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【關(guān)鍵詞】化工行業(yè);水體及土壤污染;重金屬污染
隨著化學(xué)工業(yè)的飛速發(fā)展,人們對金屬礦產(chǎn)品的需求也呈現(xiàn)日益增長的趨勢。小到餐廳廚房的炊具以及珠寶首飾,大到核工業(yè)的核能物質(zhì)。而由金屬污染引發(fā)的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重,其對生態(tài)系統(tǒng)中水體及土壤的破壞基本上難以修復(fù),并且人為的改造和維護(hù)也很難進(jìn)行。尤其是前段時間的“牛奶河”事件再一次為我們敲響了環(huán)境保護(hù)的警鐘以及讓我們清楚地看到化工行業(yè)引起的水體及土壤重金屬污染的現(xiàn)狀和不爭的事實。
一、重金屬污染的種類及來源
所謂重金屬污染,是指由重金屬及其化合物引起的環(huán)境污染。尤其是由化工行業(yè)引起的水體及土壤重金屬污染具有永久性以及明顯的累積效應(yīng)。如下圖為重金屬在水體及土壤中的遷移轉(zhuǎn)化機理[1]。
1.1 水重金屬污染
重金屬在水體中積累到一定的限度就會對水體-水生植物-水生動物系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害,并可能通過食物鏈直接或間接地影響到人類的自身健康[2]。對水質(zhì)產(chǎn)生污染的重金屬主要有Cd、Pb、As、Hg、Cr和Co等。其中以Hg的毒性最大,Cd次之。此外,As由于其毒性可將其歸為重金屬污染。
1.2 土壤重金屬污染
土壤重金屬污染是指由于人類活動將重金屬帶入到土壤中,致使土壤中重金屬含量明顯高于背景含量、并可能造成現(xiàn)存的或潛在的土壤質(zhì)量退化、生態(tài)與環(huán)境惡化的現(xiàn)象[1]。污染土壤的重金屬包括生物毒性顯著的元素如Cd、Pb、Hg、Cr、As,以及有一定毒性的元素如Cu、Zn、Ni。
1.3 重金屬污染的來源
重金屬的污染主要來源化學(xué)工業(yè)污染,污染源主要有冶煉、化工、電鍍、電子、制革等行業(yè)排放的“三廢”等以及民用固體廢棄物不合理填埋堆放和大量化肥、農(nóng)藥的施用,使得各種重金屬污染物以單質(zhì)或離子形態(tài)進(jìn)入水體、土壤以及人體[2]。
二、重金屬污染的防治措施
2.1水體重金屬污染的防治對策
2.1.1 控制水體重金屬污染源
控制重金屬污染源,預(yù)防水體的污染。一方面要加強水資源的管理力度;另一方面要嚴(yán)格控制各種污水的排放源頭以及監(jiān)督、管理和控制有關(guān)工業(yè)部門和改革其生產(chǎn)工藝[3]。
2.1.2 水體重金屬污染的工程治理
目前常用的治理水體重金屬污染的工程工程措施主要有三類,即物理處理法、化學(xué)處理法及生物處理法[3]。
2.1.2.1 物理和化學(xué)方法
物理和化學(xué)方法屬于傳統(tǒng)處理重金屬污染水體的的措施,包括沉淀法、螯合樹脂法、高分子捕集劑法、天然沸石吸附法、膜技術(shù)、活性炭吸附工藝以及離子交換法等[4]。物理和化學(xué)方法具有凈化效率高、周期較短等優(yōu)點;但存在選擇性小、流程長、操作麻煩以及處理費用高等缺點。
2.1.2.2 生物處理法
生物處理法相對常規(guī)水處理法有投資小、成本低以及工藝簡單等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。國外,Groudeva等[5](2001) 對用生物修復(fù)水體的重金屬污染作了最新的綜述??傊?,水體有害重金屬的生物修復(fù)技術(shù)有著廣泛、低廉的原材料及很好的前景。
2.2 土壤重金屬污染的防治對策
土壤受重金屬污染后,蓄積在土壤中的有害重金屬能遷移到水、空氣和植物中難以消除[6]。因此,土壤受重金屬污染應(yīng)以“預(yù)防為主”。
2.2.1 綜合防護(hù)措施
控制和消除土壤的重金屬污染源,同時采取消除土壤中的重金屬污染物或控制重金屬污染物遷移轉(zhuǎn)化的措施,使其不能進(jìn)入食物鏈[6]。
2.2.2 生物防治
土壤污染物質(zhì)可通過生物降解或植物吸收而凈化土壤。如羊齒鐵角蕨植物對土壤中Cd的吸收率可達(dá)10%,多年可使土壤Cd含量降低50% [7]。
2.2.3 施加抑制劑
土壤施加某種抑制劑,可改變重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化,減少作物吸收,如使用石灰可增加土壤PH,使Cu、Zn、Hg、Cd等金屬或氫氧化物沉淀。研究表明,施用石灰后稻米含Cd量可降低30%[6]。
三、結(jié)論
隨著水體及土壤重金屬污染的日益嚴(yán)重化以及重金屬污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后造成難以修復(fù)的危害,其正越來越為人們所了解和重視。目前重金屬污染的治理方法以物理化學(xué)方法為主,生物修復(fù)技術(shù)作為經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保的治理技術(shù)在治理和防治重金屬污染方面將發(fā)揮更大作用。新型高效的水體及土壤重金屬污染防治措施有待優(yōu)化及創(chuàng)新。
【參考文獻(xiàn)】
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關(guān)鍵詞:土壤重金屬; 污染特點; 治理策略
1 引言
在環(huán)保領(lǐng)域?qū)χ亟饘傥廴镜亩x是能夠使生物遭受顯著毒性的金屬,這些物質(zhì)包括汞元素、鉛元素、鋅元素、鈷元素、鎳元素、鋇元素等,有時候也包括鋰元素與鋁元素等等。一項來自研究機構(gòu)的調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,近年來全球汞排放量達(dá)每年1.5萬噸,鉛排放量達(dá)每年500萬噸,這些元素進(jìn)入農(nóng)田和城市,為所經(jīng)地區(qū)的土壤帶來嚴(yán)重的重金屬污染,這些污染一方面能夠影響地下水和農(nóng)作物的品質(zhì),另一方面也通過食物鏈對當(dāng)?shù)鼐用癞a(chǎn)生不容忽視的影響。當(dāng)前,如何進(jìn)行土壤重金屬污染的分析、評估、預(yù)防和治理,是一個世界性的問題,本文首先從土壤重金屬的主要來源和土壤重金屬污染的危害兩個方面分析了重金屬污染的現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步闡述了土壤重金屬污染的空間差異以及污染整體的形態(tài)特征,最后深入論述了土壤重金屬污染的預(yù)防以及修復(fù)策略。本文的成果對于環(huán)境保護(hù)和土地利用均有著比較好的理論價值和實踐意義。
2 土壤重金屬污染現(xiàn)狀分析
2.1重金屬來源分析
(1)交通運輸
我國正在進(jìn)行著大規(guī)模的城鎮(zhèn)化建設(shè),各類交通工具的數(shù)量近年來一直呈現(xiàn)出大幅攀升的態(tài)勢,因此其排放的廢氣也逐年增加,導(dǎo)致土壤里重金屬元素逐步累積,形成污染。以汽車為例,污染源包括尾氣排放、汽油燃燒、輪胎磨損等,會逐漸排放出鉛、汞、銅、鋅等重金屬元素,一方面對大氣質(zhì)量造成破壞,另一方面也導(dǎo)致土壤重金屬超標(biāo)。
(2)工業(yè)和礦產(chǎn)業(yè)
