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土(tǔ)壤重金屬污染及修複技術(shù)研究
浏覽:521 發布日(rì)期:2019-11-19 03:50:33

土(tǔ)壤是全人(rén)類賴以生(shēng)存的最重要自(zì)然資源之一, 也是生(shēng)态環境系統重要的組成部分(fēn)。随着工(gōng)農業經濟的快(kuài)速發展,全國(guó)土(tǔ)壤重金屬污染問(wèn)題越發突出。攜帶大(dà)量重金屬離(lí)子的工(gōng)業、生(shēng)活污水排向河道、耕地以及農用化肥、除草劑等的過量使用、金屬礦山(shān)的無序開采、礦石的冶煉、工(gōng)業固體(tǐ)廢物、醫療廢物以及生(shēng)活垃圾的随意傾倒,這些都(dōu)是造成土(tǔ)壤重金屬污染現狀的罪魁禍首。重金屬在土(tǔ)壤中不易随水淋溶,難被生(shēng)物降解,具有明顯的生(shēng)物富集表征,有隐蔽性、 不可(kě)逆性、普遍性、長期性、表聚性等顯著特點[1-2], 如(rú)果土(tǔ)壤中的重金屬含量積累超過了其自(zì)淨承載淨化能力時,就(jiù)會對地上植物和地下土(tǔ)壤微生(shēng)物産生(shēng)毒害,這不僅會造成農作(zuò)物的産量和質量品質的下降, 還(hái)通過一定的生(shēng)物鏈影(yǐng)響農副産品的食用安全,土(tǔ)壤的重金屬污染問(wèn)題已經引起了全世界的廣泛重視。對土(tǔ)壤重金屬污染的各種修複技術(shù)研究也成爲當前環保工(gōng)作(zuò)者研究的熱(rè)門(mén)課題之一。

1 土(tǔ)壤重金屬污染現狀

根據農業部環保監測數據顯示目前我國(guó)有超過10% 的耕地受到重金屬污染,每年(nián)糧食減産約1000萬噸, 受重金屬污染導緻不能食用的糧食也達1200萬噸,造成至少200億元的經濟損失。對全國(guó)糧食調查發現, 重金屬Pb、Cd、Hg、As超标率占10%。珠三角地區不适宜種植的耕地占土(tǔ)壤總面積的22.8%[3],從(cóng)全國(guó)污染分(fēn)布位置來(lái)看(kàn),南(nán)方土(tǔ)壤重金屬污染形勢較北方更嚴峻;成都(dōu)平原、珠三角、湘贛鄂、京津冀等區域土(tǔ)壤污染問(wèn)題較爲嚴重,其中主要污染物爲镉、鎳、砷、 汞、鉛等重金屬。 在種種污染源侵蝕下,土(tǔ)壤重金屬工(gōng)業污染問(wèn)題愈演愈烈,引發民(mín)衆擔憂。近年(nián)來(lái)土(tǔ)壤重金屬污染不僅日(rì)益加重,而且範圍還(hái)在不斷轉移擴散。專家指出,我國(guó)土(tǔ)壤重金屬污染目前表現爲由工(gōng)業向農業轉移、由城(chéng)市向農村轉移、由上遊向下遊轉移、由地表向地下轉移、由水土(tǔ)污染向食品鏈轉移,日(rì)積月累的污染正在演變成土(tǔ)壤污染事(shì)故的頻頻發生(shēng)。因而如(rú)何有效地從(cóng)源頭控制及修複土(tǔ)壤重金屬的污染,讓土(tǔ)壤也能高質量的爲人(rén)們服務,如(rú)何高效利用各種修複技術(shù)成爲了生(shēng)态環境保護工(gōng)作(zuò)者最爲關心的問(wèn)題。 

2 土(tǔ)壤重金屬污染修複技術(shù) 

2.1 物理(lǐ)修複技術(shù) 

物理(lǐ)修複是指用物理(lǐ)的原理(lǐ)和方法來(lái)解決土(tǔ)壤重金屬污染問(wèn)題。主要有:客土(tǔ)是在已經被污染的土(tǔ)壤 表面上覆蓋新鮮土(tǔ);翻土(tǔ)是将被污染的表土(tǔ)翻至下層;換土(tǔ)是将已經污染的土(tǔ)壤移去(qù),換上未污染的新 鮮土(tǔ);土(tǔ)壤淋洗[4]是将污染的土(tǔ)壤用淋洗液來(lái)淋洗;熱(rè)處理(lǐ)[5]是将污染土(tǔ)壤加熱(rè)後,使土(tǔ)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(tǔ)壤進行混合,經熟化後最終形成滲透性低的固體(tǐ)混合物。 物理(lǐ)修複技術(shù)的優點是能夠比較徹底地清除被污染土(tǔ)壤中的重金屬,具有穩定、不受土(tǔ)壤條件(jiàn)限制, 但(dàn)工(gōng)程量大(dà)、治理(lǐ)費用高,并且更換下來(lái)的土(tǔ)壤沒有更好的處置場所。 

