腐殖質(zhì)在土壤污染修復(fù)中的作用分析論文
摘要：隨著城市化的不斷推進(jìn), 很多工業(yè)企業(yè)逐漸搬離市區(qū), 遺留了大量受污染的場地。工業(yè)污染場地是我國當(dāng)前面臨的新環(huán)境問題, 制約著城市土地資源的安全再利用。工業(yè)污染場地土壤修復(fù)技術(shù)雖然不斷革新, 但是受制于資金因素, 大部分修復(fù)項目多集中在一線與省會城市, 修復(fù)技術(shù)相對粗糙, 無法全部達(dá)到預(yù)期效果。腐殖質(zhì)作為一種天然有機(jī)質(zhì), 可以有效處理工業(yè)污染場地中的重金屬與有機(jī)污染物, 本文主要分析了腐殖質(zhì)在工業(yè)污染場地土壤修復(fù)中的應(yīng)用要點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：腐殖質(zhì); 工業(yè)污染; 土壤修復(fù);
在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下, 工業(yè)生產(chǎn)速度不斷加快, 但是受限于傳統(tǒng)生產(chǎn)意識, 人們并沒有及時采取有效措施對生產(chǎn)過程進(jìn)行有效控制, 導(dǎo)致工業(yè)污染持續(xù)加重, 其逐漸成為影響持續(xù)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的重要因素。就現(xiàn)狀來看, 實際處理應(yīng)用的修復(fù)技術(shù)比較簡單, 以異位修復(fù)為核心, 搭配固化穩(wěn)定化、水泥窯焚燒技術(shù)以及化學(xué)處理等技術(shù), 總體來講整個產(chǎn)業(yè)還處于初期階段。腐殖質(zhì)可以應(yīng)用在工業(yè)污染場地土壤修復(fù)中, 人們可以從腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)、分離和純化等角度出發(fā), 確定其應(yīng)用要點(diǎn), 實現(xiàn)對土壤的有效修復(fù)。
1 工業(yè)污染場地土壤修復(fù)要求
1.1 工業(yè)污染場地類型
1.1.1 重金屬污染
重金屬是指相對密度超過5.0的金屬元素, 工業(yè)生產(chǎn)中常見的有Zn、Mn、Ge、Cu等, 因為As屬性與重金屬元素相似, 其往往被看作為重金屬, 同時也是工業(yè)生產(chǎn)中主要的重金屬污染元素之一[1]。一般而言, 重金屬污染主要集中在冶煉業(yè)、化學(xué)原料以及相關(guān)制品業(yè)、皮革以及相關(guān)制品業(yè)、蓄電池制造業(yè)等。
1.1.2 有機(jī)污染物
當(dāng)有機(jī)物進(jìn)入工業(yè)土壤中, 會對土壤產(chǎn)生具有污染性的有機(jī)化合物時, 人們就可以將其看作有機(jī)污染物。有機(jī)污染物主要包括持久性有機(jī)污染物 (POPs) 、多環(huán)芳烴 (PAHs) 以及農(nóng)藥等, 另外還包括石油類污染物, 主要集中于油漆、石油化工以及農(nóng)藥生產(chǎn)等相關(guān)行業(yè)[2]。
1.2 污染修復(fù)基本原理
對已經(jīng)被各種原因污染的土壤, 人們需要采取物理、化學(xué)或者生物等手段, 促使內(nèi)部含有的污染物進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)移以及降解等活動, 持續(xù)降低污染物濃度, 直到可以被土壤接收, 或者直接將污染物轉(zhuǎn)化為無毒無害物質(zhì), 降低對自然環(huán)境的影響。就工業(yè)污染土壤修復(fù)技術(shù)來說, 人們應(yīng)以土壤污染特征為基礎(chǔ), 綜合政治、經(jīng)濟(jì)以及社會等因素, 采取最為合適的處理技術(shù), 保證達(dá)到預(yù)期效果�，F(xiàn)在可選擇的土壤修復(fù)技術(shù)較多, 如換土法、客土法、化學(xué)淋洗法、原位化學(xué)氧化法以及穩(wěn)定固化法等, 不同技術(shù)的原理不同, 實際作業(yè)可以綜合各項條件來對比擇優(yōu)選擇。但是, 工業(yè)污染場地土壤老化時間較長, 污染物會進(jìn)入亞微米甚至納米級孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi), 比微生物尺寸更小, 難以被微生物接觸和利用, 修復(fù)難度較大[4]。因此, 人們需要結(jié)合實際情況, 積極引用新方法, 以適應(yīng)工業(yè)污染場地土壤特點(diǎn), 提高修復(fù)綜合效果。
