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土壤重金(jīn)屬污染及修複技術研究
浏覽:535 發布日期:2019-11-19 03:50:33

土壤是全人類賴以生存的最重要自(zì)然資源之一, 也(yě)是生态環境系統重要的組成部分。随着工(gōng)農(nóng)業經濟的快(kuài)速發展,全國土壤重金(jīn)屬污染問題越發突出。攜帶大(dà)量重金(jīn)屬離子的工(gōng)業、生活污水(shuǐ)排向河(hé)道(dào)、耕地以及農(nóng)用(yòng)化肥、除草劑等的過量使用(yòng)、金(jīn)屬礦山的無序開(kāi)采、礦石的冶煉、工(gōng)業固體廢物、醫(yī)療廢物以及生活垃圾的随意傾倒,這(zhè)些(xiē)都是造成土壤重金(jīn)屬污染現(xiàn)狀的罪魁禍首。重金(jīn)屬在土壤中不易随水(shuǐ)淋溶,難被生物降解,具有明(míng)顯的生物富集表征,有隐蔽性、 不可逆性、普遍性、長期性、表聚性等顯著特點[1-2], 如果土壤中的重金(jīn)屬含量積累超過了(le)其自(zì)淨承載淨化能(néng)力時(shí),就會(huì)對(duì)地上(shàng)植物和(hé)地下(xià)土壤微生物産生毒害,這(zhè)不僅會(huì)造成農(nóng)作(zuò)物的産量和(hé)質量品質的下(xià)降, 還通過一定的生物鏈影響農(nóng)副産品的食用(yòng)安全,土壤的重金(jīn)屬污染問題已經引起了(le)全世界的廣泛重視(shì)。對(duì)土壤重金(jīn)屬污染的各種修複技術研究也(yě)成爲當前環保工(gōng)作(zuò)者研究的熱門(mén)課題之一。

1 土壤重金(jīn)屬污染現(xiàn)狀

根據農(nóng)業部環保監測數據顯示目前我國有超過10% 的耕地受到(dào)重金(jīn)屬污染,每年糧食減産約1000萬噸, 受重金(jīn)屬污染導緻不能(néng)食用(yòng)的糧食也(yě)達1200萬噸,造成至少200億元的經濟損失。對(duì)全國糧食調查發現(xiàn), 重金(jīn)屬Pb、Cd、Hg、As超标率占10%。珠三角地區(qū)不适宜種植的耕地占土壤總面積的22.8%[3],從(cóng)全國污染分布位置來(lái)看(kàn),南方土壤重金(jīn)屬污染形勢較北方更嚴峻;成都平原、珠三角、湘贛鄂、京津冀等區(qū)域土壤污染問題較爲嚴重,其中主要污染物爲镉、鎳、砷、 汞、鉛等重金(jīn)屬。 在種種污染源侵蝕下(xià),土壤重金(jīn)屬工(gōng)業污染問題愈演愈烈,引發民衆擔憂。近年來(lái)土壤重金(jīn)屬污染不僅日益加重,而且範圍還在不斷轉移擴散。專家指出,我國土壤重金(jīn)屬污染目前表現(xiàn)爲由工(gōng)業向農(nóng)業轉移、由城(chéng)市向農(nóng)村轉移、由上(shàng)遊向下(xià)遊轉移、由地表向地下(xià)轉移、由水(shuǐ)土污染向食品鏈轉移,日積月累的污染正在演變成土壤污染事(shì)故的頻頻發生。因而如何有效地從(cóng)源頭控制及修複土壤重金(jīn)屬的污染,讓土壤也(yě)能(néng)高(gāo)質量的爲人們服務,如何高(gāo)效利用(yòng)各種修複技術成爲了(le)生态環境保護工(gōng)作(zuò)者最爲關心的問題。 

2 土壤重金(jīn)屬污染修複技術 

2.1 物理(lǐ)修複技術 

物理(lǐ)修複是指用(yòng)物理(lǐ)的原理(lǐ)和(hé)方法來(lái)解決土壤重金(jīn)屬污染問題。主要有:客土是在已經被污染的土壤 表面上(shàng)覆蓋新鮮土;翻土是将被污染的表土翻至下(xià)層;換土是将已經污染的土壤移去,換上(shàng)未污染的新 鮮土;土壤淋洗[4]是将污染的土壤用(yòng)淋洗液來(lái)淋洗;熱處理(lǐ)[5]是将污染土壤加熱後,使土壤中的揮發性污染物揮發、回收或處理(lǐ);固化[6]是将一定量的固化劑與污染土壤進行混合,經熟化後最終形成滲透性低(dī)的固體混合物。 物理(lǐ)修複技術的優點是能(néng)夠比較徹底地清除被污染土壤中的重金(jīn)屬,具有穩定、不受土壤條件限制, 但(dàn)工(gōng)程量大(dà)、治理(lǐ)費用(yòng)高(gāo),并且更換下(xià)來(lái)的土壤沒有更好(hǎo)的處置場所。 

