鎘污染農(nóng)田修復(fù)方案

1、鎘污染農(nóng)田修復(fù)方案實(shí)驗(yàn)背景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)對(duì)土地的利用強(qiáng)度呈現(xiàn)逐年遞增的態(tài)勢(shì)，由此引起的土壤污染問(wèn)題也越來(lái)越突出和嚴(yán)重。中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量總體不容樂觀，受污染的耕地約有1.5億畝，占我國(guó)耕地總量的8.3%。土壤污染會(huì)直接導(dǎo)致土壤的組成和理化性質(zhì)發(fā)生變化，破壞土壤的正常功能，最終影響到農(nóng)作物的生長(zhǎng)和質(zhì)量，造成農(nóng)產(chǎn)品的污染和減產(chǎn)，導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。土壤重金屬污染因其污染的隱蔽性、長(zhǎng)期性和不可逆性而備受世界的關(guān)注，它不僅退化土壤肥力、降低作物產(chǎn)量和品質(zhì)，而且引發(fā)水資源的污染，并通過(guò)食物鏈危害人類的生命和健康。鎘是人體非必需元素，主要在自然界中常以化合物狀態(tài)存在，一般含量很低，正常環(huán)境狀態(tài)

2、下，不會(huì)影響人體健康?？呻S著采礦、冶煉精煉和電鍍工業(yè)的不斷發(fā)展，大量的含鎘廢水排入河流而造成鎘的污染。當(dāng)環(huán)境受到鎘污染后，鎘可在生物體內(nèi)富集，通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體引起慢性中毒。鎘被人體吸收后，在體內(nèi)形成鎘硫蛋白，選擇性地蓄積肝、腎中。從而影響肝、腎器官中酶系統(tǒng)的正常功能，使骨骼的生長(zhǎng)代謝受阻礙，從而造成骨骼疏松、萎縮、變形等。研究目標(biāo)擬定污染農(nóng)田的情況30平方公里，假設(shè)受污染土壤的密度為1.3Mm3且重金屬污染主要集中發(fā)生位于根際20cm土壤處、土壤中鎘含量為1.72mg/kg（根據(jù)GB156181995國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)鎘超標(biāo)約為4.7倍）屬于輕度污染。擬定農(nóng)田中的鎘污染來(lái)源生產(chǎn)投入品污染農(nóng)

3、藥、肥料、覆膜等生產(chǎn)投入品所含污染物質(zhì)進(jìn)入土壤，可造成土壤鎘污染。如因磷肥中鎘含量較高（磷俊含鎘7.5-156mg/kg,過(guò)磷酸鈣含鎘84-144mg/kg,普通過(guò)磷酸鈣含鎘9.5mg/kg,重過(guò)磷酸鈣含鎘24.5mg/kg）,大量施用磷肥，促使土壤鎘含量提高。污灌生活污水以及養(yǎng)殖廢水中含有作物可以吸收利用的N、P、K、cu、zn等多種營(yíng)養(yǎng)元素，經(jīng)適當(dāng)處理后作為灌溉的替代性水源，已成為緩解農(nóng)業(yè)水資源緊缺的重要途徑，但同時(shí)污水中也含有重金屬、非金屬、有毒物質(zhì)和無(wú)機(jī)鹽類等物質(zhì)，長(zhǎng)期的污灌使得擬定地區(qū)農(nóng)田中鎘含量升高。修復(fù)目標(biāo)通過(guò)合適的治理手段有針對(duì)性的緩解或去除土壤中的鎘污染研究方法針對(duì)研究區(qū)域的

