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土壤修复技术的研究与发展

时间:2022-11-24 21:50:06 公文范文 浏览量:

摘要:土壤安全问题未得到重视,致使近年来不断发生土壤污染导致的农产品食品安全事件,食物链的安全也正在受到威胁。因此,发展土壤修复技术已刻不容缓。这对实现可持续发展的战略目标有重大的意义。本文系统概述了现阶段国内外对污染土壤修复所采用的物理修复方法、化学修复方法、生物修复方法(包括动植物修复及微生物修复)和采用多种技术结合使用的联合修复方法,并对各个技术的发展情况及前景进行较全面的表述。

关键词:食品安全;土壤生态安全;土壤修复;可持续发展

中图分类号:S15 文献标识码:A DOI:10.11974/nyyjs.20170132073

所谓污染土壤修复,是指利用物理、化學或生物的方法,将土壤中的污染物吸收、降解和转化,使其浓度降低到可接受的水平或将有毒有害污染物彻底转化为无害物质的过程。世界各大发达国家已走在世界前列,美、日、澳等国通过对本土土壤问题的研究,积累了丰富的的现场案例处理经验,同时也培养了大量的优秀土壤修复技术人才,并将其系统化,成立了很多专门从事土壤修复的组织公司。与之相比,我国的土壤修复技术还相对欠缺,缺乏丰富的临场经验与专业设备,因此,就需要与国外拥有先进技术经验的公司人员进行交流,培养出一批属于我国的土壤修复人才。

现代农业土壤条件日益恶化,土壤修复的背景环境愈趋复杂,诞生出冶金及化工等污染场地修复、农田污染土壤修复、矿区污染修复及油田污染修复等多种专门面向特种行业的土壤修复需求。根据修复原理的不同,污染土壤修复可分为以下三种:物理修复、化学修复和生物修复。但由于上述土壤环境的多重性,开始出现了一些修复技术手段的交叉融合使用的联合修复技术。

1物理修复技术

污染土壤物理修复技术物理修复是指以物理手法将污染源从土壤中祛除或剥离的技术。其中对于常见的场地土壤有机物污染祛除的主要物理修复手段是热处理,常用的包括超声/微波加热技术、蒸气浸提技术、热脱附技术等。

1.1超声/微波加热技术

该技术是利用超声空化现象所产生的机械效应、热效应和化学效应对污染物进行物理解吸、絮凝沉淀和化学氧化作用的处理,从而将污染物与土壤颗粒进行分离,并在液相中把污染物分解成二氧化碳和水或者容易易降解的小分子化合物。一些研究采用微波对土壤中的污染物物理解吸并采用化学氧化把污染物全部去除以达到土壤净化的目的。超声波也可被应用于被石油污染的土壤中。研究证明,微波技术也是一种有效的土壤修复方法。

1.2热脱附技术

热脱附技术是将土壤中的污染物通过直接或者间接的方式加热到足够高的温度,使该污染物蒸发并与土壤分离的过程。此方法可以使污染物在非氧化条件下燃烧,大大减少一些剧毒副产物的生成。该技术可处理的污染物范围较广,所处理的土壤修复后的土壤可以重新使用,尤其对含氯有机物污染的土壤修复较方便有效。目前,一些国家采用热脱附技术处理有机物高污染土壤并且已经把该技术工程化。但良好的效果代表着昂贵的成本,相关设备以及处理过程需要消耗大量的人力物力与时间,这就大大限制了该技术在土壤修复领域的推广应用。

1.3土壤蒸汽浸提技术

该技术是指把无污染的空气输入污染土壤中,通过真空泵使土壤产生负压,空气通过被污染的土壤区域,最终与土壤中的污染物混合并流出土壤,混合后的气体通过活性炭吸附或其他处理方法除去有机物,将剩余的气体送回大气中或者循环使用。这种方法成本较低,操作方便,可处理的污染物范围较广。该方法可以采用标准化设备在不破坏土壤的前提下较高效率的除去土壤中具有挥发性的有机污染物,尤其是石油烃类污染物的。

2化学修复技术

在被污染的土壤处理方法发展过程中,该技术发展比较早,主要涉及的方法包括稳定化技术、淋洗技术、氧化还原技术、光催化降解技术和电动力学修复技术等。

2.1固定/稳定化技术

该技术采用的是把一些特殊添加剂混合在被污染的土壤中,充分利用污染物的物理、化学或其他特性使污染物处于稳定状态,从而降低其对环境的危害的一种方法。这种技术可以将金属废弃物转化成较稳定、危害低的固体,处理成本较低,极大地降低了被污染土壤的修复费用,但是修复后的土壤不可再利用,对设备需求也较多。

2.2淋洗/浸提技术

淋洗/浸提技术的定义为把水或者混着冲洗助剂的水溶液、带酸性或者碱性的溶液、表面活性剂等淋剂液与污染土壤混合,从而达到洗脱污染物质的目的。洗脱后的废水废剂需要经过无污染处理就可以排放,重新净化的土壤可以再次使用。这种离位修复技术被许多国家应用于工业中的存在重金属污染或者复杂污染物的土壤处理。淋洗/浸提技术的优点在于这种方法可以净化处理土壤中的有机污染物,因为本技术方法是水溶液,用水量特别多,所以设置的修复场所尽可能在水源附近。

