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拟推荐2018年度环境保护科学技术奖项目公示材料
撰写时间:2018/5/28 17:03:51

 一、项目名称

矿区土壤砷的地球化学行为及稳定化修复研究

二、推荐单位意见

本项目属于环境科学技术领域,即农田重金属污染控制与安全生产技术。

矿山开发与冶炼是社会经济发展的基础,根据《全国矿山环境地质调查与评估》(2006年)调查结果表明,在全国113108个矿山中,矿产资源开发对矿区环境影响严重的矿山共计8457个,占总数的8%。矿山开采与冶炼产生的尾矿、废水与废气随径流、干湿沉降污染周边土壤与地下水,导致流域性与区域的严峻环境问题。根据《全国土壤污染状况调查公报》,我国耕地土壤重金属点位超标率19.4%,中轻度占其中的94.3%;主要为镉、砷。针对矿区砷污染来源、迁移与转化特点,以及砷污染农田治理的技术难度大,国内外均缺乏成熟的可大规模应用的技术与产品。农田重金属污染必须因地制宜,亟待研发兼顾作物与土壤重金属治理,可克服上述难点的新技术。

该成果立足于我国含砷矿区开发与环境保护,针对砷在环境中迁移转化特性,开展土壤砷的稳定化研究。在国家科技支撑计划、环保公益性行业专项、省科技攻关项目等支持下,系统建立砷在土壤中氧化还原与迁移的理论,阐明了砷迁移的主控因子与污染形成规律,形成了土壤砷污染稳定化技术体系等一系列成果发明。与其他技术相比,解决了砷的稳定性与持久性,实现了农业清洁生产技术与理论的重大突破,开展了一定规模的应用。

研究成果获授权国家发明专利7项;相关技术在清远市环境保护局、广东嘉博文宝盛生物科技有限公司、广州日之建土壤修复科技有限公司等单位与企业应用,实施该技术近三年新增销售额2.5亿元,取得突出的经济、社会和环境效益。

推荐该项目为2018年度环境保护科学技术二等奖。

三、项目简介

砷污染已经成为全球危害十分严重的环境问题之一,而我国是受砷中毒危害最严重的国家之一,因此,砷的研究就显得尤为重要。砷在土壤中的吸附-解吸、迁移转化及赋存形态等地球化学行为的研究为砷污染土壤的修复提供了科学依据。目前,国内外对于As污染土壤的修复从大方面主要分为两类:原位修复和异位修复。固化/稳定化技术(Solidification/Stabilization,简称S/S技术)就是向土壤中加入固化/稳定剂,通过对重金属的吸附、离子交换、沉淀或共沉淀、络合或螯合等作用改变其在土壤中的存在形态,降低重金属在土壤环境中的浸出毒性、溶解迁移性和生物有效性,减少由于雨水淋溶或渗滤对动植物造成危害。由于S/S技术具有费用低、修复时间短、可处理多种复合重金属污染、易操作等优点,所以它成为一较熟且经济有效的重金属污染土壤的修复治理技术。

本研究基于目前铁氧化还原及其对砷的环境化学行为影响与砷污染土壤治理修复研究的发展趋势,对氨氮的加入对砷的地球化学行为的影响及砷污染土壤的稳定化修复2方面进行了系统研究,目的在于明确水稻土Feammox过程对砷形态的影响与主要作用机制,探索适宜矿区砷污染土壤稳定化修复的稳定剂及其配方。

研究发现:1)水铁矿是砷(III,V)的吸附载体,其对砷(V)的吸附能力优于砷(III);2)Feammox过程可以引起无定型铁矿物还原而驱动砷释放,适当的NH4+-N浓度处理有利于铁还原与砷释放;3)红外光谱,XRD以及扫描电镜分析证明铁矿物微界面中存在砷吸附和释放的相互反应现象,且经NH4+-N处理后的水铁矿呈现出规则的外貌,表面颗粒较为分散有序,表现出多孔性和连续性等特点;4)中等NH4+-N浓度处理,水稻土氧化还原电位(Eh)下降,pH、盐酸提取铁(II)、NO3--N和NO2--N、溶液中总砷浓度提高,Feammox过程能驱动水稻土砷释放;5)中等NH4+-N浓度处理的水稻土中均具有显著较低的盐酸提取态砷和无定形铁结合态砷(p<0.05),说明Feammox过程能引起水稻土无定型铁还原释放而导致砷的释放。同时,筛选出了一种经济、高效的土壤重金属稳定剂及一种耐多重金属污染且生长速度快、生物量大的植物,明确了稳定化修复机理,适宜矿区多重金属复合污染土壤的生态恢复,可为砷镉污染土壤稳定化修复技术体系提供一定理论依据和技术支撑。

