6研宄结论与展望
6.1研宄结论
(1)对去离子水、EDTA、柠檬酸、乙酸、草酸及腐殖酸6种淋洗剂进行筛选,结果表明,对铜的淋洗效果由好到差依次为EDTA〉柠檬酸>腐殖酸〉乙酸〉去离子水〉草酸,对镍的淋洗效果由好到差依次为EDTA〉腐殖酸〉柠檬酸〉乙酸〉去离子水〉草酸。综合考虑后,选取EDTA和柠檬酸为目标淋洗剂,其中,EDTA在浓度为0.05mol/L,淋洗8h时,对铜的去除率最大,为70,60%,淋洗10h对镍的去除率最大,为69.17%;而用0.2mol/L的柠檬酸淋洗8h,可同时实现对铜镍的最大去除率,分别为61.74%和57.96%。其中两种淋洗剂对铜的主要去除形态为可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态,对镍的主要去除形态为可交换态和碳酸盐结合态。
另外,根据两种淋洗剂不同淋洗次数及不同淋洗组合的实验结果可知,组合淋洗对铜镍的去除率均优于两种淋洗剂分别淋洗两次对铜镍的去除率。根据各自的淋洗效果,及对土壤基质元素的去除情况,建议先用0.05mol/L的EDTA淋洗10h,再用0.2mol/L的柠檬酸淋洗8h,既可以实现对铜镍较高旳去除率,分别为79.22%和73.07%,同时也可以较少地去除土壤基质中的Ca、K等元素。
(2)通过不同比例水泥的固定化处理结果,可知泥土比为5:5时,固化体中铜镍的浸出浓度分别为0.09mg/L和0.03mg/L,既低于《浸出毒性鉴别标准》(GB 5085.3-2007)中的浸出毒性鉴别标准值,也可以满足《地下水环境质量标准》(GB/T 14848-93)中的III类标准限值。而且,该处理固化体的抗压强度为6.9MPa,满足《固化类路面基层和底基层技术规程》(CJJ/T 80-98)中的固化类混合料的强度标准,既能用于基层的铺设,也能用于底基层的铺设,既能用于城市快速路和城市主干路的铺设,也能用于城市次干路和支路的铺设,可以实现污染土壤固定化修复后的资源化利用。
另外,用不同比例的石膏和竹炭稳定化处理待试土壤,可以发现,在添加比例相同的情况下,竹炭的稳定效果均优于石膏,且两种稳定剂均能较好的稳定土壤中的铜,而对镍的稳定化效果较差。其中,当石膏的添加比例为30%、竹炭的添加比例为15%日寸,铜的浸出浓度分别为0.68mg/L和0.90mg/L,能同时满足浸出毒性鉴别标准值和III类地下水环境质量标准值,而镍的浸出浓度分别为66.43mg/L和66.31mg/L,均不能达到有关标准限值。两种稳定剂对铜的稳定作用均表现为有效态的降低及残渣态的增加,其中有效态由67.09%分别降到了66.41%和55.88%,残渣态由32.91%分别增加到了 33.59%和44.12%。
6.2展望
(1)淋洗温度是土壤淋洗修复技术在实际修复工程中的一个非常重要的工艺参数。在实验过程中,通过将当时的气温与重金属去除率进行比较,发现在9?31°C的范围内,淋洗效果随温度的变化有较大的波动,呈现两头高中间低的趋势。但因仪器原因,具体变化情况尚未探知。因此可以开展关于不同温度条件下对淋洗效果的影响分析,以确定最佳的淋洗温度。实际工程中,该温度将直接决定淋洗设备的复杂程度、淋洗成本的高低及淋洗效果的好坏,因此有必要进行深入研究。
(2)淋洗修复会产生大量的淋洗废液,如果不妥善处置,将会造成严重的二次污染,带来较高的环境风险。另外,通过淋洗废液的处理处置,也可回收部分淋洗剂,不仅可以减少淋洗剂的用量,也可以节约一定的成本。目前,关于淋洗废液处置及回收的报道较少,特别是高浓度重金属废液的快速处置。我们应结合相关废水处理的研究进展,开展淋洗废液的快速处理及回收技术研究,提高淋洗修复技术的时效性,并降低一定的技术成本,以更好地服务于污染土壤的实地修复工作。