4、地理位置、功能區(qū)、生態(tài)環(huán)境破壞情況、水文條件、氣候條件等因素進(jìn)行了解，通過(guò)咨詢當(dāng)?shù)氐恼畽C(jī)構(gòu)、污染農(nóng)田周邊調(diào)查、群眾問(wèn)卷調(diào)查等方式了解當(dāng)?shù)氐逆k污染來(lái)源。結(jié)合研究區(qū)域的土壤地形選擇合理的采樣方法進(jìn)行土壤采樣。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)采回的土樣進(jìn)行分析并制定修復(fù)方案。鎘污染農(nóng)田修復(fù)技術(shù)選擇重金屬污染場(chǎng)地土壤修復(fù)技術(shù)土壤混合/稀釋技術(shù)(1)技術(shù)原理：土壤混合/稀釋技術(shù)是指用清潔土壤取代或者部分取代污染土壤，覆蓋在土壤表層或者混勻，使污染物濃度降低到臨界危害濃度以下的一種修復(fù)技術(shù)。通過(guò)混合和稀釋，減少污染物與植物根系的接觸，并減少污染物進(jìn)入食物鏈。(2)技術(shù)特點(diǎn)：土壤混合/稀釋修復(fù)技術(shù)可以是單一的修復(fù)技術(shù)，也可以作

5、為其他修復(fù)技術(shù)的一部分，如固定化穩(wěn)定化、氧化還原等。(3)適用范圍：土壤中的污染物不具危險(xiǎn)特性，且含量不高(一般不超過(guò)修復(fù)目標(biāo)值的2倍)。該技術(shù)適合于土壤滲流區(qū)，即土壤含水量較低的土壤，當(dāng)土壤含水量較高時(shí)，混合不均勻會(huì)影響混合效果。填埋法(LandfillCap)(1)技術(shù)原理：填埋法是將污染土壤進(jìn)行掩埋覆蓋，采用防滲、封頂?shù)扰涮自O(shè)施防止污染物擴(kuò)散的處理方法。填埋法不能降低土壤中污染物本身的毒性和體積，但可以降低污染物在地表的暴露及其遷移性。(2)技術(shù)特點(diǎn)：填埋法是修復(fù)技術(shù)中最常用的技術(shù)之一。通常干旱氣候條件要求填埋系統(tǒng)簡(jiǎn)單一些，濕潤(rùn)氣候條件可以設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的填埋系統(tǒng)。填埋法的費(fèi)用通常少于其他

6、技術(shù)。(3)適用范圍：在填埋場(chǎng)合適的情況下，可以用來(lái)臨時(shí)存放或者最終處置各類污染土壤。該技術(shù)通常適用于地下水位之上的污染土壤。固化穩(wěn)定化技術(shù)(Solidi6cation/Stabilization)(1)技術(shù)原理：固化穩(wěn)定化技術(shù)是指將污染土壤與黏結(jié)劑混合形成凝固體而達(dá)到物理封鎖(如降低孔隙率等)或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成固體沉淀物(如形成氫氧化物或硫化物沉淀等)，從而達(dá)到降低污染物遷移性和活性的目的。(2)技術(shù)特點(diǎn)：固定化/穩(wěn)定化方法可單獨(dú)使用，也可與其他處理和處置方法結(jié)合使用。在眾多重金屬修復(fù)技術(shù)中，穩(wěn)定化技術(shù)具有花費(fèi)少、環(huán)境損失小、占地面小、修復(fù)后土地可規(guī)劃利用率高、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)。(3)適用范

7、圍：固化穩(wěn)定化技術(shù)適用性較強(qiáng)，原位異位均可使用。該技術(shù)主要應(yīng)用于處理無(wú)機(jī)物污染的土壤，被廣泛應(yīng)用于Pb,cd等重金屬污染場(chǎng)地的治理中，并取得了顯著成效微生物降解(Bioremediation)(1)技術(shù)原理：微生物降解是利用原有或接種微生物(即真菌、細(xì)菌其他微生物)降解(代謝)土壤中污染物，并將污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害的末端產(chǎn)品的過(guò)程?？赏ㄟ^(guò)添加營(yíng)養(yǎng)物、氧氣和其它添加物增強(qiáng)生物降解的效果。(2)技術(shù)特點(diǎn)：微生物降解技術(shù)一般不破壞植物生長(zhǎng)所需要的土壤環(huán)境，污染物的降解較為完全，具有操作簡(jiǎn)便、費(fèi)用低、效果好、易于就地處理等優(yōu)點(diǎn)。生物降解在低溫下進(jìn)程緩慢，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，通常需要幾年。(3)適用范圍：對(duì)能量的