2.3化学氧化—还原技术

化学氧化还原技术是指在土壤中添加化学氧化剂/还原剂,让土壤中的污染物发生氧化还原反应从而达到修复土壤的目标。氧化反应是氧化剂与土壤或者地下水中的有机污染物进行反应,还原反应是对其中能进行还原反应的物质进行反应,还原反应方法是目前研究的创新点。例如,纳米级粉末零价铁的强脱氯作用已经被市场接受,进行土壤与地下水的修复工作,不过仍存在铁表面活性的钝化、被土壤吸附产生聚合失效等问题,仍然需要深入的研究。

2.4光催化降解技术

土壤光催化降解技术是一种创新度较高的深度土壤氧化修复技术,可处理修复农药等有机污染物的土壤。土壤性质、土壤pH值和土壤厚度都会影响光转化有机污染物,比如对于具有高孔隙度的土壤,其中的污染物质迁移速度很快,而且会随着黏度的降低而光解加速,土壤中的氧化铁含量也是对有机物光催化降解的重要因素。

3生物修复技术

污染土壤的生物修复技术是说将土壤中的污染物通过土壤中本身存在的包含植物、动物和微生物在内的许多生物种类的吸收、降解或者转化的方式,达到较小土壤中污染物的比例的目的。目前社会上主流的生物修复技术包括植物修复、动物修复和微生物修复3类,这3类中更为社会所应用的是植物修复和微生物修复。下面将详细对比3种生物修复技术的定义以及优缺点。

3.1植物修复技术

植物本身具有忍耐部分超量的某些化学元素的特征,同时植物根系的微生物体系也能降解污染物的特征,因此其在环境恶劣的情况下暂时生存,而植物修复技术就是要利用植物或者其根系微生物群的这种特征把土壤中的金属元素、有机污染物吸收转化成无害的物质的技术。利用植物修复技术可以吸收转化土壤的污染物包括有害于土壤的重金属元素、人类种植植物時施加的过多的农药、降解率低的有机污染物等。这项技术的重点在于要选择能够环境适应性强、繁衍能力强、能够高效吸收污染物的植物品种,了解植物的生活习性。跟别的修复技术相比,植物修复技术具有生产经济性强、对环境破坏力小、持续时间长、在修复土壤的同时还可净化周围的空气、水等优点,在不破坏生态环境的前提下达到修复污染土壤的目的。

3.2微生物修复技术

这里的微生物既包括天然存在的微生物,还可以是人工培养的包括土著微生物、外源微生物和基因工程菌微生物群等,将这些微生物群在人为优化的温度湿度等条件适宜的环境下进行代谢过程,微生物群将吸收降解土壤中的有毒污染物转化为无毒的物质,这就是微生物修复技术方式。微生物也可以引起土壤的理化特性变化,从而使有机污染物失效或降低效果,比如假单胞杆菌可降解DDT、艾氏剂、毒杀酚和敌敌畏等污染物。目前微生物修复技术是土壤修复技术中的主要方式。当前,微生物修复技术的重点在于选择和培养能够高效吸收转化降解污染物的微生物群,提升微生物群的环境适应能力、高速降解能力以及其安全程度,微生物工作过程中的数据优化和温度、湿度、养分等重点因素的设计控制等部分。

3.3动物修复技术

目前来说,微生物修复和植物修复污染土壤在不论在市面上还是学术研究都有了一定的时间发展,关于动物修复技术的方式还没有引起特别大的注意。动物修复技术是说利用动物的直接作用或间接作用来修复污染土壤的方式,直接作用是指动物的吸收、转化和分解,间接作用是指通过改变土壤的理化特征、提高土壤的肥度或者是加强植物、微生物的繁殖。蚯蚓和部分鼠类等一些土壤中的大型的依赖于土壤生存的动物能够吸收或者富集土壤污染物,然后利用其自身的新陈代谢作用将污染物转化为无毒低毒的物质。微型动物的土壤修复作用的研究现在还比较少,日后微型动物土壤修复技术研究可作为一个重点课题进行研究探讨。

3.4污染土壤修复技术的综合应用

利用上述的2种或者3种方法综合应用的方式进行土壤修复,这样的修复方式既能够加大污染土壤的污染物质的降解速度,又能够避免单个修复技术所带来的局限性和降解物质单一性,这种方法已成为如让修复技术的重中之重。

利用物理-化学方式综合利用修复技术比较适合离位处理后的污染土壤的修复环境。微生物(细菌、真菌)植物、动物(如蚯蚓、线虫)植物综合修复技术是生物修复技术中的新重点。选择能够加速植物成长的细菌群,利用植物-细菌群落的联合修复、动物-微生物群联合修复,将提高有机污染物的吸收、转化、代谢的新的研究项目。

4结论

净化污染土壤是道路艰难、漫长的过程,研究复杂,某一种单独的修复技术肯定会有局限性,降低修复效率。因为不同的污染物质的自身特点、具体的土壤环境、不同的修复技术都是在一定的条件下开展的、不同的修复技术相互缺少联系,这是单一的物理的、化学的或者是生物的修复技术自己无法完成的,单种的修复技术不能将全部的土壤污染物降解,因此需要根据土壤的具体环境选择不同的修复技术的综合应用,制作符合具体污染土壤环境、各类方法联合的新型修复技术,从而完成完全修复污染土壤的任务。

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