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土壤重金属污染原位修复实用性技术研究

北极星环境修复网  来源:基层建设    2020/1/13 16:41:49  我要投稿  

北极星环境修复网讯:摘要:土壤受到重金属的污染会对农作物的安全造成严重的影响,因此,本文就污染土壤的相关修复技术对受到重金属污染的土壤进行修复,并且对其技术的实用性进行总结和分析。

关键词:重金属;原位修复;土壤污染;治理

前言:随着我国工业化和城市化的进程逐渐加快,中国目前的水体底泥以及土壤的重金属污染态势正在逐渐加重。根据相关的调查结果显示:目前中国80%的水体底泥都遭到了污染,而海南岛相关地区的河流底泥镉和汞含量的整体超标率达到了59.8%和65.7%[1]。中国的整体水域底泥目前发现已经遭受到了不同类型、不同程度的重金属污染。在所有污染当中,受到砷、汞、镉等重金属污染的河流以及水域是最为广泛的。根据2014年环保部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》中的数据显示,目前中国土壤重金属污染现象尤为严重,其中受到汞污染和镉污染最为严重,除此之外,土壤受到污染的总点位的整体超标率高达17.3%。其中,铅、砷、硒、铬、铜等重金属对土壤的污染也是相当严重的。整个中国的耕地面积大概有1.3万公顷受到了镉污染,3.2万公顷的耕地受到汞污染[1]。由此可见,对重金属污染土壤进行控制以及减轻其对环境的污染是非常必要的一项工作。

一、对重金属污染土壤进行修复的相关技术

(一)土壤修复的物理技术

1、深耕换土法

通过对土地进行深度翻耕,进而对耕层的结构进行改善,增加土壤耕层厚度,主要将表层土壤内部的金属浓度进行稀释,进一步降低其金属含量。这项方式最早源于日本,主要是用来治理镉米问题。通过相关的研究表明,将桃园地区20~40cm的里土和0~20cm的表土进行混合之后,土壤中的镍和镉的总含量降低至原浓度的25%~33%。这样就能达到植物能够进行正常生长的生存标准。但经过相关的研究发现,进行种植后植物具体生长情况并不乐观。有学者提出,这是由于土壤的生态系统被破坏所导致的,建议休耕2~3年。深耕只将土壤内部的金属浓度进行稀释,无法从根本上对其污染问题进行解决[2]。

2、热脱附法

热脱附法最主要的功能就是对土壤内部的汞以及有机污染物进行修复,通过对土壤进行热传导、红外加热、微波加热等相关手段,进而增加土壤的温度,使得汞和有机污染物能够挥发,达到和土壤分离。此方法的主要优点是操作的简便性,而且对于土壤的质地要求相对较低,对土壤内部的汞含量进行回收,其汞的纯度能够达到99%。唯一不足的是,在对土壤进行加热的同时破坏了整个的土壤的结构,也会杀死土壤内部的有益微生物,而且耗能比较大,这些都限制了热脱附法进行广泛应用。

(二)土壤修复的化学技术

进行化学修复的主要方法就是制备改良剂,然后将其投放进入土壤当中,实现对重金属进行吸附,并通过沉淀、还原等方法,达到降低重金属的效果,改良剂常用的主要有硅酸盐、碳酸钙、石灰等,主要对有机物质进行还原,受到重金属污染的土壤在投入不同的改良剂之后,就会产生不一样的效果,改良剂使用碳酸钙、石灰等主要目的就是增加土壤的pH值,沉淀土壤当中的金属元素。通常情况下,硅酸盐、磷酸盐会对土壤内部的重金属进行固化,形成很难进行溶解的沉淀物,进而把硅酸盐钢渣放入土壤,此时重金属离子就会逐渐产生吸附、沉淀的作用。沸石自身有离子交换的能力,其主要结构是三维晶体,可以实现离子吸附和交换,实现降低土壤内部重金属的含量。还有很多有机物可以使重金属进行硫化,并且在有机物当中其重金属离子和腐殖酸进行结合,进而降低其活性。

对土壤直接进行化学技术修复,这种修复方式比较简单,但也并非拥有永久性,通过改变土壤内部重金属的形态,重金属仍然存在于土壤中,仍然会对植物造成二次伤害。

(三)土壤修复的生物技术

1、植物修复技术

植物修复技术主要是通过植物的根部进而对受到重金属离子污染的土壤进行吸收和活化,进而将其转移到地上,然后统一进行处理回收,植物技术环境友好而且操作比较简单,受到社会的广泛关注。运用植物技术修复主要可以分为以下几种类型:植物提取、植物挥发、植物稳定等。

