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土壤重金屬污染及修複技術研究
浏覽:551 發布日期:2019-11-19 03:50:33

土壤是全人(rén)類賴以生存的(de)最重要自然資源之一, 也(yě)是生态環境系統重要的(de)組成部分(fēn)。随著(zhe)工農業經濟的(de)快(kuài)速發展,全國土壤重金屬污染問題越發突出。攜帶大(dà)量重金屬離子的(de)工業、生活污水(shuǐ)排向河(hé)道、耕地以及農用(yòng)化(huà)肥、除草(cǎo)劑等的(de)過量使用(yòng)、金屬礦山的(de)無序開采、礦石的(de)冶煉、工業固體廢物(wù)、醫療廢物(wù)以及生活垃圾的(de)随意傾倒,這(zhè)些都是造成土壤重金屬污染現狀的(de)罪魁禍首。重金屬在土壤中不易随水(shuǐ)淋溶,難被生物(wù)降解,具有明(míng)顯的(de)生物(wù)富集表征,有隐蔽性、 不可(kě)逆性、普遍性、長(cháng)期性、表聚性等顯著特點[1-2], 如果土壤中的(de)重金屬含量積累超過了(le)其自淨承載淨化(huà)能力時(shí),就會對(duì)地上植物(wù)和(hé)地下(xià)土壤微生物(wù)産生毒害,這(zhè)不僅會造成農作物(wù)的(de)産量和(hé)質量品質的(de)下(xià)降, 還(hái)通(tōng)過一定的(de)生物(wù)鏈影(yǐng)響農副産品的(de)食用(yòng)安全,土壤的(de)重金屬污染問題已經引起了(le)全世界的(de)廣泛重視。對(duì)土壤重金屬污染的(de)各種修複技術研究也(yě)成爲當前環保工作者研究的(de)熱(rè)門課題之一。

1 土壤重金屬污染現狀

根據農業部環保監測數據顯示目前我國有超過10% 的(de)耕地受到重金屬污染,每年糧食減産約1000萬噸, 受重金屬污染導緻不能食用(yòng)的(de)糧食也(yě)達1200萬噸,造成至少200億元的(de)經濟損失。對(duì)全國糧食調查發現, 重金屬Pb、Cd、Hg、As超标率占10%。珠三角地區(qū)不适宜種植的(de)耕地占土壤總面積的(de)22.8%[3],從全國污染分(fēn)布位置來(lái)看,南(nán)方土壤重金屬污染形勢較北(běi)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(wù)爲镉、鎳、砷、 汞、鉛等重金屬。 在種種污染源侵蝕下(xià),土壤重金屬工業污染問題愈演愈烈,引發民衆擔憂。近年來(lái)土壤重金屬污染不僅日益加重,而且範圍還(hái)在不斷轉移擴散。專家指出,我國土壤重金屬污染目前表現爲由工業向農業轉移、由城(chéng)市向農村(cūn)轉移、由上遊向下(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(yuè)累的(de)污染正在演變成土壤污染事故的(de)頻(pín)頻(pín)發生。因而如何有效地從源頭控制及修複土壤重金屬的(de)污染,讓土壤也(yě)能高(gāo)質量的(de)爲人(rén)們服務,如何高(gāo)效利用(yòng)各種修複技術成爲了(le)生态環境保護工作者最爲關心的(de)問題。 

2 土壤重金屬污染修複技術 

2.1 物(wù)理(lǐ)修複技術 

物(wù)理(lǐ)修複是指用(yòng)物(wù)理(lǐ)的(de)原理(lǐ)和(hé)方法來(lái)解決土壤重金屬污染問題。主要有:客土是在已經被污染的(de)土壤 表面上覆蓋新鮮土;翻土是将被污染的(de)表土翻至下(xià)層;換土是将已經污染的(de)土壤移去,換上未污染的(de)新 鮮土;土壤淋洗[4]是将污染的(de)土壤用(yòng)淋洗液來(lái)淋洗;熱(rè)處理(lǐ)[5]是将污染土壤加熱(rè)後,使土壤中的(de)揮發性污染物(wù)揮發、回收或處理(lǐ);固化(huà)[6]是将一定量的(de)固化(huà)劑與污染土壤進行混合,經熟化(huà)後最終形成滲透性低的(de)固體混合物(wù)。 物(wù)理(lǐ)修複技術的(de)優點是能夠比較徹底地清除被污染土壤中的(de)重金屬,具有穩定、不受土壤條件限制, 但工程量大(dà)、治理(lǐ)費用(yòng)高(gāo),并且更換下(xià)來(lái)的(de)土壤沒有更好的(de)處置場(chǎng)所。 