(3)本实验采用的是水平振荡淋洗法,模拟的是异位淋洗修复技术,目的是确定最佳的淋洗剂及淋洗条件。虽然异位淋洗对重金属的去除效率快、效果好,但由于该技术需要大量地挖掘土壤,成本较高,因此可在本实验的基础上,幵展土柱实验以模拟原位淋洗修复技术。土柱实验既可以模拟污染物从土壤表层到底层的淋溶迁移过程,也可以描述土壤重金属的环境行为和对地下水的危害。通过不同的淋洗剂连续淋洗,可探知淋洗剂与不同深度重金属浓度变化的详细情况,以确定淋洗剂对重金属的原位淋洗效果,有利于原位淋洗修复技术的现场运用。
(4)本实验显示水泥能有效地将土壤中的铜镍进行固定,泥土比为5:5的固化体养护15天后的浸出浓度分别为铜0.09mg/L、镍0.03mg/L,能满足相关标准要求。但固化体的长期稳定性是该技术产业化应用的关键影响因素,因为固化体的稳定性直接决定着固化体潜在风险的大小,还间接验证该技术的长期适用性。
因此开展固化体的长期跟踪监测以探知固化体的稳定性,从而评判该技术的科学性和合理性,显得很有必要。另外,可通过研究固定化和稳定化的联合作用机制,以进一步提升固化/稳定化技术的修复效果,如在固定化之前进行稳定化处理。
(5)目前关于土壤重金属污染修复技术的研究很多,但修复后对环境的影响及生态效应的变化等方面的研宄还比较少,如修复后重金属的生物有效性、在食物链中的迁移变化以及对人体健康风险的影响等,可在这些方面进行深入研究。
另外,如何从本地选取重金属污染土壤的修复材料,并关注这些修复材料的可取性及适用性,目前己成为国外很多研宄者的研宄方向,我国应在借鉴国外经验的基础上,开发适合我国国情或地情的新型修复材料。
(6)由于污染土壤的修复在我国刚刚起步不久,许多技术均从国外引进,价格昂贵,且有些难以适应本地的实际情况。而国内的研宄多集中于实验室小试,能工程化应用的技术少之又少。因此,我们应该在学习国外先进技术的基础上,努力将科学研究成果进行产业化转变,实现“产学研”的结合,以开发适用我国国情的技术及装备,尤其是能满足实际需要的能工程化应用的成套设备,显得尤为迫切。
参考文献:
[1]宋静,陈梦舫,骆永明,夏家淇,吴春发,罗飞,韦婧,李春平.制订我国污染场地土壤风险筛选值的几点建议[J].环境监测管理与技术,2011,23(3):26-33.
[2]谢剑,李发生.中国污染场地修复与再开发[J].环境保护,2012(2):14-24.
[3]陈志明,王玉军,于淼,李家业.某电镀厂附近土壤铬污染及植物富集特征研究[J] ?中国农学通报,2010,26( 19):363-368.
[4]崔斌,王凌,张国印,孙世友,耿暖,茹淑华,陈贵今.土壤重金属污染现状与危害及修复技术研究进展[J].安徽农业科学,2012,40(1):373-375,447.
[5]刘媛?电镀企业搬迁后场地调查及其环境影响评价[J].岩矿测试,2012,31(4):638-644.
[6]徐成斌,孟雪莲,马溪平,张利红,付宝荣,惠秀娟.铬渣堆存区铬污染土壤特性的研宄[J].安徽农业科学,2010,38(21):11363-11364.
[7]《重金属污染综合防治“十二五”规划》.
[8]EE A. Progress in management of contaminated sites[EB/OL].
[9]US EPA. Building on success: protecting human health and the environment(FY 2007 superfiind annual report) [R]. Washington, DC: US EnvironmentalProtection Agency, 2008.
