狗万博app
当前位置:首页 > 科学普及 > 内容详情

分析淋洗剂在重金属污染土壤修复中的应用

日期:2015年11月16日 09:46:46   来源:论文网    作者:admin

淋洗剂在重金属污染土壤淋洗技术中起到关键作用,本文通过对无机淋洗剂、螯合剂、表面活性剂对土壤中的重金属的去除效果、应用成本、作用速度以及淋洗效果局限性的分析。提出开发新型易降解、无毒、无害的淋洗剂成为今后淋洗技术的研究重点,对已经明确淋洗效果的淋洗剂进行复合使用技术探索的基本思路。

1 淋洗剂的介绍

淋洗技术被广泛应用于土壤污染修复过程中,土壤淋洗技术就是利用淋洗剂对土壤污染物的溶解或迁移作用,将污染物与土壤分离,进入液相,以达到降低土壤中污染物含量的目的。

2 淋洗剂在重金属污染土壤修复中的应用

2.1 无机淋洗剂无机淋洗剂是通过酸解、离子交换或络合作用来破坏土壤的某些官能团,将重金属交换解吸下来,从土壤中分离出来。Nawarro等用水做淋洗剂,对重金属污染土壤进行淋洗,结果表明:Al、Co、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Zn的去除率分别为81.1%、82.4%、55%、84.7%、85.8%、51.7%、46.4%、83.4%,As、Se、Sb、Cd、Pb等元素淋洗后基本没有变化。Tuin等用0.1mol/LHCl对重金属污染土壤进行淋洗,具有较好的去除效果,Cu、Ni、Pb、Zn的去除率分别为92%、77%、79%、75%。Tampouris等通过土柱实验,用HCl+CaCl2溶液作为淋洗剂淋洗重金属污染土壤,该淋洗剂对Pb、Zn、Cd的去除率分别为94%、78%、70%,去除效果非常明显。

无机淋洗剂对土壤中的重金属的去除效果好、应用成本低、作用速度快。但有机酸淋洗重金属污染土壤,经常会破坏土壤的理化性质和生物结构,且强酸条件对处理设备的抗腐蚀性要求较高,因此在实际中具有一定的局限性。

2.2 螯合剂螯合剂是通过与土壤溶液中的重金属离子相结合,改变土壤中重金属的存在形态,使重金属从土壤颗粒表面解吸,由不溶态转化为可溶态,提高重金属的可迁移性和生物活性。螯合剂一般分为人工螯合剂和天然螯合剂。

2.2.1 人工螯合剂人工合成的螯合剂在很宽的pH范围内与大部分金属螯合形成水解性强且稳定的复合物。马宏瑞等通过盆栽试验,研究了EDTA对制革污泥污染土壤中Cr(Ⅲ)的活化作用,结果表明EDTA处理土壤中Cr(Ⅲ)的溶解性提高了6~11倍。不同浓度的EDTA和EDDS对污染土壤中的Cd、Pb进行浸提,EDTA和EDDS对Cd的去除率分别为82.4%、46.8%,EDTA对Cd的去除率高于EDDS;在5~30 mmol/L范围内,相同浓度EDDS对Pb去除率高于EDTA,浓度为50 mmol/L时两种螯合剂对Pb的去除率无显着差异。陈燕芳等将碳酸氢铵-二乙三胺五乙酸(AB-DTPA)作为淋洗剂应用于受Cu、Zn、Cd污染的钠化膨润土,研究表明,AB-DTPA提取法具有很好的稳定性,而且能准确指示Cu、Zn、Cd元素在土壤中的有效态含量,同时AB-DTPA对土壤中Cu、Zn、Cd元素的提取率也适用于模拟试验中修复效果的平行对比。AB-DTPA提取法在重金属污染土壤修复模拟试验中的应用是可行的。

人工螯合剂价格昂贵,大多生物降解性也较差,且缺乏离子选择性,在淋洗过程易残留在土壤中而无法去除。另外,淋洗出的含有重金属的螯合剂的处理上还存在未解决的技术问题,这些因素限制了人工螯合剂在重金属污染土壤修复过程中的应用。

