水土环境中镧污染治理研究进展.pdf
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1、第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()作者简介:何芳宇()女河北保定人在读硕士研究生师从刘祖文教授从事矿区土壤污染控制方向的研究 电话:.通信作者:刘祖文教授博士生导师 :.水土环境中镧污染治理研究进展何芳宇刘祖文田帅张立楠(.江西理工大学 软件工程学院江西 南昌.井冈山大学 生命科学学院江西 吉安.江西省环境岩土与工程灾害控制重点实验室江西 赣州)摘 要:概述了 在水土环境中的来源、转移及其造成的环境污染问题总结了水土环境中 污染治理技术的研究现状结合实例分析比较了物理法、化学法、生物法及耦合技术等常用治理手段的优缺点就复合污染和持续发
2、展的问题提出了今后研究方向应该兼顾经济和环境效益结合各技术的优点更好地进行 污染治理 从实际工程中的研究缺口和理论需求设计的角度对 污染治理的发展方向作出展望旨在为 污染提供研究思路关键词:镧污染污染来源水土环境污染治理吸附中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):.:镧()作为稀土矿区和农业土壤的典型污染元素其来源广泛包括采矿活动、冶炼产品、化肥施用等工农业活动 伴随矿产采选过程产生大量稀土废渣和排土场废石尾矿的常年堆积使 随废水和雨淋作用进入水土环境及动植物中加剧 污染范围 而相比重稀土而言以 为代表的轻稀土更易富集在人类生活环境中 滞留在土壤中的 会降低物种多样性高浓度 会抑制细胞
3、内酶的活性影响植物发芽率 包头市稀土矿周围荒地土壤采集到 含量高达 /作为新兴污染物对环境和公共安全有潜在危险因此有必要评估其潜在影响对其暴露于生态系统进行长期观察与调查本文探讨了在水环境中 去除技术和修复 污染土壤的研究进展 具体目标为:分析稀土元素 的污染源及其现状总结治理水环境中 的干预措施分析总结以土壤为主体处理 污染实例进行经验教育、拓展运用 此外结合影响稀土元素的特性提出需解决的问题及挖掘潜在的未来研究方向 污染来源及现状.自然来源稀土元素的性质、形态与地球化学条件在其分配中起着至关重要的作用 以离子化合物的形式存在于矿物的晶格中如陆生系统中的铈矿、独居石和褐帘石等 除原生矿床外岩
4、浆系统、水系统与海洋沉积物也是提取 元素的宝贵资源因镧系元素形成络合物的能力和低迁移率与会控制其自然过程的流动如河口环境中 等轻稀土元素会富集在沉积物颗粒上积累有毒化合物完成从大陆应用化工第 卷到海洋的运输更易存在于土壤和环境之中.人为来源人为来源十分复杂且具有不确定性 通常以结合形式存在于易接触的清洁能源、医疗和其他领域越来越多以 作为主要元素消费完的产品如报废电池与医疗废物等需要运至垃圾填埋场回收处理通过水文过程等使 进一步扩散到水生和陆地系统中导致环境浓度不断增加 调查表明拉各斯州的 就源于垃圾场渗滤液而生产精炼石油催化剂同样会造成 污染 在农田领域 元素作为肥料添加到动物饲料及土壤中也
5、是人为来源的一种 综上 会随人类活动在生态圈循环结合人类社会对稀土元素的高需求量及工业化和城市化变化人为来源是影响环境中 浓度增加的主要因素 水环境中 污染治理技术 通过社会活动和自然过程完成到水环境中的转变可能源于尾矿及垃圾渗滤液、污水、深井废液等治理水环境中 的干预措施可分为三类即物理化学技术、化学技术和生物/生化/生物吸附技术 考虑到可持续性问题和环境伦理采用合适技术外应考虑两种或更多的技术协同工作以获得更好的结果 尽管在过滤系统、微生物修复、生物还原技术和各种吸附剂发挥了多面和高效的修复作用 但关于去除和回收作为污染物的 的研究仍然很少.物理化学处理技术物理化学处理技术依赖于物理过程或
6、活动如膜过滤、交流电、物理吸附或吸收、传质以及利用的化学过程 膜过滤技术可调节膜形状和尺寸选择性分离去除如重金属等的无机流出物、有机化合物、悬浮固体等 膜可以有几种类型如电渗析膜、液膜、聚合物膜、超滤膜、纳米纤维膜等 等合成一种较新的压力驱动膜工艺带正电荷的 膜在低渗透通量下运行时表现出高且稳定的镧系元素截留率 应用于吸附的天然材料主要有蒙脱石、沸石与高岭土等周凤珍等以钙基蒙脱土为载体通过静电引力将 聚集到蒙脱土表面在酸性条件下使之发生离子交换将 载入蒙脱土 等通过增加物理磁场与水凝胶的物理机械强度可在金属混合物体系中有效分离 物化处理多数时候选择两个或两个以上的工艺结合处理问题以达到最佳效果
7、.化学处理技术化学处理是通过将金属污染物转化为非活性状态来降低其毒性或流动性 如利用还原剂进行原位处理和中和反应 大多化学处理 的方式为离子交换与溶液萃取是探索最成熟的分离技术 与硫酸相比硝酸和盐酸更有利于从煤油中萃取 离子交换和溶液萃取易于执行但需要大量化学试剂且难以回收、存在二次污染等缺点吸附还原法则是最常用的方法由于现实污染物成分复杂难处理许多学者在效果受限时通过加热、改性或与其他物质结合等方式赋予原始材料不存在的特性及骨架等提高对污染物的吸附性与适应性 如纳米粒子、石墨烯、树脂等在近几年的吸附应用比较常见 通过对 回收和去除的研究统计得出于 年后纳米复合材料的应用逐渐增加 详细补充见表
8、 表 化学技术对镧的处理效果统计 吸附剂最佳吸附 值最佳用量/()吸附平衡时间/最大吸附量/()参考文献浓硝酸氧化的多壁碳纳米管.半胱氨酸功能化磁性纳米粒子.胺改性二氧化硅纳米复合材料.磁铁矿/炭黑纳米复合材料.(.).(.).金属有机骨架复合珠粒.聚乙烯亚胺改性介孔分子筛.树脂.生物处理技术生物吸附过程被认为是一种很有前途的技术利用非/活性生物材料将污染物从环境中分离出来是一种可能发生在金属/放射性核素与生物细胞内物质交换非直接的物化作用 因其简单的设计和操作效率高、污染少而受到广泛关注已被用于金属离子的浓缩和回收 植物来源吸附材料对 吸附效果:葡萄柚皮 印度锯末 橙皮 菠萝冠 玉米芯 叶粉
9、 由表 可知树叶作为一种简单而廉价的生物吸附剂含有多种成分可为重金属结合提供官能团但在实际应用中树叶提取物作为 的吸附材料效果低于以植物或动物来源的炭 联合多数实验结果得知改性吸附剂处理效果相对较优以动植物为来源的生物炭吸附剂最佳吸附 为 是酸性环境 形态转化的前提条件第 期何芳宇等:水土环境中镧污染治理研究进展表 生物吸附材料对 吸附效果统计 吸附剂最佳吸附 值最佳生物吸附剂用量/()吸附平衡时间/最大吸附量/()参考文献印度锯末.橙皮.竹.菠萝冠.玉米芯.侧柏叶粉.鳞.蟹壳.改性竹.随着研究的深入与拓展在生物吸附领域不再局限于金属与生物体胞内物质的作用而拓展为利用生物体的组成成分及其衍生物
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