[10]张海燕,刘阳,李娟,卢海威.重金属污染土壤修复技术综述[J].四川环境,2010,29(6):138-141.
[11]谢云峰,曹云者,张大定,柳晓娟,李发生.污染场地环境风险的工程控制技术及其应用[J].环境工程技术学报,2012,2(1):51-59.
[12]高松,谢丽.中国土壤砷污染现状及修复治理技术研究进展[J].安徽农业科学,2009,37(14):6587-6589,6615.
[13]陈辉霞,肖清贵,徐红彬,张懿.铬污染场地调查及修复技术[J].中国稀土学报,2012,30:1005-1011.
[14]吕青松,蒋煜峰,杨帆,朱琨.重金属污染土壤淋洗技术研宄进展m.甘肃农业科技,2010.3:33-37.
[15]何岱,周婷,袁世斌,李娜,董微.污染土壤淋洗修复技术研宄进展[J].四川环境,2010,29(5):103-108,113.
[16]易龙生,陶冶,刘阳,王文燕,温建,肖娟.重金属污染土壤修复淋洗剂研宄进展[J].安全与环境学报,2012,12(4):42-46.
[17]G. Dermont, M. Bergeron, G. Mercier, M. Richer-Lafleche. Soil washing formetal removal: A review of physical/chemical technologies and field applications [J],Journal of Hazardous Materials, 2008,152:1-31.
[18]黄慧,陈宏.植物修复重金属汞、镉、铬污染土壤的研究进展[J].中国农学通报,2010,26(24):326-329.
[19]李政红,张胜,张翠云,何泽,马琳娜,殷密英,宁卓.土壤铬(VI)污染修复室内实验研究.全国地下水与环境科学研讨会论文集,2011-7-28.
[20]Guiqun Peng, Guangming Tian. Using electrode electrolytes to enhanceelectrokinetic removal of heavy metals from electroplating sludge[J]. ChemicalEngineering Journal, 2010,165:388-394.
[21]Kranti Maturi, Krishna R. Reddy, Claudio Cameselle. Surfactant-enhancedelectrokinetic remediation of mixed contamination in low permeability soil[J].Separation Science and Technology, 2009,44:2385-2409.
[22]Sung-Woo Park, Jae-Young Lee, Jung-Seok Yang, Kyoung-Jo Kim, KitaeBaek. Electrokinetic remediation of contaminated soil with waste-lubricant oils andzinc [J]. Journal of Hazardous Materials, 2009,169:1168-1172.
[23]路平,冯启言,李向东,袁涛,孙悦.交换电极法强化电动修复铬污染土壤.环境工程学报,2009,3(2):354-358.
[24]娄红霞.重金属污染土壤的动电修复技术研宄.硕士学位论文.
[25]Faisal I. Khan, Tahir Husain, Ramzi Hejazi. An overview and analysis ofsite remediation technologies [J], Journal of Environment Management, 2004,71:95-122.
[26]郝汉舟,陈同斌,靳孟贵,雷梅,刘成武,袓文普,黄莉敏.重金属污染土壤稳定个化修复技术研宄进展[J].应用生态学报,2011,22(3):816-824.
[27]张长波,罗启仕,付融冰,李小平,李青青,刘芳.污染土壤的固化/稳定化处理技术研究进展[J]. 土壤,2009,41(1):8-15.
[28]Dellisanti F, Rossi PL, Valdr G. In-field remediation of tons of heavymetal-rich waste by Joule heating vitrification [J], International Journal of MineralProcessing, 2009,93(4):239-245.
[29]张俊丽,刘建国,李橙,金宜英,聂永丰.水泥窑协同处置与水泥固化/稳定化对重金属的固定效果比较[J].环境科学,2008,19(4):1138-1142.
[30]何益波,李立清,曾清如.重金属污染土壤修复技术的进展[J].广州环境科学,2006,21 (4):26-31.
[31]戴琴,郑定成,曾威.电镀行业现状及推行清洁生产的措施[J].广东化工,2012,14(39):124-125.
