植物对有机污染物的吸收,植物体内释放的各种分泌酶或酶类物质促进了污染物的降解及在植物根际微域的矿化,使污染的土壤生态功能得到恢复。植物降解有机污染物的成功与否,取决于有机污染物的生物有效性,即植物微生物的吸收与代谢能力。该技术适用于多环芳烃、氯代有机物为主的污染土壤的修复[18]。相关研究表明,植物通过将污染物吸收至木质素中,进行及时有效的浓缩固化、降解,可有效去除氯代有机污染物[19]。

3.2 微生物修复技术

指基于微生物自身的新陈代谢功能将土壤中污染物浓度降低一定水平,从而达到去除污染物质的修复方法。微生物具有分布广、种类多、繁殖快、适应强和易变异等特点,具有较强的分解代谢能力和较高的代谢速率,降解潜力大,并且经济、简便、二次污染少,因此微生物修复在污染土壤修复的研究和应用中备受关注[20]。相关实验证明,细菌、真菌等微生物可以有效消除土壤中的农药残留。微生物降解农药的主要方式是酶促反应,即化合物通过一定方式进入微生物体内,在各种酶的催化作用下,最终将农药完全降解或分解成毒性较小或无毒性的小分子化合物[21]。近年来,微生物修复污染土壤的研究报道较多,但投入实际应用的较少,主要的局限性体现在:(1)环境因素或污染物存在状态的改变都会使微生物的降解难以进行;(2)当污染物浓度太低不足以维持一定数量的降解菌时,残余的污染物就会留在土壤中,使污染物不能达到100%降解;(3)特定的微生物只能够降解特定的化合物类型,化合物形态一旦变化就难以被原有微生物酶系降解;(4)其他物质对微生物修复的抑制及促进效应及修复过程中的基因调控机理还有待研究[22]。

国内的土壤环境污染问题日益严重,并且呈现多样化、毒性大、浓度高的特点。但我国在土壤修复技术、工程化实践运用、修复和监测设备上起步较晚,加之国内的法律、监管体系还不完善。因此,需要加快技术研发进程,结合实际污染情况,灵活选用一种或多种土壤修复治理技术,提升污染土壤修复技术水平与效率;进一步制定相关法律规程、技术标准,规范土壤修复技术运用市场。

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