2 腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
腐殖質(zhì)為一種天然有機(jī)質(zhì), 其在工業(yè)污染場地土壤修復(fù)中起到了重要作用, 對于重金屬與有機(jī)污染物污染土壤的修復(fù)優(yōu)勢明顯, 具有非常廣闊的應(yīng)用前景。土壤主要分為有機(jī)質(zhì)和黏土礦物兩種組分, 它們可對污染物進(jìn)行有效吸附, 而腐殖質(zhì)因其所具有的特征在土壤污染修復(fù)中具有非常大的技術(shù)優(yōu)勢。腐殖質(zhì)的'來源和老化時間差異較大, 在分子量、結(jié)構(gòu)特征、元素以及官能團(tuán)等方面也存在很大不同。其組成元素主要為C、H、O、N、P、S等, 元素組成穩(wěn)定性比較高, 但是不同來源的腐殖質(zhì)元素組成差異明顯, 水稻土、紅壤、褐土間C含量依次降低, 腐殖質(zhì)組分間C元素含量也存在明顯差異, 胡敏素、胡敏酸、富里酸含量依次降低[5]。
想要將腐殖質(zhì)有效應(yīng)用到工業(yè)污染場地土壤修復(fù)中, 人們首先需要了解其結(jié)構(gòu)特征與生物特點(diǎn), 以此為依據(jù)判斷其對各類污染物將會產(chǎn)生的作用機(jī)制。隨著人們對腐殖質(zhì)的研究持續(xù)加深, 在紅外光譜、掃描電鏡等高新技術(shù)的支持下, 人們可以可以更全面地掌握其特點(diǎn)。例如, 富里酸含有很多酸性官能團(tuán), 酸度遠(yuǎn)高于胡敏酸, 氧原子更多。胡敏素主要由羧基、碳水化合物以及多糖等物質(zhì)組成, 均結(jié)合在脂肪鏈上, 還具有一定的甲基、醚、酰胺等基團(tuán)。胡敏酸主要由芳香碳、側(cè)鏈碳組成, 芳香碳具有疏水性, 而側(cè)鏈碳具有親水性, 整體表現(xiàn)為輸送海綿孔狀結(jié)構(gòu), 相比富里酸, 其具有更豐富的醌型羥基。
3 腐殖質(zhì)在工業(yè)污染場地土壤修復(fù)中應(yīng)用要點(diǎn)
3.1 重金屬污染修復(fù)
3.1.1 重金屬吸附
對重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù), 是指將土壤中含有的重金屬全部清除, 如換土法、土壤淋洗等, 或者改變重金屬在土壤內(nèi)的表現(xiàn)形式, 使其更為固化穩(wěn)定, 降低其在土壤內(nèi)的遷移性與生物有效性。相比之下, 改變重金屬形態(tài)修復(fù)技術(shù)更為簡單, 修復(fù)所需時間短, 資金壓力更小, 在實際應(yīng)用中具有更大優(yōu)勢。這樣便可以利用腐殖質(zhì)對重金屬的良好吸附性, 形成螯合物, 促使污染物固定穩(wěn)定在土壤顆粒上, 達(dá)到降低遷移性的目的。腐殖質(zhì)為帶電荷高分子有機(jī)聚合膠體, 對土壤內(nèi)含有的多種重金屬離子均具有很強(qiáng)的結(jié)合能力, 基于自身所具有的氨基、羥基以及羧基等官能團(tuán)均具有較高化學(xué)活性, 它能夠促使土壤內(nèi)的重金屬污染物產(chǎn)生螯合反應(yīng), 逐漸轉(zhuǎn)換為難溶性鹽類, 同時會增加碳酸鹽結(jié)合態(tài)以及氧化物結(jié)合態(tài)的金屬離子, 達(dá)到抑制金屬離子遷移的效果, 保證土壤內(nèi)重金屬污染物具有較高穩(wěn)定性, 可在一定程度上降低土壤毒性與活性。
3.1.2 重金屬還原
