重金属污染土壤修复技术外文翻译资料

重金属污染土壤修复技术

Audroneuml; Jankaiteuml;¹, Saulius Vasareviegrave;ius²

Dept of Environmental Protection, Vilnius Gediminas Technical University,

Sauleuml;tekio al. 11, LT-10223 Vilnius-40, Lithuania

摘要：重金属例如铅、铬、锌、镉、铜等，由于其存在溶解性和移动性，所以可能对人体健康和环境造成危害。而选择最合适的土壤修复技术取决于污染场地特征、污染物浓度、要去除的污染物种类以及最终使用的污染介质。本文综述了土壤修复技术，如隔离与控制、固化/稳定化等。

关键字：垂直和水平阻隔；玻璃化；土壤淋洗；电动力学；植物修复

1. 引言

土壤重金属污染是一个重大的环境和人类健康问题，因此目前仍然需要有效的和现实的技术解决办法^[1]。重金属在表层土壤层中的积累和持久性、多样的生物有效性和潜在毒性是目前开展深入研究的主要原因。不仅土壤中金属的总浓度备受关注，而且其化学形态和微观特征也为元素的溶解度和生物有效性提供了新的认识。金属在土壤中的行为及其在高浓度下所引起的生物学效应，实际上很取决于金属从固相体中释放到土壤溶液中的过程以及那些影响土壤溶液中金属化学形态的因素。另外，对土壤生物造成不利的生物影响，控制高等植物对金属的摄取，并将其输入食物链的是存在于土壤溶液中的生物可利用金属而非固相中的大量金属^[2]。

1. 主要修复技术

2.1隔离与控制

污染物可以通过隔离和控制防止其进一步移动，使废物的渗透性降低到1·10 ^{- 7}m/s以下，并增加废物的强度或承载能力。例如由钢、水泥、膨润土和浆墙组成的物理屏障可用于封顶、纵横围护。封堵是一种针对现场的能有效减少水过滤的技术^[3]。

垂直阻隔可使受污染地下水在场外的移动最小化或限制未受污染的地下水流动。常见的竖向障碍包括开挖沟槽中的浆墙、向土体钻孔中注入浆体形成的浆幕、竖向注入的水泥-膨润土浆充填钻孔或撤梁入地形成的孔、以及打入钢形成的板桩墙。

某些化合物可以影响水泥-膨润土屏障。膨润土在暴露于高浓度的杂酚油、水溶性盐(铜、铬、砷)或阻燃盐(硼酸盐、磷酸盐和氨)中时，其抗渗性能可能会明显降低。一般情况下，土-膨润土共混物只含有1%的膨润土和30%～40%的天然土细粒时其抵抗化学腐蚀的效果最好^[4]。

土壤（沟槽或井内）的横向屏障正在开发中，虽然尚未证明是有效的，但有可能在限制金属污染物向下移动时可作为基础衬垫并无需挖掘^[3]。现已有的技术是使用灌浆技术来降低底层土壤层的渗透性。美国陆军工兵部队研究表明，传统的灌浆技术不能产生不渗透的水平屏障，因为它不能保证灌浆的均匀的横向流动。同样的研究发现，在含有足以防止洗孔坍塌而且没有可以偏转切割喷头的大石头或巨石的土壤中，喷射灌浆技术取得了更大的成功^[4]。

2.2固化/稳定化技术

固化/稳定化技术通常通过将受污染的土壤或处理残留物与物理结合剂相结合，以形成围绕废物颗粒的晶体、玻璃或聚合物框架。除了微型包装外，一些化学固定机制可能提高废物浸出的抵抗力。另一种形式的固化/稳定化处理依赖于微型包装，其中废物是不变的，但宏观颗粒被包裹在相对不渗透的涂层或特定的化学固定剂中，其中污染物被转化为耐浸出的固体化合物。固化/稳定化处理主要通过使用无机粘合剂（如水泥、粉煤灰和/或高炉渣）或有机粘合剂（如比杜门）来完成。例如，可以使用添加剂将金属转换为移动性较低的金属，或抵消受污染土壤对固化/稳定化混合物的不利影响（例如加速或延迟凝固时间和降低物理强度）。固化/稳定化处理的最终产品形式范围可以从碎屑、土壤样混合物到巨型完整块体^[4]。