2.2 化學修複技術(shù) 

化學修複技術(shù)就(jiù)是向被重金屬污染土(tǔ)的壤中加入一定量的鈍化劑、抑制劑、吸附劑等化學試劑,這些化學試劑通過與重金屬發生(shēng)氧化、還(hái)原、吸附、螯 合、沉澱、抑制等反應,進而降低重金屬的生(shēng)物有效性,減輕毒害作(zuò)用。比如(rú)可(kě)以加入EDTA淋洗劑,土(tǔ)壤 中的重金屬就(jiù)會通過鳌合作(zuò)用,被分(fēn)離(lí)出來(lái),并且不破壞土(tǔ)壤本身(shēn)的結構。也有研究顯示對改性後的油頁岩殘渣對土(tǔ)壤中重金屬離(lí)子Pb2+、Cd2+具有很好的吸附作(zuò)用,由此我們可(kě)以認爲改性油頁岩殘渣可(kě)以作(zuò)爲農 田土(tǔ)壤很好的改良劑,達到“以廢治廢”的效果。 化學修複技術(shù)優點是作(zuò)爲一種原位修複技術(shù),成本低,能夠改良大(dà)面積的污染土(tǔ)地,方法簡單,易于實施,尤其是對于輕中度重金屬污染的土(tǔ)壤,該類技術(shù)修複效果顯著,缺點是沒能去(qù)除土(tǔ)壤中的重金屬, 容易再度活化。 

2.3 生(shēng)物修複技術(shù) 

生(shēng)物修複是指充分(fēn)利用生(shēng)物特有的分(fēn)解有毒有害物質的能力,去(qù)除土(tǔ)壤中的污染物,達到污染恢複的目标。其主要有動物修複、微生(shēng)物修複以及植物修複技術(shù)等[7]。其中動物修複技術(shù)是利用土(tǔ)壤中的一些低等動物來(lái)吸收土(tǔ)壤中的重金屬;微生(shēng)物修複[8]是利用土(tǔ)壤中的某些微生(shēng)物對重金屬具有吸收、沉澱、氧化還(hái)原等作(zuò)用,從(cóng)而達到改善土(tǔ)壤的目的。周春娟[9]的研究實驗表明微生(shēng)物活動可(kě)以通過改變土(tǔ)壤的PH、含氧量、土(tǔ)壤微生(shēng)物酶的活性等,通過影(yǐng)響植物的根系分(fēn)泌總糖、有機(jī)酸等過程,進而影(yǐng)響土(tǔ)壤對重金屬的吸附,降低重金屬的生(shēng)物有效性。植物修複[10]是一種利用某些人(rén)工(gōng)培育或自(zì)然的植物對污染物進行吸收、積累和轉化,從(cóng)而降低重金屬的生(shēng)物有效性。還(hái)有研究表明,一些特殊植物可(kě)以忍耐或超富集某種重金屬離(lí) 子,通過植物自(zì)身(shēn)根系吸收、轉移土(tǔ)壤中的重金屬, 達到土(tǔ)壤修複的目的。白(bái)淑蘭研究了一種生(shēng)物新技術(shù)---菌根技術(shù),雖然這種技術(shù)還(hái)不是很成熟,但(dàn)對我們今後土(tǔ)壤修複研究提供了方向,這也将成爲污染土(tǔ)壤的植物修複研究領域的熱(rè)點。 生(shēng)物修複技術(shù)的優點是投資少、費用低、便于管 理(lǐ)、易操作(zuò)、不會産生(shēng)二次污染,并且植物修複重金 屬污染的同時也增加了土(tǔ)壤有機(jī)質的含量和土(tǔ)壤肥力,易于大(dà)面積推廣,缺點是不能治理(lǐ)重污染土(tǔ)壤。 

2.4 農業修複技術(shù) 

農業修複技術(shù)是通過因地制宜的改變一些耕作(zuò)管理(lǐ)習慣,來(lái)緩解重金屬的毒害作(zuò)用。在不影(yǐng)響土(tǔ)壤供肥的情況下,選擇最能降低土(tǔ)壤重金屬污染的有機(jī) 肥;選擇種植抗污染能力強、不易進入食物鏈的農作(zuò) 物;根據實際土(tǔ)壤污染情況,調整耕種制度和耕種結 構,因地制宜地種植作(zuò)物。 農業修複技術(shù)的優點是能夠合理(lǐ)的利用農業生(shēng)态系 統,保持土(tǔ)壤的肥力,提高土(tǔ)壤質量,易操作(zuò)、費用較 低,實施方便。缺點是周期長,需與生(shēng)物修複、化學修複技術(shù)配合使用,對輕度污染的土(tǔ)壤比較适用。

