腐殖質在工業(yè)污染場地土壤修復中的應用

宋相通

（中國礦業(yè)大學環(huán)境與測繪學院，江蘇 徐州 211000）

在社會經濟快速發(fā)展的背景下，工業(yè)生產速度不斷加快，但是受限于傳統生產意識，人們并沒有及時采取有效措施對生產過程進行有效控制，導致工業(yè)污染持續(xù)加重，其逐漸成為影響持續(xù)發(fā)展與環(huán)境保護的重要因素。就現狀來看，實際處理應用的修復技術比較簡單，以異位修復為核心，搭配固化穩(wěn)定化、水泥窯焚燒技術以及化學處理等技術，總體來講整個產業(yè)還處于初期階段。腐殖質可以應用在工業(yè)污染場地土壤修復中，人們可以從腐殖質結構性質、分離和純化等角度出發(fā)，確定其應用要點，實現對土壤的有效修復。

1　工業(yè)污染場地土壤修復要求

1.1　工業(yè)污染場地類型

1.1.1重金屬污染

重金屬是指相對密度超過5.0的金屬元素，工業(yè)生產中常見的有Zn、Mn、Ge、Cu等，因為As屬性與重金屬元素相似，其往往被看作為重金屬，同時也是工業(yè)生產中主要的重金屬污染元素之一[1]。一般而言，重金屬污染主要集中在冶煉業(yè)、化學原料以及相關制品業(yè)、皮革以及相關制品業(yè)、蓄電池制造業(yè)等。

1.1.2有機污染物

當有機物進入工業(yè)土壤中，會對土壤產生具有污染性的有機化合物時，人們就可以將其看作有機污染物。有機污染物主要包括持久性有機污染物（POPs）、多環(huán)芳烴（PAHs）以及農藥等，另外還包括石油類污染物，主要集中于油漆、石油化工以及農藥生產等相關行業(yè)[2]。

1.1.3復合污染

同時存在金屬污染和有機物污染的情況即可稱為復合污染，它是工業(yè)場地土壤的主要污染形式，在實際表現上具有多樣性，重金屬之間和有機污染物之間的混合污染方式不同，包括重金屬間、石油類有機物以及重金屬與有機污染物間的復合污染。相比重金屬污染與有機物污染的單一污染形式，復合污染對土壤產生的影響更大，因為不同污染物之間會產生相互作用，促使土壤環(huán)境甚至地下水環(huán)境產生變化，不但對生態(tài)環(huán)境影響嚴重，而且加大了土壤修復難度[3]。

1.2　污染修復基本原理

對已經被各種原因污染的土壤，人們需要采取物理、化學或者生物等手段，促使內部含有的污染物進行吸收、轉移以及降解等活動，持續(xù)降低污染物濃度，直到可以被土壤接收，或者直接將污染物轉化為無毒無害物質，降低對自然環(huán)境的影響。就工業(yè)污染土壤修復技術來說，人們應以土壤污染特征為基礎，綜合政治、經濟以及社會等因素，采取最為合適的處理技術，保證達到預期效果?，F在可選擇的土壤修復技術較多，如換土法、客土法、化學淋洗法、原位化學氧化法以及穩(wěn)定固化法等，不同技術的原理不同，實際作業(yè)可以綜合各項條件來對比擇優(yōu)選擇。但是，工業(yè)污染場地土壤老化時間較長，污染物會進入亞微米甚至納米級孔隙結構內，比微生物尺寸更小，難以被微生物接觸和利用，修復難度較大[4]。因此，人們需要結合實際情況，積極引用新方法，以適應工業(yè)污染場地土壤特點，提高修復綜合效果。

2　腐殖質結構與特點

腐殖質為一種天然有機質，其在工業(yè)污染場地土壤修復中起到了重要作用，對于重金屬與有機污染物污染土壤的修復優(yōu)勢明顯，具有非常廣闊的應用前景。土壤主要分為有機質和黏土礦物兩種組分，它們可對污染物進行有效吸附，而腐殖質因其所具有的特征在土壤污染修復中具有非常大的技術優(yōu)勢。腐殖質的來源和老化時間差異較大，在分子量、結構特征、元素以及官能團等方面也存在很大不同。其組成元素主要為C、H、O、N、P、S等，元素組成穩(wěn)定性比較高，但是不同來源的腐殖質元素組成差異明顯，水稻土、紅壤、褐土間C含量依次降低，腐殖質組分間C元素含量也存在明顯差異，胡敏素、胡敏酸、富里酸含量依次降低[5]。

想要將腐殖質有效應用到工業(yè)污染場地土壤修復中，人們首先需要了解其結構特征與生物特點，以此為依據判斷其對各類污染物將會產生的作用機制。隨著人們對腐殖質的研究持續(xù)加深，在紅外光譜、掃描電鏡等高新技術的支持下，人們可以可以更全面地掌握其特點。例如，富里酸含有很多酸性官能團，酸度遠高于胡敏酸，氧原子更多。胡敏素主要由羧基、碳水化合物以及多糖等物質組成，均結合在脂肪鏈上，還具有一定的甲基、醚、酰胺等基團。胡敏酸主要由芳香碳、側鏈碳組成，芳香碳具有疏水性，而側鏈碳具有親水性，整體表現為輸送海綿孔狀結構，相比富里酸，其具有更豐富的醌型羥基。