[32]李欲如,张刚,梅荣武.浙江省电镀行业问题分析与污染整治对策[J].环境科学与管理,2013,38(1): 76-80.
[33]董晓清,李朝林,邵培兵.我国电镀行业节能减排的关键——促进中小电镀企业清洁生产实施的政策研宄[J].电镀与涂饰,2011,30(9):46-49.
[34]游勇,鞠荣.重金属对食品的污染及其危害[J].环境,2007,2:102-103.
[35]窦明,马军霞,毕宏伟,李桂秋.北江突发镉污染事故的健康危害评价[J].河南大学学报,2009,37(6):655-659.
[36]甘文君,何跃,张孝飞,单艳红,郑丽萍,林玉锁.电镀厂污染土壤重金属形态及淋洗去除效果[J].生态与农村环境学报,2012,28(1):82-87.
[37]S.A. Wasay,W.J. Parker, P.J. Van Geel. Contamination of a calcareous soilby battery industry wastes. II. Treatment, Can. J. Civil Eng. 2001,28:349—354.
[38]L. Di Palma, P. Ferrantelli. Copper leaching from a sandy soil: mechanismand parameters affecting EDTA extraction, J. Hazard. Mater. B 2005,122:85-90.
[39]董汉英.工业废弃地多金属污染土壤的化学淋洗修复研宄.中山大学.
[40]周泽李.工业废弃地重金属污染土壤化学淋洗修复研究及工程师范.中山大学.
[41]李丹丹,赫秀珍,周东美,占新华.林洗法修复铬渣污染场地实验研究[J].农业环境科学学报,2011,30(12):2451-2457.
[42]梁丽丽,郭书海,李刚,李淑彩,吴波,张玲妍.柠檬酸/柠檬酸钠淋洗铬污染土壤效果及弱酸可提取态铬含量的变化[J].农业环境科学学2011,30(5):881-885.
[43]梁金丽,蔡焕兴,段雪梅,戴玄吏,余益军.有机酸土着林洗发修复重金属污染土壤[J].环境工程学报,2012,6(9).
[44]C Atherine N Mulhgan. Environmental applications for biosurfactants [J].Environmental pollution, 2005,133:183-198.
[45]Catherine N Mulhgan, Raymond N Youg, Bernayd F Qibbs. Heavy metalremoval from sediments by biosurfactant [J]. Journal of HazardousMaterials,2001,85:111-125.
[46]蒋煜峰,展惠英,张德懿,吴应琴,陈惠.皂角苷络合洗脱污灌土壤中重金属的研宄[J].环境科学学报,2006,26 (8):1315-1319.
[47]Giridhar Prabhukumar, Mark Matsumoto, Ashok Mulchandani, And WilfredChen. Cadmium Removal from Contaminated Soil by Tunable Biopolymers [J].Environmental Science and technology, 2004,38:3148-3152.
[48]Julia W. Neilson, Janick F. Artiola, and Raina M. Maier. Characterization ofLead Removal from Contaminated Soils by Nontoxic Soil-Washing Agents [J].Journal of Environmental Quality, 2003,32:899-908.
[49]Hafez Massara, Catherine N. Mulligan, and John Hadjinicolaou. Effect ofRhainnolipids on Chromium Contaminated Kaolinite [J]. Soil and SedimentContamination, 2007,16:1-14.
[50]Behnaz Dahrazmal and Catherine N. Mulligan. Evaluation of the Removalof Heavy Metals from Contaminated Sediment in Continuous Flow Tests withSelective Sequential Extraction[J]. Journal of ASTM International. 2006,3:200-209.
[51]Behnaz Dahrazma, Catherine N. Mulligan. Investigation of the removal ofheavy metals from sediments using rhamnolipid in a continuous flow configuration[J]. Elsevier Ltd.,2007,69:705-711.
[52]Yeliz Asf^e, Macid Nurbasf, Yesfim Saga A?ekel. Removal of zinc ionsfrom a soil component Na-feldspar by a rhamnolipid biosurfactant[J]. Elsevier B.V,2008,223:361-365.
