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砷污染土壤修复技术概述

作者:未知

  【摘 要】根据我国土壤砷污染现状及污染扩散趋势,介绍了砷污染土壤修复治理的物理、化学、生物修复技术及其应用效果,分析了各种技术的优缺点,并分析了砷污染土壤修复技术的发展方向。
  【关键词】砷污染;物理修复;热解吸;植物修复;微生物修复
  中图分类号: X53 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2019)11-0123-002
  DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.056
  【Abstract】According to the status quo of arsenic pollution in China and its spreading trend,this paper introduces the physical,chemical and bioremediation techniques and their application effects, analyzes the advantages and disadvantages of various technologies,and analyzes the development direction of arsenic soil remediation techniques.
  【Key words】Arsenic contamination; Physical repair; Thermal desorption; Plant restoration; Microbiological repair
  砷是社會生产活动中的一种重要元素,被广泛应用于合金、农药、防腐剂制造以及制药等领域。在砷的开采、加工、利用过程中,一部分的砷不可避免的进入周围的土壤中,造成环境污染。调查显示,美国环保局超级基金计划中41%的污染场地存在砷污染,澳大利亚也存在1万多个存在砷污染的场地,我国广西、云南、青海等地也存在砷污染较为严重的地块[1]。土壤中的砷被动植物富集,可能会通过食物链进入人体,威胁人类健康。因此,如何有效的治理砷污染土壤,成为国内外的研究热点。砷污染土壤的修复治理主要有三种途径。一是隔离法,即采用水泥密封、隔离墙等阻隔技术将污染土壤与周围环境隔离,从而减轻对环境的危害。二是通过物理、化学或生物方法改变土壤中砷的赋存形态,降低砷的移动性、生物有效性与毒性。三是通过淋洗、萃取、生物富集等技术将砷从污染土壤中提取出来,从根本上降低土壤砷含量。根据修复措施,可以将砷污染土壤修复技术分为3类:物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。
  1 物理修复
  物理修复技术主要是通过物理性的方法如改土法、隔离法、电动修复法等修复砷污染土壤。改土法又可分为翻土法和客土法两大类。翻土法即通过翻耕的方式处理砷污染土壤,一方面可以使污染土壤与清洁土壤充分混合,降低单位土壤砷含量;另一方面可以通过翻耕改变原有土体的理化性质,增加土体的通气性和透水性,提高土壤生物活性,从而增强土体的自净能力。客土法是以部分或全部置换污染土壤的方式达到修复治理目的。研究表明,一般情况下,土壤中的重金属污染物主要集中在土壤表层,污染物含量可占总量的50%以上,在去除表层土壤(15~30cm)后,种植的作物中重金属含量可以降低50%。隔离修复技术一般采用生石灰、水泥、膨润土或者选择性渗透膜等材料,在污染土壤与周围清洁土壤之间构建隔离层,阻断砷的迁移途径。如钙基膨润土阻断砷迁移的机理为通过吸附作用将砷离子固定在土壤颗粒中,其中巯基化膨润土对砷离子的吸附能力接近100%,提高幅度最大,且吸附后的砷离子解吸率小于1%[2]。电动修复法即人为在污染土壤中安插正负电极,通过电场作用使砷离子定向移动,最终在电极处聚集沉淀,以此来达到去除砷污染物的目的。纪冬丽等采用电动联合渗透反应格栅(EK/PRB)修复砷污染土壤的研究表明,单独的电动修复(EK)对砷污染的去除率可达42%,采用EK/PRB联合修复法可以将去除率提高到57%,使用盐酸调节阴极pH后可将去除率提高至68%[3]。
  2 化学修复
