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土(tǔ)壤重金屬污染及修複技(jì)術(shù)研究
浏覽:527 發布日期:2019-11-19 03:50:33

土(tǔ)壤是全人類賴以生(shēng)存的最重要自(zì)然資源之一(yī), 也是生(shēng)态環境系統重要的組成部分。随著(zhe)工(gōng)農業(yè)經濟的快速發展,全國(guó)土(tǔ)壤重金屬污染問題越發突出。攜帶大量重金屬離子的工(gōng)業(yè)、生(shēng)活污水(shuǐ)排向河道、耕地以及農用化肥、除草(cǎo)劑等的過量使用、金屬礦山的無序開(kāi)采、礦石的冶煉、工(gōng)業(yè)固體廢物(wù)、醫(yī)療廢物(wù)以及生(shēng)活垃圾的随意傾倒,這些都是造成土(tǔ)壤重金屬污染現狀的罪魁禍首。重金屬在土(tǔ)壤中不易随水(shuǐ)淋溶,難被生(shēng)物(wù)降解,具有明顯的生(shēng)物(wù)富集表征,有隐蔽性、 不可逆性、普遍性、長(cháng)期性、表聚性等顯著特點[1-2], 如果土(tǔ)壤中的重金屬含量積累超過了其自(zì)淨承載淨化能(néng)力時,就(jiù)會(huì)對地上(shàng)植物(wù)和地下(xià)土(tǔ)壤微生(shēng)物(wù)産生(shēng)毒害,這不僅會(huì)造成農作物(wù)的産量和質量品質的下(xià)降, 還(hái)通(tōng)過一(yī)定的生(shēng)物(wù)鏈影響農副産品的食用安全,土(tǔ)壤的重金屬污染問題已經引起了全世界的廣泛重視。對土(tǔ)壤重金屬污染的各種修複技(jì)術(shù)研究也成為(wèi)當前環保工(gōng)作者研究的熱門(mén)課題之一(yī)。

1 土(tǔ)壤重金屬污染現狀

根據農業(yè)部環保監測數據顯示目前我國(guó)有超過10% 的耕地受到(dào)重金屬污染,每年(nián)糧食減産約1000萬噸, 受重金屬污染導緻不能(néng)食用的糧食也達1200萬噸,造成至少200億元的經濟損失。對全國(guó)糧食調查發現, 重金屬Pb、Cd、Hg、As超标率占10%。珠三角地區不适宜種植的耕地占土(tǔ)壤總面積的22.8%[3],從(cóng)全國(guó)污染分布位置來看(kàn),南(nán)方土(tǔ)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、京津冀等區域土(tǔ)壤污染問題較為(wèi)嚴重,其中主要污染物(wù)為(wèi)镉、鎳、砷、 汞、鉛等重金屬。 在種種污染源侵蝕下(xià),土(tǔ)壤重金屬工(gōng)業(yè)污染問題愈演愈烈,引發民(mín)衆擔憂。近年(nián)來土(tǔ)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(guó)土(tǔ)壤重金屬污染目前表現為(wèi)由工(gōng)業(yè)向農業(yè)轉移、由城(chéng)市(shì)向農村(cūn)轉移、由上(shàng)遊向下(xià)遊轉移、由地表向地下(xià)轉移、由水(shuǐ)土(tǔ)污染向食品鏈轉移,日積月(yuè)累的污染正在演變成土(tǔ)壤污染事(shì)故的頻頻發生(shēng)。因而如何有效地從(cóng)源頭控制及修複土(tǔ)壤重金屬的污染,讓土(tǔ)壤也能(néng)高(gāo)質量的為(wèi)人們服務,如何高(gāo)效利用各種修複技(jì)術(shù)成為(wèi)了生(shēng)态環境保護工(gōng)作者最為(wèi)關心的問題。 

2 土(tǔ)壤重金屬污染修複技(jì)術(shù) 

2.1 物(wù)理修複技(jì)術(shù) 

物(wù)理修複是指用物(wù)理的原理和方法來解決土(tǔ)壤重金屬污染問題。主要有:客土(tǔ)是在已經被污染的土(tǔ)壤 表面上(shàng)覆蓋新鮮土(tǔ);翻土(tǔ)是将被污染的表土(tǔ)翻至下(xià)層;換土(tǔ)是将已經污染的土(tǔ)壤移去,換上(shàng)未污染的新 鮮土(tǔ);土(tǔ)壤淋洗[4]是将污染的土(tǔ)壤用淋洗液來淋洗;熱處理[5]是将污染土(tǔ)壤加熱後,使土(tǔ)壤中的揮發性污染物(wù)揮發、回收或處理;固化[6]是将一(yī)定量的固化劑與污染土(tǔ)壤進行混合,經熟化後最終形成滲透性低(dī)的固體混合物(wù)。 物(wù)理修複技(jì)術(shù)的優點是能(néng)夠比較徹底地清除被污染土(tǔ)壤中的重金屬,具有穩定、不受土(tǔ)壤條件(jiàn)限制, 但工(gōng)程量大、治理費(fèi)用高(gāo),并且更換下(xià)來的土(tǔ)壤沒有更好的處置場所。 

