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目前,全球经济迅速发展的同时也造成了日趋严重的环境污染问题,其中土壤重金属污染备受瞩目。重金属在土壤中高度富集,恶化土壤环境质量,影响农作物的产量和品质,严重危害土壤的生态循环,其通过食物链进入人体,危害人们的身体健康,威胁人类的生存环境。在各种重金属中,高浓度的钴明显抑制植物生长发育,因此土壤中钴污染越来越受到人们广泛的关注,钴含量高的农产品也会损害人和动物的健康,造成心肌和胰腺损伤,降低甲状腺浓缩碘的能力等。
1 重金属钴污染土壤的特性和危害土壤中含钴量为0.05~65.00 mg/kg,中值为8 mg/kg。岩石风化的土壤,钴的浓度变化不大,如含钴为59 mg/kg的玄武岩风化后含钴为81 mg/kg,略有富集。试验结果表明:钴在土壤溶液中浓度为0.10~0.27、1.00、5.90 mg/L时,分别对西红柿、亚麻、甜菜有毒害作用。钴浓度为10 mg/L时,可使农作物死亡。美国规定灌溉用水钴的最大容许浓度为0.2 mg/L。前苏联提出生活供水水源中钴的最大浓度为1 mg/L,渔业用水为0.01 mg/L。随着人类对钴元素的开发和利用,钴污染越来越严重,主要的污染来源有矿藏开采、原子能工业排放的废物、核武器试验的沉降物、医疗放射性、科研放射性等。钴是植物生长的必需微量元素,是维生素B12的组成成分,适量的低浓度钴对植物生长有促进作用,但是如果浓度过高将使植物受到毒害作用。重金属污染物对土壤的污染具有长期性、隐蔽性和不可逆性,不仅降低土壤质量,导致农作物产量和品质的下降,还危害人类健康。如果环境被具有放射性的钴污染,其放射性是持久的,随着衰变逐渐降低,放射性会严重影响周围动植物的生长和发育,如果食用了含放射性钴的食品,会导致脱发,严重损害人体血液内的细胞组织,造成白血球减少,引起血液系统疾病,如再生性障碍贫血症,严重的会使人患上白血病(血癌),甚至死亡。因此,修复重金属污染钴土壤,受到科学家们的广泛关注。
2 治理重金属污染土壤的方法目前国内外采用多种方法且多为交叉使用方法来修复和治理重金属污染的土壤,一般分为3类,即化学修复法、物理修复法和生物修复法。化学修复法包括2种,一种是化学淋洗,是指污染土壤中加入化学溶剂,通过外压或者重力作用,将重金属溶解在溶剂中,实现重金属转移至液相态,然后将溶液抽提出土层,再对溶液中重金属进行处理;另一种是化学改良剂,土壤添加改良剂以后,可以通过对重金属的产生拮抗、氧化还原、吸附、沉淀等作用,使重金属在土壤中的存在形态发生改变,然后进入土壤深层或地下水迁移,从而降低其生物有效性。物理修复法是基于机械物理的工程方法,主要包括3种,即翻土、换土和客土法、热处理法和电动修复法。生物修复法是通过各种生物的代谢活动降低土壤重金属含量,包括4种,即菌根修复法、微生物修复法、植物修复法及动物修复法。澳大利亚等国的研究较为深入,主要集中在利用超富集植物对土壤中的重金属元素进行吸收,但大面积普及难度较高。利用沸石等物质降低重金属在土壤中的迁移等方面。国内也开展了关于土壤重金属的污染治理研究,但仍然存在局限性,对于动物修复的机理还不是很明确,植物修复易造成植株生长缓慢、植株矮小、生长周期长等。
3 治理钴污染土壤的方法钴分为2类,即不具有放射性和具有放射性,不具有放射性钴就是一般的重金属元素。目前,国内外对土壤中的重金属钴元素的研究主要集中在测量其含量、钴在植物中迁移规律以及钴对植物生长的影响,而钴污染土壤修复方法研究较少,在实践中还是采用重金属污染土壤常规的3种修复方法,即物理修复法、化学修复法和生物修复法。具有放射性钴污染主要是由于矿藏的开采、钴的利用、科学研究、核电站等造成的,对其处理国内外采取的主要方法是把污染的土壤封存起来,集中到一个地方,进行自然衰变,避免人和动物进入,但是矿藏污染比较难以控制,污染面积较大,由于自然界本身作用规律,迁移速率较快,对环境影响比较严重。辐射剂量较高的钴污染土壤用固定的桶装起来,放到处置场进行处置,每个国家都有专门的放射性污染处置场,这需要花费较大的人力和物力,而且占用地方比较大,时间较长。近年来,科学家们正开展常规重金属污染土壤修复方法和放射性污染土壤处理方法联合研究,利用生物修复法选择富集度高的植物种植在被放射性物质污染的土壤中,放射性物质从土壤转移到生物体内,达到了浓缩放射性物质的目的,同时美化了环境,减少了污染,然后再集中焚烧植株,进一步浓缩放射性物质,这给后续处理节省了大量人力、物力、财力等,如日本福岛核电站事故发生后,日本科学家们在被放射性污染的土壤中种植了向日葵、油菜等植物。
4 展望随着钴污染日益加重的情况,钴污染土壤修复技术的研究和应用势在必行。物理方法和化学方法不仅费用昂贵而且常常导致土壤结构破坏,土壤生物活性下降和土壤肥力退化等,同时对具有放射性钴污染土壤不能降低或者消除其放射性,生物修复法和放射性处理方法结合起来无论从技术上还是从实践应用方面都是切实可行的,其优势明显可见。联合修复技术今后应加强以下几个方面的工作:一是加强对国内超高积累钴植物的筛选工作,开展对富集钴植物的培育工作,把生长慢、低生物量的超富集钴植物,培育成生长快、生物量大的植物,进行推广、商业化。二是钴富集植物收获后的处理,具有放射性的主要采用焚烧法,然后再集中桶装;不具有放射性的采取堆肥法、高温分解法、灰化法等多种处置技术。探求既有经济效益,又能使污染物得到妥善处置的修复植物产后处理技术还需要不断努力。
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