玻璃化是一种需要热能的固化/稳定化过程。 它涉及将电极插入土壤，且这些电极必须能够携带电流，然后在冷却时凝固（图1）。在玻璃化过程中也可以产生有毒气体。这项技术在砷、铅和铬污染土壤已经有全面的应用。混合废物也可以以这种方式处理。但高粘土，水分含量和碎屑会影响其工艺效率。所以这些固化/稳定化过程适用于浅层和大体积的污染^[3]。

2.3土壤淋洗

土壤淋洗是一种原位修复技术，它结合了物理分离和水基分离装置操作，将污染物浓度降低到现场特定的修复目标^[5]。虽然土壤淋洗有时被用作一种独立的处理技术，但更经常的是与其他技术相结合，以完成现场修复^[4]。

去除重金属可以在土壤中添加各种试剂（图2）。这项操作可以在反应堆或浸出中完成。这些制剂是：无机酸，如pH值小于2的硫酸和盐酸；有机酸包括醋酸和柠檬酸（pH值不少于4）；螯合剂，如乙烯二甲乙酸（EDTA）和亚硝酸（NTA）以及上述各种组合。 然后清洁的土壤将返回到原始站点。粘土和有机含量低于10%～20%的土壤（即沙质土壤）能最有效地用这些试剂去除有机物和金属^[3]。

2.4土壤冲洗

土壤冲洗是通过适当的清洗溶液从土壤中原位提取污染物的技术。它是将水或水溶液注入或喷洒到污染区域，然后将污染的洗出液收集并泵送到地面进行处理，最后再循环或现场处理和重新注入^[4]。

土壤冲洗中使用的水是含化学药品的溶液或有机萃取剂，可从原位材料中回收污染物。污染物通过溶解，乳化或与冲洗液发生化学反应而迁移。通过污染区后，含污染物的流体会被井或沟槽所收集，并将其带到地面进行处置。在洗脱过程中，冲洗液通过溶解或乳化的方式调动吸附的污染物^[4]。

使用地表淹灌、洒水器、浸出场、盆地渗透系统、地表沟渠、水平排水沟或垂直排水沟将提取液渗透到土壤中。可使用具有或不具有添加剂的水来溶解污染物。而提取效率取决于土壤的水力传导率。通常高传导率可提供更好的结果（大于1·10^–3 cm/s）。另外，事先对土壤进行机械混合会干扰萃取剂的渗透。因此了解结合污染物的化学性质和场所的水文地质状况非常重要^[6]。

由于水溶性是控制去除效果的一个因素，所以我们可以使用添加剂来提高效率。在对测试场所的分析中，确定仅用水处理一个场所将需要400年，而使用化学强化冲洗则只需要4年^[7]。在该领域的研究仍然非常有限，特别是在涉及重金属去除的情况下，但是化学增强的冲洗技术有可能用于多种金属去除^[3]。

2.5电动修复法

电动过程涉及使低强度电流在嵌入污染土壤中的阴极和阳极之间通过（图3）。

除水以外，离子和小的带电粒子也在电极之间传输。阴离子向正极移动，阳离子向负极移动。电梯度通过电迁移(带电的化学运动)、电渗透(向流体的运动)、电泳(带电粒子的运动)和电解(电场引起的化学反应)来启动运动。缓冲溶液用于维持电极的pH值。金属可以通过电镀或电极上的沉淀/共沉淀、使用离子交换树脂或通过将废物泵入表面活性剂来回收金属^[9]。该工艺可用于现场或与开挖土配合。金属作为可溶离子，以氧化物、氢氧化物和碳酸盐的形式与土壤结合而被去除。其他非离子成分也可以由于流动而迁移。与土壤清洗不同的是，这个过程对低渗透性的粘土是有效。这种方法主要适用于低地下水流量的饱和土。

