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技术动态
土壤重金属危害及修复措施
浏览次数:1251 发布日期:2015-08-26
     近年来随着社会经济的快速发展,土壤中重金属含量不断增加,土壤重金属污染已成为普遍的环境问题,越来越受到人们的关注。据统计,我国遭受不同程度重金属污染的耕地面积约占耕地总面积的1/5,每年因重金属污染导致的粮食减产超过107t,被重金属污染的粮食多达1.2*107t,合计经济损失至少200亿元。重金属元素在化学中一般定义为相对密度等于或大于5.0的金属,一般来说,引起土壤重金属污染的元素主要包括Zn、Cu、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg、As等8种元素。土壤重金属污染的危害不仅仅取决于重金属在土壤中的总量,还取决于其存在形态和各形态所占的比例,其中重金属元素以水溶态、交换态的活性毒性最大,残存态的活性毒性最小。离子交换态的重金属在土壤环境中活性大毒性强,易被植物吸收,也易被植物吸附、淋失或发生反应转为其他形态。由于重金属元素本身所具有的特点和土壤环境的多介质、多界面、多组分以及非均一性等特点,决定了土壤重金属污染具有以下特点:隐蔽性和滞后性,不可逆性和长期性,区域性和严重性,治理难且周期长。重金属能进入所有生态系统中,释放到大气圈、陆地圈、生物圈和水圈,对植物、动物和人类产生严重问题,特别是重金属能在土壤和有机体中富集,在食物链中产生不可预见的结果。

土壤重金属污染的修复措施

      1、物理修复:物理修复主要包括电动修复、电热修复和土壤淋洗三种修复技术。电动修复技术的原理类似于电池,在通电的情况下使得重金属离子定向移动,从而把它们从土壤中去除的技术。这种技术对土壤环境的要求比较高,难以广泛的、大规模的应用。电热修复技术是利用一些重金属在高温下快速挥发的特性,用高频电压加热土壤,重金属受热挥发,离开土壤以达到修复土壤重金属污染的目的。但是,在高温加热的同时也对土壤本身造成了严重的破坏。土壤淋洗是应用最早,也是应用最多、技术最成熟的物理修复方法。土壤淋洗是利用淋洗液把土壤固相中的重金属转移到土壤液相中去,再把富含重金属的废水进一步回收处理的土壤修复方法。研究发现EDTA可明显降低土壤对Cu的吸收率与解吸率,其值与加入的EDTA量的对数呈显著负相关。此外,物理修复修复措施还包括固化/稳定化土壤修复技术、排土填埋法、稀释法。但是无论那种修复方法都不能很好的解决经济实用性和“二次破坏”、“二次污染”的问题。

      2、化学固定修复:在土壤中,金属元素的溶解度和可迁移性较差,使得土壤中重金属更易被固定下来,因此重金属化学固定修复在污染土壤治理过程中有着不可替代的作用。通过向土壤中加入有机质、沸石、污泥、生物固体和磷酸盐等外源添加物,调节和改变重金属在土壤中的物理化学性质,使其产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化和氧化还原等一系列反应,这种外源物质与土壤中金属离子结合后,极大地限制了其在土壤中的迁移性和被植物所吸收的可能性,从而减少这些重金属元素对动植物的毒性。

      不同金属离子的移动性不同,所以很难找出单一的物质降低所有金属离子的移动性,因此对于不同的金属离子要使用不同的固定物质。施用石灰或碳酸钙主要是提高土壤pH值,促使土壤中Cd、Cu、Hg、Zn等元素形成氢氧化物或碳酸盐结合态盐类沉淀。施入含硫物料,能使土壤中的Cd、Hg形成CdS、HgS沉淀。有机物可促使重金属以硫化物的形式沉淀,同时有机物中的腐殖酸可与重金属离子形成络合或螯合物以降低其活性。施入磷肥,通过磷肥中的磷与各种非残渣形态铅反应形成溶解度极小的磷铅矿沉淀,从而起到降低Pb的溶解性的结果。化学修复是在土壤原位上进行的修复技术,简单易行,但并不是一种永久的修复措施,因为它只改变了重金属在土壤中存在的形态,金属元素仍保留在土壤中,容易再度活化导致“二次污染。