工業(yè)生產(chǎn)會排放出重金屬元素,以煙塵或者廢氣廢水的形式進(jìn)入大氣與土壤,而大氣中的重金屬則會逐漸沉降入土。工業(yè)生產(chǎn)中的廢渣是更加主要的重金屬污染來源,比如金屬冶煉企業(yè)、電解鋁企業(yè)、電鍍企業(yè)等,在其日常生產(chǎn)排放的廢渣中含有大量的重金屬元素,如果在不經(jīng)處理的情況下隨意露天堆放,或者直接傾倒進(jìn)土壤中,會為土壤帶來極大的污染。
(3)燃煤釋放
煤的燃燒會向大氣中排放大量的污染物質(zhì),并逐漸沉降入土壤中。我國的燃煤企業(yè),包括火力發(fā)電廠和鋼鐵企業(yè)等,會排放大量的汞金屬,其中約三分之一的汞元素最終進(jìn)入土壤。一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市,汞元素的排放有其嚴(yán)重,這些污染能夠為城市的環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)帶來致命的影響。
(4)居民垃圾
居民如果將大量垃圾不加分類地堆放在戶外,由于垃圾中存在不少未經(jīng)處理的廢棄物,例如電池等,將會使其中的重金屬逐步滲透和擴散至周圍的環(huán)境中,逐步導(dǎo)致土壤的重金屬污染。
3 土壤重金屬的污染治理策略
土壤重金屬的污染的治理,可以從預(yù)防和修復(fù)兩方面進(jìn)行著手。
3.1重金屬污染預(yù)防策略
控制污染,應(yīng)從源頭做起。因此在農(nóng)村地區(qū),應(yīng)注重灌溉用水的質(zhì)量,謹(jǐn)慎使用污水灌溉。在農(nóng)田使用殺蟲劑和肥料時也應(yīng)合理用量,并且堅決杜絕汞含量超標(biāo)的農(nóng)藥,也應(yīng)禁止使用含鎘化肥等對環(huán)境帶來危害的農(nóng)藥和殺蟲劑。對于城市地區(qū)的工業(yè)企業(yè),則應(yīng)嚴(yán)格控制對三廢的排放。而居民區(qū)則應(yīng)對廢棄垃圾進(jìn)行再回收利用或者分類處理。對于日益增多的交通工具,則應(yīng)改善燃油質(zhì)量、并積極鼓勵以新型環(huán)保燃料代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油,從而減少廢棄物的排放。
此外還應(yīng)以完善的法規(guī)控制重金屬排放。土壤污染已經(jīng)被國際相關(guān)領(lǐng)域視為化學(xué)炸彈,是一個極其嚴(yán)峻而棘手的問題。只有通過立法的方式才能使污染的防范和治理進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展的軌道。而我國的環(huán)保法治進(jìn)程目前尚需加速。舉例來講,當(dāng)前有不少養(yǎng)殖戶所購買的飼料里往往含有銅、鉛等重金屬,而禽類和畜類一旦食用并排出體外,便會對土壤形成污染,而我國當(dāng)前并未將重金屬列在畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)里,形成管理的漏洞。因此,亟需制定切合我國實際的法律法規(guī)進(jìn)行重金屬污染的防范。
3.2重金屬污染治理策略
隨著國際上對于土壤重金屬污染的重視以及研究成果的和應(yīng)用,在重金屬污染治理方面有許多值得借鑒的策略,下面分別進(jìn)行簡述:
3.2.1 基于物理法的重金屬污染治理
物理法治理又可以進(jìn)一步分為以下幾種方法:
一是熱解吸法,這種方法以加熱來把一些具有較強會發(fā)特性的重金屬進(jìn)行解吸和收集,再妥善處理或者合理利用。以汞元素為例,美國已經(jīng)形成了比較成熟的基于熱解析法的汞元素回收,并在現(xiàn)場治理中取得了較好的效果,使用此項處理方法的地域已經(jīng)在汞含量方面達(dá)標(biāo)。
二是電化法,這種方法以電解原理進(jìn)行污染土壤的處理。在受到污染的土壤里設(shè)置石磨電極,并以1~5毫安的電流進(jìn)行激勵,從而在陰極收集到金屬陽離子,并進(jìn)行處理或者再利用。這種方法對于鉛元素和二甲苯等物質(zhì)的處理效果比較好。
三是洗土法,這種方法通過試劑與土壤里所含有的重金屬物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),并最終生成可溶于水的金屬離子,通過對提取液進(jìn)行處理,得到重金屬,再進(jìn)行處理或者回收利用。這種方法非常適合于對銅金屬、鎳金屬、鉛金屬和鉑金屬的回收處理。
四是玻璃化法,這種方法以電極對受到污染的土壤進(jìn)行加熱,從而使之進(jìn)入熔化狀態(tài),在其最后冷卻時,便會變成玻璃狀態(tài)。這種方法尚在實驗中,其成本較高,目前尚未得到的面積推廣。
3.2.2基于化學(xué)法的重金屬污染治理
這種方法在受到污染的土壤中按比例注入一定的化學(xué)試劑,從而改良土壤本身的性質(zhì),達(dá)到減輕重金屬活性的作用,可以降低作物對土壤里重金屬的富集效應(yīng)?;瘜W(xué)法治理主要指的是土壤添加物法,把一定充分的有機物料或者改良劑加入受污染的土壤之中,能夠通過化學(xué)作用而使重金屬離子沉淀,再對其進(jìn)行收集,從而減輕污染;還可以通過化學(xué)試劑中的酸性物質(zhì)與重金屬元素反應(yīng),生成難溶于水的物質(zhì),從而使土壤污染得到減輕。這種方法適用于鎳離子、鋅離子等重金屬物質(zhì)的治理。
3.2.3基于生態(tài)工程的重金屬污染治理
這種方法可以是在已經(jīng)被重金屬污染的土壤之上加厚一層正常土壤,或者把受到重金屬污染的土壤全部挖除,也可以通過灌溉的方式,逐漸使受污染土壤中的重金屬物質(zhì)漸漸遷移到地層深處等,也能對土壤污染起到一定的作用。
3.2.4基于生物的重金屬污染治理
這種方法可以通過植物或者微生物等來修復(fù)土壤質(zhì)量。某些植物的根系可以吸收被污染土壤中的重金屬,例如蜈蚣草被證實可以有效降低土壤中砷的含量;微生物則可以通過細(xì)胞轉(zhuǎn)化作用使被污染土壤中的重金屬沉淀或者氧化,從而使其對土壤的影響顯著降低。
4 結(jié)束語
在世界各地,尤其是經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)均存在著較為嚴(yán)重的土壤重金屬污染,重金屬的來源是多方面的,當(dāng)前,學(xué)界和環(huán)保組織對重金屬的污染一般聚焦于污染程度的定性描述和分析。事實上怎樣才能實現(xiàn)對重金屬污染源進(jìn)行量化分析,同樣對治理逐漸嚴(yán)重的土壤污染有著不容忽視的作用,因此量化分析將是重金屬污染研究的發(fā)展方向。當(dāng)前,我國尚未構(gòu)建完善的城市和農(nóng)村地區(qū)土壤重金屬污染的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),因此并不能及時準(zhǔn)確地檢測土壤重金屬污染狀況,也難以為土壤重金屬污染的治理提供必要的依據(jù)。只有制定出嚴(yán)格而適用的土壤重金屬評價標(biāo)準(zhǔn),才能有利于土壤的保護(hù),從而推動經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展?!?/p>
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:礦區(qū);重金屬污染;修復(fù);土壤
中圖分類號:F124.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1673-291X(2013)18-0286-02
