土壤中砷污染的治理研究 - 下载本文

砷污染土壤治理和恢复研究

《环境土壤学》

课程论文

题 目:工业污染用地转为建设用地的处置方案研究 学生姓名:白睿 学生班级:环工131 学生学号:2013011611 所在院系:资源环境学院 任课教师:吴海明

2015年11月

砷污染土壤治理和恢复研究

砷污染土壤治理和恢复研究

摘要:砷(As)是一种类金属元素,在自然界中广泛分布,砷化合物在农药、防腐剂、合金、料等生产过程中得到广泛应用。砷是亲硫(tS)元素,常伴生于硫化物矿中川。本案例中非法转移废渣致使土壤的As污染。由于As的毒性、致癌、致畸和致突变效应[2l砷污染所引发的环境问题已经越来越多的受到关注。砷污染土壤的治理与修复一直是土壤污染研究的难点和热点,找切实可行的高效的治理技术尤为重要。

关键字:砷污染 修复 淋洗法 生物修复

案例:1992年10月和1993年5月,在未经有关部门同意的情况下,发生了辽宁省沈阳冶炼厂两次非法向黑龙江省鸡西市梨树区转移有毒化工废渣造成重大环境污染的案件。转移的废渣中含有三氧化二砷(俗称砒霜)等10多种有毒物质332吨。这些有毒物质使穆棱河下游约20平方千米范围内的土壤、植物和地下水环境造成不同程度的污染。其中以土壤和植被受到的污染和破坏最为严重,残留在废渣堆放地及周围的砷、铜、铅、钢等重金属污染平均超标为75倍,其中砷的超标指数最高,是103倍。废渣倾倒现场寸草不长,26棵20厘米直径树木枯死,地表裸露面积达500平方米,大约7公顷地表植物受到较严重污染,污染深度0-140厘米。经预测,在自然状况下,要想将土壤恢复到原有水平,大概需要几百年,甚至几千年以上。

目前,国内外常采用的土壤修复的方法包括客土法、淋洗法、生物修复法、稳定/固定化方法等。稳定/固定化法与其他技术相比,更能从时间和成本上满足土壤修复的要求。而稳定/固定化法的关键在于稳定/固定化剂的选择。铁及其化合物是砷的稳定化中最常用的稳定化剂.由于该化工场地以硫铁矿作为原料进行生产,铁含量丰富,土壤中铁的百分含量达18%-37%。有文献报道,Fe2*氧化过程中会产生氧化性的中间体及,可将As(IIn氧化为毒性低的As(V),且FeZ氧化后水解新生成的Fe(OH},与Fe\水解生成的Fe(OH},相比,吸附去除砷的能力更强。

根据对污染场地采样分析发现,砷含量达800-IOOOppm,而砷的TCLP浸出浓度达3.4mgIL.需要进行修复。本文就该化工厂土壤中砷的污染情况进行分析评价,考

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虑到原厂地存有大量废弃的FeS氏}7Hz0,利用FeZ’的氧化性和与砷的强烈的相互作用,采用以废治废的方式实现该化工厂高砷含量污染土壤的原位修复。

中国土壤砷污染现状

据报道,我国目前受锡、砷、铅等重金属污染的耕地面积估计近2.0x1护hm2 X31。土壤砷污染主要来自大气降沉、污水灌概和含砷农药的喷洒。中国表层土壤中砷含量在2. 5 x10一 6一33. 5 x 10-6,土壤砷含量呈南北向地域分布,海拔较高地区的土壤砷含量高于海拔较低处,由青藏高原区、西南区、华南区向东北区递减,与其上游被侵蚀物之间存在着地球化学联系。其中在局部区域内,随着地形从高到低,土壤中砷的含量也具有由高到低的分布特征。石英质岩石对土壤砷含量起着控制作用,碳酸盐类岩石对土壤中砷含量控制作用介于石英与土壤二者之间,并且土壤pH值、有机质、薪土组成及氧化铁含量对土壤砷的背景值也有不同程度的影响。

土壤中砷的存在形态

砷通常集中在表土层to cm左右,在某些情况下通过淋洗的方式至较深土层,如磷肥的施加可稍增加砷的移动性。砷进人土壤通过溶解、沉淀、吸附等各种反应,形成不同化学形态。生物有效性和毒性依赖于砷的形态,因而有必要了解砷在土壤中的存在形态。

