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北京石油化工學(xué)院2026年研究生招生接收調(diào)劑公告

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wbeibei

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[求助] 砷污染

求助一種土壤原位修復(fù)砷污染的方法，最好是化學(xué)方法，比如螯合劑等

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1樓 2011-05-09 10:20:38

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shenjerry

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【答案】應(yīng)助回帖

wbeibei(金幣+1): 謝謝很詳細(xì) 2011-05-11 09:33:52

日本在侵華戰(zhàn)爭(zhēng)期間將大量的化學(xué)武器遺留在中國(guó)境內(nèi).經(jīng)過(guò)60年的風(fēng)雨侵蝕,有的化學(xué)彈已經(jīng)泄漏,導(dǎo)致土壤中化學(xué)毒劑和砷的含量嚴(yán)重超標(biāo),嚴(yán)重地危害并威脅當(dāng)?shù)厝嗣竦慕】岛蜕鷳B(tài)環(huán)境的安全.典型地區(qū)的調(diào)查結(jié)果表明,土壤污染問(wèn)題已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重,砷含量超標(biāo)數(shù)倍至數(shù)百倍;并且對(duì)水環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)成明顯的威脅.研究日遺化武污染土壤的處理技術(shù),是關(guān)系到我國(guó)國(guó)家利益和環(huán)境安全重大問(wèn)題,也是切實(shí)履行監(jiān)督,協(xié)助使命的中國(guó)專家和技術(shù)人員的緊迫需要.
1 國(guó)外污染土壤的處理情況
美國(guó),英國(guó),德國(guó),荷蘭等國(guó)家已經(jīng)把治理土壤污染問(wèn)題擺在與大氣污染和水污染問(wèn)題同等重要的位置,而且已從政府角度制定了相關(guān)的修復(fù)工程計(jì)劃.在污染土壤處理方面,雖然根據(jù)污染狀況和地點(diǎn)采用各種不同技術(shù),但最后的工序基本都采用加熱處理.
1.1 日本的處理狀況
日本有處理二苯基砷酸污染的土壤,并把它作為水泥原料進(jìn)行再利用的實(shí)際業(yè)績(jī).方法是洗滌除去土壤中的砷成分,將洗滌處理后的土壤作為水泥原料進(jìn)行再利用.用于洗滌的污染水通過(guò)固定式的臥式焚燒爐進(jìn)行處理.最后將砷作為砷化合物再送至封閉型處置場(chǎng)進(jìn)行處置.
1.2 美國(guó)的處理狀況
美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)是只要檢測(cè)出含有化學(xué)毒劑及其有害降解產(chǎn)物,就必須對(duì)這些土壤進(jìn)行處理.美國(guó)受路易士劑生成的砷化合物的污染比較多,土壤在旋轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒前先進(jìn)行洗滌.
在旋轉(zhuǎn)窯焚燒過(guò)程中,土壤先被裝入初級(jí)燃燒爐或旋轉(zhuǎn)窯,在那里銷毀有機(jī)組分.初級(jí)燃燒室內(nèi)氣體的溫度在450～650 ℃變化,而土壤的溫度則為350～450 ℃,在初級(jí)室內(nèi)的保留時(shí)間大約是30 min,通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)速度可以更改保留時(shí)間.經(jīng)旋轉(zhuǎn)窯焚燒處理的產(chǎn)物是灰燼(或經(jīng)過(guò)處理的土壤),有機(jī)污染物被銷毀后,灰從初級(jí)燃燒室中落下,這種產(chǎn)物按照規(guī)定路線送至水淬裝置或水噴淋器,再次潤(rùn)濕,然后送往過(guò)渡儲(chǔ)存區(qū),分析合格后儲(chǔ)存.