2.6植物修复

植物修复技术是利用植物清除环境中的污染物，是环境友好和成本效益高的技术中发展最快的组成部分。它利用植物使金属积累来清洁被有毒金属污染的土壤和水^[10]。

植物修复利用了以下优势：可以将有生命的植物视为太阳能驱动的泵，该泵可以从环境中提取和浓缩特定元素。可用植物修复的金属污染包括铅，镉，铬，砷和各种放射性核素污染^[10]。而诸如菥蓂厲，荨麻，藜属，何首乌之类的植物具有积累镉，铜，铅，镍和锌的能力，因此可以视为处理受污染土壤的间接方法^[11]。但这种方法仅限于浅层污染^[3]。

目前正在开发几种特定的金属植物修复方法:植物提取，即利用高生物量金属富集植物和适当的土壤改良剂将金属从土壤中运输和富集到用传统农业方法收获的地上嫩枝中；植物过滤，即植物根部(根滤)或幼苗(胚滤)在曝气水中生长，从受污染的污水中沉淀和浓缩有毒金属；植物挥发,植物从土壤中提取挥发性金属(如汞和硒)，并从叶片中挥发；植物稳定作用，即植物稳定土壤中的污染物，从而使其无害。植物稳定作用是通过植物分泌物质降低土壤pH值，形成金属配合物的过程^[3]。这些植物必须与野生动物和农田隔离。在使用该方法时，必须考虑到气候条件和金属的生物有效性。一旦受到污染，植物必须以适当的方式处理，因为植物比土壤更容易处理。一些处理技术包括干燥，焚烧，气化，热解，酸提取，厌氧消化，从植物中提取油，叶绿素纤维或处置。植物修复最适用于浅层土壤(图4)^[3]。

植物修复是一种从环境中去除污染物的相对较新的方法。它可以被定义为使用植物从环境中去除，破坏或隔离有害物质。不幸的是，即使是相对耐受各种环境污染物的植物，在存在污染物的情况下也常常保持着很小的体积^[12]。

1. 总结

由于金属被认为是相对固定的，所以金属去污的方法主要集中在固相过程，如固化/稳定化和玻璃化。电动力学修复法和土壤冲洗只在少数地方得到了应用，但是结果是鼓舞人心的。这两种技术都需要更多的现场实践。对于粘土中中等深度的污染，电动力学修复法是特别有前途的。对于均匀，可渗透，沙质和粉质的土壤，冲洗土壤最为有效。而在处理污染土壤时必须了解场地的水文情况，以避免污染物进入不需要的区域。虽然植物修复还没有得到很好的发展，但对于污染较低的地区可能是有用的，尽管可能需要较长的处理时间。

1. 参考文献

1. http://www.am.lt/LSP/files/Aplinkos bukle 2003.pdf Aplinkos bucirc;kleuml; 2003.

2. Biogeochemical processes and the role of heavy metals in the soil environment. Preface. Elsiever. Geoderma, 2004.

3. Mulligan, C. N.; Yong, R. N.; Gibbs, B. F. Remediation technologies for metal-contaminated soils and groundwater: an evaluation. Elsevier. Engineering Geology, 2001,p 193–207.

4. USEPA. Engineering Bulletin: Technology Alternatives for the Remediation of Soils Contaminated with As, CD, Cr, Hg and Pb, EPA/540/S – 97/500. Washington, DC: Office of Emergency and Remedial Response; Cincinnati, OH: Office of Research and Development, August, 1997.

5. William, C. A. Innovate Site Remediation Technology: Soil Washing/Flushing. Vol 3. American Academy of Environmental Engineers, November, 1993. Note: published by EPA under EPA 542 – B – 93–012.

6. USEPA. Teatability Studies Under CERCLA: An Over- view. OSWER Directive 9380.3 – 02FS,1987.

7. American Academy of Environmental Engineers (AAEE). Soil Washing/Soil Flushing, Innovative Site Remediation. Anderson W. C. (Ed), Vol 3, WASTEC, 1993.

8. Rodsand, T.; Acar, Y. B. Electrokinetic extraction of lead from spiked Norwegian marine clay. Geoenvironmental,2000, 2, 1995, p 1518–153

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