铬污染土壤修复技术研究-宋玄

总第１４９期山西化工Ｔｏｔａｌ１４９２０１４年第１期ＳＨＡＮＸＩＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹＮｏ．１，２０１４收稿日期：２０１３－１２－２０作者简介：宋玄，女，１９８８年出生，中北大学在读硕士研究生。研究方向：化学工程。环境保护铬污染土壤修复技术研究宋玄，李裕，张茹（中北大学化工与环境学院，山西太原０３００５１）摘要：Ｃｒ（Ⅵ）是世界公认的有毒致癌物，对人类健康有严重危害。随着铬化工行业的发展，铬污染问题，尤其是土壤的铬污染问题，越来越严重。描述了铬在土壤中的形态变化及土壤对铬的吸附特性，详细介绍了隔离包埋法、固化稳定法、化学还原法、土壤淋洗法、电化学修复法、微生物修复法和植物修复法等多种铬污染土壤的修复方法，并展望了当前土壤铬污染治理的发展趋势，为科学合理地处理土壤修复问题提供了方向。关键词：铬；土壤；修复；污染治理中图分类号：Ｘ５３文献标识码：Ａ文章编号：１００４－７０５０（２０１４）０１－００８６－０３自１９５８年以来，我国铬盐生产行业得到了长足发展，铬及其相关化合物已成为无机盐行业中的一类重要产品，广泛应用于化工、冶金、印染、机械、陶瓷、医药和建材等多种行业，在国民经济中占有重要的地位。铬工业发展的同时也造成了环境的污染，尤其是土壤的铬污染。土壤中的铬来源主要有土壤本身所含的铬，铬原料及铬产品运输过程的跑、冒、滴、漏，铬生产工艺过程中产生的废气、废水和废渣通过大气沉降、淋雨和堆放进入土壤，灌溉用水中的铬［１］等。Ｃｒ（Ⅵ）是世界公认的有毒致癌物，Ｃｒ（Ⅵ）以ＣｒＯ２－４形式透过细胞膜刺激皮肤，使皮肤过敏，并对食道、呼吸道造成损害，通过食物链在人体内富集［２－３］，引发一系列病变，严重威胁人类健康。因此，土壤铬污染修复问题备受关注。１铬在土壤中的形态铬与土壤间的各种物理化学吸附、沉淀络合作用导致铬在土壤中的形态变化。铬在土壤中的形态主要以Ｃｒ（Ⅲ）和Ｃｒ（Ⅵ）为主，Ｃｒ（Ⅲ）和Ｃｒ（Ⅵ）之间可相互转化。碱性条件下，Ｃｒ（Ⅲ）遇到强氧化物质可氧化为Ｃｒ（Ⅵ）；酸性条件下，Ｃｒ（Ⅵ）遇到还原性物质可还原为Ｃｒ（Ⅲ）。土壤中铬的形态与土壤ｐＨ值有关［４］。土壤中Ｃｒ（Ⅲ）形态有Ｃｒ（Ｈ２Ｏ）３＋６、Ｃｒ（ＯＨ）２＋、Ｃｒ（ＯＨ）＋２、Ｃｒ（ＯＨ）３、Ｃｒ（ＯＨ）－４和Ｃｒ（ＯＨ）２－５。ｐＨ＜４时，Ｃｒ（Ⅲ）主要以Ｃｒ（Ｈ２Ｏ）３＋６存在；ｐＨ＝４．０～５．５时，Ｃｒ（Ⅲ）主要以Ｃｒ（ＯＨ）２＋存在；ｐＨ＝６．８～１１．３时，Ｃｒ（Ⅲ）主要为Ｃｒ（ＯＨ）３沉淀，土壤对Ｃｒ（Ⅲ）吸附增强；ｐＨ＞１１．３时，Ｃｒ（Ⅲ）主要以Ｃｒ（ＯＨ）－４形式存在，土壤对Ｃｒ（Ⅲ）吸附减小。土壤中Ｃｒ（Ⅵ）形态有Ｃｒ２Ｏ２－７、Ｈ２ＣｒＯ４、ＨＣｒＯ－４和ＣｒＯ２－４。中性和碱性条件下，Ｃｒ（Ⅵ）主要以ＣｒＯ２－４形式存在，少部分以难溶铬酸盐（ＣａＣｒＯ４、ＢａＣｒＯ４和ＰｂＣｒＯ４等）的形式存在；酸性条件下，Ｃｒ（Ⅵ）主要以ＨＣｒＯ－４形式存在。土壤的组成成分与铬的形态变化也有一定的关系［５］。土壤中相关组成成分对Ｃｒ（Ⅲ）的影响次序为Ｆｅ（ＯＨ）３＞ＣａＣＯ３＞高岭石＞ＭｎＯ２＞有机基体，Ｃｒ（Ⅲ）能够与土壤的棕黄酸、腐殖酸等有机酸形成螯合物，并吸附在矿物表面［６］；土壤中相关组成成分对Ｃｒ（Ⅵ）的影响次序为有机基体＞Ｆｅ（ＯＨ）３＞高岭石＞ＭｎＯ２＞ＣａＣＯ３。按照逐级提取金属元素的方法，土壤中铬形态可分为水溶态铬、离子交换态铬、碳酸盐结合态铬、铁锰结合态铬、沉淀态铬、有机结合态铬和残渣态铬７种。沉淀态铬、有机结合态铬和残渣态铬稳定性较强，且残渣态铬约占总铬量的５０％；水溶态铬、离子交换态铬稳定性较弱，迁移性和生物可利用性较强。２土壤对铬的吸附特性土壤对离子有吸附交换作用，表现为土壤对铬有一定程度的自净能力和环境容量，具体情况与土壤的类型、土壤性质（ｐＨ、Ｅｈ、孔隙率、含水率等）以及土壤所含矿物的类型有关。Ｃｒ（Ⅲ）在进入土壤后，９０％以上可被吸附固定，形成ＦｅＸＣｒ１－Ｘ（ＯＨ）３，少量Ｃｒ（Ⅲ）呈游离态，毒性较小。Ｃｒ（Ⅵ）则不易被土壤吸附，大部分以游离态存在，仅有８．５％～３６．２％可被吸附固定。黏土对Ｃｒ（Ⅲ）的吸附能力是Ｃｒ（Ⅵ）的几十到上百倍，土壤中黏土含量越多，土壤对铬的阻滞能力越强，吸附量也越大。碱性土壤的铬吸附能力一般大于酸性土壤。铬吸附能力顺序为高岭土＞伊利石＞蛇石和蒙脱石。所以，红壤（组成以高岭土为主）对Ｃｒ（Ⅵ）的吸附能力较强，黑壤（组成以蒙脱石、伊利石为主）和黄壤（组成以伊利石为主）对Ｃｒ（Ⅵ）的吸附能力较弱。３铬污染土壤修复技术多年来，世界各国对土壤铬污染修复问题进行了大量实验，并研究开发出了多种方法。铬去除思想主要有２种：一是通过还原、沉淀和络合作用降低铬在土壤中的迁移能力和生物可利用性；二是将铬从土壤中分