8、消耗較低，可以修復(fù)面積較大的污染場(chǎng)地。高濃度重金屬可能對(duì)微生物有毒。不能降解所有進(jìn)入環(huán)境的污染物，特定微生物只降解特定污染物，受各種環(huán)境因素的影響較大，污染物濃度太低不適用，低滲透土壤可能不適用。植物修復(fù)技術(shù)(Phytoremediation)(1)技術(shù)原理：植物修復(fù)主要是利用特定植物的吸收、轉(zhuǎn)化、清除或降解土壤中的污染物，從而實(shí)現(xiàn)土壤凈化、生態(tài)效應(yīng)恢復(fù)的治理技術(shù)。(2)技術(shù)特點(diǎn)：植物修復(fù)技術(shù)與物理和化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比，具有成本低、效率高、無(wú)二次污染、不破壞植物生長(zhǎng)所需的土壤環(huán)境等特點(diǎn)，非常易于就地處理污染物，操作方便。因此植物修復(fù)多只用于低污染水平的區(qū)域。污染深度不能超過(guò)植物根之所及。較之其他

9、修復(fù)技術(shù)，具有良好的美學(xué)效果和較低的操作成本，比較適合與其他技術(shù)結(jié)合使用。(3)適用范圍：植物修復(fù)對(duì)于特定重金屬具有較好的效果和應(yīng)用，目前植物修復(fù)大多只能針對(duì)一種或兩種重金屬進(jìn)行累積，對(duì)于幾種重金屬的復(fù)合污染的處理效果一般。植物對(duì)銅蓄積能力較強(qiáng)的綠化喬木為榆葉梅、垂柳、旱柳和銀杏等，對(duì)銅蓄積能力較強(qiáng)的綠化灌木為大葉女貞、小葉女貞和紫葉小集等本技術(shù)一般僅適用于淺層污染的土壤。電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)(ElectrokineticSeparation)(1)技術(shù)原理：電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)利用插入土壤中的兩個(gè)電極在污染土壤兩端加上低壓直流電場(chǎng)，在電化學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的復(fù)合作用下，水溶的或吸附在土壤顆粒表層的污染物根

10、據(jù)所帶電荷的不同向正負(fù)電極移動(dòng)，使污染在電極附近富集或被回收利用，從而達(dá)到清潔土壤的目的。(2)技術(shù)特點(diǎn)：電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)具有較多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有景觀和建筑的影響較小，污染土壤本身的結(jié)構(gòu)不會(huì)遭到破壞，處理過(guò)程不需要引人新的物質(zhì)，原位異位均可使用。土壤含水量、污染物的溶解性和脫附能力對(duì)處理效果有較大影響，因此使用過(guò)程中需要電導(dǎo)性的孔隙流體來(lái)活化污染物。(3)適用范圍：可高效處理重金屬污染(包括銘、汞、鎘、鉛、鋅、鈕、銅、鍥等)，去除率可達(dá)90%。目標(biāo)污染物與背景值相差較大時(shí)處理效率較高?？捎糜谒鲗?dǎo)性較低或黏土含量較高的土壤。電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)去除土壤中的重金屬污染物如汞污染物，需要一些強(qiáng)化措施，提

11、高重金屬的遷移效率，從而提高電動(dòng)力學(xué)修復(fù)效果。玻璃化(Vitri6cation)(1)技術(shù)原理：玻璃化是指利用等離子體、電流或其他熱源在16002000c的高溫下熔化土壤及其污染物，使污染物在此高溫下被熱解或蒸發(fā)而去除，產(chǎn)生的水汽和熱解產(chǎn)物收集后由尾氣處理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理后排放。熔化的污染土壤冷卻后形成化學(xué)惰性的、非擴(kuò)散的整塊堅(jiān)硬玻璃體，有害無(wú)機(jī)離子得到固定化。(2)技術(shù)特點(diǎn)：玻璃化是一種較為實(shí)用的短期技術(shù)，加熱過(guò)程土壤和淤泥中的有機(jī)物含量要超過(guò)5%10%(質(zhì)量比)。該技術(shù)可用于破壞、去除受污染土壤、污泥、其他土質(zhì)物質(zhì)、廢物和殘骸，以實(shí)現(xiàn)永久破壞、去除和固定化有害和放射性污染的目的。(3)適