植物稳定主要是利用植物对土壤内部的重金属进行吸收、固定,达到限制重金属离子在土壤内部的有效性,进而对受到重金属污染的土壤进行缓解,植物稳定对重金属离子的污染去除率较高,不同植物对不同重金属的稳定作用也存在差异,比如向日葵、柳属以及遏蓝菜处于酸性环境下能够对镉起到有效吸收。

在进行去除重金属离子的过程当中对土壤自身的环境要求比较高,并且重金属只是锁定在植物的内部,实际上并未从土壤内部分离,如果重金属离子的去除过程中遇到酸雨,就会发生生物活性、渗透能力增强,还会引发重金属迁移,这样不利于进行植物稳定修复。植物挥发主要是通过植物呼吸作用实现将土壤内部的可挥发重金属汞进行富集与去除,达到对土壤修复的效果,运用植物的生长,将污染物质进行吸收、转化,由植物的呼吸作用将其释放到大气当中[3]。最终使土壤的汞含量能够有所降低,但是这个方式非常有针对性,只对于具有汞等挥发性的重金属离子有效。

植物提取主要是在土壤中种植特定的植物,主要根据植物对相关的重金属物质的吸收作用,将污染物质吸收到植物内部,将植物进行收获之后就能够将重金属离子和土壤进行分离,进而达到生态修复和污染治理的主要目的。

2、微生物修复

对受到重金属污染的土地采取微生物技术实现修复,主要是通过人工构建或天然驯化的微生物群落,或者是微生物进行代谢的产物对土壤中的污染进行转化和降解。因此,微生物技术一般是恢复生态效应和净化自然环境的生物措施。对重金属污染的土壤进行修复的主要机理通常包括氧化还原、沉淀、空泡吞饮、细胞代谢、生物吸附、对生物的大分子进行吸收转运等。在使用生物技术进行土壤环境修复时一般使用藻类、放射菌、真菌、细菌等。但是微生物对于自身的生存条件的相关要求比较严格,因此,对于容易变化的环境的耐受力非常低,通常经过基因重组或者是驯化筛选等方式获取可以耐受住重金属的相关菌种,进而增加菌种的稳定性,提高菌群的抗毒性,也采用很多的负荷菌群对其进行修复,比如,铜绿假单胞菌、粘红酵母菌、固氮醋酸杆菌、皱褶假丝酵母菌、隐形嗜酸杆菌,还有丰富的微生物菌液等。微生物在修复土壤重金属污染的范围广、见效快,具有操作简单等优势,但微生物在进行遗传时有一定的变异性,需要操作多次才能够真正的达到目的。

微生物的发现,对重金属污染的土壤治理带来了全新的道路。将包括隐性嗜酸杆菌、铜绿假单胞菌、粘红酵母菌、皱褶假丝酵母菌和固氮醋酸杆菌等微生物富集物菌液喷洒到含镉污染土地当中,实现对土壤就进行修复,能够取得叫好评的修复效果。

二、土壤重金属污染原位修复技术的展望

现阶段,土壤重金属污染是最大的问题,因而受到社会各界的广泛关注,对土地进行原位修复,如何做到干扰小、在进行修复的过程中造成的影响小是进行土地污染修复的主要目标[4]。根据笔者工作实践经验,针对我国整体的国情,主要考虑以下几点:

(1)尽管中国现阶段的土壤污染的浓度并不高,但是整体的污染面积非常大,而且土地污染治理是一个长期的过程,因此,在制定有关的修复方案之前,需要进行全面调查并且根据相关的影响因素进行针对性的方案研究、治理评估工作。

(2)任何一个单一的土壤污染治理方法都很难有效达到土地污染治理目的,因此,在实际应用的过程当中,首先要考虑污染地块所在地区的详细污染状况以及气候条件,进而采取多种手段因地制宜的进行土地污染治理。

(3)新型的修复材料和修复剂,能够为土壤治理带来全新的思路,微生物、生物炭等相关低干扰、高修复的方式进行结合,能够达到土壤污染治理的目的。

(4)现阶段生物修复技术等尚处于小面积试验阶段,随着研究的逐渐深入,需要争取在更大的规模当中进行应用,并且发现修复模式相关的缺陷并积极改善,尽量提高修复的效率、降低成本。

结论

在进行土壤重金属污染的治理过程当中具体涉及的变量较多,包括但不限于地质条件、土壤环境、污染情况等,因此,进行污染处理及修复时并没有极其简单而且没有任何缺陷的方式方法。因此,土壤重金属的相关污染处理工作是一个长期工作,其防治和解决也是相当重要的民生问题,从我国的整体环境保护的角度出发,政府已经制定《土壤污染防治法》,各个地方政府亦在加紧立法或出台法律法规,,从治理的角度建立、制定、推动、研发更加高效环保的土壤修复技术。

原标题:土壤重金属污染原位修复实用性技术研究

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