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抓住土壤修复的“金钥匙” 打开重金属土壤资源

日期:2018-12-08

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  比如,层状硅酸盐矿物可以对某些特定的重金属离子进行专性吸附。根据蒙脱石、伊利石和高岭石对铜、铅、锌、镉、铬等重金属离子的吸附选择性实验结果表明:3种黏土矿物对5种重金属离子的吸附选择性明显;蒙脱石对铬、铜有很好的选择性;高岭石和伊利石对铬、铅有较好的亲和力;而这3种黏土矿物对锌的吸附能力均很弱。绝缘子
  在此基础上,陈明等人则利用改性黏土矿物的选择性吸附和退化过程中的选择性晶化特性,分别研发了专门用于铬—铅—镉复合污染、汞污染和铅—镉复合污染的土壤修复剂及其制备方法和使用方法。在北京、天津和福建,陈明科研团队的大田实验均获成功。就在不久前,经过严格审查和国际查新检索,这3种选择性土壤修复技术都获得了国家发明专利。
  显然,这些选择性土壤修复技术是从科学和经济两个角度,对重金属污染土壤精细化修复可行性的成功验证,为增值型修复的实施提供了直接手段。
  无论是陈明,还是参会的企业高管和科技同行都认为,任何修复技术和方法都不可能“包治百病”,在当前这个土壤修复技术的“战国时代”,土壤修复企业将会更加注重各种技术的适应性和长期效果,而各种技术研发者也将更多地关注自身优势的释放和成果本身在土壤修复技术体系中的位置,这也是土壤修复产业从粗犷走向精细的必然。避雷器
  不过,对于组织这次增值型土壤修复研讨会的资源所和陈明土壤修复团队而言,与同行们研讨的目的也并不在于推销某种土壤修复技术,他们更希望与业内人士分享经技术初步验证后对进一步推动增值性修复的信心,从而吸引更多的同行着力于相关研究和创新性实践,为增值性修复的概念提供更多的技术支持。
  “技术是为观念服务的”,陈明坚信他所倡导的“抑害扬益”增值型修复理念完全可以成为现实并值得推广。他透露,下一步,团队还将从多种组合类别的重金属污染土壤细分入手,继续研发相关技术,达到“把有害元素压制住的同时发扬有益元素”的目标,“不仅是受污染的耕地,尾矿、废渣、飞灰等都可以拿来应用,促进其资源化程度。这是发展方向”。
  电动修复法,把重金属元素从土壤中“抓”出来如果说,通过各种“抑害扬益”的技术方法修复污染土壤,实现的是土壤的资源化,那么,通过重金属污染土壤EK-SS修复技术,把本身就具有价值的重金属从土壤中分离出来,则是在修复土壤的同时对“把矿产资源吃干榨净”另辟蹊径的诠释。
  EK-SS技术属于电动修复法。
  电动修复法是一种在上世纪90年代后才得到重视和发展的原位土壤修复技术,具有耗费人工少、接触有害物质少、经济性较高的特点,已引起国内外科学家的高度重视。该法处理重金属污染土壤的基本原理是:在受污染土壤中插入惰性电极,如石墨电极,并在两端施加直流电场,利用电场的迁移力,将重金属迁移到阴极室或阳极室,从而得到分离。
  陈明团队研究的EK-SS技术也是利用电动力来完成的。具体说,就是以矿床学中的低温热液矿床成矿理论为基础,以电动力替代地质动力,以重金属活化剂代替成矿热液,以碱性带控制器模拟半开放成矿系统,以重金属捕获器模拟成矿的地球化学障,以重金属回收模拟矿床开采过程,通过模拟“低温热液成矿作用”的过程与物理化学条件,将分散于土壤中的铜、铅、锌、镉、汞、镉、镍和锑等阳离子重金属,以及砷、铬等阴离子重金属进行活化、定向迁移、沉淀富集和采集分离,使重金属与土壤彻底分离,从而实现重金属污染土壤的永久性修复。
  陈明认为,EK-SS技术特别适用于具有商业开发前景的污染场地的修复和矿山环境的增值型修复。因为,为开发而进行的污染场地修复要求将污染物浓度降低到国家标准限值以下;而矿山环境污染问题更加复杂,污染物主要是重金属,其来源包括地质体本身、采矿过程、选矿过程和运输过程等,影响范围波及矿区、选矿厂、冶炼厂、运输道路及周边地区。若要最大程度地控制重金属污染威胁,难度十分巨大。“EK-SS技术的出现为解决这些问题的解决带来了曙光。”
  与经典原位电动修复技术不同,EK-SS技术属于“原地异位”技术,即:将专门的可移动大型装备运抵污染场地现场,把待修复土壤挖掘出来装入装置,修复后几乎所有重金属的浓度均能降低到国家土壤环境质量标准的二级土壤限值以下。处理后的土壤经简单处理即可填入原位。“原地异位”的好处是:充分利用了电动力和重金属活化剂,几乎没有额外的电力和活化剂损耗;不必为埋设/回收电极及其他设施而反复挖掘;大大缩短了修复时间,提高了修复效率,并将修复成本降低到国外同类技术的50%~75%。
  从实验室中的小试,到7个中试试验,再到矿山实地的试生产,陈明团队用大量的实践表明:EK-SS可同时处理多种有机—无机污染物,效果都非常好。
  更重要的是,EK-SS还能提取残渣态金属。陈明介绍了将它应用于湖南浏阳某铜选矿厂原始矿石和尾矿砂的实验。“我们发现,铜品位为1.03%的原矿石和剩余铜品位为0.46%的尾矿砂经96小时处理后,其残余铜浓度为0.040~0.081%。”
  “也就是说,EK-SS技术可以发展成一种新的选矿技术!”
  陈明认为,从目前的技术条件看,EK-SS若能演进为选矿技术,至少有三方面的优势:一是选矿回收率比常用的浮选法要高得多;二是EK-SS技术处理过程虽然需要水,但处理后尾渣中的含水率为30%左右,几乎没有流淌的水,可为选矿厂节约大量的污水处理费;三是环境效益和社会效益十分明显,由于EK-SS可将矿石中以金属阳离子形式存在的镉、钴、铜、汞、铅、钼、镍、锑、锡、铊和锌等元素一次性全部提取,因此,对下游的污染将极大地减小。如果该技术得以实施,将可使目前大量因环保问题而关闭的矿山恢复生产。
  尽管一种技术从实验室诞生到大规模推广应用还存在距离,但陈明对于这些技术的发展非常有信心,因为,通过增值型修复,可以将污染物转化为资源,将“赔本买卖”转化为可盈利的项目,将政府和企业“头疼的”治污难题转化为新的投资方向,“这将对土壤修复的可持续发展产生不可估量的促进作用”。
  与许多成熟的技术相比,增值型土壤修复还很“年轻”,但陈明觉得,“有方向,在路上,对科学家而言,这就是人生的意义所在。”
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