引言
中國是世界上重要的重金屬礦區(qū)之一,分布著大量的優(yōu)質(zhì)重金屬礦,豐富的重金屬資源為中國國民經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展提供了資源保障。然而,長期以來在重金屬礦區(qū)開采的過程中,由于開采技術(shù)、資金缺乏及管理方面等原因,對礦區(qū)周圍的土壤與環(huán)境造成了嚴(yán)重影響,從而引發(fā)了大量的生態(tài)環(huán)境問題。
礦業(yè)廢棄地一般都含有大量的重金屬,這些廢棄地以尾礦和廢棄的低品位礦石的重金屬含量最高。重金屬通過地表生物地球化學(xué)作用釋放和遷移到土壤及河流中,而這些受重金屬污染的水又通過灌溉方式進(jìn)入農(nóng)田,并通過食物鏈進(jìn)入人體,從而對礦區(qū)附近居民的健康和生存環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅 [1]。通常情況下,有色金屬礦區(qū)附近的土壤中,鉛、銅、鋅含量分別為正常土壤中含量的 10~40倍、5~200倍、5~10 倍 [2]。
一、礦區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀
鉛鋅礦區(qū)重金屬污染現(xiàn)狀越來越嚴(yán)重,已經(jīng)損害了人民的群眾健康。如在20世紀(jì)60年代,日本曾發(fā)生的第二公害病―骨痛病,便是由于食用被鎘廢水污染了土壤生產(chǎn)的“鎘米”所致。王新等對遼寧省鐵嶺柴河Pb―Zn礦區(qū)的土壤一巖石界面的重金屬行為特性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明該礦區(qū)土壤Cd、Pb、Zn元素含量分別是當(dāng)?shù)乇尘昂康?1倍、4.5倍、3倍,大大超過了當(dāng)?shù)乇尘昂克剑籆d作為制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用地的限制性元素,超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5.8倍;礦區(qū)附近玉米中Pb、Cd含量分別是國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)16~21倍、5.7~9.7倍[3]。湖南省由于有色金屬礦山開采引起的Pb、Cd、Hg、As等重金屬污染,受污染面積達(dá)2.8萬km2,占全省總面積的13%。部分地區(qū)土壤中Pb、Cd、Hg、As高出正常值數(shù)倍至數(shù)百倍,從而出現(xiàn)了地方病。王瑩以上虞某廢棄鉛鋅尾礦山為研究對象,研究了土壤中重金屬含量及污染狀況,結(jié)果表明:尾礦山周邊各采樣點土壤 As、Zn、Pb 和 Cu 平均含量為 328 mg.kg-1、1 760 mg.kg-1、2 708 mg.kg-1和 287 mg.kg-1,均超過土壤環(huán)境背景值,各元素含量變異強度為:As>Pb>Cu>Zn[4]。
二、礦區(qū)土壤重金屬修復(fù)技術(shù)
重金屬是農(nóng)業(yè)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品的一個重要污染物質(zhì)。對土壤重金屬污染的修復(fù)技術(shù)常用的有物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)。物理修復(fù)主要包括客土、換土和深耕翻土等措施。通過客土、換土和深耕翻土與污土混合,可以降低土壤中重金屬的含量,減少重金屬對土壤―植物系統(tǒng)產(chǎn)生的毒害?;瘜W(xué)修復(fù)就是向土壤投入改良劑,通過對重金屬的吸附、氧化還原、沉淀作用,以降低重金屬的生物有效性。但由于重金屬元素在環(huán)境中具有相對穩(wěn)定性和難降解性,至今仍未找到可供大面積應(yīng)用的重金屬污染治理方法。
近年來出現(xiàn)的植物修復(fù),具有投資和維護(hù)成本低、操作簡便、不造成二次污染、具有潛在或顯在經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點,并且其更適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的要求,因此越來越受到高度重視。植物修復(fù)是一種經(jīng)濟(jì)、有效且非破壞性的修復(fù)技術(shù),主要利用自然生長或遺傳培育植物對土壤中的污染物進(jìn)行固定和吸收。通常包括:植物提取,即植物對重金屬的吸收。目前已發(fā)現(xiàn)有400 多種植物能夠超積累各種重金屬,一些超積累植物能同時積累多種重金屬,如羊蕨屬植物和具有富重金屬性的莧科植物對土壤中重金屬的吸收率達(dá)到 100%。蔣先軍等的研究發(fā)現(xiàn),印度芥菜對Cu、Zn、Pb 等中等污染土壤具有良好的修復(fù)效果[5]。有證據(jù)表明,柳樹和白楊能從土壤中去除一定量的重金屬,凈化低污染的土壤;植物揮發(fā),即通過植物使土壤中的某些重金屬(如Hg2+)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)(HgO)而揮發(fā)出來;根際過濾,即利用植物根系過濾積淀水體中的重金屬;植物穩(wěn)定,即利用植物根際的一些特殊物質(zhì)使土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為相對無害的物質(zhì)。有研究發(fā)現(xiàn),樹木可以存活并生長于含有較高濃度的多種重金屬污染的土壤上。經(jīng)監(jiān)測,樺樹和柳樹的一些樹種可以耐受鉛和鋅[6]。
結(jié)論與展望
礦區(qū)土壤的重金屬污染是礦區(qū)所面臨的重大生態(tài)環(huán)境問題,具有自己獨有的特征,在治理的過程中應(yīng)因地制宜地選擇恰當(dāng)?shù)闹卫矸绞健?/p>
物理、化學(xué)等方法對于礦山土壤的修復(fù)存在耗能、耗錢、對土壤結(jié)構(gòu)損害較大等缺點,從保護(hù)生態(tài)環(huán)境出發(fā),這些方法均對礦山生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)作用不明顯,而植物修復(fù)成本較低,可以穩(wěn)定土壤、控制污染、改善景觀、減輕污染對人類的健康威脅,所以在修復(fù)礦山土壤重金屬污染的過程中,越來越多的國家選擇使用植物修復(fù)技術(shù)。近年來,中國金屬礦業(yè)迅速發(fā)展,所造成的重金屬污染日益加劇,植物修復(fù)技術(shù)的研究更具有廣闊的市場,并逐步走向商業(yè)化,同時中國有廣袤的國土、豐富的資源、復(fù)雜多樣的地理條件,蘊藏著大量超富集植物,為中國開展有關(guān)植物修復(fù)技術(shù)的研究提供了良好的基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞:重金屬;土壤污染;土壤修復(fù)
中圖分類號: X131.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
據(jù)農(nóng)業(yè)部數(shù)據(jù)顯示,在全國140萬公頃污水灌區(qū)中,有64.8%的灌區(qū)受重金屬污染,其中,輕度污染46.7%,中度9.7%,嚴(yán)重8.4%。重金屬污染土壤,污染物滯留時間長、移動性差、不能被降解,并可經(jīng)水、植物等最終影響人類,治理和恢復(fù)難度相當(dāng)大。
