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[求助]
砷污染
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| 求助一种土壤原位修复砷污染的方法，最好是化学方法，比如螯合剂等 |
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shenjerry
至尊木虫 (职业作家)
快乐家族新人
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【答案】应助回帖
wbeibei(金币+1): 谢谢很详细 2011-05-11 09:33:52
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日本在侵华战争期间将大量的化学武器遗留在中国境内.经过60年的风雨侵蚀,有的化学弹已经泄漏,导致土壤中化学毒剂和砷的含量严重超标,严重地危害并威胁当地人民的健康和生态环境的安全.典型地区的调查结果表明,土壤污染问题已经相当严重,砷含量超标数倍至数百倍;并且对水环境质量和农产品质量构成明显的威胁.研究日遗化武污染土壤的处理技术,是关系到我国国家利益和环境安全重大问题,也是切实履行监督,协助使命的中国专家和技术人员的紧迫需要. 1 国外污染土壤的处理情况 美国,英国,德国,荷兰等国家已经把治理土壤污染问题摆在与大气污染和水污染问题同等重要的位置,而且已从政府角度制定了相关的修复工程计划.在污染土壤处理方面,虽然根据污染状况和地点采用各种不同技术,但最后的工序基本都采用加热处理. 1.1 日本的处理状况 日本有处理二苯基砷酸污染的土壤,并把它作为水泥原料进行再利用的实际业绩.方法是洗涤除去土壤中的砷成分,将洗涤处理后的土壤作为水泥原料进行再利用.用于洗涤的污染水通过固定式的卧式焚烧炉进行处理.最后将砷作为砷化合物再送至封闭型处置场进行处置. 1.2 美国的处理状况 美国的标准是只要检测出含有化学毒剂及其有害降解产物,就必须对这些土壤进行处理.美国受路易士剂生成的砷化合物的污染比较多,土壤在旋转窑内焚烧前先进行洗涤. 在旋转窑焚烧过程中,土壤先被装入初级燃烧炉或旋转窑,在那里销毁有机组分.初级燃烧室内气体的温度在450～650 ℃变化,而土壤的温度则为350～450 ℃,在初级室内的保留时间大约是30 min,通过改变旋转速度可以更改保留时间.经旋转窑焚烧处理的产物是灰烬(或经过处理的土壤),有机污染物被销毁后,灰从初级燃烧室中落下,这种产物按照规定路线送至水淬装置或水喷淋器,再次润湿,然后送往过渡储存区,分析合格后储存. 1.3 德国的处理状况 德国判别土壤是否要销毁处理的标准之一,是土壤中含砷量达到35 mg/L.德国对受有机砷化合物污染的土壤,首先由MAG提供的水洗技术进行预处理.处理后污染物尤其是含砷的污染物减少,约90%的土壤回填.有较高毒性的浓缩物在等离子设备中转换成无渗漏炉渣.作为炉渣,砷已完全结合在玻璃组织里.这种玻璃体作为内部装填物质可用于民用工程中,无需花巨资进行危险废弃物处置. 废气处理是根据燃烧废气的组成特点和需要选择不同的组和设备,如二级燃烧室,急冷器,水洗涤器,碱洗涤器,脱硝加热器,HEPA过滤器等;为避免有毒气体泄漏,对系统实行负压管理,确保尾气达标排放. 2 日遗化武含砷土壤处理技术探讨 美国旋转窑法虽然有实际的应用业绩,但是明显的耗能高,二次污染较为严重.