12、用范圍：可處理大部分重金屬和放射性元素。礫石含量大于20%會(huì)對(duì)處理效率產(chǎn)生影響。低于地下水位的污染修復(fù)需要采取措施防止地下水反灌。制度控制措施(InstitutionalContmls)(1)技術(shù)原理：制度控制措施是指地方政府或環(huán)保部門通過(guò)法律或者行政手段來(lái)限制人體和生態(tài)要素在污染場(chǎng)地中的暴露，必要時(shí)對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的土壤進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，以保證修復(fù)工程的順利完成和實(shí)現(xiàn)潛在污染暴露最小化的方法。(2)技術(shù)特點(diǎn)：制度控制措施在國(guó)外應(yīng)用較多，且大都有相關(guān)法律條文進(jìn)行規(guī)定，在執(zhí)行過(guò)程中作為強(qiáng)制性措施由政府部門進(jìn)行監(jiān)控?？紤]到我國(guó)國(guó)情，建議應(yīng)在政府或環(huán)保部門的監(jiān)督下，采用通知、頒布條例、宣傳等方法，對(duì)民眾進(jìn)行告知

13、，保護(hù)受體遠(yuǎn)離污染場(chǎng)地。同時(shí)，在場(chǎng)地土壤存在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，宜由政府或環(huán)保部門委托相關(guān)部門對(duì)污染土壤進(jìn)行監(jiān)鋼，控制風(fēng)險(xiǎn)，降低人群和生態(tài)環(huán)境在污染物中的暴露。適度采取制度控制措施，既可以保護(hù)人體健康和生態(tài)要素，又可以降低成本。(3)適用范圍：一般適用于污染物超過(guò)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過(guò)控制人類活動(dòng)降低污染物暴露風(fēng)險(xiǎn)的場(chǎng)地。修復(fù)方案目前，理論和技術(shù)上可行的修復(fù)技術(shù)主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)污染場(chǎng)地土壤修技術(shù)的選擇須結(jié)合具體環(huán)境情況以及治理技術(shù)、資金情況來(lái)考慮最終得到最佳的治理方案。篩選評(píng)估指標(biāo)體系如圖所示。環(huán)境指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)修復(fù)技術(shù)篩選評(píng)估指標(biāo)體系社會(huì)認(rèn)可情況經(jīng)濟(jì)指標(biāo)投入成本資源負(fù)擔(dān)愛時(shí)間二次污染技木成

14、熟度可操作性社會(huì)認(rèn)可度考慮到農(nóng)田鎘污染地區(qū)范圍較廣，修復(fù)過(guò)程中不宜對(duì)土壤造成二次污染，需要盡可能不破環(huán)植物生長(zhǎng)所需的土壤環(huán)境，且已發(fā)現(xiàn)能對(duì)重金屬鎘進(jìn)行富集的植物。因此選擇植物修復(fù)技術(shù)對(duì)鎘污染土壤進(jìn)行修復(fù)以達(dá)到對(duì)鎘污染農(nóng)田的修復(fù)的目的。對(duì)于還未產(chǎn)生的污染，政府加強(qiáng)對(duì)相關(guān)排污企業(yè)的監(jiān)管，讓企業(yè)嚴(yán)格按照排污標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排污，高污染低效率企業(yè)應(yīng)及時(shí)整改或淘汰，加大環(huán)保宣傳提高公民的環(huán)保意識(shí)。針對(duì)農(nóng)田污灌地區(qū)土壤重金屬鎘污染，可以利用超富集植物伴礦景天進(jìn)行修復(fù)。研究表明修復(fù)植物伴礦景天莖葉中Cd的含量均值達(dá)到8.80m”kg,約為玉米莖葉的58倍，芹菜莖葉的135倍；土壤一植物系統(tǒng)中Cd的遷移量由高到低的順