[53]可欣,李培军,巩宗强,尹炜,苏丹.重金属污染土壤修复技术中有关淋洗剂的研宄进展[J].生态学杂志,2004,23(5):145-149.
[54]EPA. International Waste Technologies/Geo-Con in situ Stabilization/Solidification (EPA/540/A5-89/004). Washington: EPA, 1990.
[55]Malviya R, Chaudhary R. Leaching behavior and immobilization of heavymetals in solidified/stabilized products. Journal of Hazardous Materials, 2006, 137:207-217.
[56]Chen QY, Tyrer M,Hills CD, et al. Immobilisation of heavy metal incement-based solidification/stabilization: A review. Waste Management, 2009,29:390-403.
[57]杨威,王里奥,谭文发,陈大勇,李家祥.高浓度铬污染土壤的水泥基固化/稳定化.重庆大学.污染场地修复技术研究,445-452.
[58]徐小希,陈胡星,刘浩,李静,唐先进.水泥基材料对铬污染土壤的固化/稳定化研宂[J].材料导报,2012,26(9):132-147.
[59]Deok Hyun Moon, Ju-Ry Lee, Dennis G. Grubb,Jeong-Hun Park. Anassessment of Portland cement, cement kiln dust and Class C fly ash for theimmobilization of Zn in contaminated soils [J]. Environ Earth Sci, 2010,61:1745-1750.
[60]Voglar, Grega E, Lestan, Domen. Cement based solidification/stabilizationof industrial contaminated soil using various cement additives [J]. 13th InternationalConference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management,2010’ VOL 2:623-630.
[61]Yan-Jun Du, Ning-Jun Jiang, Shui-Long Shen, Fei Jin. Experimentalinvestigation of influence of acid rain on leaching and hydraulic characteristics ofcement-based solidified/stabilized lead contaminated clay [J]. Journal of HazardousMaterials, 2012 (225-226):195-201.
[62]薛永杰,朱书景,侯浩波.石灰粉煤灰固化重金属污染土壤的实验研究[J].粉煤灰,2007,19(3):10-12.
[63]Dimitris Dermatas, and Deok Hyun Moon. Chromium Leaching andImmobilization in Treated Soils [J], environmental engineering science,2006,23(1):77-87.
[64]张向军,王里奥.石灰、粉煤灰处理铅镉污染土壤的实验研宄[J].环境科技,2009,22(2):1-4.
[65]Rabindra Bade, Sanghwa Oh, Won Sik Shin. Assessment of metalbioavailability in smelter-contaminated soil before and after lime amendment [J].Ecotoxicology and Environmental Safety, 2012,80:299-307.
[66]甘文君,何跃,张孝飞,张胜田,林玉锁.秸秆生物炭修复电镀厂污染土壤的效果和作用机理初探[J].生态与农村环境学报,2012,28(3): 305-309.
[67]Deok Hyun Moon, Mahmoud Wazne, In-Ho Yoon, Dennis G. Grubb.Assessment of cement kiln dust (CKD) for stabilization/ solidification (S/S) of arseniccontaminated soils [J]. Journal of Hazardous Materials, 2008,159:512-518.
[68]Chun-Yang Yin, Hilmi Bin Mahmud, Md Ghazaly Shaaban.Stabilization/solidification of lead-contaminated soil using cement and rice huskash[J]. Journal of Hazardous Materials, 2006,137:1758-1764.
[69]Myoung-Soo Ko, Ju-Yong Kim, Sunbeak Bang, Jin-Soo Lee, Ju-In Ko,Kyoung-Woong Kim. Stabilization of the As-contaminated soil from the metal miningareas in Korea [J]. Environ Geochem Health, 2012,34:143-149.
[70]Azza M. Ashmawy, Hanan S. Ibrahim, Shimaa M. Abdel Moniem andTamer S. Saleh. Immobilization of some metals in contaminated sludge by zeoliteprepared from local materials [J]. Toxicological & Environmental Chemistry,2012,94(9):1657-1669.