2.2 化學修複技術 

化學修複技術就是向被重金(jīn)屬污染土的壤中加入一定量的鈍化劑、抑制劑、吸附劑等化學試劑,這(zhè)些(xiē)化學試劑通過與重金(jīn)屬發生氧化、還原、吸附、螯 合、沉澱、抑制等反應,進而降低(dī)重金(jīn)屬的生物有效性,減輕毒害作(zuò)用(yòng)。比如可以加入EDTA淋洗劑,土壤 中的重金(jīn)屬就會(huì)通過鳌合作(zuò)用(yòng),被分離出來(lái),并且不破壞土壤本身的結構。也(yě)有研究顯示對(duì)改性後的油頁岩殘渣對(duì)土壤中重金(jīn)屬離子Pb2+、Cd2+具有很(hěn)好(hǎo)的吸附作(zuò)用(yòng),由此我們可以認爲改性油頁岩殘渣可以作(zuò)爲農(nóng) 田土壤很(hěn)好(hǎo)的改良劑,達到(dào)“以廢治廢”的效果。 化學修複技術優點是作(zuò)爲一種原位修複技術,成本低(dī),能(néng)夠改良大(dà)面積的污染土地,方法簡單,易于實施,尤其是對(duì)于輕中度重金(jīn)屬污染的土壤,該類技術修複效果顯著,缺點是沒能(néng)去除土壤中的重金(jīn)屬, 容易再度活化。 

2.3 生物修複技術 

生物修複是指充分利用(yòng)生物特有的分解有毒有害物質的能(néng)力,去除土壤中的污染物,達到(dào)污染恢複的目标。其主要有動物修複、微生物修複以及植物修複技術等[7]。其中動物修複技術是利用(yòng)土壤中的一些(xiē)低(dī)等動物來(lái)吸收土壤中的重金(jīn)屬;微生物修複[8]是利用(yòng)土壤中的某些(xiē)微生物對(duì)重金(jīn)屬具有吸收、沉澱、氧化還原等作(zuò)用(yòng),從(cóng)而達到(dào)改善土壤的目的。周春娟[9]的研究實驗表明(míng)微生物活動可以通過改變土壤的PH、含氧量、土壤微生物酶的活性等,通過影響植物的根系分泌總糖、有機酸等過程,進而影響土壤對(duì)重金(jīn)屬的吸附,降低(dī)重金(jīn)屬的生物有效性。植物修複[10]是一種利用(yòng)某些(xiē)人工(gōng)培育或自(zì)然的植物對(duì)污染物進行吸收、積累和(hé)轉化,從(cóng)而降低(dī)重金(jīn)屬的生物有效性。還有研究表明(míng),一些(xiē)特殊植物可以忍耐或超富集某種重金(jīn)屬離 子,通過植物自(zì)身根系吸收、轉移土壤中的重金(jīn)屬, 達到(dào)土壤修複的目的。白(bái)淑蘭研究了(le)一種生物新技術---菌根技術,雖然這(zhè)種技術還不是很(hěn)成熟,但(dàn)對(duì)我們今後土壤修複研究提供了(le)方向,這(zhè)也(yě)将成爲污染土壤的植物修複研究領域的熱點。 生物修複技術的優點是投資少、費用(yòng)低(dī)、便于管 理(lǐ)、易操作(zuò)、不會(huì)産生二次污染,并且植物修複重金(jīn) 屬污染的同時(shí)也(yě)增加了(le)土壤有機質的含量和(hé)土壤肥力,易于大(dà)面積推廣,缺點是不能(néng)治理(lǐ)重污染土壤。 

2.4 農(nóng)業修複技術 

農(nóng)業修複技術是通過因地制宜的改變一些(xiē)耕作(zuò)管理(lǐ)習慣,來(lái)緩解重金(jīn)屬的毒害作(zuò)用(yòng)。在不影響土壤供肥的情況下(xià),選擇最能(néng)降低(dī)土壤重金(jīn)屬污染的有機 肥;選擇種植抗污染能(néng)力強、不易進入食物鏈的農(nóng)作(zuò) 物;根據實際土壤污染情況,調整耕種制度和(hé)耕種結 構,因地制宜地種植作(zuò)物。 農(nóng)業修複技術的優點是能(néng)夠合理(lǐ)的利用(yòng)農(nóng)業生态系 統,保持土壤的肥力,提高(gāo)土壤質量,易操作(zuò)、費用(yòng)較 低(dī),實施方便。缺點是周期長,需與生物修複、化學修複技術配合使用(yòng),對(duì)輕度污染的土壤比較适用(yòng)。