而德国的等离子技术受电极的寿命,水分含量,载气等因素的制约,至今还未正式运行.焚烧法前处理,实处理,尾气处理工序复杂,庞大的设备投资直接影响其技术效能的使用和发挥. 除焚烧技术外,土壤污染的修复方法有物理法,化学法,生物法,通常根据污染情况的不同而采取不同的修复方法或者是这些方法的组合. 2.1 物理法 日本前田建设工业,前高组,日立造船,东洋建设等四公司联手开发成功了可以低成本净化油污土壤的土壤洗净方法—混合土壤洗净法.该法适用于很难用生物处理来净化的高浓度油污土壤.用水将挖掘出来的土壤调和成泥浆状,并通过3个阶段进行处理—机械式搅拌,筛分洗净,洗濯. 该法对化学剂污染土壤同样有借鉴之处.在机械式搅拌工序中,通过强有力的机械搅拌力打碎块状物,同时剥离附着的油分或者有机毒物.在筛分洗净过程中,一面进行喷淋洗净,一面筛分粗粒和细粒.在最后的洗濯工艺中,使用螺旋式分级机洗净,净化粗粒的同时,回收浮出的油分或者有机毒物.对于洗净后的土壤如果含油或者毒剂量小,就可以作为净化土壤重新使用. 2.2 化学法 催化氧化(芬顿法)处理化学剂及污染的土壤是一种较为理想的方法,方应结束时,有机砷成功地无机化,无机砷化合物可以进一步无害化处理(或沉淀或生物法). 目前比较公认的H2O2-Fe2+催化氧化反应机理,用基元反应式可表示如下; FE2++H2O2→Fe3++·OH+OH- FE2++·OH→Fe3++OH- FE3++H2O2→FE2++HO2·+H+ HO2·+H2O2→O2+H2O+·OH RH+·OH→CO2+H2O 研究表明,催化氧化(芬顿法)处理,对工艺和设备要求适中,反应条件温和,反应原材料,产物较为简单,而且销毁率高达99%. 2.3 生物法 生物修复污染土壤是当今世界上最流行的处理技术.它以处理成本低,污染治理最彻底而越来越受到青睐. 2.3.1 植物生物修复 植物修复技术是原位修复技术的一种.它是利用植物清除土壤中的污染物质或者使污染物质无毒化,包括植物提取,植物挥发,根际过滤和植物固定,最具意义的是植物提取,它能将土壤中的污染物质转移到植物体内,从而彻底地清除土壤中的污染物质[1].植物提取的关键是发现那些能够超量富集污染物质的植物—超富集植物,中国科学院地理科学与资源研究所陈同斌研究员等在湖南发现砷的超富集植物—蜈蚣蕨和大叶井口边草.另外FRANCESCONI在泰国发现粉叶蕨也能够富集砷.超富集植物能否用于治理污染土壤取决于两个因素,一是植物富集污染物质的能力,二是植物的生物量.由于植物的地带性分布规律,在不同的气候带内,砷污染区的植物种类有一定的差异性.但也有一些规律可循.能够在砷污染严重的区域生长的植物多为耐贫瘠,耐干旱且地带性不是很强的植物.比如说蜈蚣蕨分布于从南亚热带到温带的广大区域. 宋书巧等[2]在广西刁江流域野外调查时发现,蜈蚣蕨能在土壤砷含量高达10 000 mg/kg的土壤中正常生长,且能将土壤中的砷大量富集到地上部分.他们对广西南丹县境内砷严重污染蜈蚣蕨生物量的分析,每年可从每公顷土层中清除6 kg左右的砷.按照FRANCESCONI的计算,粉叶蕨每年可从每公顷土壤中清除砷40 kg.因此,对于砷污染较轻的土壤用超富集砷的植物治理方法是可行的. 与土壤替换,污染物质固定化和淋洗技术相比,植物修复技术的突出优点在于成本低且不会造成土壤结构的破坏,是一种廉价,高效且对环境友好的土壤污染治理方法. 