腐殖質(zhì)具有氧化還原性, 在對工業(yè)污染場地土壤進(jìn)行修復(fù)時, 人們可以添加適量的外源性腐殖酸, 加速土壤內(nèi)重金屬離子向硫化物的轉(zhuǎn)換, 使其可以有效沉淀, 降低金屬離子的毒性。研究發(fā)現(xiàn), 以腐殖質(zhì)為電子傳遞中間體, 與直接將電子傳遞給Fe3+氫氧化物的處理方法相比, 應(yīng)用此種方法, 微生物傳遞分子的速度可以提高27倍, 而還原水鐵礦速度只有直接還原的1/7。同時, 腐殖質(zhì)可以對無定型Fe3+礦物進(jìn)行還原, 尤其是在有氧環(huán)境下依然可以進(jìn)行還原。即便是對還原態(tài)胡敏酸進(jìn)行曝氧處理, 其仍然保留還原基團(tuán), 相比胡敏酸具有更高還原能力。在氧化還原過程中, 腐殖酸能夠還原重金屬離子, 使其形成穩(wěn)定性更高的螯合物。作為氧化還原中間體, 當(dāng)腐殖質(zhì)為氧化態(tài)時, 腐殖酸會與電子結(jié)合, 轉(zhuǎn)換成還原態(tài)的羥醌, 并通過電子轉(zhuǎn)移使得金屬離子還原, 待還原后腐殖酸又重新轉(zhuǎn)化為氧化態(tài), 經(jīng)過往復(fù)作用最終可以減少重金屬離子的遷移。
3.2 有機(jī)物污染修復(fù)
3.2.1 有機(jī)物吸附
在生態(tài)系統(tǒng)中, 腐殖質(zhì)為最豐富的有機(jī)質(zhì)形式, 可以通過疏水性吸附、氫鍵作用、共價吸附、電荷轉(zhuǎn)移以及配位交換等與除草劑、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物產(chǎn)生作用, 以影響土壤內(nèi)污染物的轉(zhuǎn)化、遷移、生物降解以及殘留等過程, 達(dá)到土壤修復(fù)的效果。人們可以利用腐殖質(zhì)來對土壤內(nèi)有機(jī)物污染物進(jìn)行吸附, 以比較成熟的雙模式吸附模型為例, 其本質(zhì)上是將土壤有機(jī)質(zhì)劃分為“玻璃相”吸附域與“橡膠相”吸附域兩個不同區(qū)域, 然后將胡敏素和胡敏酸、富里酸作為兩個區(qū)域的主要有機(jī)質(zhì), 達(dá)到快速吸附的效果。對于腐殖質(zhì)來講, 其在工業(yè)污染場地土壤修復(fù)中的應(yīng)用, 主要是利用多種作用力的搭配有效吸附土壤內(nèi)污染物, 促使其被團(tuán)聚在腐殖質(zhì)分子周圍, 或者是通過孔隙填充的方式, 被有效地束縛在腐殖質(zhì)剛性結(jié)構(gòu)內(nèi), 避免遷移造成的土壤和地下水污染。
3.2.2 有機(jī)物增溶
表面活性劑增溶為常用的工業(yè)污染場地土壤修復(fù)技術(shù), 在提高污染物溶解度的同時, 可以降低表面活性劑使用劑量, 有效預(yù)防二次污染情況的發(fā)生。腐殖質(zhì)中的胡敏酸與富里酸面對不同p H條件均可有效溶于水, 并且腐殖酸內(nèi)含有多種活性官能團(tuán), 其決定了腐殖酸具有良好的親油性與親水性, 可有效提高有機(jī)污染物的溶解性與遷移性。將腐殖酸添加到土壤內(nèi), 可以促使有機(jī)物吸附在表面活性劑膠束中或單體上, 促使綁縛在土壤內(nèi)的有機(jī)污染物洗脫到液相環(huán)境內(nèi), 使得脫附率提高, 保障污染物在土壤內(nèi)的可移動性, 污染物表觀溶解度有效提高, 達(dá)到增強(qiáng)生物有效性的目的。
4 結(jié)語
腐殖質(zhì)在工業(yè)污染場地土壤修復(fù)中具有至關(guān)重要的作用, 為充分發(fā)揮其所具有的技術(shù)優(yōu)勢。人們需要掌握其結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 然后根據(jù)土壤污染形式, 選擇合適的處理方法, 有效提高土壤修復(fù)效果。
參考文獻(xiàn)
[1]杜延軍, 金飛, 劉松玉, 等.重金屬工業(yè)污染場地固化/穩(wěn)定處理研究進(jìn)展[J].巖土力, 2011, 32 (1) :116-124.
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