2.5 複合修複技術(shù) 

複合修複技術(shù)是通過多種修複技術(shù)共用或者以一種修複技術(shù)爲主輔以其他(tā)手段來(lái)降低土(tǔ)壤重金屬污染,目前研究較多的複合技術(shù)主要有生(shēng)物複合技術(shù)、 物理(lǐ)化學複合技術(shù)和物理(lǐ)化學-生(shēng)物複合技術(shù)等。植物與微生(shēng)物的複合修複,特别是植物根系與根際土(tǔ)壤微生(shēng)物的複合修複,已經在試驗場和小規模的修複中取得(de)了一定效果。衛澤斌通過研究化學淋洗和深層固定複合技術(shù),有效的實現了重金屬污染土(tǔ)壤修複。陳晴 空[16]化學-植物複合合修複技術(shù)有利于植物根部對重金屬的吸收.其中近年(nián)來(lái)對鳌合誘導植物提取技術(shù)的研究 比較熱(rè)門(mén),它把多種技術(shù)(植物提取、淋洗技術(shù)、根 際過濾)聯合應用到重金屬污染土(tǔ)壤修複上,大(dà)幅度 地提高植物對土(tǔ)壤重金屬的吸收和富集能力,達到修 複的效果。 複合修複技術(shù)的優點是可(kě)以在一定程度上克服使 用單一的修複手段存在的缺點,提高修複效率、降低修複成本。缺點是技術(shù)還(hái)不夠成熟,沒有大(dà)規模應用到實際中,且多種技術(shù)複合後的相(xiàng)互作(zuò)用機(jī)制還(hái)有待進一步研究。 

3 我國(guó)土(tǔ)壤重金屬污染修複現狀研究及展望 

相(xiàng)對我國(guó)日(rì)趨嚴峻的土(tǔ)壤重金屬污染問(wèn)題,配套的土(tǔ)壤修複技術(shù)的研究就(jiù)顯的比較滞後,還(hái)有一些理(lǐ)論和技術(shù)問(wèn)題需要突破,但(dàn)也取得(de)了一定的成果。 2011年(nián),第一個國(guó)家級土(tǔ)壤修複示範項目—大(dà)環江河流域土(tǔ)壤重金屬污染治理(lǐ)工(gōng)程項目實施。項目利用自(zì)然界的重金屬超積累植物,吸收污染土(tǔ)壤中的重金屬元素。2013年(nián),四川綿陽某處镉污染土(tǔ)壤修複過程中采用了離(lí)子礦化穩定劑,結果顯示,經過該技術(shù)修複後重金屬浸出濃度大(dà)大(dà)降低。2014年(nián)6月國(guó)土(tǔ)資源部公益性行業科(kē)研專項《電動力學與PRB技術(shù)聯合修複有機(jī)氯和Cd和Cr(Ⅵ)污染土(tǔ)壤》項目在湖南(nán)啓動。 項目首次利用電動力學—滲透反應格栅技術(shù)和電動力學—固化技術(shù)相(xiàng)結合的方式,對複合重金屬污染土(tǔ)壤 進行研究,爲土(tǔ)壤修複提供理(lǐ)論基礎和技術(shù)支撐。最 近成都(dōu)某公司創新研發了土(tǔ)壤重金屬修複生(shēng)物原位鈍 化技術(shù)和産品,應用效果顯著。專家研究表明,植物具有響應重金屬Cd脅迫信号轉導的分(fēn)子調控機(jī)制,由此爲我們土(tǔ)壤重金屬污染植物修複基因工(gōng)程提供了新的技術(shù)途徑和基因資源。 我國(guó)受重金屬污染的土(tǔ)壤面積越來(lái)越大(dà),在這種背景下,修複工(gōng)作(zuò)要在摸清不同土(tǔ)壤重金屬污染原因、重金屬種類、範圍、程度及遷移轉化規律的基礎上,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,采用最有效的生(shēng)物修複綜合技術(shù),同時 充分(fēn)運用分(fēn)子生(shēng)物學、基因工(gōng)程等先進技術(shù)手段來(lái)提高生(shēng)物修複的實用性,并不斷開發新技術(shù),篩選、尋找更多的超累積植物,充分(fēn)發揮土(tǔ)壤、動學、植物、 微生(shēng)物等學科(kē)的特點進行組合修複研究将是今後的趨 勢。