一、該地區(qū)污染狀況及成因
1、概況
該地區(qū)位于某大型冶煉廠的西部,距廠區(qū)最近500米,存在引工業(yè)廢水灌溉現(xiàn)象。該地區(qū)土地多為拋荒地。
2、樣品采集與測定
1.2.1樣品采集
采樣人員由環(huán)科所、環(huán)保局、冶煉廠和當(dāng)?shù)厝罕姶淼冉M成,遵照環(huán)境樣品采集技術(shù)規(guī)范,按面積隨機設(shè)采樣點。
(1)土壤樣品:每個采樣點采集表層0-20cm土壤樣,部分樣點采集亞表層(20-40cm)土壤。
(2)水樣樣品:采集土壤同時,采集田間及井水、河溝水等。
(3)稻米樣品:水稻成熟時采集1個本區(qū)稻米樣品。
1.2.2監(jiān)測項目及測定方法
(1)測定項目
必測項目: Pb、 Zn、Cu、 Cd、As、PH
選擇項目:Ni、 Cr、氟化物、 Hg
(2)測定方法
采用國標(biāo)法和美國環(huán)保局推薦分析方法。
3、土壤環(huán)境質(zhì)量狀況
1.3.1調(diào)查區(qū)土壤監(jiān)測結(jié)果
調(diào)查區(qū)土壤樣品測定結(jié)果見表1-1
表1-1調(diào)查區(qū)農(nóng)田表層土壤監(jiān)測結(jié)果
對照國家《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》,該地區(qū)土壤銅元素超標(biāo)100%,鎘元素超標(biāo)87.5%,一個樣品的砷超標(biāo)。
4、土壤污染成因
1.4.1用污水灌溉。經(jīng)污水灌溉進(jìn)入土壤的重金屬以不同方式被土壤截留固定。冶煉廠廢水雖有處理,但曾有過超標(biāo)排放,不符合農(nóng)灌標(biāo)準(zhǔn),用該工業(yè)廢水灌溉是土壤重金屬污染的主因;
1.4.2氣中重金屬來自運輸、能源、冶金和建材生產(chǎn)而造成的粉塵和氣體。除汞外,重金屬大多是以氣溶膠形態(tài)進(jìn)入大氣,經(jīng)降水和自然沉降進(jìn)入土壤。結(jié)合實際,冶煉廠廢氣重金屬沉降污染不容忽視。
二、土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)
1、工程措施
工程措施主要有換土、客土及深耕翻土等,通過與污土的相混合,降低土壤所含有的重金屬,減輕重金屬對植物-土壤系統(tǒng)的毒害,進(jìn)而讓農(nóng)產(chǎn)品符合國家食衛(wèi)標(biāo)準(zhǔn)。換土和客土用于重污染區(qū),深耕翻土則在輕污染土壤應(yīng)用。工程措施具有穩(wěn)定、徹底等優(yōu)點,但其投資高、工程量大,破壞土體結(jié)構(gòu),造成土壤肥力下降。此外,還需要對所換污土做處理。
2、物理修復(fù)技術(shù)
2.2.1 電動修復(fù)
在電場作用下,經(jīng)電滲透、電遷移或者電泳,把土壤污物帶到電極兩端,通過收集系統(tǒng)將重金屬元素收集起來集中處理。此技術(shù)能夠有效地去掉重金屬,并步入商業(yè)化發(fā)展。因為電流可以打破所有金屬-土壤鍵,其對于鉛、鎘、砷、銅等極為有效。影響電動修復(fù)的關(guān)鍵是土壤PH值,可控制PH值改善修復(fù)。
2.2.2 電熱修復(fù)
通過高頻電壓產(chǎn)生的電磁波對土壤加熱,從土壤顆粒中把污物吸出來,促進(jìn)易揮發(fā)重金屬從土壤分離。該技術(shù)用來修復(fù)被Se和Hg等污染的土地。此外,將重金屬污染土壤放到高溫高壓下,出現(xiàn)玻璃態(tài)物質(zhì),從根本上消除污染。
2.2.3 土壤淋洗
用淋沅液淋洗土壤,讓吸附在土壤上的重金屬形成溶解性的金屬試劑絡(luò)合物或離子,再收集淋洗液回收重金屬,并循環(huán)。選擇提取劑是此法的關(guān)鍵,提取劑能選水、化學(xué)劑或其他液體,甚至氣體。此法適于輕質(zhì)土壤,有較好的修復(fù)重金屬污染土壤的效果,但投資巨大,限制商業(yè)了化淋洗液。此外,其也容易造成地下水的污染、土壤變性、土壤養(yǎng)分流失等。今后此種方法的重點是開發(fā)易被生物降解、對環(huán)境污染小、專一性生物表面活性劑。
3、化學(xué)修復(fù)
向土壤中加化學(xué)試劑、有機質(zhì)、固化劑、天然礦物等改變土壤PH值等,經(jīng)氧化還原、沉淀、吸附等降低重金屬生物有效性。此種方法關(guān)鍵是改良劑的選擇,常用沸石、石灰、磷酸鹽、碳酸鈣等,對重金屬作用機理不同改良劑不同。碳酸鈣或石灰主要是用來提高土壤 pH值,促進(jìn)Hg、Zn、Cd、Cu等元素形成碳酸鹽結(jié)合態(tài)鹽類或氫氧化物沉淀。如果土壤pH>6.5,則Hg就可成碳酸鹽或氫氧化物沉淀。向土壤投放硅酸鹽鋼渣,對 Cd、Ni、Zn等有吸附沉淀作用。水田Cd為磷酸鎘沉淀,磷酸汞溶解度也小。沸石通過離子交換降低重金屬有效性。有機物讓重金屬形成硫化物而沉淀,而有機物腐殖酸可與重金屬離子形成螯合或絡(luò)合物。
化學(xué)修復(fù)簡單易行,其在土壤原位進(jìn)行,但非永久措施,因為其只單純改變土壤中重金屬形態(tài),金屬仍在土壤中,易再度活化。
4、生物修復(fù)
2.4.1 植物修復(fù)技術(shù)
(1)植物提取
通過重金屬超積累植物從土壤中吸收污物,轉(zhuǎn)至地上部分再收割集中處理,讓土壤中重金屬降到可接受水平。一般來說,植物提取是最有效的方式,但是其在技術(shù)上也是最難實施的修復(fù)技術(shù)?,F(xiàn)在已經(jīng)有了提取不同金屬植物種類和改進(jìn)植物提取性能的方法,并得到了逐步的商業(yè)推廣。
(2)植物揮發(fā)
經(jīng)植物根系分泌特殊物或微生物,讓土壤某些重金屬轉(zhuǎn)變成揮發(fā)形態(tài),有的植物將污物吸到體轉(zhuǎn)為氣態(tài)釋放到大氣中。植物揮發(fā)技術(shù)無須處理污物植物,既經(jīng)濟(jì)有效又潛力巨大,但將污物轉(zhuǎn)到大氣中,則會對人類和生物有不小風(fēng)險。
(3)植物穩(wěn)定
利用超累積植物或耐重金屬植物降低重金屬活性,減少被淋洗到地下水或經(jīng)空氣進(jìn)一步擴散污染的可能。通過金屬根部積累、沉淀或根表吸收固化土壤重金屬。如植物根系分泌物可改變土壤根際環(huán)境,改變多價態(tài)Hg、Cr、As價態(tài)和形態(tài)。此外,植物根毛也能直接從土壤交換吸附重金屬增加根表固定。
2.4.2 微生物修復(fù)技術(shù)
利用微生物對金屬的沉淀、氧化、吸收、還原功效,降低土壤中金屬毒性。某些微生物嗜重金屬,用其凈化重金屬污染土壤有獨特功效。在長時間受鎳脅迫的土壤中,有微生物產(chǎn)生抗性機制來降低鎳毒害,并經(jīng)吸收、沉淀、絡(luò)合等來減少重金屬遷移和生物毒性。同時,微生物細(xì)胞內(nèi)金屬硫蛋白對Zn、 Cd 、Hg、 Cu等有強烈親和性,有富集和抑制重金屬毒。但是,微生物修復(fù)土壤能力有限,只可以適用在小范圍。
5、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)
主要有兩方面:一是農(nóng)藝修復(fù),有調(diào)整作物品種、改變耕作制度、種植非食物鏈植物、使用可降低土壤重金屬的化肥、增施固重金屬有機肥等;二是生態(tài)修復(fù)。調(diào)節(jié)如土壤養(yǎng)分、水分、pH值及氧化還原狀況和外界的氣溫、濕度等,調(diào)控污染物所處環(huán)境介質(zhì)。
