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農田土壤重金屬污染及污染修復技術研究進展

發(fā)布時間:2012年3月31日 來源:

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  3.1 工程措施


  通過客土、換土和深耕翻土等措施,可以降低土壤中重金屬的含量,減少重金屬對土壤及植物系統(tǒng)產生的毒害,從而使農產品達到食品衛(wèi)生標準。深耕翻土用于輕度污染的土壤,而客土和換土則實用于重污染區(qū)。工程措施是比較經典的土壤重金屬污染治理措施,它具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點,但實施工程量大、投資費用高,破壞土體結構,引起土壤肥力下降,并且還要對換出的污土進行堆放或處理。


  3.2 物理修復


  (1)電動修復是通過,在電場的作用下,土壤中的重金屬離子(如Pb,Cd,Cr,Zn等)和無機離子以電透滲和電遷移的方式向電極運輸,然后進行集中收集處理。研究發(fā)現(xiàn),土壤pH、緩沖性能、土壤組分及污染金屬種類會影響修復的效果。該方法特別適合于低滲透的粘土和淤泥土,可以控制污染物的流動方向。在沙土上的實驗結果表明,土壤中Pb2+,Cr6+。 等重金屬離子的除去率也可達90%以上。電動修復是一種原位修復技術,不攪動土層,并可以縮短修復時間,是一種經濟可行的修復技術。


  (2)電熱修復是利用高頻電壓產生電磁波,產生熱能,對土壤進行加熱,使污染物從土壤顆粒內解吸出來,加快一些易揮發(fā)性重金屬從土壤中分離,從而達到修復的目的。該技術可以修復被Hg和Se等重金屬污染的土壤。另外把重金屬污染區(qū)土壤置于高溫高壓下,形成玻璃態(tài)物質,從而達到從根本上消除土壤重金屬污染的目的。


  3.3 化學修復


  化學修復是利用化學試劑、化學反應或化學原理來降低土壤中重金屬的遷移性、生物可利用率,減少甚至去除土壤中的重金屬,從而達到土壤的治理和修復?;瘜W修復主要包括淋洗、淋洗—提取法、固化法、電化學方法和施用改良劑法等。淋洗法是用清水淋洗液或含有化學助劑的水溶液淋洗被污染的土壤,又稱洗土法或萃取法 。在多數情況下,為提高淋洗液的洗脫效率,需要在淋洗液中加入一些能增大重金屬水溶性和遷移性的化學助劑;最常用的化學助劑是酸和鰲合劑,而后者對土壤的就地淋洗更適用,因為它們對環(huán)境的危害更小。淋洗土壤所用的主要的化學試劑有乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA)、酸、弱酸鹽等。


  向土壤投入改良劑,通過對重金屬的吸附、氧化還原、拮抗或沉淀作用,以降低重金屬的生物有效性。該技術關鍵在于選擇經濟有效的改良劑,常用的改良劑有石灰、沸石、碳酸鈣、磷酸鹽、硅酸鹽和促進還原作用的有機物質,不同改良劑對重金屬的作用機理不同。施用石灰或碳酸鈣主要是提高土壤pM值,促使土壤中Cd、Cu、Hg、Zn等元素形成氫氧化物或碳酸鹽結合態(tài)鹽類沉淀。如當土壤pH>6.5時,Hg就能形成氫氧化物或碳酸鹽沉淀。化學修復是在土壤原位上進行的,簡單易行。但并不是一種永久的修復措施,因為它只改變了重金屬在土壤中存在的形態(tài),金屬元素仍保留在土壤中,容易再度活化危害植物。


  3.4 生物修復


  生物修復是利用生物技術治理污染土壤的一種新方法。利用生物削減、凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性。由于該方法效果好,易于操作,日益受到人們的重視,成為污染土壤修復研究的熱點。目前生物修復技術主要集中在植物和微生物兩方面,國內對土壤重金屬的植物修復方面研究較多,動物修復方面也有涉及在微生物修復方面國外研究較多。


  3.4.1 植物修復


  植物修復技術是一種利用自然生長或遺傳培育植物修復重金屬污染土壤的技術。根據其作用過程和機理,重金屬污染土壤的植物修復技術可分為植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定3種類型。植物提取,即利用重金屬超積累植物從土壤中吸取金屬污染物,隨后收割地上部分并進行集中處理,連續(xù)種植該植物,達到降低或去除土壤重金屬污染的目的。另外,加入一些有機絡合劑來增加土壤中重金屬的生物有效性也可提高植物對重金屬的吸收。植物揮發(fā),其機理是利用植物根系吸收金屬,將其轉化為氣態(tài)物質揮發(fā)到大氣中,以降低土壤污染。目前這方面研究最多的是類金屬元素Hg和非金屬元素Se。植物穩(wěn)定,利用耐重金屬植物或超累積植物降低重金屬的活性,從而減少重金屬被淋洗到地下水或通過空氣擴散進一步污染環(huán)境的可能性。其機理主要是通過金屬在根部的積累、沉淀或根表吸收來加強土壤中重金屬的固化。


  3.4.2 微生物修復


  微生物修復技術在修復重金屬污染的土壤方面具有獨特的作用。其主要作用原理有:微生物通過各種代謝活動產生多種低分子有機酸直接或間接溶解重金屬或重金屬礦物,可以降低土壤中重金屬的毒性:微生物的代謝活動可以通過其氧化還原作用改變變價金屬的存在狀態(tài),降低這些重金屬元素的活性;微生物可以通過胞外絡合作用,胞外沉淀作用以及胞內積累來實現(xiàn)對重金屬的固定作用;此外,細胞壁具有活性,可以將金屬螯合在細胞表面;微生物可以改變根系微環(huán)境,從而提高植物對重金屬的吸收,揮發(fā)或固定效率。


  4 結語


  目前,我國農田土壤重金屬污染情況相當嚴峻。由于重金屬的不可逆轉性,及其在食物鏈中的累積已引起廣泛關注,重金屬已被列入優(yōu)先控制的污染物之一。土壤污染導致其他環(huán)境問題。土地受到污染后,含重金屬濃度較高的污染表層土容易在風力和水力的作用下分別進入到大氣和水體中,導致大氣污染、地表水污染、地下水污染和生態(tài)系統(tǒng)退化等其他次生生態(tài)環(huán)境問題。因此土壤污染防治極為重要,應以源頭控制,即有效地降低污染物的排放,這主要有賴于國家環(huán)境政策與法規(guī)的不斷完善和工礦企業(yè)技術革新的落實;在土壤污染防治的技術層面,即污染土壤的修復。將物理、化學、生物等修復手段綜合起來處理污染問題將是重金屬污染修復技術的發(fā)展方向之。


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