腐殖质在土壤污染修复中的作用分析论文
摘要：随着城市化的不断推进, 很多工业企业逐渐搬离市区, 遗留了大量受污染的场地。工业污染场地是我国当前面临的新环境问题, 制约着城市土地资源的安全再利用。工业污染场地土壤修复技术虽然不断革新, 但是受制于资金因素, 大部分修复项目多集中在一线与省会城市, 修复技术相对粗糙, 无法全部达到预期效果。腐殖质作为一种天然有机质, 可以有效处理工业污染场地中的重金属与有机污染物, 本文主要分析了腐殖质在工业污染场地土壤修复中的应用要点。
关键词：腐殖质; 工业污染; 土壤修复;
在社会经济快速发展的背景下, 工业生产速度不断加快, 但是受限于传统生产意识, 人们并没有及时采取有效措施对生产过程进行有效控制, 导致工业污染持续加重, 其逐渐成为影响持续发展与环境保护的重要因素。就现状来看, 实际处理应用的修复技术比较简单, 以异位修复为核心, 搭配固化稳定化、水泥窑焚烧技术以及化学处理等技术, 总体来讲整个产业还处于初期阶段。腐殖质可以应用在工业污染场地土壤修复中, 人们可以从腐殖质结构性质、分离和纯化等角度出发, 确定其应用要点, 实现对土壤的有效修复。
1 工业污染场地土壤修复要求
1.1 工业污染场地类型
1.1.1 重金属污染
重金属是指相对密度超过5.0的金属元素, 工业生产中常见的有Zn、Mn、Ge、Cu等, 因为As属性与重金属元素相似, 其往往被看作为重金属, 同时也是工业生产中主要的重金属污染元素之一[1]。一般而言, 重金属污染主要集中在冶炼业、化学原料以及相关制品业、皮革以及相关制品业、蓄电池制造业等。
1.1.2 有机污染物
当有机物进入工业土壤中, 会对土壤产生具有污染性的有机化合物时, 人们就可以将其看作有机污染物。有机污染物主要包括持久性有机污染物 (POPs) 、多环芳烃 (PAHs) 以及农药等, 另外还包括石油类污染物, 主要集中于油漆、石油化工以及农药生产等相关行业[2]。
1.2 污染修复基本原理
对已经被各种原因污染的土壤, 人们需要采取物理、化学或者生物等手段, 促使内部含有的污染物进行吸收、转移以及降解等活动, 持续降低污染物浓度, 直到可以被土壤接收, 或者直接将污染物转化为无毒无害物质, 降低对自然环境的影响。就工业污染土壤修复技术来说, 人们应以土壤污染特征为基础, 综合政治、经济以及社会等因素, 采取最为合适的处理技术, 保证达到预期效果。现在可选择的土壤修复技术较多, 如换土法、客土法、化学淋洗法、原位化学氧化法以及稳定固化法等, 不同技术的原理不同, 实际作业可以综合各项条件来对比择优选择。但是, 工业污染场地土壤老化时间较长, 污染物会进入亚微米甚至纳米级孔隙结构内, 比微生物尺寸更小, 难以被微生物接触和利用, 修复难度较大[4]。因此, 人们需要结合实际情况, 积极引用新方法, 以适应工业污染场地土壤特点, 提高修复综合效果。
2 腐殖质结构与特点
腐殖质为一种天然有机质, 其在工业污染场地土壤修复中起到了重要作用, 对于重金属与有机污染物污染土壤的修复优势明显, 具有非常广阔的应用前景。土壤主要分为有机质和黏土矿物两种组分, 它们可对污染物进行有效吸附, 而腐殖质因其所具有的特征在土壤污染修复中具有非常大的技术优势。腐殖质的'来源和老化时间差异较大, 在分子量、结构特征、元素以及官能团等方面也存在很大不同。其组成元素主要为C、H、O、N、P、S等, 元素组成稳定性比较高, 但是不同来源的腐殖质元素组成差异明显, 水稻土、红壤、褐土间C含量依次降低, 腐殖质组分间C元素含量也存在明显差异, 胡敏素、胡敏酸、富里酸含量依次降低[5]。
想要将腐殖质有效应用到工业污染场地土壤修复中, 人们首先需要了解其结构特征与生物特点, 以此为依据判断其对各类污染物将会产生的作用机制。随着人们对腐殖质的研究持续加深, 在红外光谱、扫描电镜等高新技术的支持下, 人们可以可以更全面地掌握其特点。例如, 富里酸含有很多酸性官能团, 酸度远高于胡敏酸, 氧原子更多。胡敏素主要由羧基、碳水化合物以及多糖等物质组成, 均结合在脂肪链上, 还具有一定的甲基、醚、酰胺等基团。胡敏酸主要由芳香碳、侧链碳组成, 芳香碳具有疏水性, 而侧链碳具有亲水性, 整体表现为输送海绵孔状结构, 相比富里酸, 其具有更丰富的醌型羟基。
3 腐殖质在工业污染场地土壤修复中应用要点