1.3 德國(guó)的處理狀況
德國(guó)判別土壤是否要銷毀處理的標(biāo)準(zhǔn)之一,是土壤中含砷量達(dá)到35 mg/L.德國(guó)對(duì)受有機(jī)砷化合物污染的土壤,首先由MAG提供的水洗技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理.處理后污染物尤其是含砷的污染物減少,約90%的土壤回填.有較高毒性的濃縮物在等離子設(shè)備中轉(zhuǎn)換成無(wú)滲漏爐渣.作為爐渣,砷已完全結(jié)合在玻璃組織里.這種玻璃體作為內(nèi)部裝填物質(zhì)可用于民用工程中,無(wú)需花巨資進(jìn)行危險(xiǎn)廢棄物處置.
廢氣處理是根據(jù)燃燒廢氣的組成特點(diǎn)和需要選擇不同的組和設(shè)備,如二級(jí)燃燒室,急冷器,水洗滌器,堿洗滌器,脫硝加熱器,HEPA過(guò)濾器等;為避免有毒氣體泄漏,對(duì)系統(tǒng)實(shí)行負(fù)壓管理,確保尾氣達(dá)標(biāo)排放.
2 日遺化武含砷土壤處理技術(shù)探討
美國(guó)旋轉(zhuǎn)窯法雖然有實(shí)際的應(yīng)用業(yè)績(jī),但是明顯的耗能高,二次污染較為嚴(yán)重.而德國(guó)的等離子技術(shù)受電極的壽命,水分含量,載氣等因素的制約,至今還未正式運(yùn)行.焚燒法前處理,實(shí)處理,尾氣處理工序復(fù)雜,龐大的設(shè)備投資直接影響其技術(shù)效能的使用和發(fā)揮.
除焚燒技術(shù)外,土壤污染的修復(fù)方法有物理法,化學(xué)法,生物法,通常根據(jù)污染情況的不同而采取不同的修復(fù)方法或者是這些方法的組合.
2.1 物理法
日本前田建設(shè)工業(yè),前高組,日立造船,東洋建設(shè)等四公司聯(lián)手開(kāi)發(fā)成功了可以低成本凈化油污土壤的土壤洗凈方法—混合土壤洗凈法.該法適用于很難用生物處理來(lái)凈化的高濃度油污土壤.用水將挖掘出來(lái)的土壤調(diào)和成泥漿狀,并通過(guò)3個(gè)階段進(jìn)行處理—機(jī)械式攪拌,篩分洗凈,洗濯.
該法對(duì)化學(xué)劑污染土壤同樣有借鑒之處.在機(jī)械式攪拌工序中,通過(guò)強(qiáng)有力的機(jī)械攪拌力打碎塊狀物,同時(shí)剝離附著的油分或者有機(jī)毒物.在篩分洗凈過(guò)程中,一面進(jìn)行噴淋洗凈,一面篩分粗粒和細(xì)粒.在最后的洗濯工藝中,使用螺旋式分級(jí)機(jī)洗凈,凈化粗粒的同時(shí),回收浮出的油分或者有機(jī)毒物.對(duì)于洗凈后的土壤如果含油或者毒劑量小,就可以作為凈化土壤重新使用.
2.2 化學(xué)法
催化氧化(芬頓法)處理化學(xué)劑及污染的土壤是一種較為理想的方法,方應(yīng)結(jié)束時(shí),有機(jī)砷成功地?zé)o機(jī)化,無(wú)機(jī)砷化合物可以進(jìn)一步無(wú)害化處理(或沉淀或生物法).
目前比較公認(rèn)的H2O2-Fe2+催化氧化反應(yīng)機(jī)理,用基元反應(yīng)式可表示如下;
FE2++H2O2→Fe3++·OH+OH-
FE2++·OH→Fe3++OH-
FE3++H2O2→FE2++HO2·+H+
HO2·+H2O2→O2+H2O+·OH
RH+·OH→CO2+H2O
研究表明,催化氧化(芬頓法)處理,對(duì)工藝和設(shè)備要求適中,反應(yīng)條件溫和,反應(yīng)原材料,產(chǎn)物較為簡(jiǎn)單,而且銷毀率高達(dá)99%.
2.3 生物法
生物修復(fù)污染土壤是當(dāng)今世界上最流行的處理技術(shù).它以處理成本低,污染治理最徹底而越來(lái)越受到青睞.
2.3.1 植物生物修復(fù)
