镉污染稻田上的修复 (砷和镉污染的土壤修复方法)

铬是重要的战略金属资源,铬盐作为重要的化工原料,在电镀、鞣革、印染、医药、颜料、催化剂、氧化剂、金属缓蚀剂、合成橡胶、合成香料、油脂精制等工业部门具有广泛应用,涉及国民经济约15%的商品品种,具有不可替代性。

多年来,世界各国针对铬污染场地治理问题进行了大量研究,并开发出多种方法。去除铬的方法主要有2种:一种是通过还原、沉淀作用将高毒Cr(Ⅵ)还原为低毒Cr(Ⅲ),并通过沉淀作用降低铬的迁移性与生物可利用性;另一种是直接将铬从土壤中清除。

1、化学还原技术

化学还原法主要是通过还原反应将高毒性的Cr(Ⅵ)转化为低毒且难迁移的Cr(Ⅲ)沉淀,常用还原剂包括FeS04、Feo、多硫化钙和还原微生物等,该方法能够有效降低铬的迁移能力及被生物利用能力。据不完全统计,截至2019年年底,国内已经开展了10多个铬污染土壤的修复工程。已经完成和正在开展修复治理的工程案例绝大部分采用了还原化学修复技术,修复后的土壤通常采取阻隔填埋的方式进行最终处置。过量还原剂添加到土壤中会对修复后土壤的再利用有很大影响,此外需要重视还原剂是否会产生二次污染,因此,该技术限制了化学还原后土壤的去向,目前只能采用填埋场填埋的风险控制方式。

2、化学淋洗技术

化学淋洗技术包括原位土壤淋洗技术和异位土壤清洗技术。原位土壤淋洗技术是将淋洗液注入铬污染土壤中,通过淋洗液的溶解作用将铬等污染物从土壤中转移到淋洗液中,然后将含铬淋洗液抽出进行处理。异位土壤清洗是指采用特殊的清洗装置,将挖出的铬污染土壤进行清洗,土壤中的水溶态Cr(Ⅵ)等污染物逐渐释放进入液相中,然后通过固液分离得到清洗后的土壤和含铬清洗液,再对清洗液进行处理。

3、电动力学修复技术

电动力学修复方法是通过低压直流电在电极附近将CrO42-还原的技术。在铬污染土壤中放入2只电极并通入低压电流,Cr042-在电场作用下逐渐扩散迁移到正极附近并发生还原反应,从而将铬污染物从土壤中去除。由于土壤质地对污染物的电动力扩散影响不大,电动力学修复技术更加适合于传统淋洗等技术不能很好修复的低渗透性黏性土壤,并且适用于大多数重金属污染物。国外很早就开始电动力学修复理论的研究,电动力学修复具有高效的土壤原位修复能力。针对铬污染土壤的修复,研究了土壤成分、土壤铬的赋存形态对于电动力修复的影响。孙孝庆筛选功能性材料构建复极性电极,研究其电动修复过程以及对铬的迁移、形态转化的影响,发现增大电流以及提供腐植酸浓度均可促进Cr(Ⅵ)还原。

利用微生物对铬污染土壤进行修复是近些年研究的热点,通过铬还原微生物将土壤中Cr(Ⅵ)转变成Cr(Ⅲ),其还原机制包括微生物吸收Cr(Ⅵ),在细胞内进行还原解毒,以及微生物分泌还原物质,在细胞外进行还原。已报道的铬还原菌有曲霉菌Aspergillus carbonarius,链霉菌thermocarboxydus和Penicillium oxalicum SL2等。微生物不仅对铬污染土壤具有修复作用,对难处理的铬渣也可还原解毒。柴立元等研究表明,细菌Aomobacter sp.CH-1对于铬渣也有较好的还原解毒效果。这为目前常规方法难以还原的含铬渣土混合物提供了新的修复思路。

微生物修复方法的优点在于运行成本低、无化学药剂残留、对土壤成分和结构影响小,因此对微生物修复材料研究较多,但微生物的筛选以及驯化培养需要特定环境,微生物菌剂的制备成本较高,因此将化学修复方法和微生物修复进行组合的化学微生物复合修复材料备受关注。

修复技术方面,铬污染土壤修复工程绝大部分采用了化学淋洗法修复技术,而其他修复方法大多数仍处于实验室研究阶段,在实际场地的修复效果还有待探究。目前铬污染土壤修复技术均是将铬视作污染物来处理,均未考虑铬资源回收问题。因此在未来,探寻经济、环境友好型修复材料,探讨其修复机理,实现土壤修复和铬资源回收的双重目的是未来的主要研究方向。