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  • 土壤修复:让重金属土壤重返洁净

    北极星节能环保网讯:环境保护部与国土资源部联合发布的《全国土壤污染调查公报》显示,西南、中南地区土壤重金属超标范围较大;镉、汞、砷、铅4 种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。  


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    土壤重金属污染越来越多地被关注和重视。由陈明研究员和张佳文教授级高级工程师带领的中国地质科学院矿产资源研究所的土壤修复科研团队,先后提出一系列理论、方法和技术,研发了多种土壤修复剂和快速、高效、低成本的修复技术,让重金属土壤重返洁净。


    建立土壤修复基础理论——缓变型地球化学灾害理论


    “缓变型地球化学灾害”理论是在国外“化学定时炸弹”的概念基础上发展起来的。在谢学锦、吴传璧和李家熙等老一辈科学家的关怀指导下,与严光生研究员、刘晓端研究员等合作,陈明等人首先着手研究了“缓变型地球化学灾害”理论。2002年,国土资源部“十五”规划中设置了《缓变型地球化学灾害研究》项目。


    缓变型地球化学灾害研究的主要内容包括物质来源,迁移转化途径、规律和影响因素,灾害链的组成与阻断途径,灾害发生发展的定量模型和预测,灾害的检测监控和信息处理技术等。


    2004年,陈明在执行科技部重点国际合作项目《大型城市水土环境污染机理与综合修复技术研究》中,基于缓变型地球化学灾害理论提出了炭石灰与其他矿物材料相结合进行重金属污染土壤修复的思路,取得了较好的修复效果。


    2012年,在《海西经济区缓变型地球化学灾害研究》课题中,陈明等人根据缓变型地球化学灾害的基本理论,探索了汞元素缓变型地球化学灾害链的组成与阻断途径,将天然矿物的改性与纳米技术结合起来,研发了土壤汞稳定化剂。


    深化地球化学工程学理论——用于水—土重金属污染综合修复


    地球化学工程学的概念在本世纪初开始引入国内,其原理是应用地球化学知识,通过人工制造的某些地球化学作用或利用地球化学原理制造的产品实现环境污染治理与管理的途径、方法和技术。


    地球化学工程技术用于修复重金属污染土壤有三大优势:一是可以根据不同的土壤条件和污染物质,选择不同的非金属矿物材料;其次有些非金属矿物自身的重金属含量微乎其微,进入土壤后可以在自然条件下与土壤中的组分结合,不会对环境造成二次污染,可以认为是一种清洁材料;第三,由于非金属矿物价格低,低成本的修复剂具有天然的优势。


    陈明等提出的“沙漠沙丘系统”是以地球化学工程学原理为指导的特殊水处理系统。该系统利用沙漠沙作为滤料,通过“机械过滤”、“化学作用”和“生物作用”净化污染水,一方面可使沙丘变得湿润而不再移动,以固定移动沙漠;另一方面又能净化污染水,最终起到“以害克害、固沙治水、一举多得”的良好综合生态环境效应。“沙漠沙丘系统”是一种绿色的水处理系统,所需的原料和生成物都属于自然界存在的物质,无二次污染的发生。该系统可以把官厅水库水由五类和超五类处理成二~三类水。其原理同样适用于水—土重金属的“断源、截流和末端治理”综合修复。


    研发长效土壤修复剂——降低农产品中重金属含量


    目前,国内不少土壤修复剂存在以下问题:一是修复后由于生成物容易被氧化、中和或溶解而导致失败,重金属重新释放出来,还容易造成土壤板结;二是使用的材料在土壤环境中不稳定,容易分解或降解。尽管有学者配合以纳米和微生物等新技术,但依然不能避免修复效率低和长期稳定性差的弊端。


    为了避免上述问题,资源所土壤修复科研团队充分发挥岩石学、矿物学和元素地球化学等的学科优势,利用不同天然矿物材料对重金属的专属吸附性,研发高效土壤重金属稳定化剂。经过进一步的物理、化学和纳米的改性,形成特殊微观结构可将重金属禁锢在土壤微粒中,不易被氧化、分解和重溶,从而使得修复效果具有长期稳定性。在北京、天津、福建和河南等地的现场小试、中试和或典型示范,均证明了这些修复剂具有效率高和长期稳定的特点。新型修复剂可降低65%以上的土壤活动态重金属,并降低70%~95%的农产品中的重金属。


    高效低成本重金属提取技术——修复重金属污染土壤


    陈明带领研究团队将土壤系统看作成矿系统,用电动力模拟多期次脉动热液成矿作用过程,人工模拟地球化学障研发重金属捕获器,形成了具有地学特色的“原地异位”的EK-SS电动修复技术,可以在48~72小时内将土壤中重金属去除60%~90% ,而且成本接近于美国环保局推崇的稳定化法,具有巨大发展前景。


    该技术可以实现重金属污染土壤的修复,而且低成本,速度快,目前已经具有阳离子重金属污染土壤修复和有机污染土壤修复两大功能,可应用于城市污染场地、矿山周边重污染土壤、工矿固废、放射性污染废渣等处理。由于电动修复属于修复技术,是2014年环保部颁布的《污染土壤修复导则》中规定、在相同条件下优先使用的技术。


    随着“土十条”的实施,课题组今后将重点解决常规技术不能或难以解决的矿山环境、选冶企业、城市高价值污染地块和重金属企业废水、固体废弃物的处理问题,目标是去除目标物中的重金属及重金属的回收,切断土地重金属的污染源。同时,发挥电动修复和土壤重金属固定稳定化技术方面的特长,将现有的修复技术应用于工矿、有色金属选矿与冶炼、石油加工、化工、焦化、电镀、制革等污染土壤(废渣)的修复,尽快将已有技术和产品产业化、市场化。