土壤重金屬污染和處理.

1、土壤重金屬污染和治理土壤重金屬污染和治理應(yīng)用化學(xué)14-3徐鳳 土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。隨著工業(yè)、城市污染的加劇和農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)的施用，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，幾乎威脅著每個(gè)國家。土壤重金屬污染是指比重大于5的金屬或其化合物在土壤環(huán)境中所造成的污染。目前，全世界平均每年排放Hg約15萬噸，Cu 340萬噸，Pb 500萬噸，Mn 1500萬噸，Ni100萬噸。我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000萬hm2,約占總耕地面積的1/5。 1 1、土壤重金屬污染來源、土壤重金屬污染來源 土壤中重金屬的濃度受自然成土條件和人為活動(dòng)的雙重影響。通常條

2、件下，自然土壤中重金屬的濃度較低，但近數(shù)十年來 ，人為活動(dòng)大大加劇了土壤中重金屬的積累。污染的土壤污染的土壤農(nóng)用物資的農(nóng)用物資的不合理使用不合理使用固體廢棄物固體廢棄物污水灌溉污水灌溉 圖圖1 土壤中重金屬污染來源土壤中重金屬污染來源大氣自然沉降及降水大氣自然沉降及降水土壤中重金屬主要來源于以下幾個(gè)方面：土壤中重金屬主要來源于以下幾個(gè)方面： 2 2 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù) 由于土壤重金屬污染具有以上特點(diǎn)，且可經(jīng)由水環(huán)境直接毒害植物體，并可最終通過食物鏈危害人類健康。因此，其治理和恢復(fù)的難度大，但又顯得極為迫切。土壤重金屬污染特點(diǎn)表聚性長期性不可逆性 隱蔽性 目前，綜合國內(nèi)

3、外各種研究，修復(fù)措施主要有四種：目前，綜合國內(nèi)外各種研究，修復(fù)措施主要有四種：工程措施物理化學(xué)修復(fù)生物修復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)2.1 2.1 工程措施工程措施 主要包括客土、換土和深耕翻土等措施。深耕翻土用于輕度污染的土壤，而客土和換土則是用于重污染區(qū)的常見方法。工程措施是比較經(jīng)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(diǎn)，但實(shí)施工程量大、投資費(fèi)用高，破壞土體結(jié)構(gòu)，引起土壤肥力下降，并且還要對(duì)換出的污土進(jìn)行堆放或處理。2.2 2.2 物理化學(xué)修復(fù)物理化學(xué)修復(fù)A A 電動(dòng)修復(fù)電動(dòng)修復(fù) 污染土壤通電流金屬離子等向電極運(yùn)輸集中收集處理達(dá)到治污目的 電動(dòng)修復(fù)是一種原位修復(fù)技術(shù)，不攪動(dòng)土層，并可以縮短修復(fù)

4、時(shí)間，是一種經(jīng)濟(jì)可行的修復(fù)技術(shù)。B B 電熱修復(fù)電熱修復(fù) 污染土壤高頻電壓產(chǎn)生電磁波熱能對(duì)土壤加熱污染物從土中解吸揮發(fā)性重金屬分離達(dá)到修復(fù)目的熔化土壤冷卻后形成玻璃態(tài)物質(zhì)C C 土壤淋洗土壤淋洗 污染土壤淋洗液淋洗土壤固相中重金屬土壤液相中將液相回收處理達(dá)到修復(fù)目的D D 化學(xué)修復(fù)化學(xué)修復(fù) 污染土壤加入改良劑降低重金屬生物有效性達(dá)到修復(fù)目的2.3 2.3 生物修復(fù)生物修復(fù) 生物修復(fù)是利用生物技術(shù)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。主要包含植物修復(fù)技術(shù)與微生物修復(fù)技術(shù)兩種方法。2.3.1 2.3.1 植物修復(fù)技術(shù)植物修復(fù)技術(shù)(phytoremediatio

5、n)(phytoremediation) 是以植物忍耐和超積累某種或某些污染物的理論為基礎(chǔ)，利用自然生長或遺傳工程培育的植物，清除環(huán)境中污染物的環(huán)境污染治理技術(shù)。包括植物提取、植物揮發(fā)、植物穩(wěn)定三種方式 。 植物提取植物提取(phytoextraction) 即利用重金屬超積累植物超積累植物(hyperaccumulators)(hyperaccumulators)從土壤中吸取金屬污染物，隨后收割地上部并進(jìn)行集中處理，連續(xù)種植該植物，達(dá)到降低或去除土壤重金屬污染的目的。 植物揮發(fā)植物揮發(fā)(phytovolatilization) 其機(jī)理是利用植物根系吸收金屬，將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)揮發(fā)到大氣中，以