2.2 化(huà)學修複技術 

化(huà)學修複技術就是向被重金屬污染土的(de)壤中加入一定量的(de)鈍化(huà)劑、抑制劑、吸附劑等化(huà)學試劑,這(zhè)些化(huà)學試劑通(tōng)過與重金屬發生氧化(huà)、還(hái)原、吸附、螯 合、沉澱、抑制等反應,進而降低重金屬的(de)生物(wù)有效性,減輕毒害作用(yòng)。比如可(kě)以加入EDTA淋洗劑,土壤 中的(de)重金屬就會通(tōng)過鳌合作用(yòng),被分(fēn)離出來(lái),并且不破壞土壤本身的(de)結構。也(yě)有研究顯示對(duì)改性後的(de)油頁岩殘渣對(duì)土壤中重金屬離子Pb2+、Cd2+具有很好的(de)吸附作用(yòng),由此我們可(kě)以認爲改性油頁岩殘渣可(kě)以作爲農 田土壤很好的(de)改良劑,達到“以廢治廢”的(de)效果。 化(huà)學修複技術優點是作爲一種原位修複技術,成本低,能夠改良大(dà)面積的(de)污染土地,方法簡單,易于實施,尤其是對(duì)于輕中度重金屬污染的(de)土壤,該類技術修複效果顯著,缺點是沒能去除土壤中的(de)重金屬, 容易再度活化(huà)。 

2.3 生物(wù)修複技術 

生物(wù)修複是指充分(fēn)利用(yòng)生物(wù)特有的(de)分(fēn)解有毒有害物(wù)質的(de)能力,去除土壤中的(de)污染物(wù),達到污染恢複的(de)目标。其主要有動物(wù)修複、微生物(wù)修複以及植物(wù)修複技術等[7]。其中動物(wù)修複技術是利用(yòng)土壤中的(de)一些低等動物(wù)來(lái)吸收土壤中的(de)重金屬;微生物(wù)修複[8]是利用(yòng)土壤中的(de)某些微生物(wù)對(duì)重金屬具有吸收、沉澱、氧化(huà)還(hái)原等作用(yòng),從而達到改善土壤的(de)目的(de)。周春娟[9]的(de)研究實驗表明(míng)微生物(wù)活動可(kě)以通(tōng)過改變土壤的(de)PH、含氧量、土壤微生物(wù)酶的(de)活性等,通(tōng)過影(yǐng)響植物(wù)的(de)根系分(fēn)泌總糖、有機酸等過程,進而影(yǐng)響土壤對(duì)重金屬的(de)吸附,降低重金屬的(de)生物(wù)有效性。植物(wù)修複[10]是一種利用(yòng)某些人(rén)工培育或自然的(de)植物(wù)對(duì)污染物(wù)進行吸收、積累和(hé)轉化(huà),從而降低重金屬的(de)生物(wù)有效性。還(hái)有研究表明(míng),一些特殊植物(wù)可(kě)以忍耐或超富集某種重金屬離 子,通(tōng)過植物(wù)自身根系吸收、轉移土壤中的(de)重金屬, 達到土壤修複的(de)目的(de)。白淑蘭研究了(le)一種生物(wù)新技術---菌根技術,雖然這(zhè)種技術還(hái)不是很成熟,但對(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(de)植物(wù)修複研究領域的(de)熱(rè)點。 生物(wù)修複技術的(de)優點是投資少、費用(yòng)低、便于管 理(lǐ)、易操作、不會産生二次污染,并且植物(wù)修複重金 屬污染的(de)同時(shí)也(yě)增加了(le)土壤有機質的(de)含量和(hé)土壤肥力,易于大(dà)面積推廣,缺點是不能治理(lǐ)重污染土壤。 

