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土壤重金属污染现状及修复技术规范

2018-05-07来源:中国农业新闻网

1.土壤中重金属污染源及其危害
  1.1镉
  1.1.1土壤中镉污染的主要来源
  土壤及自然环境中的镉污染主要来自人为活动的排放,可分为3个方面。
  (1)在金属冶炼、电子工业、矿山开采等重工业生产中,废气中的镉自然沉降进入土壤、河流。
  (2)化工、采矿影响城市生活产生的污水,用以农业灌溉,造成污染。
  (3)磷肥生产过程中,不溶态的镉转化为水溶态,有效性与毒性大大的提高,造成土壤镉的积累。
  1.1.2镉的作用机理及毒性
  镉在土壤中发生溶解、凝聚、螯合等反应生成不同形态的镉。其中,以水溶交换态的有效性最强,最易被植物吸收,进而经食物链被人体吸收。镉中毒对肺功能和肾脏功能造成严重损害。长期生活在镉污染区将会导致骨头脆化、骨质疏松、腰椎、脊柱畸形。
  1.2铅
  1.2.1土壤中铅污染的主要来源
  土壤中铅的来源是母质和矿物,在风化沉积过程中释放铅元素。人为的来源主要有3个方面。
  (1)含铅废气和颗粒物随着雨水沉降进入土壤,造成污染。
  (2)废弃铅产品。比如,铅酸电池、电缆包皮和建筑垃圾等处理不当,造成污染。
  (3)含铅污水用于农业灌溉,造成耕层土壤铅积累量显著增加。
  1.2.2铅的毒性
  土壤中的铅被植物吸收后,通过食物链最终影响人体。除直接摄入铅污染食品外,铅还可以通过皮肤接触,呼吸道途径进入人体。铅污染对人体健康的危害程度比较显著。它的污染物中毒性很大,且以神经毒性为主的一种重金属元素。重金属铅对人体的骨髓造血系统、神经系统、生殖系统和消化系统等均有不同程度的损害。研究表明,长期受铅污染的孕妇血铅含量明显高于正常孕妇,而胎儿成活率和健康程度明显低于正常胎儿。
  1.3汞
  1.3.1土壤汞污染的来源
  土壤汞的最基本来源是母质风化。其汞元素的含量直接决定着土壤的汞含量。进入土壤的外源汞主要来自工业生产和城市生活的“三废”排放。其中,含汞废气通过大气沉降进入土壤。农业生产中,使用的含汞肥料、农药也是重要来源。
  1.3.2汞的毒性
  元素汞不能被人体消化系统吸收,即使误服也可很快排出。汞的氧化物会造成轻微腹泻,大多数人无临床症状。
  2.重金属污染土壤的修复技术
  2.1概述
  目前,重金属污染土壤修复技术基于2种思路:(1)把重金属污染物活化,并从土壤中移除。(2)尽可能将重金属污染物稳定在土壤中,减少迁移。
  2.2物理修复技术
  物理技术包括排土、客土、深耕、淋洗、电解和热处理法等措施。排土、换土、去表土、客土等一般被认为是治理土壤重金属污染的根本途径。但是,工程量较大。深耕是通过上下翻动土壤,使得表土中的重金属含量降低。
  (1)淋洗法是把土壤中的重金属提取到淋洗剂中,进而移除土壤中的重金属。
  (2)电解法是在污染土壤中插入电极,调节土壤的pH。重金属通过土壤溶液向两级富集,进而去除重金属离子。实验结果显示,在粘土内铅离子、铬离子等的去除率可以达到90%以上。
  (3)热处理法是通过人工升温或降压,使得重金属元素及其化合物挥发而得以去除。在何姗姗等的汞污染修复研究中,热处理去除汞的效率一般在50%以上,有时也可达到90%。
  2.3化学修复技术
  化学修复技术主要使用改良剂和化学淋洗法等。改良剂的机理是稳定固化重金属。通过向污染土壤中投入改良剂,调节土壤pH,使土壤重金属发生吸附、螯合、沉淀及其他氧化还原反应,从而降低重金属元素的有效性或使之以毒性较低的价态存在,实现固化、稳定化。现在生产实践中常用的改良剂有石灰、磷酸盐、碳酸钙、硅酸盐等。其中,以磷酸盐为改良剂是目前减少汞有效性和溶解性研究最彻底的方法。席欢等的研究,是向铅污染潮土中加入蜂窝煤灰渣,并分析土壤性质的变化,发现土壤有效磷含量上升,有效铅含量降低,pH值升高,这可能是由于蜂窝煤灰渣本身的pH值较高。化学淋洗法采用生物或化学溶剂作为淋洗剂,将污染土壤的重金属溶解后再分离,即达到修复土壤的目的。唐敏等在砷污染土壤研究中,采用柠檬酸作为砷淋洗剂。结果显示,土壤砷的去除率最高可达70%以上。
  2.4生物修复技术
  生物修复技术包含植物修复、动物修复、微生物修复。
  2.4.1植物修复
  植物修复是将特定的重金属耐受性的植物种植在被污染的土壤上,污染重金属被吸收到植物中富集,收获后达到修复土壤的目的。植物修复技术根据作用机理不同,还可进一步分为植物稳定、植物提取和植物挥发。
  (1)植物稳定是起植物根系的吸附和根系分泌物的沉淀作用,可有效降低污染土壤中重金属的有效性,并阻止其通过地下水和食物链途径危害人体。
  (2)植物提取能够吸收有毒金属污染物,运输到植物的茎叶中储存起来,收获后即达到修复土壤的目的。目前世界上发现的超积累植物接近500种,研究较多的有蜈蚣草对砷的富集,景天对锌的富集,苜蓿对铜的富集,向日葵对镉的富集等。邢维芹等的研究中,在铅污染贫磷潮土上种植黑麦草并补施磷肥进行土壤修复,结果显示,种植黑麦草增加了土壤的铅有效性;施加磷肥促进植物生长,降低土壤铅含量。
  (3)植物挥发是通过种植一些植物,促进土壤中的重金属污染物转化为可挥发的状态。一般是通过植物根系分泌物、根际微生物与重金属反应实现的。
  2.4.2动物修复
  某些低等动物特别是土壤小动物,对重金属具有耐受性,利用动物的这个特性吸收土壤中的重金属,达到土壤修复的目的。根据高岩等的研究,对于砷污染土壤,蚯蚓具有一定的吸收修复能力。
  2.4.3微生物修复
  微生物凭借自身生化反应被用以重金属污染土壤的修复,具体通过吸附、沉淀、甲基化等反应进行。目前,可用于重金属吸附的微生物有细菌、丝状真菌、酵母和藻类等。生物沉淀、甲基化反应作用于重金属离子,使之转化为低毒或无毒价态。微生物的分泌物也可以与重金属离子结合反应,产物为稳定的沉淀或络合物,有效减弱了重金属毒性。微生物影响植物根际环境,增强植物根系对重金属的吸附、转化和积累,也可达到修复土壤的目的。相比于其他修复技术,微生物修复的优点在于:不破坏土壤环境、操作简易、成本低等。但微生物的活性易受土壤的环境影响,且不同微生物的修复效果存在差异,都限制了微生物修复技术的推广应用。

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