植物修復(fù)技術(shù)是原位修復(fù)技術(shù)的一種.它是利用植物清除土壤中的污染物質(zhì)或者使污染物質(zhì)無(wú)毒化,包括植物提取,植物揮發(fā),根際過(guò)濾和植物固定,最具意義的是植物提取,它能將土壤中的污染物質(zhì)轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi),從而徹底地清除土壤中的污染物質(zhì)[1].植物提取的關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)那些能夠超量富集污染物質(zhì)的植物—超富集植物,中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陳同斌研究員等在湖南發(fā)現(xiàn)砷的超富集植物—蜈蚣蕨和大葉井口邊草.另外FRANCESCONI在泰國(guó)發(fā)現(xiàn)粉葉蕨也能夠富集砷.超富集植物能否用于治理污染土壤取決于兩個(gè)因素,一是植物富集污染物質(zhì)的能力,二是植物的生物量.由于植物的地帶性分布規(guī)律,在不同的氣候帶內(nèi),砷污染區(qū)的植物種類有一定的差異性.但也有一些規(guī)律可循.能夠在砷污染嚴(yán)重的區(qū)域生長(zhǎng)的植物多為耐貧瘠,耐干旱且地帶性不是很強(qiáng)的植物.比如說(shuō)蜈蚣蕨分布于從南亞熱帶到溫帶的廣大區(qū)域.
宋書(shū)巧等[2]在廣西刁江流域野外調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn),蜈蚣蕨能在土壤砷含量高達(dá)10 000 mg/kg的土壤中正常生長(zhǎng),且能將土壤中的砷大量富集到地上部分.他們對(duì)廣西南丹縣境內(nèi)砷嚴(yán)重污染蜈蚣蕨生物量的分析,每年可從每公頃土層中清除6 kg左右的砷.按照FRANCESCONI的計(jì)算,粉葉蕨每年可從每公頃土壤中清除砷40 kg.因此,對(duì)于砷污染較輕的土壤用超富集砷的植物治理方法是可行的.
與土壤替換,污染物質(zhì)固定化和淋洗技術(shù)相比,植物修復(fù)技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)在于成本低且不會(huì)造成土壤結(jié)構(gòu)的破壞,是一種廉價(jià),高效且對(duì)環(huán)境友好的土壤污染治理方法.
2.3.2 生物揮發(fā)
生物揮發(fā)也是生物修復(fù)方法的一種,它是利用生物(包括植物和微生物)的作用,把土壤中的金屬轉(zhuǎn)化為甲基化有機(jī)金屬,由于后者的沸點(diǎn)比較低,很容易揮發(fā)而進(jìn)入到大氣中,從而達(dá)到降低土壤中金屬含量的目的.
研究表明:土壤中砷的含量越高,生物揮發(fā)的速率越大;施加生物有機(jī)肥對(duì)生物揮發(fā)有促進(jìn)作用;土壤含水也能影響生物揮發(fā)的速率,含水量過(guò)高或過(guò)低都會(huì)降低土壤中砷的揮發(fā)速率[3].
利用砷的生物揮發(fā)修復(fù)砷污染土壤最令人擔(dān)心的問(wèn)題是氣態(tài)砷化物的毒性.在自然界中,砷的甲基化是一種去毒機(jī)制,在砷含量高的地方就存在砷的揮發(fā)遷移,還未對(duì)人類和環(huán)境產(chǎn)生明顯的危害.如果產(chǎn)生甲基砷的數(shù)量比較大,還可以通過(guò)覆蓋薄膜的方式回收砷.在產(chǎn)生有機(jī)砷的過(guò)程中,還可能產(chǎn)生一定數(shù)量的砷化氫.砷化氫是有毒的氣態(tài)污染物,但相當(dāng)不穩(wěn)定,容易被氧化,在大氣中不易積累到危害環(huán)境的程度.因此,生物揮發(fā)是去除土壤砷一種比較有前景生物修復(fù)方法.
添加生物有機(jī)肥能促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)從而明顯提高砷生物揮發(fā)速率.垃圾堆肥和生物有機(jī)肥相似,如果它們可以用于土壤砷污染的生物修復(fù),促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)并提高揮發(fā)速率,還要進(jìn)一步的研究.
