罗 阳
(天津泰达环境科技有限公司,天津 300350)
地下水和土壤资源容易受到工业污染,其中对人身体伤害较大的污染物质是铅。铅物质含量过高会影响人智力发育,需要对相关污染问题提高重视力度,并且采取一定管理与技术措施,对铅污染问题进行处理。使用较为广泛的处理修复技术为化学法、物理法和生物法,需要了解相关方法的实践应用途径。
铅是一种重金属物质,物理特征表现为青灰色外观,化学属性为有毒重金属。在特定环境下会形成烟尘,造成对空气的严重污染。例如,将铅加热至400~500℃。空气环境中,当铅金属烟尘达到一定浓度或比例时,会对人体造成一定伤害。现阶段,铅作为主要工业原料被应用在生产领域,使得铅金属以废气、废水和废渣等形式出现在周边环境中,对人类身体健康构成一定威胁。
铅在地下水和土壤中的存在形态主要受环境决定,常见的形态主要有碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、残渣态和交换态等等。铅金属污染较为严重,需要对相关修复技术进行研究,并且采取控制措施,使得相关污染得到有效遏制。为提升实际治理效果和修复技术应用环境,需要对铅存在因素进行分析。实践中,铅类重金属主要来自蓄电池、电缆护套等领域。我国每年用铅量达到60万吨,对铅污染进行科学有效治理显得尤为重要,相关领域研究人员需要加强对地下水及土壤中铅污染的修复技术应用,改善局部生态自然环境[1]。
土壤中铅污染问题一直存在,严重影响土壤活性,不利于土壤中营养成分富集,相关问题若得不到调整会导致铅中毒问题。现阶段,铅污染主要在大气、水体和土壤结构中存在,其中,土壤中的铅污染较为严重。对全国土壤统计数据进行分析可知,我国土壤中铅含量最高标准达到1245μg/g,最低含量也达到0.77μg/g,平均值达到 27μg/g。
对某城市中主要街道、居民区和火电厂周围的土壤进行铅污染测量,采取同位素方法进行标记。结果表明,电厂和锅炉附近土壤中的铅含量最高,造成这一现象的主要原因是工业生产污染,影响范围达到50m;对交通密集区土壤中的铅含量进行分析,研究铅物质的化学形态和可溶性,得到汽车尾气影响是造成污染的主要元凶。对某一城市土壤中的铅含量进行分析可知,所含数值从大到小依次为工业区、居民区、农业区。
目前我国土壤污染较为严重,对其进行治理具有重要意义,可保护土地资源,为人们提供良好的生存与发展环境。研究地下水和土壤中的铅污染问题,需要根据不同城市、不同地点进行测量与方法应用,坚持因地制宜原则,选择高效合理的地下水和土壤修复技术,并且分析铅污染的分布特征和主要规律。
根据上文对铅污染地下水和土壤修复技术现状进行分析,可知铅污染具有明显的危害性,影响人们生活质量和身体健康。同时地下水和土壤受到污染后,表现出长期性、隐蔽性和不可逆特征,因此对其进行科学有效治理是目前工作重点和关键内容。对铅污染高效治理技术应用,一直以来都是行业研究的重点。目前随着科学技术发展与进步,经常用到的修复技术主要有化学修复法、生物修复法和物理治理措施,以下对相关技术与方法进行详细说明。
地下水通常情况下呈现羽状分布,造成传统修复技术应用具有一定难度,此时应用化学药剂等方法进行修复具有一定的应用优势,通过化学药剂与地下水和土壤中的铅物质进行氧化、还原和中和反应,达到对铅污染的有效治理。目前鉴于技术应用条件限制,一般情况下,采用原位螯合剂对相关污染情况进行修复,提升化学修复技术应用价值。例如,某地区的铅污染土壤和地下水治理中,应用了原位螯合剂,对铅污染物进行稀释,形成可溶解的螯合物,该种类型螯合物具有足够稳定性,可实现贵金属污染物从固体形态转移到液体形态。铅金属修复中,经常用到的原位螯合剂主要有EDTA、柠檬酸和DTPA等。
土壤修复过程中,可开展相关原位螯合剂修复实验,利用EDTA、柠檬酸和DTPA原位处理铅污染土壤,经过不断淋洗,使得土壤中的Cn、Zn和Pb的去除率达到98%、97%和96%,达到预期修复效果。化学修复技术应用,使得地下水与土壤修复技术应用效果更加明显,发挥了先进技术应用价值。值得注意的是,螯合剂的应用成本较高,同时DTPA不可生物降解,可能产生二次污染。相关人员在技术应用中,应考虑经济性与生态效益。
目前也应用原位稳定化方式,对铅污染土壤进行治理,其主要应用途径是向土壤中,投入药剂,通过相关药剂的吸附与沉降作用,使得土壤中的重金属达到稳定化状态。该技术应用具有一定优势,主要表现在药物制剂的生物危害效应较小,可降低生物有效性与毒性,原位稳定化方式也是目前在土壤污染治理中应用的先进修复技术。根据Xenidis学者研究,发现使用Ca(H2PO4)2和FeSO4混合物可实现对土壤中Pb和As的有效识别,其作用方式主要是通过降低溶解度。通过添加单一成分的磷酸盐可减低溢出效应。为验证这一结论,曾宪坤研究了RM赤泥原料和PR改性赤泥对铅污染土壤的修复能力。