3.1 重金属污染修复
3.1.1 重金属吸附
对重金属污染土壤进行修复, 是指将土壤中含有的重金属全部清除, 如换土法、土壤淋洗等, 或者改变重金属在土壤内的表现形式, 使其更为固化稳定, 降低其在土壤内的迁移性与生物有效性。相比之下, 改变重金属形态修复技术更为简单, 修复所需时间短, 资金压力更小, 在实际应用中具有更大优势。这样便可以利用腐殖质对重金属的良好吸附性, 形成螯合物, 促使污染物固定稳定在土壤颗粒上, 达到降低迁移性的目的。腐殖质为带电荷高分子有机聚合胶体, 对土壤内含有的多种重金属离子均具有很强的结合能力, 基于自身所具有的氨基、羟基以及羧基等官能团均具有较高化学活性, 它能够促使土壤内的重金属污染物产生螯合反应, 逐渐转换为难溶性盐类, 同时会增加碳酸盐结合态以及氧化物结合态的金属离子, 达到抑制金属离子迁移的效果, 保证土壤内重金属污染物具有较高稳定性, 可在一定程度上降低土壤毒性与活性。
3.1.2 重金属还原
腐殖质具有氧化还原性, 在对工业污染场地土壤进行修复时, 人们可以添加适量的外源性腐殖酸, 加速土壤内重金属离子向硫化物的转换, 使其可以有效沉淀, 降低金属离子的毒性。研究发现, 以腐殖质为电子传递中间体, 与直接将电子传递给Fe3+氢氧化物的处理方法相比, 应用此种方法, 微生物传递分子的速度可以提高27倍, 而还原水铁矿速度只有直接还原的1/7。同时, 腐殖质可以对无定型Fe3+矿物进行还原, 尤其是在有氧环境下依然可以进行还原。即便是对还原态胡敏酸进行曝氧处理, 其仍然保留还原基团, 相比胡敏酸具有更高还原能力。在氧化还原过程中, 腐殖酸能够还原重金属离子, 使其形成稳定性更高的螯合物。作为氧化还原中间体, 当腐殖质为氧化态时, 腐殖酸会与电子结合, 转换成还原态的羟醌, 并通过电子转移使得金属离子还原, 待还原后腐殖酸又重新转化为氧化态, 经过往复作用最终可以减少重金属离子的迁移。
3.2 有机物污染修复
3.2.1 有机物吸附
在生态系统中, 腐殖质为最丰富的有机质形式, 可以通过疏水性吸附、氢键作用、共价吸附、电荷转移以及配位交换等与除草剂、多氯联苯、多环芳烃等有机污染物产生作用, 以影响土壤内污染物的转化、迁移、生物降解以及残留等过程, 达到土壤修复的效果。人们可以利用腐殖质来对土壤内有机物污染物进行吸附, 以比较成熟的双模式吸附模型为例, 其本质上是将土壤有机质划分为“玻璃相”吸附域与“橡胶相”吸附域两个不同区域, 然后将胡敏素和胡敏酸、富里酸作为两个区域的主要有机质, 达到快速吸附的效果。对于腐殖质来讲, 其在工业污染场地土壤修复中的应用, 主要是利用多种作用力的搭配有效吸附土壤内污染物, 促使其被团聚在腐殖质分子周围, 或者是通过孔隙填充的方式, 被有效地束缚在腐殖质刚性结构内, 避免迁移造成的土壤和地下水污染。
3.2.2 有机物增溶
表面活性剂增溶为常用的工业污染场地土壤修复技术, 在提高污染物溶解度的同时, 可以降低表面活性剂使用剂量, 有效预防二次污染情况的发生。腐殖质中的胡敏酸与富里酸面对不同p H条件均可有效溶于水, 并且腐殖酸内含有多种活性官能团, 其决定了腐殖酸具有良好的亲油性与亲水性, 可有效提高有机污染物的溶解性与迁移性。将腐殖酸添加到土壤内, 可以促使有机物吸附在表面活性剂胶束中或单体上, 促使绑缚在土壤内的有机污染物洗脱到液相环境内, 使得脱附率提高, 保障污染物在土壤内的可移动性, 污染物表观溶解度有效提高, 达到增强生物有效性的目的。
4 结语
腐殖质在工业污染场地土壤修复中具有至关重要的作用, 为充分发挥其所具有的技术优势。人们需要掌握其结构特点, 然后根据土壤污染形式, 选择合适的处理方法, 有效提高土壤修复效果。
参考文献
[1]杜延军, 金飞, 刘松玉, 等.重金属工业污染场地固化/稳定处理研究进展[J].岩土力, 2011, 32 (1) :116-124.
[2]王艳伟, 李书鹏, 康绍果, 等.中国工业污染场地修复发展状况分析[J].环境工程, 2017, 35 (10) :175-178.
[3坦坦.河南某化工厂污染场地分层健康风险评估与应用研究[D].北京:中国地质大学, 2017.
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