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(chǎng)地。工業(yè)污染場(chǎng)地是我國(guó)當(dāng)前面臨的新環(huán)境問(wèn)題, 制約著城市土地資源的安全再利用。工業(yè)污染場(chǎng)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(xiàng)目多集中在一線與省會(huì)城市, 修復(fù)技術(shù)相對(duì)粗糙, 無(wú)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(chǎng)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(chǎng)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(huì)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(shí), 人們并沒(méi)有及時(shí)采取有效措施對(duì)生產(chǎn)過(guò)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(lái)看, 實(shí)際處理應(yīng)用的修復(fù)技術(shù)比較簡(jiǎn)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(lái)講整個(gè)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(chǎng)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(shí)現(xiàn)對(duì)土壤的有效修復(fù)。
1 工業(yè)污染場(chǎng)地土壤修復(fù)要求
1.1 工業(yè)污染場(chǎng)地類型
1.1.1 重金屬污染
重金屬是指相對(duì)密度超過(guò)5.0的金屬元素, 工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的有Zn、Mn、Ge、Cu等, 因?yàn)锳s屬性與重金屬元素相似, 其往往被看作為重金屬, 同時(shí)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(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生具有污染性的有機(jī)化合物時(shí), 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(duì)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(dòng), 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(wú)毒無(wú)害物質(zhì), 降低對(duì)自然環(huán)境的影響。就工業(yè)污染土壤修復(fù)技術(shù)來(lái)說(shuō), 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(huì)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(shí)際作業(yè)可以綜合各項(xiàng)條件來(lái)對(duì)比擇優(yōu)選擇。但是, 工業(yè)污染場(chǎng)地土壤老化時(shí)間較長(zhǎng), 污染物會(huì)進(jìn)入亞微米甚至納米級(jí)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(shí)際情況, 積極引用新方法, 以適應(yīng)工業(yè)污染場(chǎng)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(chǎng)地土壤修復(fù)中起到了重要作用, 對(duì)于重金屬與有機(jī)污染物污染土壤的修復(fù)優(yōu)勢(shì)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(duì)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(shì)。腐殖質(zhì)的'來(lái)源和老化時(shí)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(lái)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(chǎng)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(duì)各類污染物將會(huì)產(chǎn)生的作用機(jī)制。隨著人們對(duì)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(chǎng)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(duì)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(jiǎn)單, 修復(fù)所需時(shí)間短, 資金壓力更小, 在實(shí)際應(yīng)用中具有更大優(yōu)勢(shì)。這樣便可以利用腐殖質(zhì)對(duì)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(duì)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(shí)會(huì)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(duì)工業(yè)污染場(chǎng)地土壤進(jìn)行修復(fù)時(shí), 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(shí), 腐殖質(zhì)可以對(duì)無(wú)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(duì)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(guò)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(shí), 腐殖酸會(huì)與電子結(jié)合, 轉(zhuǎn)換成還原態(tài)的羥醌, 并通過(guò)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(guò)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(guò)疏水性吸附、氫鍵作用、共價(jià)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(guò)程, 達(dá)到土壤修復(fù)的效果。人們可以利用腐殖質(zhì)來(lái)對(duì)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(gè)不同區(qū)域, 然后將胡敏素和胡敏酸、富里酸作為兩個(gè)區(qū)域的主要有機(jī)質(zhì), 達(dá)到快速吸附的效果。對(duì)于腐殖質(zhì)來(lái)講, 其在工業(yè)污染場(chǎng)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?chē)? 或者是通過(guò)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(chǎng)地土壤修復(fù)技術(shù), 在提高污染物溶解度的同時(shí), 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(duì)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(dòng)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(yǔ)
腐殖質(zhì)在工業(yè)污染場(chǎng)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(shì)。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)
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