6、組合修復(fù)技術(shù)
修復(fù)重金屬污染土壤可謂是系統(tǒng)性工程,修復(fù)技術(shù)多,各有一定效果,但也有局限性;單一技術(shù)效率不高,預(yù)期目標(biāo)實現(xiàn)困難。所以,需要應(yīng)用2種以上技術(shù)加以綜合才能達(dá)到預(yù)期效果。
三、結(jié)論
土壤作為我們生存的主要條件,是生態(tài)環(huán)境的重要組成。我國亟需解決重金屬土壤污染問題。本文監(jiān)測分析項目區(qū)土壤重金屬污染的基礎(chǔ)上,評述土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù),旨在推動重金屬污染土壤有效修復(fù)與綜合治理。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:國內(nèi) 土壤 重金屬污染 治理措施
中圖分類號:X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)05(b)-0114-01
我國土壤重金屬污染日益嚴(yán)重,開展土壤重金屬污染防治措施是必要的,以此來保證生態(tài)環(huán)境和食品安全。在1983年我國對土壤環(huán)境容量做了初步研究,并提出了相關(guān)理論,如土壤重金屬的生態(tài)效應(yīng)等。我國目前圍繞重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的基本原理提出了土壤重金屬污染治理措施,如工程措施、物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和農(nóng)業(yè)治理措施。
1 工程措施
工程措施是土壤重金屬污染治理措施中的經(jīng)典,工程措施主要就是指客土、換土和深耕翻土這些治理措施。針對土壤重污染區(qū)一般會采用客土和換土的方式,而對于土壤輕污染區(qū)一般則選擇深耕翻土這種方式。工程措施具有獨特的優(yōu)勢,如徹底性和穩(wěn)定性。但是在實際治理過程中,工程措施工程量大,需要巨大資金投入,并且土體結(jié)構(gòu)也會因這種措施而遭到破壞,進(jìn)而導(dǎo)致土壤肥力越來越低。除此之外,采用工程措施換出的污土,還需要再次處理,工序較為復(fù)雜。
2 物理修復(fù)
物理修復(fù)是土壤重金屬污染治理措施中最早的一個治理方法,其比較適用于污染面積小的土壤。物理修復(fù)是一種治本的治理措施,但是如果發(fā)生二次污染,那么這種措施很容易破壞土壤結(jié)構(gòu),導(dǎo)致土壤肥力降低。物理修復(fù)主要包括改土法、熱解析法、玻璃化技術(shù)、電動修復(fù)。(1)改土法。這種方法所包含的方法與工程措施相類似,即客土法、換土法和深耕翻土法。這種方法在20世紀(jì)90年代之前應(yīng)用較為普遍,其徹底性和穩(wěn)定性占據(jù)優(yōu)勢。但是隨之新興技術(shù)的開發(fā),這種方法逐漸被取代。(2)熱解析法。這種方式適用于一般容易揮發(fā)的重金屬污染區(qū),通過加熱的方式,將這些重金屬污染物從土壤中揮發(fā)出來,這種方法對治理由于汞而引起的污染非常奏效,并且可以將汞進(jìn)行回收。但是這種方式很容易破壞土壤中的有機物質(zhì)和結(jié)構(gòu)水,并且如果沒有將汞及時徹底回收,很容易造成大氣二次污染。因此,這種方法應(yīng)用較少。(3)玻璃化技術(shù)。采用這種方法之前需要在被污染的土壤里面埋下導(dǎo)電材料,通過電極使土壤融化,冷卻后形成玻璃態(tài)物質(zhì)。這種方法應(yīng)用較為復(fù)雜,而且成本較高。但是,玻璃化技術(shù)非常適用于放射性廢物的治理。(4)電動修復(fù)。電動修復(fù)就是指在污染土壤中通電流,金屬離子等向電極運輸,經(jīng)工程化的收集系統(tǒng)集中收集處理。電動修復(fù)不需要攪動土層,是一種經(jīng)濟(jì)可行的方式。該技術(shù)最先是由美國所提出,目前在我國也應(yīng)用較為廣泛,其已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化階段。
3 化學(xué)修復(fù)
化學(xué)修復(fù)就是向污染的土壤中加入一般化學(xué)物質(zhì),如改良劑等,改變理化性質(zhì),使土壤發(fā)生化學(xué)反應(yīng),降低重金屬的生物有效性?;瘜W(xué)修復(fù)成本較低,但是其很容易“反復(fù)發(fā)作”?;瘜W(xué)修復(fù)主要包括化學(xué)固化法和化學(xué)淋洗法。
(1)化學(xué)固化法?;瘜W(xué)固化法就是在污染土壤中加入化學(xué)試劑,讓其與土壤中的重金屬發(fā)生反應(yīng),降低土壤中重金屬生物的有效性。目前,我國在土壤重金屬污染治理中已經(jīng)應(yīng)用過多種金屬氧化物、生物材料、有機質(zhì)高分子聚合材料,通過這些物質(zhì),改變土壤介質(zhì)的酸度。
(2)化學(xué)淋洗法?;瘜W(xué)淋洗法就是在污染土壤中加入淋洗液進(jìn)行淋洗,將土壤固相中的重金屬轉(zhuǎn)化到土壤液相中,最后將液相回收處理。我國通常運用的淋洗液有無機酸、表面活性劑、EDTA等。這種方式對于污染較輕的土壤比較適用,雖然對于重度污染的土壤也能發(fā)揮較好的作用,但是需要較大的成本。加之,淋洗液如果沒有使用得當(dāng),很容易造成地下水污染、土壤變性。
4 生物修復(fù)
生物修復(fù)是指在一定條件下,利用微生物、植物的代謝來治理污染物。利用修復(fù)可以削弱土壤重金屬污染物的毒性。與上述治理措施相比,生物修復(fù)在達(dá)到治理目的的同時,降低成本,不會產(chǎn)生二次污染。生物修復(fù)包括植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)以及生態(tài)修復(fù)技術(shù)。
(1)植物修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)就是以植物忍耐和超積累某種重金屬的理論為基礎(chǔ),利用自然生長的植物,對土壤重金屬污染進(jìn)行清除。植物修復(fù)主要包括植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定。1)植物提取利用重金屬積累植物將污染土壤中的重金屬吸取出來,將其轉(zhuǎn)移到地上,進(jìn)行集中處理,達(dá)到治理污染土壤的目的。目前常用的植物有油菜、薺菜等,主要除去由鉛、鎘等重金屬造成的土壤污染。1999年在我國發(fā)現(xiàn)了世界上第一種砷的超富集植物――蜈蚣草。從1999年至今有很多專家對蜈蚣草清除土壤重金屬的污染進(jìn)行研究,如謝景千、雷梅、陳同斌、李曉燕、顧明華、劉曉海在《蜈蚣草對污染土壤中As、Pb、Zn、Cu的原位去除效果》一文中驗證了蜈蚣草對土壤污染具有很大的修復(fù)潛力。2)植物揮發(fā)主要是利用植物的根系,通過根系吸收重金屬,并將其轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)的氣態(tài)物質(zhì),從而達(dá)到治理土壤污染的目的。植物揮發(fā)主要是對Hg、Se等重金屬的清除。目前常用的植物主要有卷心菜、胡蘿卜、水稻、海藻等。3)植物穩(wěn)定利用一些植物促進(jìn)重金屬的轉(zhuǎn)變,將其轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘缘偷男螒B(tài)。植物穩(wěn)定不會改變土壤的重金屬含量,只是改變其形態(tài)。這種方式適用于土壤有機質(zhì)含量高的污染土壤防治。
