CN102909215A - 化学淋洗和生物修复相结合修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于环境保护技术领域的一种化学淋洗和生物修复相结合修复重金属污染土壤的方法。针对土壤中重金属含量高并有高毒性的特点，本发明提出先进行化学淋洗修复后进行生物修复的策略进行修复。首先，对不同类型的受污染的土壤，进行分类：重度污染和轻度污染。然后对重度污染的土壤通过添加酸性螯合剂进行淋洗，提取出土壤中高浓度的重金属，对淋洗不完全的部分残留的低浓度的受污染土壤进行生物修复。本发明利用化学修复结合生物修复的方法，进行重金属的原位修复，该方法能够对受重金属污染的土壤有明显的修复效果，并成功的避免了对土壤的二次污染。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及到一种化学淋洗和生物修复相结合修复重金属污染土壤的方法。
背景技术
土壤的污染是指人类活动产生的有害物质进入土壤，当其含量超过土壤本身的自净能力，并使土壤的成分，性质发生变异，降低农作物的产量和质量，并危害人体健康的现象，而重金属污染己成为当今最重要的环境问题之一，也是最重要的土壤污染物之一。重金属进入土壤后，对土壤微生物有一定的毒害作用。据报道，目前我国受镉、汞、铅等重金属污染的耕地面积近2000万公顷，约占总耕地面积的1/5;其中工业“三废”，污染耕地1000万公顷，污水灌溉的农田面积已达330多万公顷。污水灌溉及废弃物等对农田已造成大面积的土壤污染。
重金属定义为密度在4.0g/cm3及以上的60种金属，或密度在5.0 g/cm3及以上的45种金属；而在环境污染领域，重金属主要指生物毒性较大的汞、铅、铬、砷、锌、铜、镍等元素，砷是非金属，但是它的毒性及其性质与重金属很相似，因此砷通常也被列入重金属的研究范畴。
几种主要的重金属的污染特征：
1、镉（Cd）是一种重要的环境污染元素，有明显的致癌致畸作用。土壤中的镉一般都是以三价铬的形式被土壤吸附。近年来的研究表明，无论从毒性还是累积作用来看，镉都是继汞、铅以后第三类污染人类环境，危害人类健康的第三类元素。由于镉的应用广泛应用性，增加了其对人类环境的污染机会，目前，镉污染已经引起了社会各界的关注，镉污染的治理也成为世界性的问题。
2、汞（Hg）是在常温下唯一呈液态的金属元素。我国每年被汞污染的土壤达到3.2×104ha，土壤中的汞经过复杂的物理、化学反应，大部分汞与硫结合成硫化汞（HgS），亦称“辰砂”或“朱砂”，广泛地分布在地壳表层。同时，汞会经过作物、接触等形式进入人体，对人类健康造成影响，近年来，汞污染事件更是频繁发生，因此，土壤中汞污染的治理及修复技术的研究显得尤为重要。
3、铅（Pb）作为重要的环境污染物质，主要来源于金属矿床开发，城市化建设，固体废弃物堆积，以及为提高农业生产，施用化肥、农药、污泥和污水灌溉过程中，都可以使铅在土壤中大量积累。铅及铅的化合物一般不能通过完整的皮肤进入人体内，但有机铅可被皮肤吸收 铅对人体神经系统、骨髓造血系统、消化系统、心血管系统、生殖系统、免疫系统及肾脏等造成危害。
重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程，许多有机化学物质的污染也需要较长时间才能降解，被某些重金属污染的土壤甚至可能要100-200年时间才能够恢复，而且积累在污染土壤中的难降解污染物则很难靠稀释作用和自净化作用来消除。土壤污染一旦发生，往往很难恢复，目前，重金属污染土壤修复技术分为物理、化学和生物修复 3种方法：
1. 物理方法
物理方法是利用重金属离子在土壤中的迁移速度比较慢的特点，将含有重金属铅的土壤转移出去的一种修复技术，主要包括换土法、隔离法、淋滤法、玻璃化法、电化学法和吸附固定法等。