6、降低土壤污染。目前研究較多的是HgHg和SeSe。植物穩(wěn)定植物穩(wěn)定(phytostabilization) 利用一些植物來促進(jìn)重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榈投拘孕螒B(tài)的過程。在這一過程中，土壤的重金屬含量并不減少，只是形態(tài)發(fā)生變化。 圖圖1 1 重金屬重金屬zn/cdzn/cd超積累植物十字花科的天藍(lán)超積累植物十字花科的天藍(lán)遏藍(lán)菜遏藍(lán)菜（thlaspi caerulescens）。圖圖2 銅草銅草 （海洲香薷海洲香薷） 微生物在修復(fù)被重金屬污染的土壤方面具有獨(dú)特的作用。其主要作用原理是：微生物可以降低土壤中重金屬的毒性；微生物可以吸附積累重金屬；微生物可以改變根際微環(huán)境，從而提高植物對(duì)重金屬的吸收，揮發(fā)或固定效

7、率。2.3.2 2.3.2 微生物修復(fù)技術(shù)微生物修復(fù)技術(shù)(bioremediation)2.4 2.4 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù) 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)主要包括兩個(gè)方面：農(nóng)藝修復(fù)措施生態(tài)修復(fù)。3 3 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究展望土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究展望 采用工程、物理化學(xué)方法修復(fù)重金屬污染土壤，具有一定的局限性，難以大規(guī)模處理污染土壤，并且成本高，破壞土壤本身結(jié)構(gòu)，易造成二次污染，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)大。 農(nóng)業(yè)生態(tài)措施又存在周期長，效果不顯著的特點(diǎn)。 植物修復(fù)在重金屬污染治理中具有不可替代的優(yōu)勢，并以其治理過程的原位性、治理成本的低廉性、管理與操作的簡易性及環(huán)境美學(xué)的兼容性而日益受到人們的重視，并成為污染

8、土壤修復(fù)研究的熱點(diǎn)之一。因此，具有廣闊的應(yīng)用前景。以下幾個(gè)方面將成為該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。3.1 3.1 超累積植物篩選與培育超累積植物篩選與培育 超累積植物是在重金屬脅迫條件下的一種適應(yīng)性突變體，往往生長緩慢，生物量低，氣候環(huán)境適應(yīng)性差，具有很強(qiáng)的富集專一。因此，篩選、培育吸收能力強(qiáng)，同時(shí)能吸收多種重金屬元素，且生物量大的植物是生物修復(fù)的一項(xiàng)重要任務(wù)。針對(duì)某一具體重金屬的超積累植物一般要求其地上部分重金屬含量大于一個(gè)臨界值（表1）。元素CdNiPbCuZnMn臨界值1001000100010001000010000表表1 超積累植物重金屬含量臨界值超積累植物重金屬含量臨界值 mg/kgmg/kg

9、-1-1 3.2 3.2 轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因植物(Transgenic plants)(Transgenic plants) 目前已發(fā)現(xiàn)的超積累植物大多存在根系淺、生物量小、生長緩慢等缺點(diǎn)，使得其修復(fù)周期較長。這使植物修復(fù)的工程應(yīng)用受到限制，而經(jīng)基因改造的植物則可提高其應(yīng)用性 。3.3 3.3 其他強(qiáng)化措施其他強(qiáng)化措施 添加螯合劑(如EDTA)，可以顯著提高土壤中的金屬活性及植物的吸收、轉(zhuǎn)移能力。但是，施用螯合劑在增加土壤中重金屬生物有效性的同時(shí)，也增加了重金屬離子的移動(dòng)性，從而有可能對(duì)地下水的重金屬污染帶來更大的危險(xiǎn)性。 另外，可以通過向土壤中添加土壤酸化劑、營養(yǎng)物、甚至微生物等途徑來增強(qiáng)植物修復(fù)作用，其機(jī)理可以是增強(qiáng)土壤中重金屬的生物有效性，或者是增加超積累植物的生長量。3.4 3.4 生物修復(fù)綜合技術(shù)的研究生物修復(fù)綜合技術(shù)的研究