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土壤重金属污染及修复技术研究

北极星环境修复网  来源:科学管理  作者:常亚飞  2019/11/19 8:41:54  我要投稿  

北极星环境修复网讯:摘要:土壤重金属污染是当前人类面临的最严峻的环境问题之一。概述了我国重金属污染土壤的现状及不同的修复技 术,并对各修复技术进行分析,指出其优缺点。对土壤重金属污染修复技术的未来发展作了展望,为今后进一步开展土壤重金属污染修复的研究工作提供参考。

关键词:土壤重金属污染  修复技术

土壤是全人类赖以生存的最重要自然资源之一, 也是生态环境系统重要的组成部分。随着工农业经济的快速发展,全国土壤重金属污染问题越发突出。携带大量重金属离子的工业、生活污水排向河道、耕地以及农用化肥、除草剂等的过量使用、金属矿山的无序开采、矿石的冶炼、工业固体废物、医疗废物以及生活垃圾的随意倾倒,这些都是造成土壤重金属污染现状的罪魁祸首。重金属在土壤中不易随水淋溶,难被生物降解,具有明显的生物富集表征,有隐蔽性、 不可逆性、普遍性、长期性、表聚性等显著特点[1-2], 如果土壤中的重金属含量积累超过了其自净承载净化能力时,就会对地上植物和地下土壤微生物产生毒害,这不仅会造成农作物的产量和质量品质的下降, 还通过一定的生物链影响农副产品的食用安全,土壤的重金属污染问题已经引起了全世界的广泛重视。对土壤重金属污染的各种修复技术研究也成为当前环保工作者研究的热门课题之一。

1 土壤重金属污染现状

根据农业部环保监测数据显示目前我国有超过10% 的耕地受到重金属污染,每年粮食减产约1000万吨, 受重金属污染导致不能食用的粮食也达1200万吨,造成至少200亿元的经济损失。对全国粮食调查发现, 重金属Pb、Cd、Hg、As超标率占10%。珠三角地区不适宜种植的耕地占土壤总面积的22.8%[3],从全国污染分布位置来看,南方土壤重金属污染形势较北方更严峻;成都平原、珠三角、湘赣鄂、京津冀等区域土壤污染问题较为严重,其中主要污染物为镉、镍、砷、 汞、铅等重金属。 在种种污染源侵蚀下,土壤重金属工业污染问题愈演愈烈,引发民众担忧。近年来土壤重金属污染不仅日益加重,而且范围还在不断转移扩散。专家指出,我国土壤重金属污染目前表现为由工业向农业转移、由城市向农村转移、由上游向下游转移、由地表向地下转移、由水土污染向食品链转移,日积月累的污染正在演变成土壤污染事故的频频发生。因而如何有效地从源头控制及修复土壤重金属的污染,让土壤也能高质量的为人们服务,如何高效利用各种修复技术成为了生态环境保护工作者最为关心的问题。

2 土壤重金属污染修复技术

2.1 物理修复技术

物理修复是指用物理的原理和方法来解决土壤重金属污染问题。主要有:客土是在已经被污染的土壤 表面上覆盖新鲜土;翻土是将被污染的表土翻至下层;换土是将已经污染的土壤移去,换上未污染的新 鲜土;土壤淋洗[4]是将污染的土壤用淋洗液来淋洗;热处理[5]是将污染土壤加热后,使土壤中的挥发性污染物挥发、回收或处理;固化[6]是将一定量的固化剂与污染土壤进行混合,经熟化后最终形成渗透性低的固体混合物。 物理修复技术的优点是能够比较彻底地清除被污染土壤中的重金属,具有稳定、不受土壤条件限制, 但工程量大、治理费用高,并且更换下来的土壤没有更好的处置场所。

2.2 化学修复技术

化学修复技术就是向被重金属污染土的壤中加入一定量的钝化剂、抑制剂、吸附剂等化学试剂,这些化学试剂通过与重金属发生氧化、还原、吸附、螯 合、沉淀、抑制等反应,进而降低重金属的生物有效性,减轻毒害作用。比如可以加入EDTA淋洗剂,土壤 中的重金属就会通过鳌合作用,被分离出来,并且不破坏土壤本身的结构。也有研究显示对改性后的油页岩残渣对土壤中重金属离子Pb2+、Cd2+具有很好的吸附作用,由此我们可以认为改性油页岩残渣可以作为农 田土壤很好的改良剂,达到“以废治废”的效果。 化学修复技术优点是作为一种原位修复技术,成本低,能够改良大面积的污染土地,方法简单,易于实施,尤其是对于轻中度重金属污染的土壤,该类技术修复效果显著,缺点是没能去除土壤中的重金属, 容易再度活化。