在自然条件下,砷在土壤和大气之间的生物地球化学循环通过氧化还原和生物甲基化作用完成。土壤中的部分砷转变为气态砷而逸出土壤层而降低了土壤砷污染,但是空气中砷的寿命往往很短,很容易被氧化为As}v)而随降水和降尘返回地面。部分砷转化为甲基砷而降低了砷的毒性。但是这种转化的量非常少,其比例小于水溶性砷含量的0.5%。土壤中水溶态的砷含量很低,一般小于总砷的s%。砷在土壤中主要以无机阴离子形态存在,有五价AS(Ⅴ)与三价As(III)2种价态。在氧化与酸性环境中,砷主要以无机砷酸盐( AsOa _)形式存在,而在还原与碱性环境中,亚砷酸盐占相当大的比例。通常无机砷化合物比有机砷化合物的毒性大,As( III)类比As(IV)类的毒性大得多,且易迁移。土壤的酸碱性和氧化还原电位影响着砷的危害程度。pH值高,土壤砷吸附量减少,导致含砷阴离子向溶液中解吸,水溶性砷增加;在较低pH值范围内,含砷阴离子能被土壤中带正电荷的氢氧化铁等吸附剂迅速吸附川。三价态砷和五价态砷的溶解度均随pH值的增加而增加,当土壤由酸性变为中性乃至碱

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性时,三价砷的迁移能力变得更强。土壤在氧化条件下,大部分是砷酸,易被交替吸附,增加了土壤的固砷量。在厌氧和缺氧条件下,砷酸转化为亚砷酸盐,可促进砷的可溶性,因为亚砷酸盐比砷酸盐毒性大,增加了砷污染的危害。

砷在生态系统的存在形态也与土壤中AI}Fe}Ca的含量有关,被这些元素吸附而产生共沉淀f z7,影响其活性和对植物的有效性。按植物吸收的难易程度,可以将砷分为水溶性砷、吸附性砷和难溶性砷。其中,水溶性砷和吸附性砷可被植物吸收利用,称为可给性砷。土壤中砷大部分会与土壤中铁铝、钙离子相结合和沉淀,形成难溶化合物,根据难溶性砷化物的形态分为铝型砷、铁型砷、钙型砷和闭蓄型砷。其中铁、铝氢氧化物对砷的吸附固定有突出作用。

土壤淋洗技术

土壤淋洗其原理是运用试剂与土壤固相中的重金属作用,形成溶解性的重金属离子或金属络合物,然后用清水把污染物冲至根层外,再利用含有一定配位体的化合物冲淋土壤,使之与重金属离子形成更稳定的络合物;或用带有阴离子的溶液,如碳酸盐、磷酸盐冲洗土壤,使重金属形成化合物沉淀。该方法的技术关键是寻找一种既能提取各种形态的重金属,又不破坏土壤结构的淋洗液。目前,用于淋洗土壤的淋洗液较多,包括有机或无机酸、碱、盐和螯合剂。Blaylock等检验了柠檬酸、苹果酸、乙酸、EDTA、DTPA对印度芥菜吸收Cd和Pb 的效应。吴龙华研究发现EDTA可明显降低土壤对铜的吸收率,吸收率与解吸率与加入的EDTA量的对数呈显著负相关。土壤淋洗以柱淋洗或堆积淋洗更为实际和经济,适用于面积小污染重的土壤治理,但也易引起二次污染,导致某些营养元素的淋失和沉淀,破坏了土壤微团聚体结构,同时容易导致地下水污染。

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原位电动修复技术

电动力学修复(electrokinetic remediation)技术由于其高效、无二次污染、节能、原位的修复特点,被称为“绿色修复技术’,。其基本原理是将电极插入受污染土壤或地下水区域,通过施加微弱电流形成电场,利用电场产生的各种电动力学效应(包括电渗析、电迁移和电泳等)驱动土壤污染物治电场方向定向迁移,从而将污染物富集至电极区然后进行集中处理或分离。

表1列出几种主要的电动效应

电动效应 电渗析 电迁移 电 泳

运动物质 空隙水 带电离子 胶体粒子

速度 较慢 快 较慢

与土壤性质

密切 较小 密切

同时在电动修复过程中会发生电极反应: 阳极:2H20一4e X02+4H+Eo=-1.23 V 阴极:2H20+2e }H2+20H-Eo=-0.83 V

由于水的电解作用导致电极附近pH值发生变化,其中阳极产生H+而使得阳极区呈现酸性(pH值可能降至2左右),阴极产生OH一而使得阴极区呈现碱性(pH值可能

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