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土壤重金属污染强化植物修复技术研究进展

北极星环保网来源:环境工程技术学报 徐剑锋2018/5/22 13:25:21我要投稿

北极星环保网讯:土壤重金属污染修复主要采用物理、化学和生物修复技术。生物修复技术中的植物修复技术是用于土壤重金属污染修复的可靠技术,由于植物修复技术具备花费低、适应性强、无二次污染等特点,得到广泛关注,是当今国际资源、环境、生物学科交叉领域的前沿和热点。

利用植物修复技术的关键是筛选或培育出生命力顽强,适应性较广,能够忍耐外在重金属胁迫环境,并在体内大量富集重金属的植物物种。综合分析比较了目前土壤重金属污染修复技术,针对土壤重金属污染植物修复技术存在的限制性问题,综述了目前强化植物修复技术的研究进展,探讨通过采取物理、化学和生物技术等方法提高修复植物的生物量和重金属积累量。重点阐述了基因工程技术、螯合诱导技术、根系和菌根强化植物修复的作用机制及应用效果,并展望了今后的研究方向。

随着矿产资源的不合理开发与利用、污水灌溉、化肥和农药的大量施用、工业化和城镇化的迅速发展,土壤污染日益严重,目前我国污灌区面积约140万hm2,受重金属污染的土地面积占污灌区总面积的64.8%。

全国受污染耕地约占1/10,并且以Hg和Cd污染面积最大,每年因重金属污染的粮食达1.2×107t,直接经济损失超过200亿元。土壤重金属污染引发的农产品质量安全问题和群体性事件逐年增多,严重危及群众的健康安全,如不引起足够的重视,将成为制约社会稳定以及经济发展的重要因素[3]。面对严峻的形势,如何治理土壤重金属污染已成为当今农业、生态和环境科学领域的研究热点。

2010年7月由环境保护部编制完成了首部重金属污染防治规划———《重金属污染综合防治规划(征求意见稿)》,随着“十三五”土壤修复工作全面铺开,环境保护部组织编制完成了《重金属及有毒有害化学物质污染防治“十三五”规划纲要(征求意见稿)》,为实现土地的可持续利用,保障人类获得充足且安全的食品,迫切需要研究出经济、高效、适用的土壤重金属污染修复技术。

土壤重金属污染修复技术主要包括物理、化学和生物修复,而生物修复中的植物修复技术作为新兴、高效的生物修复途径,已被科学界和政府部门认可并选用。虽然植物修复在土壤重金属污染修复方面表现出很高的潜力,但在实际应用中由于自身一些固有特性受到很大限制。综合分析比较了目前常用的土壤重金属污染修复技术,针对重金属污染土壤植物修复技术存在的局限性,重点阐释了目前强化植物修复技术的研究进展并对其发展趋势进行了展望,以期为土壤重金属污染治理提供科学依据。

1土壤重金属污染修复技术

1.1发展阶段

西方国家在土壤重金属污染修复技术研究方面开展较早,并且有着丰富的经验。欧美等国家的土壤重金属污染修复技术发展过程分为3个阶段:

1)20世纪80年代前期,以物理、化学修复为主,主要有挖掘填埋、客土法、固化稳定化、土壤气提、化学萃取等方法;

2)20世纪80年代—21世纪初,包括物理、化学和生物修复,主要有淋洗、萃取、氧化还原、玻璃固化和热脱附等方法;3)21世纪以来,研究重点为植物修复及自然转移和衰减领域等方法,开始向高效经济的方向发展。

我国在土壤重金属污染治理方面起步较晚,主要经历了4个发展阶段:

1)20世纪60年代以前,以物理修复为主,主要有填埋、刮土、复土等方法;

2)20世纪70—80年代,仍以物理修复为主,逐渐开始向土地资源稳定利用和环境工程应用方面转移;

3)20世纪90年代,发展了化学和生物修复,主要选用超量积累植物、耐性植物通过土地复垦,以达到恢复土壤特性目的;

4)21世纪以来,主要采用植物、动物、微生物、固化稳定化、土壤气提、氧化还原、热脱附、淋洗、化学萃取等方法,植物修复成为研究和应用热点。

1.2技术性能

随着人们对环境保护的日益重视,开始探索不破坏土壤生态环境的修复技术来治理重金属污染土壤。土壤重金属污染修复技术的选择不仅要考虑重金属污染隐蔽性、长期性和不可逆性的特点,还要结合重金属污染物和土壤的理化性质、场地特性、土地利用和修复目标、修复时间和费用、政府和业主的接受程度及公众的意见等因素。表1列出目前常用修复技术的优缺点以及适用土壤类型,以便工程应用中综合分析各相关因素优选出最佳修复技术。

物理修复技术不仅成本昂贵,破坏土体结构,导致土壤肥力下降,而且存在工程量大、二次污染的缺点,不能从根本上解决问题。化学修复技术受土壤理化性质影响较大,不能根除重金属且有再度溶出的风险,投资较大,治理费用相对较高。

与传统的物理和化学方法相比,生物修复技术具有成本低、来源广、无二次污染的特点,尤其适用于低浓度重金属的去除。目前,应用较为广泛、治理效果显著的生物修复技术是植物修复和微生物修复。

延伸阅读:

土壤重金属植物有效性的控制因素研究

应用于重金属污染土壤植物修复中的植物种类

详解人工湿地常见水生植物特性、功能及其分类!

污水处理技术课堂|全面解析人工湿地原理类型及植物选择

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