1.1. 换土法：换土法就是把受重金属污染的土壤替换成未被污染的土壤，它又可分为翻土法 换土法和客土法3种。
1.2. 隔离法：隔离法是向土壤中加入固化剂，使土壤中的重金属被固定住，防止因为重金属的迁移而对附近土壤造成污染。
1.3. 淋滤法：淋滤法是使用淋洗剂清洗受污染的土壤，使土壤中的污染物随淋洗剂流出，从而达到修复污染土壤的目的它是修复污染土壤的一种新方法。
1.4. 玻璃化法：玻璃化法是将受污染的土壤加热使之熔化，冷却后能形成稳定的玻璃态物质，受土壤中的污染物能有效地被固定。
1.5. 电化学法：电化学法是在受污染的土壤中加入阴阳2个电极，利用重金属离子的带电性，将土壤中的重金属离子去除，并且能达到回收的目的，此方法是由美国路易斯州立大学研究发现的。
1.6. 吸附固定法：吸附固定法是指向受污染的土壤中加入一种材料，将土壤中有效态的重金属离子吸附并且能够固定，以免其对人体造成的伤害物理方法能取得比较好的治理效果，但是由于上述方法劳动量比较大，浪费大量的人力、物力和财力，而且对转移的含重金属土壤的处理也是一个亟待解决的问题。
2. 化学方法
化学方法是利用改良剂与重金属离子之间的化学反应，从而对污染土壤中的铅进行固定、分离提取等，主要包括化学固定法、螯合剂调节法、土壤pH控制法、土壤氧化还原电位调节法和土壤重金属离子拮抗法等。
2.1. 化学固定法：化学固定法就是在受污染的土壤中加入化学试剂，发生化学反应，降低重金属离子在土壤中的有效性和迁移性，达到治理的目的。
2.2. 螯合剂调节法：螯合剂调节法是向受污染的土壤中加入螯合剂，螯合剂与土壤中的重金属离子发生反应，增强了重金属在土壤中的有效性。
2.3. 土壤pH 控制法：土壤 pH控制法是通过调节土壤中的pH值来调节重金属离子的有效性和迁移性。
2.4. 土壤氧化还原电位调节法 土壤氧化还原电位调节法是基于土壤中存在的氧化物质和还原物质之间进行氧化还原反应时所产生的电位值，通过调节电位值来改变铅离子在土壤中的活性。
3 生物方法
生物修复技术是在20世纪 90年代迅速发展的一种治理土壤污染的新技术，是一种环境友好型治理技术，以其高效、安全、持久、价廉等特点得到学者和政府的认可。随着科学技术的不断发展，生物修复技术将会具有广阔的应用空间，生物修复主要包括微生物和植物修复
3.1. 微生物修复法：微生物修复法是利用土壤中的某些微生物，或者土壤中生活的小动物对重金属铅具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，从而降低土壤重金属的毒性。
3.2. 植物修复法：植物修复法是利用植物及其根系圈微生物体系的吸收、挥发、转化和降解的作用机制，来清除环境中污染物质的一项新兴的污染治理技术，它以费用低、不破坏场地结构、净化环境等优点成为修复铅污染土壤的热门技术。具体地说，利用植物本身特有的利用污染物、转化污染物，通过氧化、还原或水解作用，使污染物得以降解和脱毒的能力，利用植物根系圈特殊的生态条件，加速土壤微生物的生长，显著提高根系圈微环境中微生物的生物量和潜能，从而提高对土壤中有机污染物的分解作用的能力，以及利用某些植物特殊的积累与固定能力，去除土壤中某些无机和有机污染物的能力，称为植物修复。
发明内容
本发明的目的是提供一种化学淋洗和生物修复相结合修复重金属污染土壤的方法。
一种化学淋洗和生物修复相结合修复重金属污染土壤的方法，根据土壤中重金属含量的高低，分为重度污染和轻度污染，然后选择修复方法，若为重度污染，则先进行化学淋洗，然后进行生物修复；若轻度污染，直接选择生物修复；
所述化学淋洗的方法为：以酸性螯合剂，优选乙二胺二琥珀酸作为淋洗剂；首先，用喷淋设施将淋洗剂通过淋洗喷头喷淋到受污染的土壤上，淋洗剂与土壤中的重金属离子发生反应，然后，通过抽吸井将反应后的淋洗剂抽吸到地表进行处理；