2.3.2 生物挥发 生物挥发也是生物修复方法的一种,它是利用生物(包括植物和微生物)的作用,把土壤中的金属转化为甲基化有机金属,由于后者的沸点比较低,很容易挥发而进入到大气中,从而达到降低土壤中金属含量的目的. 研究表明:土壤中砷的含量越高,生物挥发的速率越大;施加生物有机肥对生物挥发有促进作用;土壤含水也能影响生物挥发的速率,含水量过高或过低都会降低土壤中砷的挥发速率[3]. 利用砷的生物挥发修复砷污染土壤最令人担心的问题是气态砷化物的毒性.在自然界中,砷的甲基化是一种去毒机制,在砷含量高的地方就存在砷的挥发迁移,还未对人类和环境产生明显的危害.如果产生甲基砷的数量比较大,还可以通过覆盖薄膜的方式回收砷.在产生有机砷的过程中,还可能产生一定数量的砷化氢.砷化氢是有毒的气态污染物,但相当不稳定,容易被氧化,在大气中不易积累到危害环境的程度.因此,生物挥发是去除土壤砷一种比较有前景生物修复方法. 添加生物有机肥能促进微生物的生长从而明显提高砷生物挥发速率.垃圾堆肥和生物有机肥相似,如果它们可以用于土壤砷污染的生物修复,促进微生物的生长并提高挥发速率,还要进一步的研究. 2.3.3 微生物净化 近年来一种用于就地净化受重金属或有毒元素(如砷)污染的土壤生物技术被开发出来[4].它是以土壤污染物的生物化学循环为基础,这种方法将土壤中的污染物转移到预定的深土层,从而使可溶性污染物在深土层转化为相对难溶的硫化物,转移和沉淀这些污染物由相应的微生物分别完成.转移主要由嗜酸矿质化学营养的铁硫氧化杆菌完成,而沉淀主要由厌氧酸还原杆菌完成. 首先将土壤犁为小于30 mm的颗粒,以增强上层土壤的渗透性;微生物培养液和含有铵和磷酸盐离子的弱酸性水一起加入犁过的土壤中,将土壤最初湿度调整到45%～50%,以保证土壤中的微生物最基本的养分供应.然后用上述溶液定期灌溉和冲洗,使土壤湿度保持所需要的水平,洗掉有毒元素;并将它们排放到预定的深土层中,同时建立一个有效的回收系统,该系统回收的富含有毒的元素被处理,以便清除深层土壤中的可溶性金属和未沉淀物.处理过程借助于培养在含有机废物(堆肥,动物粪肥,稻草)的绝氧池中的硫酸还原杆菌来完成.这些有机废物可作为细菌的碳和能量的来源.而从绝氧池中出来的含有毒元素很少的溶液则被收集在一个再生池中,在这儿补充新水,并将磷酸铵加到所需标准,这样调整后的溶液又可循环到土壤中去. 该法用于含砷50 mg/kg左右污染土壤的处理后,土壤中可溶有毒金属元素的浓度没有超过允许标准值. 3 小 结 由于物理,化学法可以快速的去除大部分含砷污染;生物法廉价,绿色,能够彻底根除轻度污染,所以其最终的治理手段应该是生物法和物理法,化学法相结合的方法;并与一些常规的改良措施相结合,如在处理的土壤上种草,添加某些肥料和动物粪肥,以及定期的灌溉,犁耕和撒石灰等.为提高治理效果,大面积受污染的土地可采用联合方法既经济又可靠地治理.含砷量高的土壤可用先进的物理,化学法集中回收其中的砷化合物,处理后的土壤和含砷量低的土壤一并用生物恢复技术进行降解.在这个过程中,需要确定回收时最低含砷量以保证费用经济合理,同时还要对生物降解过程人工强化.对于富集砷的植物或废弃物可在销毁设施的污染物处理楼进行无害化处置.当然,这都仅仅是一种设想,还有如物化法的操作条件,植物生长的区域性,微生物净化等诸多问题有待进一步的研究,甚至是不拘泥于以上几种方法的研究.由于销毁设施从建设,运行到关闭也就5,6年时间,而在这个时间段内要使污染土壤达标不是件轻而易举的事情,因此现阶段污染土壤的研究和治理工作显得尤为迫切. |
2楼2011-05-09 12:35:37