(2)微生物修復(fù)技術(shù)。微生物修復(fù)技術(shù)主要是通過降低土壤中重金屬的毒性、提高植物對重金屬的吸收以及吸附積累重金屬的方式來實現(xiàn)清除污染的功能。如利用變形桿菌將汞離子轉(zhuǎn)變?yōu)楣?,最后將會有四分之三的汞元素?fù)]發(fā)掉,進(jìn)而達(dá)到降低汞的毒性。
(3)生態(tài)修復(fù)技術(shù)。生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要是通過蚯蚓-植物-微生物對重金屬污染的土壤進(jìn)行治理。蚯蚓是一種能提高土壤自凈能力的一種動物,目前我國很多學(xué)者對蚯蚓防治土壤重金屬污染方面做出很多研究,如馮鳳玲、成杰民、王德霞在《蚯蚓在植物修復(fù)重金屬污染土壤中的應(yīng)用前景》一文中對通過蚯蚓、植物、微生物構(gòu)建的生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)的應(yīng)用,闡述了生態(tài)修復(fù)技術(shù)在防治土壤重金屬污染中的可行性和發(fā)展方向。
5 農(nóng)業(yè)治理措施
農(nóng)業(yè)治理就是通過改變農(nóng)業(yè)管理制度來減輕土壤中重金屬的污染,如控制土壤水分、選擇化肥、選擇農(nóng)作物的方式,成本低,周期長。
6 結(jié)語
綜上所述,土壤重金屬污染防治采用工程措施、物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù),具有一定的局限性,并且成本較高,容易造成二次污染;采用農(nóng)業(yè)治理措施雖然成本低,但是周期長;而采用生物修復(fù)不僅效果好,而且成本低,不容易發(fā)生二次污染,其具有不可替代的優(yōu)勢。由此可見,生物修復(fù)勢必成為我國土壤重金屬污染治理的主要措施,也是相關(guān)領(lǐng)域?qū)<医窈笱芯康闹攸c。
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[關(guān)鍵詞]土壤修復(fù) 重金屬污染 生態(tài)效應(yīng)
中圖分類號:R124 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)44-0103-02
前言
土壤環(huán)境中的重金屬主要來源于礦業(yè)活動的排放,其他來源還包括污灌和污泥濫用、農(nóng)藥和化肥的不合理施用、農(nóng)用薄膜和化石類燃料的不完全燃燒等。國務(wù)院于2011年2月18日正式批復(fù)《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》因此,重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的重要課題之一。本文重點介紹國內(nèi)外有關(guān)重金屬污染土壤的修復(fù)技木研究進(jìn)展。
1.重金屬污染土壤的特點
1.1 具有隱蔽性和滯后性。土壤重金屬污染不像大氣污染、水污染及廢棄物污染那樣直觀。
1.2 具有累積性。重金屬污染物質(zhì)在土壤中不易遷移,容易在土壤中不斷積累而超標(biāo)。
1.3 具有不可逆轉(zhuǎn)性。在土壤中,許多有機化學(xué)物質(zhì)的污染也需要較長的時間才能降解,某些重金屬污染的土壤可能要100―200年時間才能夠恢復(fù)。由于土壤地球物理化學(xué)的自然形成過程極其緩慢,一般每百年以0.5-2.0cm厚度的速率進(jìn)行,這就意味著土壤資源一旦遭到污染或人為干擾后將很難在短時期內(nèi)得以恢復(fù)。
1.4 具有難治理性。土壤重金屬污染一旦發(fā)生,僅僅依靠切斷污染源的方法往往很難恢復(fù),有時要靠換土、淋洗土壤等方法才能解決問題,通常成本較高,治理周期較長。
2.重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)
2.1 生物修復(fù)
生物修復(fù)是指利用特定的生物吸收、轉(zhuǎn)化、清除或降解環(huán)境污染物,實現(xiàn)環(huán)境凈化、生態(tài)效應(yīng)恢復(fù)的生物措施。生物修復(fù)包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)、動物修復(fù)等。
(1)植物修復(fù)
植物萃取技術(shù)是目前研究及應(yīng)用最多的植物修復(fù)技術(shù)。近年來,陳同斌等通過田間試驗發(fā)現(xiàn)蜈蚣草具有富集As、Pb的能力。同時還具有較強的耐As,pb,Zn,Cu毒性能力,是一種修復(fù)多種重金屬污染土壤(As,Pb污染為主)的優(yōu)良品種。扶雜草植物中篩選出3種Cd超富集植物:龍葵、球果薄菜、三葉鬼針草。3種植物在土壤中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25―50mg/kg時。地上部中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)均能達(dá)到l00mg/kg,并且在污染區(qū)試驗中也取得了較好效果。
(2)微生物修復(fù)
微生物對重金屬的生物吸附與富集作用是指土壤微生物可通過帶電荷的細(xì)胞表面吸附重金屬離子。2007年,王瑞興等選取到一種土壤菌,利用其在底物誘導(dǎo)下產(chǎn)生的酶化作用,分解產(chǎn)生CO32-礦化固結(jié)土壤中的有效態(tài)重金屬(以Cd2+的處理為代表),使其沉積為穩(wěn)定態(tài)的碳酸鹽;對被復(fù)合重金屬(Cd,Cu,Pb,Zn等)污染的土壤樣進(jìn)行微生物修復(fù)的實驗中,有效態(tài)重金屬去除率達(dá)50%~70%。杜立棟等從Pb礦區(qū)土壤中分離篩選出一株青霉菌,對人工培養(yǎng)基中有效Pb的最大去除率達(dá)96.54%。而且富集效果比較穩(wěn)定,可應(yīng)用于Pb礦區(qū)土壤生物修復(fù)。
(3)動物修復(fù)技術(shù)
動物修復(fù)在國外有較長的研究史,國內(nèi)研究則處于摸索階段。它包括將生長在污染土壤上的植物體、果實等飼喂動物,通過研究動物的生化變異來研究土壤污染狀況,或者直接將土壤動物,如虹蝴、線蟲飼養(yǎng)在污染土壤中進(jìn)行有關(guān)研究。同時,在重金屬污染的土壤中放養(yǎng)蚯蚓,待其富集重金屬后,采用電激、清水等方法驅(qū)出蚯蚓,集中處理,對重金屬污染土壤也是一種經(jīng)濟(jì)有效的土壤生態(tài)恢復(fù)措施。
2.2 物理修復(fù)
(1)置換法
置換法主要分為客土法、換土法,可以降低土壤中重金屬的含量,減少重金屬對土壤一植物系統(tǒng)產(chǎn)生的毒害,從而使農(nóng)產(chǎn)品達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)??屯练ê蛽Q土法則是用于重污染區(qū)的常見方法,在這方面日本取得了成功的經(jīng)驗。
(2)玻璃化技術(shù)
玻璃化技術(shù)是指把重金屬污染區(qū)土壤置于高溫高壓下,使之形成玻璃態(tài)物質(zhì),將重金屬固定其中,從而達(dá)到從根本上消除土壤重金屬污染的目的。該技術(shù)方法工程量大,費用偏高,其最大的特點是見效快,適用于對受到重金屬污染嚴(yán)重的土壤進(jìn)行搶救性修復(fù)工作。