2.5 複合修複技術 

複合修複技術是通過多種修複技術共用(yòng)或者以一種修複技術爲主輔以其他(tā)手段來(lái)降低(dī)土壤重金(jīn)屬污染,目前研究較多的複合技術主要有生物複合技術、 物理(lǐ)化學複合技術和(hé)物理(lǐ)化學-生物複合技術等。植物與微生物的複合修複,特别是植物根系與根際土壤微生物的複合修複,已經在試驗場和(hé)小(xiǎo)規模的修複中取得了(le)一定效果。衛澤斌通過研究化學淋洗和(hé)深層固定複合技術,有效的實現(xiàn)了(le)重金(jīn)屬污染土壤修複。陳晴 空(kōng)[16]化學-植物複合合修複技術有利于植物根部對(duì)重金(jīn)屬的吸收.其中近年來(lái)對(duì)鳌合誘導植物提取技術的研究 比較熱門(mén),它把多種技術(植物提取、淋洗技術、根 際過濾)聯合應用(yòng)到(dào)重金(jīn)屬污染土壤修複上(shàng),大(dà)幅度 地提高(gāo)植物對(duì)土壤重金(jīn)屬的吸收和(hé)富集能(néng)力,達到(dào)修 複的效果。 複合修複技術的優點是可以在一定程度上(shàng)克服使 用(yòng)單一的修複手段存在的缺點,提高(gāo)修複效率、降低(dī)修複成本。缺點是技術還不夠成熟,沒有大(dà)規模應用(yòng)到(dào)實際中,且多種技術複合後的相互作(zuò)用(yòng)機制還有待進一步研究。 

3 我國土壤重金(jīn)屬污染修複現(xiàn)狀研究及展望 

相對(duì)我國日趨嚴峻的土壤重金(jīn)屬污染問題,配套的土壤修複技術的研究就顯的比較滞後,還有一些(xiē)理(lǐ)論和(hé)技術問題需要突破,但(dàn)也(yě)取得了(le)一定的成果。 2011年,第一個國家級土壤修複示範項目—大(dà)環江河(hé)流域土壤重金(jīn)屬污染治理(lǐ)工(gōng)程項目實施。項目利用(yòng)自(zì)然界的重金(jīn)屬超積累植物,吸收污染土壤中的重金(jīn)屬元素。2013年,四川綿陽某處镉污染土壤修複過程中采用(yòng)了(le)離子礦化穩定劑,結果顯示,經過該技術修複後重金(jīn)屬浸出濃度大(dà)大(dà)降低(dī)。2014年6月國土資源部公益性行業科研專項《電動力學與PRB技術聯合修複有機氯和(hé)Cd和(hé)Cr(Ⅵ)污染土壤》項目在湖南啓動。 項目首次利用(yòng)電動力學—滲透反應格栅技術和(hé)電動力學—固化技術相結合的方式,對(duì)複合重金(jīn)屬污染土壤 進行研究,爲土壤修複提供理(lǐ)論基礎和(hé)技術支撐。最 近成都某公司創新研發了(le)土壤重金(jīn)屬修複生物原位鈍 化技術和(hé)産品,應用(yòng)效果顯著。專家研究表明(míng),植物具有響應重金(jīn)屬Cd脅迫信号轉導的分子調控機制,由此爲我們土壤重金(jīn)屬污染植物修複基因工(gōng)程提供了(le)新的技術途徑和(hé)基因資源。 我國受重金(jīn)屬污染的土壤面積越來(lái)越大(dà),在這(zhè)種背景下(xià),修複工(gōng)作(zuò)要在摸清不同土壤重金(jīn)屬污染原因、重金(jīn)屬種類、範圍、程度及遷移轉化規律的基礎上(shàng),把物理(lǐ)修複、化學修複、植物修複等多種修複手段進行結合,采用(yòng)最有效的生物修複綜合技術,同時(shí) 充分運用(yòng)分子生物學、基因工(gōng)程等先進技術手段來(lái)提高(gāo)生物修複的實用(yòng)性,并不斷開(kāi)發新技術,篩選、尋找更多的超累積植物,充分發揮土壤、動學、植物、 微生物等學科的特點進行組合修複研究将是今後的趨 勢。