2.2 化學修複技(jì)術(shù) 

化學修複技(jì)術(shù)就(jiù)是向被重金屬污染土(tǔ)的壤中加入一(yī)定量的鈍化劑、抑制劑、吸附劑等化學試劑,這些化學試劑通(tōng)過與重金屬發生(shēng)氧化、還(hái)原、吸附、螯 合、沉澱、抑制等反應,進而降低(dī)重金屬的生(shēng)物(wù)有效性,減輕毒害作用。比如可以加入EDTA淋洗劑,土(tǔ)壤 中的重金屬就(jiù)會(huì)通(tōng)過鳌合作用,被分離出來,并且不破壞土(tǔ)壤本身的結構。也有研究顯示對改性後的油頁岩殘渣對土(tǔ)壤中重金屬離子Pb2+、Cd2+具有很好的吸附作用,由此我們可以認為(wèi)改性油頁岩殘渣可以作為(wèi)農 田土(tǔ)壤很好的改良劑,達到(dào)“以廢治廢”的效果。 化學修複技(jì)術(shù)優點是作為(wèi)一(yī)種原位修複技(jì)術(shù),成本低(dī),能(néng)夠改良大面積的污染土(tǔ)地,方法簡單,易于實施,尤其是對于輕中度重金屬污染的土(tǔ)壤,該類技(jì)術(shù)修複效果顯著,缺點是沒能(néng)去除土(tǔ)壤中的重金屬, 容易再度活化。 

2.3 生(shēng)物(wù)修複技(jì)術(shù) 

生(shēng)物(wù)修複是指充分利用生(shēng)物(wù)特有的分解有毒有害物(wù)質的能(néng)力,去除土(tǔ)壤中的污染物(wù),達到(dào)污染恢複的目标。其主要有動物(wù)修複、微生(shēng)物(wù)修複以及植物(wù)修複技(jì)術(shù)等[7]。其中動物(wù)修複技(jì)術(shù)是利用土(tǔ)壤中的一(yī)些低(dī)等動物(wù)來吸收土(tǔ)壤中的重金屬;微生(shēng)物(wù)修複[8]是利用土(tǔ)壤中的某些微生(shēng)物(wù)對重金屬具有吸收、沉澱、氧化還(hái)原等作用,從(cóng)而達到(dào)改善土(tǔ)壤的目的。周春娟[9]的研究實驗表明微生(shēng)物(wù)活動可以通(tōng)過改變土(tǔ)壤的PH、含氧量、土(tǔ)壤微生(shēng)物(wù)酶的活性等,通(tōng)過影響植物(wù)的根系分泌總糖、有機(jī)酸等過程,進而影響土(tǔ)壤對重金屬的吸附,降低(dī)重金屬的生(shēng)物(wù)有效性。植物(wù)修複[10]是一(yī)種利用某些人工(gōng)培育或自(zì)然的植物(wù)對污染物(wù)進行吸收、積累和轉化,從(cóng)而降低(dī)重金屬的生(shēng)物(wù)有效性。還(hái)有研究表明,一(yī)些特殊植物(wù)可以忍耐或超富集某種重金屬離 子,通(tōng)過植物(wù)自(zì)身根系吸收、轉移土(tǔ)壤中的重金屬, 達到(dào)土(tǔ)壤修複的目的。白(bái)淑蘭研究了一(yī)種生(shēng)物(wù)新技(jì)術(shù)---菌根技(jì)術(shù),雖然這種技(jì)術(shù)還(hái)不是很成熟,但對我們今後土(tǔ)壤修複研究提供了方向,這也将成為(wèi)污染土(tǔ)壤的植物(wù)修複研究領域的熱點。 生(shēng)物(wù)修複技(jì)術(shù)的優點是投資少、費(fèi)用低(dī)、便于管 理、易操作、不會(huì)産生(shēng)二次污染,并且植物(wù)修複重金 屬污染的同時也增加了土(tǔ)壤有機(jī)質的含量和土(tǔ)壤肥力,易于大面積推廣,缺點是不能(néng)治理重污染土(tǔ)壤。 

2.4 農業(yè)修複技(jì)術(shù) 

農業(yè)修複技(jì)術(shù)是通(tōng)過因地制宜的改變一(yī)些耕作管理習慣,來緩解重金屬的毒害作用。在不影響土(tǔ)壤供肥的情況下(xià),選擇最能(néng)降低(dī)土(tǔ)壤重金屬污染的有機(jī) 肥;選擇種植抗污染能(néng)力強、不易進入食物(wù)鏈的農作 物(wù);根據實際土(tǔ)壤污染情況,調整耕種制度和耕種結 構,因地制宜地種植作物(wù)。 農業(yè)修複技(jì)術(shù)的優點是能(néng)夠合理的利用農業(yè)生(shēng)态系 統,保持土(tǔ)壤的肥力,提高(gāo)土(tǔ)壤質量,易操作、費(fèi)用較 低(dī),實施方便。缺點是周期長(cháng),需與生(shēng)物(wù)修複、化學修複技(jì)術(shù)配合使用,對輕度污染的土(tǔ)壤比較适用。