15、序?yàn)椋喊榈V景天玉米芹菜。具有多年生、生物量大、生長(zhǎng)速率快等優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行重金屬修復(fù)的良好資源。因此選擇伴礦景天進(jìn)行農(nóng)田修復(fù)。先根據(jù)具體情況對(duì)農(nóng)田進(jìn)行一定的處理，確保伴礦景天能夠較好的生長(zhǎng)。伴礦景天采取10株/m3的方式進(jìn)行桿插并結(jié)合天氣情況給伴礦景天澆水，1年間4次收獲的伴礦景天。污染土壤修復(fù)效果評(píng)定：敏感植物、動(dòng)物監(jiān)測(cè)法以及土壤微生物法、生物標(biāo)記法都可作為土壤污染修復(fù)效果的指標(biāo)。根據(jù)以這幾種方法結(jié)合實(shí)際情況選擇一種或多種方法對(duì)修復(fù)后的農(nóng)田進(jìn)行評(píng)價(jià)。植物毒性評(píng)定法利用植物的生長(zhǎng)狀況監(jiān)測(cè)土壤污染，是從植物生態(tài)學(xué)角度評(píng)定污染土壤修復(fù)效果的重要方法。植物毒性評(píng)定法包括植物受害狀況評(píng)定法、植物體內(nèi)污染物

16、含量評(píng)定法、藻類毒性評(píng)定法3種“習(xí)。植物受害狀況評(píng)定主要是通過(guò)肉眼觀察植物體受污染影響后發(fā)生的形態(tài)變化；植物體內(nèi)污染物含量評(píng)定主要是通過(guò)分析修復(fù)后土壤中生長(zhǎng)的植物體內(nèi)污染物的含量來(lái)判斷污染土壤的修復(fù)效果；藻類毒性評(píng)定主要是利用藻類作為水生生態(tài)系統(tǒng)污染診斷的指示生物，通過(guò)適當(dāng)改進(jìn)用于評(píng)定污染土壤的修復(fù)效果。陸生無(wú)脊椎動(dòng)物評(píng)定法以不同陸生無(wú)脊椎動(dòng)物毒理試驗(yàn)評(píng)價(jià)土壤修復(fù)狀況，是將對(duì)土壤污染具有敏感指示作用的物種作為指示動(dòng)物，將它們暴露于土壤污染物中，以適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)系統(tǒng)準(zhǔn)確地、精確地記錄污染土壤對(duì)棲息動(dòng)物危害與風(fēng)險(xiǎn)，從而達(dá)到對(duì)土壤修復(fù)狀況（污染或清潔）的指示作用。用陸生無(wú)脊椎動(dòng)物對(duì)修復(fù)后的土壤進(jìn)行評(píng)定，

17、不僅是使用存活率的測(cè)定，也包括生長(zhǎng)、繁殖、動(dòng)物群落構(gòu)成等重要參數(shù)的分析。土壤微生物評(píng)定法土壤中微生物種類繁多、數(shù)量龐大，微生物在土壤功能及重要土壤過(guò)程中直接或間接地起重要作用，包括對(duì)動(dòng)植物殘?bào)w的分解、養(yǎng)分的貯藏轉(zhuǎn)化、水分入滲、氣體交換、土壤結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定、有機(jī)物的合成及異源生物的降解等。當(dāng)土壤污染后，污染物可對(duì)土壤微生物產(chǎn)生不同影響。因此，微生物學(xué)參數(shù)可作為評(píng)定污染土壤修復(fù)效果的指標(biāo)。生物標(biāo)記評(píng)定法生物標(biāo)記物可以通過(guò)體液、組織或整體生物體來(lái)表征對(duì)一種或多種化學(xué)污染物的暴露或其效應(yīng)的生化、細(xì)胞、生理、行為或能量上的變化，是衡量環(huán)境污染物暴露及效應(yīng)的生物反應(yīng)。它能同時(shí)指示母體污染物與代謝產(chǎn)物的暴