结果表明,通过施加赤泥原料一天后,土壤中处于离子交换态的铅物质减少了70%,说明应用效果显著。在铅污染土壤中,对重金属污染物进行治理是技术应用关键,利用原位稳定方法相对简单,具有使用成本较低、土壤保护能力较强的技术应用优势,相关技术得到行业人员的广泛关注。然而,有关原位稳定方法应用也存在一定争议,将其应用在实际污染区域,需要对应用效果做出进一步分析,也是铅污染土壤治理行业研究方向。
生物处理法具体指利用植物与微生物对重金属污染的土地和水资源进行处理,达到一定修复效果。生物修复技术最早出现在20世纪70年代,用于修复疏浚材料的泥浆和贵金属污染土壤等等。利用生物修复技术对地下水和土壤中的铅类物质进行处理时,主要利用相关植物的吸附、氧化还原反应等原理。具体应用环节,可将生物修复技术细分为微生物修复技术和植物修复技术。
微生物处理技术主要通过微生物生化反应,处理相关物质。由于处理目标不同,应选择不同植物菌种,并且对待处理重金属物质元素和机理进行分析。例如,对某铅锌矿厂周围土壤样品进行采样分析,发现将其中的阴性菌株接入到铅污染物培养液中,发现革兰氏阴性菌株具有较强的耐铅性,并且对其中的铅物质具有一定的分解与净化作用。
经过分析,发现革兰氏阴性菌可处理重金属离子的主要原理在于,菌株细胞壁的主要成分为脂质和蛋白质,同时,细菌表面存在较多官能团,可通过静电吸附作用,对重金属物质进行有效分离处理。此外,部分微生物可在实验过程中,产生特殊酶,与金属离子发生生物反应。例如,Citrobacter产生的酶可促使U、Pb、Cd形成磷酸盐物质。革兰氏阴性菌可吸收Cd、Ni、Pb和Cu等金属物质,实现对地下水和土壤污染的有效治理[3]。
此外,在铅污染地下水和土壤治理中也经常用到植物修复技术,利用植物根系中的物质对相关污染进行有效治理。1983年,美国化学家Chaney,提出利用超富集植物可清理土壤中重金属的理论。目前应用的主要修复植物有玉米、油菜与杂草等等。植物技术修复时间较长,通常情况下实现对某一特定区域进行修复,需要5年以上时间,然而其修复能力强,并且具有成本低廉优势。
实践中,经常看到在铅金属污染地区人工种植杂草现象。富集植物的有机质含量较高,具有较强的吸附作用,可实现对铅污染物质的吸附与复合,促使其形成容易溶解的磷酸盐和碳酸盐物质,使得土壤中的生物有效性降低,极大限制了土壤对铅物质吸收能力。植物技术应用具有经济效益良好、操作便利和造成二次污染几率低等优势特点。然而,其修复时间较长,适合大面积污染的土壤和地下水环境中,因此,需要关注植物修复技术实践应用。
可渗透反应格栅即PRB可对污染物质的继续扩散问题进行治理。需要对相关技术的实践应用方式进行分析。可渗透反应格栅技术在地下水原位修复中的应用较为广泛,相关物理设备通常被安装在地下水面0.6m处,并需要嵌入弱透水层0.3m,防止泄露事故发生。此外,在可渗透反应格栅技术应用中,应保证相关介质渗透性高于含水层,确保地下水流正常运行,保证技术使用过程的科学性与规范性,为物理修复技术的高水平应用提供重要保障。
在可渗透反应格栅的介质选择上,可使用的物质有堆肥零价铁、苛性镁和赤泥等等。以零价铁和堆肥方式的应用为例,在反应格栅PRB处理实验中,对铅污染严重的地下水具有较强的修复能力,表明相关技术应用具有现实可行性,需要对物理修复技术的应用成果做出进一步研究,使得修复能力得到完善。
实践应用环节,基于可渗透反应格栅技术PRB在铅污染严重土壤的治理中,具有明显的应用价值,并且技术应用优势也相对显著。PRB技术应用无需施加任何性质的外力,可节约地面空间,使得技术应用更加具有实践意义。同时,可渗透反应格栅也是应用较为广泛的地下水原位修复技术,在实际治理修复工作中,具有良好的使用效果[4]。
然而技术应用也存在一定不足。例如,PRB相关介质在发生反应一段时间后,会逐渐趋向饱和并且发生失活现象,相关问题出现降低了工作效率,不能完全实现对铅污染物质的完全去除。因此,在可渗透反应格栅物理技术的应用过程中,应不断加强技术创新、致力于提高反应介质的使用寿命,延长饱和时间、避免出现失活问题。
物理修复技术也可使用客土深耕方式对土壤中的铅污染进行治理。方法应用过程中,主要是移除铅污染土壤,以新鲜的土壤进行换填,通过深耕换填减少土壤中的铅浓度,降低铅污染程度。该种方法已经在国外得的应用,并且取得了显著成果,然而修复技术应用中,也存在一些弊端。例如,消耗大量人力资源、物料和资金,并且表层土若管理和维护不当,容易造成二次污染的问题,并且经过客土深耕方法进行的土壤修复,在本质上未能形成对污染物的彻底清理,需要研究更为先进合理的技术,推动修复技术升级[2]。
随着科学技术的发展进步,将电动修复技术应用在土壤和地下水铅污染治理中成为可能。技术应用过程中,可利用土壤中的电极构建低压直流电场。在电场与电流技术影响下,重金属污染物可发生定向移动,使其得到集中处理与分离,属于铅污染地下水与土壤物理修复技术的一种。
综上所述,在铅污染土壤和地下水修复中,应用了化学修复方法、生物修复技术和物理防御方法,使得地下水和土壤结构中的铅污染得到有效治理。同时,在修复技术的应用中,应考虑到实际污染类型,根据铅污染现场实际情况,选择合适的技术方法,促使铅污染地下水与土壤得到合理控制。