腐殖質在土壤汙染修復中的作用分析論文
摘要：隨著城市化的不斷推進, 很多工業企業逐漸搬離市區, 遺留了大量受汙染的場地。工業汙染場地是我國當前面臨的新環境問題, 制約著城市土地資源的安全再利用。工業汙染場地土壤修復技術雖然不斷革新, 但是受制於資金因素, 大部分修復專案多集中在一線與省會城市, 修復技術相對粗糙, 無法全部達到預期效果。腐殖質作為一種天然有機質, 可以有效處理工業汙染場地中的重金屬與有機汙染物, 本文主要分析了腐殖質在工業汙染場地土壤修復中的應用要點。
關鍵詞：腐殖質; 工業汙染; 土壤修復;
在社會經濟快速發展的背景下, 工業生產速度不斷加快, 但是受限於傳統生產意識, 人們並沒有及時採取有效措施對生產過程進行有效控制, 導致工業汙染持續加重, 其逐漸成為影響持續發展與環境保護的重要因素。就現狀來看, 實際處理應用的修復技術比較簡單, 以異位修復為核心, 搭配固化穩定化、水泥窯焚燒技術以及化學處理等技術, 總體來講整個產業還處於初期階段。腐殖質可以應用在工業汙染場地土壤修復中, 人們可以從腐殖質結構性質、分離和純化等角度出發, 確定其應用要點, 實現對土壤的有效修復。
1 工業汙染場地土壤修復要求
1.1 工業汙染場地型別
1.1.1 重金屬汙染
重金屬是指相對密度超過5.0的金屬元素, 工業生產中常見的有Zn、Mn、Ge、Cu等, 因為As屬性與重金屬元素相似, 其往往被看作為重金屬, 同時也是工業生產中主要的重金屬汙染元素之一[1]。一般而言, 重金屬汙染主要集中在冶煉業、化學原料以及相關製品業、皮革以及相關製品業、蓄電池製造業等。
1.1.2 有機汙染物
當有機物進入工業土壤中, 會對土壤產生具有汙染性的有機化合物時, 人們就可以將其看作有機汙染物。有機汙染物主要包括永續性有機汙染物 (POPs) 、多環芳烴 (PAHs) 以及農藥等, 另外還包括石油類汙染物, 主要集中於油漆、石油化工以及農藥生產等相關行業[2]。
1.2 汙染修復基本原理
對已經被各種原因汙染的土壤, 人們需要採取物理、化學或者生物等手段, 促使內部含有的汙染物進行吸收、轉移以及降解等活動, 持續降低汙染物濃度, 直到可以被土壤接收, 或者直接將汙染物轉化為無毒無害物質, 降低對自然環境的影響。就工業汙染土壤修復技術來說, 人們應以土壤汙染特徵為基礎, 綜合政治、經濟以及社會等因素, 採取最為合適的處理技術, 保證達到預期效果。現在可選擇的土壤修復技術較多, 如換土法、客土法、化學淋洗法、原位化學氧化法以及穩定固化法等, 不同技術的原理不同, 實際作業可以綜合各項條件來對比擇優選擇。但是, 工業汙染場地土壤老化時間較長, 汙染物會進入亞微米甚至奈米級孔隙結構內, 比微生物尺寸更小, 難以被微生物接觸和利用, 修復難度較大[4]。因此, 人們需要結合實際情況, 積極引用新方法, 以適應工業汙染場地土壤特點, 提高修復綜合效果。
2 腐殖質結構與特點
腐殖質為一種天然有機質, 其在工業汙染場地土壤修復中起到了重要作用, 對於重金屬與有機汙染物汙染土壤的修復優勢明顯, 具有非常廣闊的應用前景。土壤主要分為有機質和黏土礦物兩種組分, 它們可對汙染物進行有效吸附, 而腐殖質因其所具有的特徵在土壤汙染修復中具有非常大的技術優勢。腐殖質的來源和老化時間差異較大, 在分子量、結構特徵、元素以及官能團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, 元素組成穩定性比較高, 但是不同來源的腐殖質元素組成差異明顯, 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]。
想要將腐殖質有效應用到工業汙染場地土壤修復中, 人們首先需要了解其結構特徵與生物特點, 以此為依據判斷其對各類汙染物將會產生的作用機制。隨著人們對腐殖質的研究持續加深, 在紅外光譜、掃描電鏡等高新技術的支援下, 人們可以可以更全面地掌握其特點。例如, 富里酸含有很多酸性官能團, 酸度遠高於胡敏酸, 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組成, 均結合在脂肪鏈上, 還具有一定的甲基、醚、醯胺等基團。胡敏酸主要由芳香碳、側鏈碳組成, 芳香碳具有疏水性, 而側鏈碳具有親水性, 整體表現為輸送海綿孔狀結構, 相比富里酸, 其具有更豐富的醌型羥基。