2.2.2 天然螯合剂天然小分子螯合剂能通过与重金属离子形成可溶性络合物,降低土壤颗粒对重金属的吸附作用。梁金利等通过室内模拟实验,采用土柱淋洗方法,研究草酸、柠檬酸、乙酸和酒石酸溶液对某电镀厂附近土壤中重金属的去除效果,结果表明,1 mol/L的草酸在土水比为1∶1,淋洗5h,淋洗4次的条件下可以达到最佳淋洗效果,Cu、Zn、Ni和Cr的去除率分别是99.6%、66.98%、88.7%和18.23%。易龙生等以受Zn、Pb、Cu、Cd严重污染的土壤为研究对象,采用振荡淋洗技术研究了柠檬酸、酒石酸和草酸对土壤中重金属的去除效果,结果表明柠檬酸和酒石酸对Cd的去除效果最好,去除率分别为61.5%和55.25%,草酸去除能力低。柠檬酸和酒石酸对重金属的去除能力均依次为Cd>Zn>Pb>Cu,柠檬酸对重金属的去除率分别为59.5%、49.33%、43.48%、26.25%,酒石酸对重金属的去除率分别为58.75%、46.4%、35.86%、34.4%。

天然螯合剂生物降解性好,不会造成二次污染,是非常洁净的淋洗剂,但也因其价格较贵,难以用于实际修复工程。

2.3 表面活性剂表面活性剂是利用自身的亲水、亲油和特殊吸附特性改变土壤表面性质,增强重金属离子在水中的溶液性和流动性,使污染因子由固相进入液相,将土壤中的重金属污染因子去除。目前,在土壤淋洗研究和实践中使用的表面活性剂主要分为有人工合成表面活性剂和生物表面活性剂。

2.3.1 人工合成表面活性剂陈锋等选用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、聚山梨脂(Tween-80)对被重金属Cr、Cd污染了的土壤的修复洗脱作用,以及被污染土壤对3种表面活性剂的吸附作用。淋洗实验结果表明,3种表面活性剂对土壤中的Cr、Cd有明显去除效果,聚山梨脂(Tween-80)对污染土壤中铬和镉的去除率分别为61.2%和37.06%。蒋煜峰等选用十二烷基硫酸钠(SDS)、聚氧乙烯月桂醚(Brij35)和EDTA对土壤中Cd、Pb的解吸去除作用进行研究,结果表明,阳离子表面活性剂SDS和非离子表面活性剂Brij35对土壤中重金属解吸效果不大,加入SDS可使EDTA对C的的解吸量由由61.67%增加到79.68%、对Pb的解吸量由57.25%增加到89.65%。

人工合成表面活性剂的合理应用在重金属污染土壤的淋洗过程中也有很好的效果,但是由于价格昂贵、生物可降解性差而限制其在土壤修复中的应用。

2.3.2 生物表面活性剂生物表面活性剂是微生物或植物在一定条件下培养时,在其代谢过程中分泌出的具有一定表面活性的代谢产物。可欣等通过室内模拟试验,研究皂素在不同条件下对土壤中重金属去除效果的影响。结果表明,皂素溶液在质量分数为3%,pH值为5.0~5.5,振荡时间为12h时,污染土壤中4种重金属的去除率最大,分别为Cd93.5%,Pb2015%,Cu8.64%,Zn48.4%。Juwarkar等用鼠李糖脂去除污染土壤中的Pb和Cd,淋滤36h后,Cd和Pb的去除率分别达到92%和88%。

生物表面活性剂具有易生物降解、结构类型多、专一性强等优点,在淋洗剂中是一个很好的选择,但是由于生物表面活性剂的生产工艺复杂、产量很低、生产成本高等因素而限制了其在土壤修复过程中的使用。

3 结语

淋洗剂在在重金属污染土壤修复研究中已经广泛应用,但在运用淋洗剂对土壤重金属淋洗规模化应用中都不同程度上受到淋洗剂种类所呈现出来的效应、污染因子种类、土壤基本理化性质等方面的影响,使得淋洗剂的广泛应用受到一定的限制。如生物降解性差而引起土壤环境、水环境的二次污染;无机酸性淋洗剂改变土壤理化性质,破坏土壤结构和肥力。因此,开发新型易降解、无毒、无害的淋洗剂成为以后淋洗技术的研究重点。其次,加强对已经明确淋洗效果的淋洗剂进行复合使用技术的探索。对于异位淋洗技术则着重考虑淋滤液中淋洗剂的回收和重金属的提取,以提高经济效益。