2.3 生物修复技术

生物修复是指充分利用生物特有的分解有毒有害物质的能力,去除土壤中的污染物,达到污染恢复的目标。其主要有动物修复、微生物修复以及植物修复技术等[7]。其中动物修复技术是利用土壤中的一些低等动物来吸收土壤中的重金属;微生物修复[8]是利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化还原等作用,从而达到改善土壤的目的。周春娟[9]的研究实验表明微生物活动可以通过改变土壤的PH、含氧量、土壤微生物酶的活性等,通过影响植物的根系分泌总糖、有机酸等过程,进而影响土壤对重金属的吸附,降低重金属的生物有效性。植物修复[10]是一种利用某些人工培育或自然的植物对污染物进行吸收、积累和转化,从而降低重金属的生物有效性。还有研究表明,一些特殊植物可以忍耐或超富集某种重金属离 子,通过植物自身根系吸收、转移土壤中的重金属, 达到土壤修复的目的。白淑兰研究了一种生物新技术---菌根技术,虽然这种技术还不是很成熟,但对我们今后土壤修复研究提供了方向,这也将成为污染土壤的植物修复研究领域的热点。 生物修复技术的优点是投资少、费用低、便于管 理、易操作、不会产生二次污染,并且植物修复重金 属污染的同时也增加了土壤有机质的含量和土壤肥力,易于大面积推广,缺点是不能治理重污染土壤。

2.4 农业修复技术

农业修复技术是通过因地制宜的改变一些耕作管理习惯,来缓解重金属的毒害作用。在不影响土壤供肥的情况下,选择最能降低土壤重金属污染的有机 肥;选择种植抗污染能力强、不易进入食物链的农作 物;根据实际土壤污染情况,调整耕种制度和耕种结 构,因地制宜地种植作物。 农业修复技术的优点是能够合理的利用农业生态系 统,保持土壤的肥力,提高土壤质量,易操作、费用较 低,实施方便。缺点是周期长,需与生物修复、化学修复技术配合使用,对轻度污染的土壤比较适用。

2.5 复合修复技术

复合修复技术是通过多种修复技术共用或者以一种修复技术为主辅以其他手段来降低土壤重金属污染,目前研究较多的复合技术主要有生物复合技术、 物理化学复合技术和物理化学-生物复合技术等。植物与微生物的复合修复,特别是植物根系与根际土壤微生物的复合修复,已经在试验场和小规模的修复中取得了一定效果。卫泽斌通过研究化学淋洗和深层固定复合技术,有效的实现了重金属污染土壤修复。陈晴 空[16]化学-植物复合合修复技术有利于植物根部对重金属的吸收.其中近年来对鳌合诱导植物提取技术的研究 比较热门,它把多种技术(植物提取、淋洗技术、根 际过滤)联合应用到重金属污染土壤修复上,大幅度 地提高植物对土壤重金属的吸收和富集能力,达到修 复的效果。 复合修复技术的优点是可以在一定程度上克服使 用单一的修复手段存在的缺点,提高修复效率、降低修复成本。缺点是技术还不够成熟,没有大规模应用到实际中,且多种技术复合后的相互作用机制还有待进一步研究。

3 我国土壤重金属污染修复现状研究及展望

相对我国日趋严峻的土壤重金属污染问题,配套的土壤修复技术的研究就显的比较滞后,还有一些理论和技术问题需要突破,但也取得了一定的成果。 2011年,第一个国家级土壤修复示范项目—大环江河流域土壤重金属污染治理工程项目实施。项目利用自然界的重金属超积累植物,吸收污染土壤中的重金属元素。2013年,四川绵阳某处镉污染土壤修复过程中采用了离子矿化稳定剂,结果显示,经过该技术修复后重金属浸出浓度大大降低。2014年6月国土资源部公益性行业科研专项《电动力学与PRB技术联合修复有机氯和Cd和Cr(Ⅵ)污染土壤》项目在湖南启动。 项目首次利用电动力学—渗透反应格栅技术和电动力学—固化技术相结合的方式,对复合重金属污染土壤 进行研究,为土壤修复提供理论基础和技术支撑。最 近成都某公司创新研发了土壤重金属修复生物原位钝 化技术和产品,应用效果显著。专家研究表明,植物具有响应重金属Cd胁迫信号转导的分子调控机制,由此为我们土壤重金属污染植物修复基因工程提供了新的技术途径和基因资源。 我国受重金属污染的土壤面积越来越大,在这种背景下,修复工作要在摸清不同土壤重金属污染原因、重金属种类、范围、程度及迁移转化规律的基础上,把物理修复、化学修复、植物修复等多种修复手段进行结合,采用最有效的生物修复综合技术,同时 充分运用分子生物学、基因工程等先进技术手段来提高生物修复的实用性,并不断开发新技术,筛选、寻找更多的超累积植物,充分发挥土壤、动学、植物、 微生物等学科的特点进行组合修复研究将是今后的趋 势。

原标题:土壤重金属污染及修复技术研究

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