3 腐殖質在工業汙染場地土壤修復中應用要點
3.1 重金屬汙染修復
3.1.1 重金屬吸附
對重金屬汙染土壤進行修復, 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的表現形式, 使其更為固化穩定, 降低其在土壤內的遷移性與生物有效性。相比之下, 改變重金屬形態修復技術更為簡單, 修復所需時間短, 資金壓力更小, 在實際應用中具有更大優勢。這樣便可以利用腐殖質對重金屬的良好吸附性, 形成螯合物, 促使汙染物固定穩定在土壤顆粒上, 達到降低遷移性的目的。腐殖質為帶電荷高分子有機聚合膠體, 對土壤內含有的多種重金屬離子均具有很強的結合能力, 基於自身所具有的氨基、羥基以及羧基等官能團均具有較高化學活性, 它能夠促使土壤內的重金屬汙染物產生螯合反應, 逐漸轉換為難溶性鹽類, 同時會增加碳酸鹽結合態以及氧化物結合態的金屬離子, 達到抑制金屬離子遷移的.效果, 保證土壤內重金屬汙染物具有較高穩定性, 可在一定程度上降低土壤毒性與活性。
3.1.2 重金屬還原
腐殖質具有氧化還原性, 在對工業汙染場地土壤進行修復時, 人們可以新增適量的外源性腐殖酸, 加速土壤內重金屬離子向硫化物的轉換, 使其可以有效沉澱, 降低金屬離子的毒性。研究發現, 以腐殖質為電子傳遞中間體, 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, 腐殖質可以對無定型Fe3+礦物進行還原, 尤其是在有氧環境下依然可以進行還原。即便是對還原態胡敏酸進行曝氧處理, 其仍然保留還原基團, 相比胡敏酸具有更高還原能力。在氧化還原過程中, 腐殖酸能夠還原重金屬離子, 使其形成穩定性更高的螯合物。作為氧化還原中間體, 當腐殖質為氧化態時, 腐殖酸會與電子結合, 轉換成還原態的羥醌, 並通過電子轉移使得金屬離子還原, 待還原後腐殖酸又重新轉化為氧化態, 經過往復作用最終可以減少重金屬離子的遷移。
3.2 有機物汙染修復
3.2.1 有機物吸附
在生態系統中, 腐殖質為最豐富的有機質形式, 可以通過疏水性吸附、氫鍵作用、共價吸附、電荷轉移以及配位交換等與除草劑、多氯聯苯、多環芳烴等有機汙染物產生作用, 以影響土壤內汙染物的轉化、遷移、生物降解以及殘留等過程, 達到土壤修復的效果。人們可以利用腐殖質來對土壤內有機物汙染物進行吸附, 以比較成熟的雙模式吸附模型為例, 其本質上是將土壤有機質劃分為“玻璃相”吸附域與“橡膠相”吸附域兩個不同區域, 然後將胡敏素和胡敏酸、富里酸作為兩個區域的主要有機質, 達到快速吸附的效果。對於腐殖質來講, 其在工業汙染場地土壤修復中的應用, 主要是利用多種作用力的搭配有效吸附土壤內汙染物, 促使其被團聚在腐殖質分子周圍, 或者是通過孔隙填充的方式, 被有效地束縛在腐殖質剛性結構內, 避免遷移造成的土壤和地下水汙染。
3.2.2 有機物增溶
表面活性劑增溶為常用的工業汙染場地土壤修復技術, 在提高汙染物溶解度的同時, 可以降低表面活性劑使用劑量, 有效預防二次汙染情況的發生。腐殖質中的胡敏酸與富里酸面對不同p H條件均可有效溶於水, 並且腐殖酸內含有多種活性官能團, 其決定了腐殖酸具有良好的親油性與親水性, 可有效提高有機汙染物的溶解性與遷移性。將腐殖酸新增到土壤內, 可以促使有機物吸附在表面活性劑膠束中或單體上, 促使綁縛在土壤內的有機汙染物洗脫到液相環境內, 使得脫附率提高, 保障汙染物在土壤內的可移動性, 汙染物表觀溶解度有效提高, 達到增強生物有效性的目的。
4 結語
腐殖質在工業汙染場地土壤修復中具有至關重要的作用, 為充分發揮其所具有的技術優勢。人們需要掌握其結構特點, 然後根據土壤汙染形式, 選擇合適的處理方法, 有效提高土壤修復效果。
參考文獻
[1]杜延軍, 金飛, 劉鬆玉, 等.重金屬工業汙染場地固化/穩定處理研究進展[J].岩土力, 2011, 32 (1) :116-124.
[2]王豔偉, 李書鵬, 康紹果, 等.中國工業汙染場地修復發展狀況分析[J].環境工程, 2017, 35 (10) :175-178.
[3坦坦.河南某化工廠汙染場地分層健康風險評估與應用研究[D].北京:中國地質大學, 2017.