2.3.3 微生物凈化
近年來(lái)一種用于就地凈化受重金屬或有毒元素(如砷)污染的土壤生物技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)[4].它是以土壤污染物的生物化學(xué)循環(huán)為基礎(chǔ),這種方法將土壤中的污染物轉(zhuǎn)移到預(yù)定的深土層,從而使可溶性污染物在深土層轉(zhuǎn)化為相對(duì)難溶的硫化物,轉(zhuǎn)移和沉淀這些污染物由相應(yīng)的微生物分別完成.轉(zhuǎn)移主要由嗜酸礦質(zhì)化學(xué)營(yíng)養(yǎng)的鐵硫氧化桿菌完成,而沉淀主要由厭氧酸還原桿菌完成.
首先將土壤犁為小于30 mm的顆粒,以增強(qiáng)上層土壤的滲透性;微生物培養(yǎng)液和含有銨和磷酸鹽離子的弱酸性水一起加入犁過(guò)的土壤中,將土壤最初濕度調(diào)整到45%～50%,以保證土壤中的微生物最基本的養(yǎng)分供應(yīng).然后用上述溶液定期灌溉和沖洗,使土壤濕度保持所需要的水平,洗掉有毒元素;并將它們排放到預(yù)定的深土層中,同時(shí)建立一個(gè)有效的回收系統(tǒng),該系統(tǒng)回收的富含有毒的元素被處理,以便清除深層土壤中的可溶性金屬和未沉淀物.處理過(guò)程借助于培養(yǎng)在含有機(jī)廢物(堆肥,動(dòng)物糞肥,稻草)的絕氧池中的硫酸還原桿菌來(lái)完成.這些有機(jī)廢物可作為細(xì)菌的碳和能量的來(lái)源.而從絕氧池中出來(lái)的含有毒元素很少的溶液則被收集在一個(gè)再生池中,在這兒補(bǔ)充新水,并將磷酸銨加到所需標(biāo)準(zhǔn),這樣調(diào)整后的溶液又可循環(huán)到土壤中去.
該法用于含砷50 mg/kg左右污染土壤的處理后,土壤中可溶有毒金屬元素的濃度沒(méi)有超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)值.
3 小結(jié)
由于物理,化學(xué)法可以快速的去除大部分含砷污染;生物法廉價(jià),綠色,能夠徹底根除輕度污染,所以其最終的治理手段應(yīng)該是生物法和物理法,化學(xué)法相結(jié)合的方法;并與一些常規(guī)的改良措施相結(jié)合,如在處理的土壤上種草,添加某些肥料和動(dòng)物糞肥,以及定期的灌溉,犁耕和撒石灰等.為提高治理效果,大面積受污染的土地可采用聯(lián)合方法既經(jīng)濟(jì)又可靠地治理.含砷量高的土壤可用先進(jìn)的物理,化學(xué)法集中回收其中的砷化合物,處理后的土壤和含砷量低的土壤一并用生物恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行降解.在這個(gè)過(guò)程中,需要確定回收時(shí)最低含砷量以保證費(fèi)用經(jīng)濟(jì)合理,同時(shí)還要對(duì)生物降解過(guò)程人工強(qiáng)化.對(duì)于富集砷的植物或廢棄物可在銷毀設(shè)施的污染物處理樓進(jìn)行無(wú)害化處置.當(dāng)然,這都僅僅是一種設(shè)想,還有如物化法的操作條件,植物生長(zhǎng)的區(qū)域性,微生物凈化等諸多問(wèn)題有待進(jìn)一步的研究,甚至是不拘泥于以上幾種方法的研究.由于銷毀設(shè)施從建設(shè),運(yùn)行到關(guān)閉也就5,6年時(shí)間,而在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)要使污染土壤達(dá)標(biāo)不是件輕而易舉的事情,因此現(xiàn)階段污染土壤的研究和治理工作顯得尤為迫切.

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2樓2011-05-09 12:35:37

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