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固废处理-金属尾矿重金属污染土壤修复方法

作者:武汉中地大环境地质研究院 发布时间:2022-06-20 10:32:57人气:

针对金属尾矿的重金属污染物特征,可采用物理、化学、生物等方法对尾矿污染土壤进行修复 。


1 物理修复法


      目前,常用的物理修复法包括换土法、电动修复和热脱附等。


      换土法是将土壤的被污染土层清除,再使用未污染土壤进行覆盖。DOUAY 等 [18] 对重金属污染地块进行换土试验,结果表明,换土后种植的萝卜叶片中,重金属 Pb、Cd 的干重分别由 41.2 mg/kg 和 26.2 mg/kg下降至 8.37 mg/kg 和 2.97 mg/kg。移除的土壤重金属含量较高,通常被认定为危废进行处置,清洁土壤与覆盖施工的费用限制了换土法的应用。


      电动修复通过施加电场对土壤中重金属污染物进行去除,污染物重金属离子通过电迁移、电渗透或电泳富集至电极处被进一步去除。MARCEAU 等对重金属 Cd 污染土壤进行电动修复,修复过程中使用的电极间距为 1 m,电流密度为 3 A/m2,经过 4 个月修复,土壤 Cd 浓度由 882 mg/kg 降至 13.2 mg/kg,去除率高达 98.5%。为进一步增强电动修复效果,电动修复前可添加强化剂与重金属离子进行络合反应,生成可溶性的重金属络合离子。张宇等利用腐殖酸作为增强螯合剂,对铅锌矿周边土壤进行电动修复,修复一周后,土壤中 Pb、Zn、Cd 以及 Cu 得到有效去除。


      热脱附可对挥发性重金属进行处理,主要通过电加热、燃气加热等方式对污染土壤进行高温解析,再通过冷凝回收对污染物进行收集和处置,主要处理Hg、As 等重金属污染物。HUANG 等对汞污染土壤进行热脱附,当土壤进行高温热脱附(550 ℃),加热 1 h 时,汞去除率可以达到 98%;当土壤进行低温热脱附(250 ℃),加热 4 h 时,汞去除率可以达到 81%。氯盐可以有效增强重金属汞的热脱附效果,赵涛等向汞污染土壤中掺入 MgCl2、CaCl2 和NaCl,可有效降低热脱附温度,添加氯盐可提高土壤中汞的去除率,主要原因是高温下氯元素与汞可以形成 HgCl2 等热脱附温度较低的物质。


2化学修复法


      当前,常用的化学修复法有土壤淋洗、稳定化/固化等。土壤淋洗使用络合能力或螯合能力强的淋洗剂对土壤中的重金属进行活化,再对淋洗液进行处置。张华等 利用 3 种淋洗剂对铅锌尾矿土壤进行淋洗修复,研究了其对铅锌尾矿土壤重金属污染物的淋洗去除效果。冯静等采用多种螯合剂对铅锌矿周边重金属污染农田进行淋洗修复,研究表明,淋洗剂乙二胺四乙酸(EDTA)的淋洗效果最好,当 EDTA 淋洗浓度为 0.1 mol/L,淋洗时间为 24 h,pH 为 4.0 时,土壤中 Cd、Cu、Zn 和 Pb 等重金属的最高去除率分别为 91.0%、42.5%、57.0% 和 52.0%。为实现环保修复,有研究使用可生物降解螯合剂谷氨酸二乙酸四钠(GLDA)对重金属 Cd、Cu、Pb、Zn 污染土壤进行淋洗,当螯合剂 GLDA 与重金属的摩尔比为 3 ∶ 1 时,重金属 Cd、Cu、Pb、Zn 的去除率分别为 95%、90%、83% 和 78%。


      稳定化 / 固化通过向土壤中加入稳定剂或固化剂,有效降低土壤重金属活性和毒性,应用广泛。谢伟强 采用 KH2PO4、CaO、KCl 混合稳定剂对铅锌矿污染土壤进行稳定化研究,当稳定剂的 P 与 Pb摩 尔 比 为 2 ~ 4,KCl 添 加 量 为 0.02 ~ 0.04 mol,CaO 为 土 壤 质 量 的 0.1% ~ 0.5% 时, 土 壤 中 Pb 和Zn 的浸出浓度均小于标准限值,铅的稳定化率可超过 80%。有研究对铅锌尾矿污染土壤进行稳定化修复,发现二丁基二硫代磷酸铵作为稳定剂,对 Pb、Zn、Cd、Cr 等重金属均有较好的稳定化效果;稳定剂的最佳添加量为 3% ~ 5%,反应环境偏中性,稳定化处理后,Pb、Zn、Cd 和 Cr 的最高去除率分别为97.6%、95.1%、84.7% 和 76.3%,重金属的生物有效性显著降低 。


3生物修复法


植物修复

     

植物修复通过植物对土壤内的重金属进行富集、吸收、转化或挥发。袁敏研究了高羊茅、早熟禾、黑麦草、紫花苜蓿 4 种植物对尾矿污染土壤的修复效果,发现 4 种植物可以在污染土壤上正常生长并具有重金属富集作用,能实现环境美化。基因工程在植物修复上已得到应用,将具有 Hg2+ 还原作用的还原酶基因(merA)移植到植物体内,转基因后,植物对汞的富集和吸收能力显著增强,抗汞能力也有效提升。


微生物修复


      微生物修复主要通过微生物对土壤中的重金属污染物进行吸附、转化和去除。许燕波等采用碳酸盐矿化菌对选矿区周边重金属污染土壤进行修复,研究表明,碳酸盐矿化菌生长代谢过程产生的碳酸根离子可将土壤中的重金属有效钝化,土壤中的交换态重金属 As、Pb、Cd、Zn 和 Cu 浓度分别减少 83.1%、74.7%、51.6%、50.2% 和 73.6%。孙 立 群研究了耐受 Pb、Mn 和 Zn 的土著菌种对铁尾矿重金属污染土壤的修复效果,培育的菌种能改善铁尾矿污染土壤的肥力,对重金属 Pb、Mn 和 Zn 有较好的稳定化作用,稳定化后土壤重金属 Pb、Mn 和 Zn 的固化率分别为74.98%、85.29% 和 79.41。培养菌剂的使用使细菌、真菌和放线菌的数量明显增加,改善了铁尾矿污染土壤的菌落结构。

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