新技术：高温电热技术修复被污染土壤
美国研究人员采用高温电热对被污染的土壤进行电脉冲净化，取得良好实验效果。图为印第安纳州一个社区被发现土壤含高浓度的铅和砷，美国环保署清除其中一户院子受污染的表土。（Scott Olson/Getty Images）
工业产生的有毒物质已经危害水源和土壤，但现有的科技手段仍无法解决土壤毒化的问题。近期，美国莱斯大学（Rice University）和美国陆军工程研究与发展中心（ERDC）共同探索利用高温电热的新方法来修复土壤，取得良好实验效果。
目前，土壤的污染源主要是铅、砷、锌、钴、汞、镍等重金属和农药、微塑胶等。除人为污染外，地震、洪水或其它自然灾害，也会造成土地和水的污染。过去净化土壤的方法，大多耗费时间和财力，还可能造成二次污染，因此急需寻找新方法以应对土壤污染。
研究人员采用高温电热（HET）对被污染的土壤进行电脉冲净化。他们先是把被污染的土壤与无毒、富含碳（生物碳）的化合物混合，以便短电流能在几秒钟内将土壤温度升至1000°C到3000°C，冲击土壤中的有机污染物和重金属，使有机污染物转变成无毒的石墨矿物质，而有毒的重金属则变成金属蒸气。
这种方法与传统的热脱附技术（温度小于400°C）不同，它能够有效地把热能引入土壤中，且过程耗能低，又解决过去热脱附技术只能用于挥发性或半挥发性污染物上。
研究人员把含有汞（300 ppm）、铅（1,000ppm）、镍（2,000 ppm）、钴（10,000ppm）和铜（10,000ppm）的一小撮金属盐和生物碳混入干净的土壤后，进行4次高温电热（HET）。结果是土壤中的重金属含量快速降至0ppm，或达到人类健康标准值。
研究人员还发现，HET土壤净化法最佳的电压和电流选择是100伏特（V）和100安培（A），能使得土壤重金属的净化效果达到80%以上。
科学家将石英管放置在含有重金属的土壤上方，收集那些被高温蒸发的重金属，以达到金属有效再利用和收集的目的。这种作法有效防止重金属再次释放到环境中。
研究还发现，即使是含有汞化合物（氯化汞、氧化汞、硫酸汞）的土壤，也能在HET系统中被净化，其净化率可达90%左右。
另外，使用HET净化含有重金属的土壤，并没有容量上的限制，只需要透过增加电脉冲的数量，就可持续降低土壤中的重金属浓度，且每次电脉冲的净化时间仅需1秒钟。
研究人员还对于一些苯环类的有机有毒物质进行了净化测试，也达到预期的良好净化效果。多数的有机有毒物质在高温中变成石墨或碳，只有含量极低的苯环类物质会残留在土壤中，而这些苯环类的含量不足以危害到人体。
此外，实验显示使用这种方法修复的土壤，拥有更好的土壤肥力。这种土不仅保留原有矿物质，还将一些物质分解成更小成分，从而增加渗透率，有效增加植物的养分交换供应，更是让种子的发芽率提高了20%～30%。这项研究结果，于今年10月11日发表在《自然》科学杂志上。
研究人员预计，HET土壤净化方法未来每天可以处理约1吨的土壤，且可以在土壤不搬移情况下进行净化，有效地减少搬运的成本。
不过他们提到，需要修复的土壤深度和含水量的不同，净化的效果也有差异。另外，一些含水量较高的土地需要先经过除水，才能进行HET土壤净化。
ERDC的化学家乌恰克-阿斯塔利奥卢（Mine Ucak-Astarlioglu）对莱斯大学新闻室表示，“过去的土壤修复技术，通常一次只能针对一种或两种重金属，且修复的效果并不好。现在这种HET方法，不仅非常快速，且无需任何水分，还可以处理土壤中的多种污染物。同时可以从废物中回收关键金属，并去除土壤中的重金属，这是一种非常有前途的技术。”
ERDC高级物理科学家克里斯·格里格斯（Chris Griggs）表示，目前受污染的土壤，需要从人口稠密的地方挖出运往其它地方或现场处理，防止有毒的污染物质继续扩散。这种方法对不会移动的污染物是可行的，但对于那些会迁移的污染物，就会出现问题，最终污染物还是会进入动植物的体内。因此，HET技术拥有极高的优势，可以使土壤再生并将其恢复到原来的状态。
另外，莱斯大学的化学教授、材料科学和纳米工程教授詹姆斯·图尔（James Tour）表示，“令我们惊讶的是，在这个电击土壤的过程中，并没有破坏土壤，且植物更喜欢这种土壤，因为土壤在热循环中释放出其中的矿物质。”
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