所述生物修复的方法为：在污染带上面覆盖一层非渗透性的封闭层，将含有硫酸盐还原菌的培养基通过加样井接种到土壤上进行培养，然后用抽吸井抽出含有微生物的污染物。
所述重度污染为土壤中铬含量大于2.5 mg/kg；铜含量大于93.2 mg/kg；铅含量大于125.5 mg/kg；汞含量大于0.8 mg/kg；所述轻度污染为土壤中铬含量小于2.5 mg/kg；铜含量小于93.2 mg/kg；铅含量小于125.5 mg/kg；汞含量小于0.8 mg/kg。
本发明的有益效果为：通过对不同类型的受污染的土壤进行分类，然后对重度污染的土壤通过添加酸性螯合剂进行淋洗，提取出土壤中高浓度的重金属，对淋洗不完全的部分残留的低浓度的受污染土壤进行生物修复。本发明利用化学修复结合生物修复的方法，进行重金属的原位修复，该方法能够对受重金属污染的土壤有明显的修复效果，并成功的避免了对土壤的二次污染。
附图说明
附图1 化学淋洗方法修复重金属污染土壤的示意图；
附图2 微生物修复重金属污染土壤的示意图；
1-喷淋装置；2-喷淋管道；3-淋洗喷头；4-外部处理设施；5-抽吸管道；6-抽吸井；7-加样装置；8-加样管道；9-非渗透性封闭层；10-加样井。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实例对本发明做进一步的说明：
对于重度污染的重金属土壤：将浓度为20mmol/L的乙二胺二琥珀酸（EEDS）为淋洗剂，先进行化学淋洗，首先用喷淋装置1将淋洗剂通过喷淋管道2的淋洗喷头3喷淋到受污染的土壤上，依靠重力作用，喷淋剂在土壤中下渗，并与土壤中的重金属离子发生反应，喷淋大约20天后土壤中水提取态的重金属达到最大浓度；然后用抽吸井6通过抽吸管道5将含有重金属的淋洗剂抽到地表进行处理，并用外部处理设施4进行处置，如图1所示。
对化学淋洗后含有低浓度重金属的土壤进行生物修复。选用硫酸盐还原菌在污染带上面覆盖一层非渗透性的封闭层9，将含有硫酸盐还原菌的培养基在加样装置7作用下通过加样井10中的加样管道8接种到土壤上进行培养，有硫酸盐还原菌以重金属表面有机物作为碳源，并利用有硫酸盐还原菌生物膜内产生的氢，将硫酸盐还原成硫化氢，从氧化还原反应中获得生存的能量，将重金属和残余的EEDS摄入体内，然后用抽吸井6抽出含有微生物的淋洗液。如图2所示。
对于轻度污染的重金属土壤：直接进行生物修复，修复过程和上述生物修复过程一致。
Claims (2)
1.一种化学淋洗和生物修复相结合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，根据土壤中重金属含量的高低，分为重度污染和轻度污染，然后选择修复方法，若为重度污染，则先进行化学淋洗，然后进行生物修复；若轻度污染，直接选择生物修复；
所述化学淋洗的方法为：以酸性螯合剂，优选乙二胺二琥珀酸作为淋洗剂；首先，用喷淋设施将淋洗剂通过淋洗喷头喷淋到受污染的土壤上，淋洗剂与土壤中的重金属离子发生反应，然后，通过抽吸井将反应后的淋洗剂抽吸到地表进行处理；
所述生物修复的方法为：选择对土壤重金属有耐受能力的微生物，优选硫酸盐还原菌；首先，在污染带上面覆盖一层非渗透性的封闭层，将含有微生物的培养基通过加样井接种到土壤上进行培养，然后用抽吸井抽出含有微生物的污染物。
2.根据权利1要求的修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，所述重度污染为土壤中铬含量大于2.5 mg/kg；铜含量大于93.2 mg/kg；铅含量大于125.5 mg/kg；汞含量大于0.8 mg/kg；所述轻度污染为土壤中铬含量小于2.5 mg/kg；铜含量小于93.2 mg/kg；铅含量小于125.5 mg/kg；汞含量小于0.8 mg/kg。
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