     3、植物修复:所谓重金属污染植物修复主要是指利用超富集植物的提取作用去除土壤中的重金属,即通过重复种植和收获超富集植物将污染土壤中的重金属浓度降低到可接受的水平。植物修复成本低、适宜于大规模的修复,并具有良好的社会、生态综合效益,属于真正意义上的“绿色修复技术”,正受到越来越多人的关注。

     根据修复的过程和机理,植物修复技术可分为:植物提取技术,植物挥发技术,植物固化技术和根系过滤技术。植物去除土壤重金属是因为少数生长在重金属含量较高土壤中的植物产生了适应重金属胁迫的能力,能够大量吸收重金属元素并保存在体内,同时植物仍然生长,现有研究表明,一些牧草、香草、芥菜、棉麻作物和柳树等具有大量吸收重金属的能力。经过植物修复,可以改善土壤微生物的生存环境,提高土壤微生物的数量和生物量,根区土壤微生物较非根区土壤的丰富,土壤微生物群落总DNA序列多样性指数相应增加。目前,植物修复技术仍然存在一定的缺点。首先,目前发现的超富集植物不具有普遍性,只对某一种重金属元素具有富集性;其次,超富集植物有一定的适生范围,只能在一定的气候和土壤条件下生长,应用范围较小;再次,目前发现的超富集植物大都比较矮小,生物量较低,生长比较慢,对于修复污染较严重土壤的周期长。

     4、 微生物修复:微生物修复法就是利用土壤中的某些微生物的生物活性对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用,把重金属离子转化为低毒产物,从而降低土壤中重金属的毒性,具有费用低、对环境影响小、效率高等特点,是一项廉价的绿色治理方法。微生物对重金属的生物积累机理主要表现在胞外络合作用、胞外沉淀作用以及胞内积累3种形式。由于微生物对重金属具有较强的亲和吸附能力,有毒金属离子可以沉积在细胞的不同部位或结合到胞外基质上,或被轻度螯合在可溶性或不溶性生物多聚体上,一些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌以及某些藻类,能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等,它们具有大量的阴离子基团,与重金属离子形成络合物,从而降低土壤中重金属如Cr、Mn、Pb、Cu、Cd、Hg等的有效态的含量,以达到治理重金属污染的目的。

      5、其它修复措施:近几年研究发现,当一些修复技术与其它修复技术相结合进行修复时,会有更好的修复效果。如电流能有效地提高重金属在土壤中的移动性,促进植物对重金属的吸附和吸收,提高植物修复的效率。许多真菌对重金属有很高的耐性和积累性,真菌的活动能降低重金属对植物的毒性,提供对植物根系的保护,有利于修复植物的生长,提高植物修复的效率。化学添加剂能改变土壤中重金属的形态,提高重金属的生物可利用性。化学诱导技术和植物修复技术相结合,利用化学诱导技术提高土壤中重金属的有效性,以提高植物修复的效率。农艺修复措施和生态修复,具体包括改变耕作制度,调整作物品种,通过调节诸如土壤水分、土壤养分、土壤pH值和土壤氧化还原状况及气温、湿度等生态因子,实现对污染物所处环境介质的调控。同时,有些人提出了利用施肥来治理土壤的重金属污染,利用化肥或有机肥本身所具有的一些特性,选择能降低土壤重金属污染的肥料,与土壤中的重金属元素发生反应,从而降低土壤中重金属元素有效态含量,以达到治理土壤重金属污染的目的。化学修复是一种比较成熟的土壤重金属污染修复技术,它成本底,见效快,是现阶段土壤修复的主要应用技术,但是容易形成“二次污染”。相较与两者,植物修复和微生物修复可以更好的解决土壤重金属污染的问题,将是土壤重金属污染修复的发展方向,并且多种修复方法的综合使用将受到越来越多的重视。
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