2.4 農業修複技術 

農業修複技術是通(tōng)過因地制宜的(de)改變一些耕作管理(lǐ)習(xí)慣,來(lái)緩解重金屬的(de)毒害作用(yòng)。在不影(yǐng)響土壤供肥的(de)情況下(xià),選擇最能降低土壤重金屬污染的(de)有機 肥;選擇種植抗污染能力強、不易進入食物(wù)鏈的(de)農作 物(wù);根據實際土壤污染情況,調整耕種制度和(hé)耕種結 構,因地制宜地種植作物(wù)。 農業修複技術的(de)優點是能夠合理(lǐ)的(de)利用(yòng)農業生态系 統,保持土壤的(de)肥力,提高(gāo)土壤質量,易操作、費用(yòng)較 低,實施方便。缺點是周期長(cháng),需與生物(wù)修複、化(huà)學修複技術配合使用(yòng),對(duì)輕度污染的(de)土壤比較适用(yòng)。

2.5 複合修複技術 

複合修複技術是通(tōng)過多(duō)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)降低土壤重金屬污染,目前研究較多(duō)的(de)複合技術主要有生物(wù)複合技術、 物(wù)理(lǐ)化(huà)學複合技術和(hé)物(wù)理(lǐ)化(huà)學-生物(wù)複合技術等。植物(wù)與微生物(wù)的(de)複合修複,特别是植物(wù)根系與根際土壤微生物(wù)的(de)複合修複,已經在試驗場(chǎng)和(hé)小規模的(de)修複中取得(de)了(le)一定效果。衛澤斌通(tōng)過研究化(huà)學淋洗和(hé)深層固定複合技術,有效的(de)實現了(le)重金屬污染土壤修複。陳晴 空[16]化(huà)學-植物(wù)複合合修複技術有利于植物(wù)根部對(duì)重金屬的(de)吸收.其中近年來(lái)對(duì)鳌合誘導植物(wù)提取技術的(de)研究 比較熱(rè)門,它把多(duō)種技術(植物(wù)提取、淋洗技術、根 際過濾)聯合應用(yòng)到重金屬污染土壤修複上,大(dà)幅度 地提高(gāo)植物(wù)對(duì)土壤重金屬的(de)吸收和(hé)富集能力,達到修 複的(de)效果。 複合修複技術的(de)優點是可(kě)以在一定程度上克服使 用(yòng)單一的(de)修複手段存在的(de)缺點,提高(gāo)修複效率、降低修複成本。缺點是技術還(hái)不夠成熟,沒有大(dà)規模應用(yòng)到實際中,且多(duō)種技術複合後的(de)相互作用(yòng)機制還(hái)有待進一步研究。 

3 我國土壤重金屬污染修複現狀研究及展望 

相對(duì)我國日趨嚴峻的(de)土壤重金屬污染問題,配套的(de)土壤修複技術的(de)研究就顯的(de)比較滞後,還(hái)有一些理(lǐ)論和(hé)技術問題需要突破,但也(yě)取得(de)了(le)一定的(de)成果。 2011年,第一個(gè)國家級土壤修複示範項目—大(dà)環江河(hé)流域土壤重金屬污染治理(lǐ)工程項目實施。項目利用(yòng)自然界的(de)重金屬超積累植物(wù),吸收污染土壤中的(de)重金屬元素。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(huà)穩定劑,結果顯示,經過該技術修複後重金屬浸出濃度大(dà)大(dà)降低。2014年6月(yuè)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(nán)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(huà)技術相結合的(de)方式,對(duì)複合重金屬污染土壤 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)土壤重金屬修複生物(wù)原位鈍 化(huà)技術和(hé)産品,應用(yòng)效果顯著。專家研究表明(míng),植物(wù)具有響應重金屬Cd脅迫信号轉導的(de)分(fēn)子調控機制,由此爲我們土壤重金屬污染植物(wù)修複基因工程提供了(le)新的(de)技術途徑和(hé)基因資源。 我國受重金屬污染的(de)土壤面積越來(lái)越大(dà),在這(zhè)種背景下(xià),修複工作要在摸清不同土壤重金屬污染原因、重金屬種類、範圍、程度及遷移轉化(huà)規律的(de)基礎上,把物(wù)理(lǐ)修複、化(huà)學修複、植物(wù)修複等多(duō)種修複手段進行結合,采用(yòng)最有效的(de)生物(wù)修複綜合技術,同時(shí) 充分(fēn)運用(yòng)分(fēn)子生物(wù)學、基因工程等先進技術手段來(lái)提高(gāo)生物(wù)修複的(de)實用(yòng)性,并不斷開發新技術,篩選、尋找更多(duō)的(de)超累積植物(wù),充分(fēn)發揮土壤、動學、植物(wù)、 微生物(wù)等學科的(de)特點進行組合修複研究将是今後的(de)趨 勢。