新技術:高溫電熱技術修復被污染土壤

【新唐人北京時間2023年10月28日訊】工業產生的有毒物質已經危害水源和土壤,但現有的科技手段仍無法解決土壤毒化的問題。近期,美國萊斯大學(Rice University)和美國陸軍工程研究與發展中心(ERDC)共同探索利用高溫電熱的新方法來修復土壤,取得良好實驗效果。

目前,土壤的污染源主要是鉛、砷、鋅、鈷、汞、鎳等重金屬和農藥、微塑膠等。除人為污染外,地震、洪水或其它自然災害,也會造成土地和水的污染。過去淨化土壤的方法,大多耗費時間和財力,還可能造成二次污染,因此急需尋找新方法以應對土壤污染

研究人員採用高溫電熱(HET)對被污染的土壤進行電脈衝淨化。他們先是把被污染的土壤與無毒、富含碳(生物碳)的化合物混合,以便短電流能在幾秒鐘內將土壤溫度升至1000°C到3000°C,衝擊土壤中的有機污染物和重金屬,使有機污染物轉變成無毒的石墨礦物質,而有毒的重金屬則變成金屬蒸氣。

這種方法與傳統的熱脫附技術(溫度小於400°C)不同,它能夠有效地把熱能引入土壤中,且過程耗能低,又解決過去熱脫附技術只能用於揮發性或半揮發性污染物上。

研究人員把含有汞(300 ppm)、鉛(1,000ppm)、鎳(2,000 ppm)、鈷(10,000ppm)和銅(10,000ppm)的一小撮金屬鹽和生物碳混入乾淨的土壤後,進行4次高溫電熱(HET)。結果是土壤中的重金屬含量快速降至0ppm,或達到人類健康標準值。

研究人員還發現,HET土壤淨化法最佳的電壓和電流選擇是100伏特(V)和100安培(A),能使得土壤重金屬的淨化效果達到80%以上。

科學家將石英管放置在含有重金屬的土壤上方,收集那些被高溫蒸發的重金屬,以達到金屬有效再利用和收集的目的。這種作法有效防止重金屬再次釋放到環境中。

研究還發現,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系統中被淨化,其淨化率可達90%左右。

另外,使用HET淨化含有重金屬的土壤,並沒有容量上的限制,只需要透過增加電脈衝的數量,就可持續降低土壤中的重金屬濃度,且每次電脈衝的淨化時間僅需1秒鐘。

研究人員還對於一些苯環類的有機有毒物質進行了淨化測試,也達到預期的良好淨化效果。多數的有機有毒物質在高溫中變成石墨或碳,只有含量極低的苯環類物質會殘留在土壤中,而這些苯環類的含量不足以危害到人體。

此外,實驗顯示使用這種方法修復的土壤,擁有更好的土壤肥力。這種土不僅保留原有礦物質,還將一些物質分解成更小成分,從而增加滲透率,有效增加植物的養分交換供應,更是讓種子的發芽率提高了20%~30%。這項研究結果,於今年10月11日發表在《自然》科學雜誌上。

研究人員預計,HET土壤淨化方法未來每天可以處理約1噸的土壤,且可以在土壤不搬移情況下進行淨化,有效地減少搬運的成本。

不過他們提到,需要修復的土壤深度和含水量的不同,淨化的效果也有差異。另外,一些含水量較高的土地需要先經過除水,才能進行HET土壤淨化。

ERDC的化學家烏恰克-阿斯塔利奧盧(Mine Ucak-Astarlioglu)對萊斯大學新聞室表示,「過去的土壤修復技術,通常一次只能針對一種或兩種重金屬,且修復的效果並不好。現在這種HET方法,不僅非常快速,且無需任何水份,還可以處理土壤中的多種污染物。同時可以從廢物中回收關鍵金屬,並去除土壤中的重金屬,這是一種非常有前途的技術。」

ERDC高級物理科學家克里斯·格里格斯(Chris Griggs)表示,目前受污染的土壤,需要從人口稠密的地方挖出運往其它地方或現場處理,防止有毒的污染物質繼續擴散。這種方法對不會移動的污染物是可行的,但對於那些會遷移的污染物,就會出現問題,最終污染物還是會進入動植物的體內。因此,HET技術擁有極高的優勢,可以使土壤再生並將其恢復到原來的狀態。

另外,萊斯大學的化學教授、材料科學和奈米工程教授詹姆斯·圖爾(James Tour)表示,「令我們驚訝的是,在這個電擊土壤的過程中,並沒有破壞土壤,且植物更喜歡這種土壤,因為土壤在熱循環中釋放出其中的礦物質。」

(轉自大紀元/責任編輯:葉萍)

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