本项目的研究成果已在“清远市环保局”、“广东嘉博文宝盛生物科技有限公司”、“广州日之建土壤修复科技有限公司”等单位进行示范推广,砷镉复合污染稳定材料在矿区土壤及农用地修复治理方案筛选与环境管理方面进行了应用,可大幅度降低污染场地砷镉的活性,同时提高了应用场地地力与农产品质量,经济效益得到显著提高。

四、客观评价

项目主要对水淹条件水稻土Feammox过程驱动砷释放的机制进行了研究,推动了砷在土壤中的地球化学行为的基础理论研究。同时,为解决目前砷污染土壤治理难度大、成本高、效率低等问题,集中研发土壤砷稳定剂及耐性植物,筛选出了一种经济、高效的土壤重金属稳定剂及一种耐多重金属污染且生长速度快、生物量大的植物,明确了稳定化修复机理,适宜矿区多重金属复合污染土壤的生态恢复,可为砷镉污染土壤稳定化修复技术体系提供一定理论依据和技术支撑。项目同时申请相应的知识产权,主要有国家发明专利6项,实用新型专利1项,发表论文10多篇。

项目的研究成果已在“清远市环保局”、“广东嘉博文宝盛生物科技有限公司”、“广州日之建土壤修复科技有限公司”等单位进行示范推广,砷镉复合污染稳定材料在矿区土壤及农用地修复治理方案筛选与环境管理方面进行了应用,可大幅度降低污染场地砷镉的活性,同时提高了应用场地地力与农产品质量,经济效益得到显著提高。

五、推广应用情况

由于本项目筛选的土壤砷稳定剂来源广、成本低、具有以废治污的资源化生态效能,筛选出的耐性植物生长速度快、生物量大,能为客户带来明显的经济效益,在推广应用过程中得到用户的一致好评和肯定,相信在未来一段时间将会获得更多的客户的认可和签订更多的技术推广应用合同。

经过我单位及各客户的共同努力,土壤砷稳定剂材料与配方及耐性植物等已在“清远市环保局”、“广东嘉博文宝盛生物科技有限公司”、“广州日之建土壤修复科技有限公司”等单位进行应用推广。

六、主要知识产权证明目录

 

序号

知识产权类别

知识产权具体名称

授权国家

(地区)

授权号

授权日期

权利人

发明人

有效

状态

1

实用新型专利

一种污泥微波热处理装置

中国大陆

ZL201320690955.5

2014.5.21

环境保护部华南环境科学研究所

陈志良,林亲铁,彭晓春,蒋晓璐,冯浩林,赵述华,雷国建

有效

2

发明专利

一种矿区重金属污染土壤稳定化处理的方法

中国大陆

ZL201310533691.7

2015.4.15

环境保护部华南环境科学研究所

陈志良,林亲铁,彭晓春,蒋晓璐,冯浩林,赵述华,雷国建

有效

3

发明专利

柴油污染型场地生物强化气提修复装置及其处理方法

中国大陆

ZL201310494411.6

2016.1.20

环境保护部华南环境科学研究所

陈志良,刘沙沙,彭晓春

有效

4

发明专利

一种柴油污染型场地微生物降解菌

中国大陆

ZL201310490169.5

2016.3.2

环境保护部华南环境科学研究所

陈志良, 刘沙沙,彭晓春,董家华

有效

5

发明专利

表面活性剂与螯合剂联合处理铅锌污染的方法及其淋洗剂

中国大陆

ZL201310494162.0

2016.6.29

环境保护部华南环境科学研究所

陈志良,雷国建,

彭晓春,赵述华

有效

6

发明专利

一种牛粪生物炭的制备方法及其应用

中国大陆

ZL201610391062.9

2018.4.10

环境保护部华南环境科学研究所

陈志良,袁志辉,

刘敏超,王欣,

戴玉,

蒋晓璐

有效

7

发明专利

金属基生物炭的制备方法及其在重金属钝化中的应用

中国大陆

ZL201511033858.9

2018.5.25

环境保护部华南环境科学研究所

陈志良,袁志辉,

桑燕鸿,苏耀明,

戴玉,

王欣,

蒋晓璐

有效


 


 
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