3　腐殖質在工業(yè)污染場地土壤修復中應用要點

3.1　重金屬污染修復

3.1.1重金屬吸附

對重金屬污染土壤進行修復，是指將土壤中含有的重金屬全部清除，如換土法、土壤淋洗等，或者改變重金屬在土壤內的表現形式，使其更為固化穩(wěn)定，降低其在土壤內的遷移性與生物有效性。相比之下，改變重金屬形態(tài)修復技術更為簡單，修復所需時間短，資金壓力更小，在實際應用中具有更大優(yōu)勢。這樣便可以利用腐殖質對重金屬的良好吸附性，形成螯合物，促使污染物固定穩(wěn)定在土壤顆粒上，達到降低遷移性的目的。腐殖質為帶電荷高分子有機聚合膠體，對土壤內含有的多種重金屬離子均具有很強的結合能力，基于自身所具有的氨基、羥基以及羧基等官能團均具有較高化學活性，它能夠促使土壤內的重金屬污染物產生螯合反應，逐漸轉換為難溶性鹽類，同時會增加碳酸鹽結合態(tài)以及氧化物結合態(tài)的金屬離子，達到抑制金屬離子遷移的效果，保證土壤內重金屬污染物具有較高穩(wěn)定性，可在一定程度上降低土壤毒性與活性。

3.1.2重金屬還原

腐殖質具有氧化還原性，在對工業(yè)污染場地土壤進行修復時，人們可以添加適量的外源性腐殖酸，加速土壤內重金屬離子向硫化物的轉換，使其可以有效沉淀，降低金屬離子的毒性。研究發(fā)現，以腐殖質為電子傳遞中間體，與直接將電子傳遞給Fe3+氫氧化物的處理方法相比，應用此種方法，微生物傳遞分子的速度可以提高27倍，而還原水鐵礦速度只有直接還原的1/7。同時，腐殖質可以對無定型Fe3+礦物進行還原，尤其是在有氧環(huán)境下依然可以進行還原。即便是對還原態(tài)胡敏酸進行曝氧處理，其仍然保留還原基團，相比胡敏酸具有更高還原能力。在氧化還原過程中，腐殖酸能夠還原重金屬離子，使其形成穩(wěn)定性更高的螯合物。作為氧化還原中間體，當腐殖質為氧化態(tài)時，腐殖酸會與電子結合，轉換成還原態(tài)的羥醌，并通過電子轉移使得金屬離子還原，待還原后腐殖酸又重新轉化為氧化態(tài)，經過往復作用最終可以減少重金屬離子的遷移。

3.2　有機物污染修復

3.2.1有機物吸附

在生態(tài)系統中，腐殖質為最豐富的有機質形式，可以通過疏水性吸附、氫鍵作用、共價吸附、電荷轉移以及配位交換等與除草劑、多氯聯苯、多環(huán)芳烴等有機污染物產生作用，以影響土壤內污染物的轉化、遷移、生物降解以及殘留等過程，達到土壤修復的效果。人們可以利用腐殖質來對土壤內有機物污染物進行吸附，以比較成熟的雙模式吸附模型為例，其本質上是將土壤有機質劃分為“玻璃相”吸附域與“橡膠相”吸附域兩個不同區(qū)域，然后將胡敏素和胡敏酸、富里酸作為兩個區(qū)域的主要有機質，達到快速吸附的效果。對于腐殖質來講，其在工業(yè)污染場地土壤修復中的應用，主要是利用多種作用力的搭配有效吸附土壤內污染物，促使其被團聚在腐殖質分子周圍，或者是通過孔隙填充的方式，被有效地束縛在腐殖質剛性結構內，避免遷移造成的土壤和地下水污染。

3.2.2有機物增溶

表面活性劑增溶為常用的工業(yè)污染場地土壤修復技術，在提高污染物溶解度的同時，可以降低表面活性劑使用劑量，有效預防二次污染情況的發(fā)生。腐殖質中的胡敏酸與富里酸面對不同pH條件均可有效溶于水，并且腐殖酸內含有多種活性官能團，其決定了腐殖酸具有良好的親油性與親水性，可有效提高有機污染物的溶解性與遷移性。將腐殖酸添加到土壤內，可以促使有機物吸附在表面活性劑膠束中或單體上，促使綁縛在土壤內的有機污染物洗脫到液相環(huán)境內，使得脫附率提高，保障污染物在土壤內的可移動性，污染物表觀溶解度有效提高，達到增強生物有效性的目的。

4　結語

腐殖質在工業(yè)污染場地土壤修復中具有至關重要的作用，為充分發(fā)揮其所具有的技術優(yōu)勢。人們需要掌握其結構特點，然后根據土壤污染形式，選擇合適的處理方法，有效提高土壤修復效果。