2.5 複合修複技(jì)術(shù) 

複合修複技(jì)術(shù)是通(tōng)過多(duō)種修複技(jì)術(shù)共用或者以一(yī)種修複技(jì)術(shù)為(wèi)主輔以其他手段來降低(dī)土(tǔ)壤重金屬污染,目前研究較多(duō)的複合技(jì)術(shù)主要有生(shēng)物(wù)複合技(jì)術(shù)、 物(wù)理化學複合技(jì)術(shù)和物(wù)理化學-生(shēng)物(wù)複合技(jì)術(shù)等。植物(wù)與微生(shēng)物(wù)的複合修複,特别是植物(wù)根系與根際土(tǔ)壤微生(shēng)物(wù)的複合修複,已經在試驗場和小(xiǎo)規模的修複中取得了一(yī)定效果。衛澤斌通(tōng)過研究化學淋洗和深層固定複合技(jì)術(shù),有效的實現了重金屬污染土(tǔ)壤修複。陳晴 空[16]化學-植物(wù)複合合修複技(jì)術(shù)有利于植物(wù)根部對重金屬的吸收.其中近年(nián)來對鳌合誘導植物(wù)提取技(jì)術(shù)的研究 比較熱門(mén),它把多(duō)種技(jì)術(shù)(植物(wù)提取、淋洗技(jì)術(shù)、根 際過濾)聯合應用到(dào)重金屬污染土(tǔ)壤修複上(shàng),大幅度 地提高(gāo)植物(wù)對土(tǔ)壤重金屬的吸收和富集能(néng)力,達到(dào)修 複的效果。 複合修複技(jì)術(shù)的優點是可以在一(yī)定程度上(shàng)克服使 用單一(yī)的修複手段存在的缺點,提高(gāo)修複效率、降低(dī)修複成本。缺點是技(jì)術(shù)還(hái)不夠成熟,沒有大規模應用到(dào)實際中,且多(duō)種技(jì)術(shù)複合後的相(xiàng)互作用機(jī)制還(hái)有待進一(yī)步研究。 

3 我國(guó)土(tǔ)壤重金屬污染修複現狀研究及展望 

相(xiàng)對我國(guó)日趨嚴峻的土(tǔ)壤重金屬污染問題,配套的土(tǔ)壤修複技(jì)術(shù)的研究就(jiù)顯的比較滞後,還(hái)有一(yī)些理論和技(jì)術(shù)問題需要突破,但也取得了一(yī)定的成果。 2011年(nián),第一(yī)個(gè)國(guó)家級土(tǔ)壤修複示範項目—大環江河流域土(tǔ)壤重金屬污染治理工(gōng)程項目實施。項目利用自(zì)然界的重金屬超積累植物(wù),吸收污染土(tǔ)壤中的重金屬元素。2013年(nián),四川綿陽某處镉污染土(tǔ)壤修複過程中采用了離子礦化穩定劑,結果顯示,經過該技(jì)術(shù)修複後重金屬浸出濃度大大降低(dī)。2014年(nián)6月(yuè)國(guó)土(tǔ)資源部公益性行業(yè)科研專項《電(diàn)動力學與PRB技(jì)術(shù)聯合修複有機(jī)氯和Cd和Cr(Ⅵ)污染土(tǔ)壤》項目在湖(hú)南(nán)啓動。 項目首次利用電(diàn)動力學—滲透反應格栅技(jì)術(shù)和電(diàn)動力學—固化技(jì)術(shù)相(xiàng)結合的方式,對複合重金屬污染土(tǔ)壤 進行研究,為(wèi)土(tǔ)壤修複提供理論基礎和技(jì)術(shù)支撐。最 近成都某公司創新研發了土(tǔ)壤重金屬修複生(shēng)物(wù)原位鈍 化技(jì)術(shù)和産品,應用效果顯著。專家研究表明,植物(wù)具有響應重金屬Cd脅迫信号轉導的分子調控機(jī)制,由此為(wèi)我們土(tǔ)壤重金屬污染植物(wù)修複基因工(gōng)程提供了新的技(jì)術(shù)途徑和基因資源。 我國(guó)受重金屬污染的土(tǔ)壤面積越來越大,在這種背景下(xià),修複工(gōng)作要在摸清不同土(tǔ)壤重金屬污染原因、重金屬種類、範圍、程度及遷移轉化規律的基礎上(shàng),把物(wù)理修複、化學修複、植物(wù)修複等多(duō)種修複手段進行結合,采用最有效的生(shēng)物(wù)修複綜合技(jì)術(shù),同時 充分運用分子生(shēng)物(wù)學、基因工(gōng)程等先進技(jì)術(shù)手段來提高(gāo)生(shēng)物(wù)修複的實用性,并不斷開(kāi)發新技(jì)術(shù),篩選、尋找更多(duō)的超累積植物(wù),充分發揮土(tǔ)壤、動學、植物(wù)、 微生(shēng)物(wù)等學科的特點進行組合修複研究将是今後的趨 勢。