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土壤修復：讓重金屬土壤重返潔凈
北極星節能環(huán)保網(wǎng)訊:環(huán)境保護部與國土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染調查公報》顯示，西南、中南地區土壤重金屬超標范圍較大;鎘、汞、砷、鉛4 種無(wú)機污染物含量分布呈現從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態(tài)勢。
土壤重金屬污染越來(lái)越多地被關(guān)注和重視。由陳明研究員和張佳文教授級高級工程師帶領(lǐng)的中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所的土壤修復科研團隊，先后提出一系列理論、方法和技術(shù)，研發(fā)了多種土壤修復劑和快速、高效、低成本的修復技術(shù)，讓重金屬土壤重返潔凈。
建立土壤修復基礎理論——緩變型地球化學(xué)災害理論
“緩變型地球化學(xué)災害”理論是在國外“化學(xué)定時(shí)炸彈”的概念基礎上發(fā)展起來(lái)的。在謝學(xué)錦、吳傳璧和李家熙等老一輩科學(xué)家的關(guān)懷指導下，與嚴光生研究員、劉曉端研究員等合作，陳明等人首先著(zhù)手研究了“緩變型地球化學(xué)災害”理論。2002年，國土資源部“十五”規劃中設置了《緩變型地球化學(xué)災害研究》項目。
緩變型地球化學(xué)災害研究的主要內容包括物質(zhì)來(lái)源，遷移轉化途徑、規律和影響因素，災害鏈的組成與阻斷途徑，災害發(fā)生發(fā)展的定量模型和預測，災害的檢測監控和信息處理技術(shù)等。
2004年，陳明在執行科技部重點(diǎn)國際合作項目《大型城市水土環(huán)境污染機理與綜合修復技術(shù)研究》中，基于緩變型地球化學(xué)災害理論提出了炭石灰與其他礦物材料相結合進(jìn)行重金屬污染土壤修復的思路，取得了較好的修復效果。
2012年，在《海西經(jīng)濟區緩變型地球化學(xué)災害研究》課題中，陳明等人根據緩變型地球化學(xué)災害的基本理論，探索了汞元素緩變型地球化學(xué)災害鏈的組成與阻斷途徑，將天然礦物的改性與納米技術(shù)結合起來(lái)，研發(fā)了土壤汞穩定化劑。
深化地球化學(xué)工程學(xué)理論——用于水—土重金屬污染綜合修復
地球化學(xué)工程學(xué)的概念在本世紀初開(kāi)始引入國內，其原理是應用地球化學(xué)知識，通過(guò)人工制造的某些地球化學(xué)作用或利用地球化學(xué)原理制造的產(chǎn)品實(shí)現環(huán)境污染治理與管理的途徑、方法和技術(shù)。
地球化學(xué)工程技術(shù)用于修復重金屬污染土壤有三大優(yōu)勢：一是可以根據不同的土壤條件和污染物質(zhì)，選擇不同的非金屬礦物材料;其次有些非金屬礦物自身的重金屬含量微乎其微，進(jìn)入土壤后可以在自然條件下與土壤中的組分結合，不會(huì )對環(huán)境造成二次污染，可以認為是一種清潔材料;第三，由于非金屬礦物價(jià)格低，低成本的修復劑具有天然的優(yōu)勢。
陳明等提出的“沙漠沙丘系統”是以地球化學(xué)工程學(xué)原理為指導的特殊水處理系統。該系統利用沙漠沙作為濾料，通過(guò)“機械過(guò)濾”、“化學(xué)作用”和“生物作用”凈化污染水，一方面可使沙丘變得濕潤而不再移動(dòng)，以固定移動(dòng)沙漠;另一方面又能凈化污染水，最終起到“以害克害、固沙治水、一舉多得”的良好綜合生態(tài)環(huán)境效應。“沙漠沙丘系統”是一種綠色的水處理系統，所需的原料和生成物都屬于自然界存在的物質(zhì)，無(wú)二次污染的發(fā)生。該系統可以把官廳水庫水由五類(lèi)和超五類(lèi)處理成二～三類(lèi)水。其原理同樣適用于水—土重金屬的“斷源、截流和末端治理”綜合修復。
研發(fā)長(cháng)效土壤修復劑——降低農產(chǎn)品中重金屬含量
目前，國內不少土壤修復劑存在以下問(wèn)題：一是修復后由于生成物容易被氧化、中和或溶解而導致失敗，重金屬重新釋放出來(lái)，還容易造成土壤板結;二是使用的材料在土壤環(huán)境中不穩定，容易分解或降解。盡管有學(xué)者配合以納米和微生物等新技術(shù)，但依然不能避免修復效率低和長(cháng)期穩定性差的弊端。
為了避免上述問(wèn)題，資源所土壤修復科研團隊充分發(fā)揮巖石學(xué)、礦物學(xué)和元素地球化學(xué)等的學(xué)科優(yōu)勢，利用不同天然礦物材料對重金屬的專(zhuān)屬吸附性，研發(fā)高效土壤重金屬穩定化劑。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的物理、化學(xué)和納米的改性，形成特殊微觀(guān)結構可將重金屬禁錮在土壤微粒中，不易被氧化、分解和重溶，從而使得修復效果具有長(cháng)期穩定性。在北京、天津、福建和河南等地的現場(chǎng)小試、中試和或典型示范，均證明了這些修復劑具有效率高和長(cháng)期穩定的特點(diǎn)。新型修復劑可降低65%以上的土壤活動(dòng)態(tài)重金屬，并降低70%~95%的農產(chǎn)品中的重金屬。
高效低成本重金屬提取技術(shù)——修復重金屬污染土壤
陳明帶領(lǐng)研究團隊將土壤系統看作成礦系統，用電動(dòng)力模擬多期次脈動(dòng)熱液成礦作用過(guò)程，人工模擬地球化學(xué)障研發(fā)重金屬捕獲器，形成了具有地學(xué)特色的“原地異位”的EK-SS電動(dòng)修復技術(shù)，可以在48~72小時(shí)內將土壤中重金屬去除60%~90% ，而且成本接近于美國環(huán)保局推崇的穩定化法，具有巨大發(fā)展前景。
該技術(shù)可以實(shí)現重金屬污染土壤的修復，而且低成本，速度快，目前已經(jīng)具有陽(yáng)離子重金屬污染土壤修復和有機污染土壤修復兩大功能，可應用于城市污染場(chǎng)地、礦山周邊重污染土壤、工礦固廢、放射性污染廢渣等處理。由于電動(dòng)修復屬于修復技術(shù)，是2014年環(huán)保部頒布的《污染土壤修復導則》中規定、在相同條件下優(yōu)先使用的技術(shù)。
隨著(zhù)“土十條”的實(shí)施，課題組今后將重點(diǎn)解決常規技術(shù)不能或難以解決的礦山環(huán)境、選冶企業(yè)、城市高價(jià)值污染地塊和重金屬企業(yè)廢水、固體廢棄物的處理問(wèn)題，目標是去除目標物中的重金屬及重金屬的回收，切斷土地重金屬的污染源。同時(shí)，發(fā)揮電動(dòng)修復和土壤重金屬固定穩定化技術(shù)方面的特長(cháng)，將現有的修復技術(shù)應用于工礦、有色金屬選礦與冶煉、石油加工、化工、焦化、電鍍、制革等污染土壤(廢渣)的修復，盡快將已有技術(shù)和產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化。