  化学修复技术主要是采用向土壤内添加化学试剂(如磷酸盐类、柠檬酸类、碳酸盐类)改变砷污染物的移动性,降低其生物有效性和毒性,达到将砷污染物淋洗或固定土壤中的目的。目前化学修复技术国内外进行了大量的研究,技术较为成熟,常见的化学修复方法有淋洗法和固定/稳定化法。淋洗修复技术主要是通过添加磷酸、柠檬酸等试剂,增加砷污染物的移动性,随淋洗剂排出土壤。研究表明,利用9.4%的H3PO4 淋洗砷污染土壤6h后,土壤砷接近完全清除,去除率达 99.9%,柠檬酸在浓度为0.25mol·L-1、土液比1:50、作用时间21h的条件下对土壤砷的去除率可达70%以上[4]。通过对不同的淋洗剂进行组合,可以提高砷的出去效果。邓天天等在华北地区的研究表明,FeCl3与柠檬酸组成的复合淋洗剂效果要优于单一淋洗剂[5]。陈寻峰等在湖南省的研究发现,用NaOH与EDTA复合淋洗砷污染土壤,可以将砷污染去除率由66.73%提高37%到91.83%[6]。固化/稳定化修复技术是利用石灰、水泥、硫化物等降低砷的迁移性。常用的固化技术是利用水泥将砷污染土壤固化,常用的稳定化材料为石灰和硫酸铁等硫化物。
  3 生物修复
  生物修复即依靠土壤中的动物、植物、微生物来降低砷污染毒性的方法。植物修复即利用富集植物及其分泌物来降解、吸收土壤中的砷污染物,需要筛选砷超富集植物。常见的砷富集植物如蜈蚣草,对砷具有很强的富集和耐受能力,在适当的施用磷肥调节蜈蚣草生长的条件下,种植7个月后对土壤砷的去除率可达7.84%[7]。苎麻、小蓬草、艾草、芒、商陆、狗尾草等对砷也具有一定的富集能力。动物修复法即利用土壤动物改善土壤理化性质如通气透水性提高土壤自净能力或者通过动物富集土壤中的砷污染物,威廉环毛蚓对砷具有一定的富集能力[8]。微生物修复则是利用对砷具有一定分解、转化能力的菌类将高毒形态的砷转换为低毒或无毒形态的砷。将中华根瘤菌属的DWY-1菌株接种到砷污染水稻土中培育14天后,土壤中的总砷降低了32.9%[9]。硫酸还原杆菌和硫酸氧化杆菌可以将污染土壤中的砷转化为硫化物[10]。通常情况下,植物-微生物联合修复比单一的修复技术效果更好,李秀玲等的研究表明,修复菌株CP3和CP7作用下,风车草对砷的富集率和迁移率可以分别提高65%和21%[2]。   4 展望
  随着我国砷污染情况的加重,砷污染修复技术的发展对人类的健康和环境安全至关重要。需要不断的对现有的修复技术进行改善提高,并不断开拓创新,开发出更加成熟、对环境副作用更小的新技术。纳米技术是近几年出现的一种新型技术,有学者通过水热合成法制备出纳米片状ZnO光催化剂用于砷污染土壤修复,发现20ml砷污染土壤提取液中添加0.04g的纳米片状ZnO对三价砷的降解率高达90%以上[11]。随着纳米技术的飞速发展和研究的进一步深入,纳米修复技术必将成为砷污染修复的未来。
  【参考文献】
  [1]李秀玲,韦岩松,辛磊,等.尾矿区砷污染土壤的植物、微生物协同修复[J].湿法冶金.2019,38(1):64-68.
  [2]李媛媛,董泳秀,刘文华,等.巯基化膨润土对As3+的吸附解吸性能研究[J].环境保护科学.2015,41(1):104-108.
  [3]纪冬丽,张竞,孟凡生,等.EK/PRB修复砷污染土壤影响因素及机理[J].环境科学研究.2019,2.
  [4]唐敏,张焕祯,李亮.砷污染土壤柠檬酸萃取修复技术研究[J].环境污染与防治,2011,32(12):31-34,58.
  [5]邓天天,马培,李晗晟.FeCl3-柠檬酸对低浓度As3+污染土壤的淋洗特性[J].生态与农村环境学报.2018,34(2):169-176.
  [6]陈寻峰,李小明,陈灿,等.砷污染土壤复合淋洗修复技术研究[J].环境科学.2016,37(3):1147-1155.
  [7]廖晓勇,陈同斌,谢华,等.磷肥对砷污染土壤的植物修复效率的影响:田间实例研究[J].环境科学学报,2004,24(3):455-462.
  [8]杨居荣,葛家璊.蚯蚓对土壤重金属的吸收与富集[J].农业环境科学学报,1984,3:4-8.
  [9]周武先,段媛媛,游景茂,等.砷氧化菌DWY-1的分離鉴定及其修复砷污染水稻土的可能机理[J].农业环境科学.2018,37(12):2746-2754.
  [10]格鲁,刘述中.重金属和砷污染土壤的微生物净化[J].国外金属矿选矿,1999,36(10):40-42.
  [11]梁璨.ZnO纳米片光催化修复砷污染土壤研究[J].化肥设计.2018,56(5):11-14.
  ※基金项目:陕西省土地工程建设集团内部科研项目(DJNY2019-17)。
  作者简介:闫波(1990—),男,山东德州人,汉族,硕士,工程师,主要从事土地整治工程技术研究。
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