2.3 化學(xué)修復(fù)
化學(xué)鈍化多用于原位土壤修復(fù),是修復(fù)重金屬污染土壤的重要途徑之一,通過施人一些鈍化劑以降低土壤中重金屬有效態(tài)含量,從而減少遷移及對農(nóng)作物的毒害。
(1)化學(xué)鈍化技術(shù)
A.無機改良劑的應(yīng)用
近年來,石灰石、天然沸石、赤泥、骨粉、鈣鎂磷肥等作為改電劑修復(fù)重金屬污染土壤的研究逐步成熟。其中石灰作為重金屬污染土壤化學(xué)固定的常用物質(zhì),其對重金屬的固定主要通過提高土壤pH值,使重金屬生成氧化物或以碳酸鹽的形態(tài)沉淀起作用,明顯降低土壤重金屬的有效態(tài)含量;天然沸石作為一種優(yōu)良的鉛污染土壤修復(fù)材料,通過調(diào)節(jié)土壤pH值和陽離子交換量抑制重金屬鉛的生物活性;赤泥可通過提高土壤pH影響重金屬的賦存形態(tài),降低重金屬的有效性;骨粉可有效降低酸性重金屬污染土壤的酸度,提高pH,增強土壤的吸剛性能,促使+壤重金屬有效態(tài)含量和生物可給性降低;鈣鎂磷肥是酸性土壤中常用的修復(fù)材料,可降低土壤交換態(tài)鎘含量,使其向緩效態(tài)轉(zhuǎn)化。
B.有機改良劑的應(yīng)用
對于礦區(qū)酸性重金屬污染土壤具有養(yǎng)分流失嚴(yán)重和有機質(zhì)缺失的特點,合理施用有機肥可提高土壤養(yǎng)分,增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),改善土壤理化性質(zhì)。有機物料有助予恢復(fù)土壤微生態(tài)環(huán)堍系統(tǒng),降低土壤中有毒重金屬的生物可給性,從而減少對作物的毒害。常見的有機固化物包括禽畜糞便、無害化后的作物秸稈、豆科綠肥和污泥等。
C.螯合技術(shù)
螯合劑對土壤中重金屬的活化作用主要是通過螯合劑與土壤溶液中的重金屬離子結(jié)合,降低土壤液相中的金屬離子濃度,促進(jìn)重金屬在植物地上部的積累:并且對重金屬Pb、cu、zn、cd、Ni等有很強的活化能力。
3.技術(shù)路線概述
3.1 土壤污染特征調(diào)查
通過開展土壤重金屬污染調(diào)查與評價,掌握修復(fù)區(qū)詳細(xì)的污染狀況,為下階段土壤修復(fù)提供依據(jù),土壤特征調(diào)查可分現(xiàn)有資料收集和修復(fù)區(qū)污染狀況前期調(diào)查兩個步驟進(jìn)行。
3.2 修復(fù)區(qū)污染狀況調(diào)查主要內(nèi)容
(1)樣點布設(shè)。根據(jù)前期收集的資料,由于前期采樣調(diào)查取樣點較少,針對這種狀況,根據(jù)綜合污染型土壤監(jiān)測單元布點要求,采取網(wǎng)格布點的方法,對土壤污染進(jìn)行全面的評價。
(2)現(xiàn)場勘查校正。通過現(xiàn)有資料確定的調(diào)查區(qū)域內(nèi)理論監(jiān)測點位,還要通過必要的現(xiàn)場勘查,最終對理論布點數(shù)目和位置進(jìn)行檢驗和優(yōu)化?,F(xiàn)場環(huán)境條件不具備采樣條件需要調(diào)整點位的,現(xiàn)場點位調(diào)整后要對地圖網(wǎng)格所布點進(jìn)行調(diào)整,最終形成調(diào)查區(qū)域內(nèi)實際需要實施監(jiān)測的點位集。
(3)采樣檢測。采樣采表層樣及深層樣,網(wǎng)格布點樣品采樣深度為20 cm,深層取樣分五層取樣:0~20 cm;20~40 cm;40~60 cm,土壤樣品采集1 kg左右,裝入樣品袋,如潮濕樣品可內(nèi)襯塑料袋(供無機化合物測定)。采樣的同時,由專人填寫樣品標(biāo)簽、采樣記錄;標(biāo)簽一式兩份,一份放入袋中,一份系在袋口,標(biāo)簽上標(biāo)注采樣時間、地點、樣品編號、監(jiān)測項目、采樣深度和經(jīng)緯度。采樣結(jié)束,需將底土和表土按原層回填到采樣坑中,方可離開現(xiàn)場,并在采樣示意圖上標(biāo)出采樣地點,避免下次在相同處采集剖面樣。
(4)污染評價。土壤重金屬評價采用內(nèi)梅羅指數(shù)法。根據(jù)國家環(huán)??偩诸C布的《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166-2004)規(guī)定,土壤環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)常采用國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)域土壤背景值或部門(專業(yè))土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
(5)繪制修復(fù)場地污染物分布圖。根據(jù)樣品測試結(jié)果,結(jié)合我國的《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)》和《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)―毒性物質(zhì)含量鑒別(GB5085.6-2007)》,對典型污染場地的污染現(xiàn)狀、污染程度及范圍以及污染遷移轉(zhuǎn)化的趨勢及規(guī)律等進(jìn)行剖析,根據(jù)潛在重點污染區(qū)域的檢測結(jié)果,得到重金屬濃度在不同位置變異,進(jìn)一步確定修復(fù)區(qū)污染特征,明確污染濃度及范圍。
(6)修復(fù)方案設(shè)計。根據(jù)修復(fù)區(qū)修復(fù)的土地利用功能,確定了藥劑比例及土壤調(diào)理劑的配比及過程的控制條件。得到后期大規(guī)模修復(fù)所需要的運行參數(shù),進(jìn)而做出具體的詳細(xì)的修復(fù)方案。具體修復(fù)方案如下:
A、修復(fù)區(qū)不同污染程度劃分方案:確定修復(fù)區(qū)域位置,可根據(jù)污染情況將修復(fù)區(qū)根據(jù)污染程度,劃定高、中、低濃度區(qū),根據(jù)污染程度的不同,做不同的設(shè)計。
B、土壤污染治理實施方案:確定藥劑配方、加藥比、選擇最合適的原位穩(wěn)定劑施加方式和控制條件。
C、修復(fù)后農(nóng)作物恢復(fù)種植方案:為了探究穩(wěn)定化修復(fù)對農(nóng)產(chǎn)品安全的保護(hù)情況,預(yù)計選擇2種當(dāng)?shù)爻R娮魑镌谛迯?fù)區(qū)種植。
D、修復(fù)驗收方案:目前穩(wěn)定化修復(fù)還沒有成熟的驗收體系,本項目選用土壤浸出為驗收方法,但最終標(biāo)準(zhǔn)需根據(jù)場地調(diào)查情況及小試情況做調(diào)整。
4.結(jié)論
通過對國內(nèi)外重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究的綜述,可以看出重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)將越來越受到人們的關(guān)注,進(jìn)一步探索和研究其在重金屬去除方面的應(yīng)用,具有十分重要的意義。結(jié)合當(dāng)前的研究發(fā)現(xiàn)重金屬污染土壤的修復(fù)還可以從以下幾個方面努力:
4.1做好修復(fù)試點,逐步解決土壤重金屬污染問題。開展重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)示范,在重金屬污染防治的重點區(qū)域進(jìn)行污染評估,因地制宣地采用生物、物理、化學(xué)等措施開展重金屬污染土壤治理。
4.2以生態(tài)文明為指導(dǎo),探求實現(xiàn)重金屬污染土壤修復(fù)治理與景觀美化、生態(tài)建設(shè)與經(jīng)濟(jì)效益有機結(jié)合的治理模式。
4.3注重重金屬污染防治管理、制度、措施及方法創(chuàng)新,逐步建立企業(yè)環(huán)境信息披露制度和重金屬污染物產(chǎn)生、排放詳細(xì)檔案。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:重金屬 土壤 修復(fù)技術(shù)
中圖分類號: C35 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
近年來,我國由于重金屬污染導(dǎo)致頻發(fā),污染事件造成的影響極其惡劣,嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐纳鐣€(wěn)定。當(dāng)前,在我國重金屬污染場地修復(fù)過程中急需解決的問題是在眾多的修復(fù)技術(shù)中如何選擇和評價對重金屬污染場地實用有效的修復(fù)技術(shù),修復(fù)效果檢驗等。本論文論述了我國典型重金屬(Hg、Cd、Pb、Cr、As)污染的來源以及國內(nèi)外對重金屬污染場地的主要修復(fù)技術(shù)。
1典型重金屬來源與遷移
金屬礦山開發(fā)的采、選、冶都會向環(huán)境中排放重金屬。原生硫化物礦床在開采利用過程中,廢棄的硫化礦物經(jīng)過長期的自然氧化、雨水淋濾導(dǎo)致重金屬大量進(jìn)入礦區(qū)。固體廢物的風(fēng)化可以導(dǎo)致重金屬的淋濾釋放,特別是Pb-Zn礦、Hg-Tl礦在開采利用過程中,尾礦廢石中的Pb、Zn、As、Tl以及伴生元素如Cd、Cr、Cu在地表水的沖洗和雨水的淋濾下進(jìn)入土壤并累積起來。土壤中鐵錳礦物對重金屬有強烈的固定作用,這使重金屬在土壤中含量明顯高于河流沉積物,土壤明顯顯示常量元素與重金屬元素的地球化學(xué)分帶。
1. 1 汞的遷移轉(zhuǎn)化
汞是一種對動植物及人體無生物學(xué)作用的有毒元素。土壤中汞的重要特點是能以零價(單質(zhì)汞)形式存在,還有無機化合態(tài)汞和有機化合態(tài)汞。除甲基汞、HgCl2、Hg(NO3)2外,大多數(shù)為難溶化合物。甲基汞和乙基汞的毒性在含汞化合物中最強。土壤中汞的遷移轉(zhuǎn)化比較復(fù)雜,包括汞的氧化--還原,膠體對汞的吸附作用、配位體對汞的配合--螯合作用、汞的甲基化作用等。
1. 2 鎘的遷移轉(zhuǎn)化
鎘的污染主要來源于鉛、鋅、銅的礦山和冶煉廠的廢水、塵埃和廢渣,電鍍、電池、顏料、塑料穩(wěn)定劑和涂料工業(yè)的廢水、農(nóng)業(yè)上施用磷肥等。
由于土壤的強吸附作用,使鎘累積于土壤表層。在降水的影響下,土壤表層部分可溶態(tài)鎘隨水流動,發(fā)生水平遷移,進(jìn)入界面土壤、附近的河流或湖泊,造成次生污染。土壤中水溶性鎘和非水溶鎘,在一定的條件下可相互轉(zhuǎn)化,其主要影響因素為土壤的酸堿度、氧化--還原條件和碳酸鹽的含量。
1. 3 鉛的遷移轉(zhuǎn)化
土壤中鉛的污染主要來自大氣污染中的鉛沉降和鉛應(yīng)用工業(yè)的“三廢”排放。土壤中鉛污染主要是通過空氣、水等介質(zhì)形成的二次污染。鉛在土壤中主要以二價態(tài)的無機化合物形式存在,極少數(shù)為四價態(tài)。多以 Pb(OH)2、PbCO3或Pb3(PO4)2等難溶態(tài)形式存在。因此,大大降低了鉛的移動性和被作物吸收的作用。在酸性土壤中可溶性鉛含量一般較高,因為酸性土壤中的H+可將鉛從不溶的鉛化合物中溶解出來。
1. 4 鉻的遷移轉(zhuǎn)化
土壤中鉻的污染主要來源于鐵、鉻、電鍍、金屬酸洗、皮革鞣制、耐火材料、鉻酸鹽和三氧化鉻工業(yè)的“三廢”排放及燃煤、污水灌溉或污泥施用等。土壤中鉻通常以四種化合形態(tài)存在,兩種三價鉻離子Cr3+和 CrO2-,兩種六價鉻陰離子 Cr2O72-和 CrO42-。其中 Cr(OH)3的溶解性較小,是鉻最穩(wěn)定的存在形式,而水溶性六價鉻的含量一般較低,但六價鉻的毒性遠(yuǎn)大于三價鉻的毒性。土壤中的有機質(zhì)如腐殖質(zhì)具有很強的還原能力,能很快地把六價鉻還原為三價鉻,一般當(dāng)土壤有機質(zhì)含量大于2%時,六價鉻幾乎全被還原為三價鉻。
1.5 砷的遷移轉(zhuǎn)化
土壤中砷的污染主要來自化工、冶金、煉焦、火力發(fā)電、造紙、玻璃、皮革及電子等工業(yè)排放的“三廢”、冶金與化學(xué)工業(yè)、含砷農(nóng)藥的使用。砷主要以正三價和正五價存在于土壤環(huán)境中,存在形式可分為水溶性砷,吸附態(tài)砷和難溶性砷。當(dāng)土壤中含硫量較高且在還原性條件下,可以形成穩(wěn)定的難溶性As2S3。土壤中砷主要以非水溶性形式存在,因而土壤中的砷,特別是排污進(jìn)入土壤的砷,主要累積于土壤表層。
2國內(nèi)外重金屬土壤污染的主要修復(fù)技術(shù)及應(yīng)用
重金屬污染土壤修復(fù)指利用物理、化學(xué)和生物的方法轉(zhuǎn)移、吸收、降解和轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬,使其濃度或毒性風(fēng)險降低到可接受的水平,滿足相應(yīng)土地利用類型的要求。美國EPA于1986年頒發(fā)規(guī)章,要求通過運用BDTA(Best Demonstrated Available Technology)使危險廢物處理達(dá)到確立的標(biāo)準(zhǔn)。在美國的超級基金制度中,修復(fù)技術(shù)篩選的國家目標(biāo)是:篩選出能持續(xù)保護(hù)人體健康與環(huán)境的修復(fù)技術(shù),使待處理的廢物最少化。
2.1 阻隔
阻隔是將污染土壤限制在一定的區(qū)域類,控制污染物的水平遷移和垂直遷移,以及經(jīng)空氣和地表徑流等擴散污染環(huán)境,切斷與受體的暴露途徑。該技術(shù)分為危險廢物填埋場、一般固廢填埋場、表面封蓋(capping)和垂直阻隔等。表面封蓋建立一個防滲層和排水系統(tǒng),防止地表水滲濾到污染土壤中,從而阻止污染物釋放到周圍的地表水或地下水中;同時也可以控制氣體和氣味的擴散,在防滲覆蓋層綠化可以美化環(huán)境。表面覆蓋技術(shù)被廣泛應(yīng)用在礦山土壤污染修復(fù),具有還原自然、有效和費用低的特點。表面覆蓋分為土壤覆蓋、混凝土覆蓋、天然防滲材料覆蓋和人工防滲材料覆蓋等。
2.2 固化/穩(wěn)定化
固化/穩(wěn)定化技術(shù)(S/S,Solidification/Stabilization)是將污染土壤與能聚結(jié)成固體的黏結(jié)劑混合,將污染物捕獲或固定在固體結(jié)構(gòu)中的技術(shù)。固化/穩(wěn)定化技術(shù)是國際上處理有毒有害廢物的主要方法之一。固化技術(shù)中污染土壤與黏結(jié)劑可以不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),只是機械地將污染物包裹在結(jié)構(gòu)完整的固化體中,隔離污染土壤與外界環(huán)境的聯(lián)系,達(dá)到控制污染物遷移的目的。美國超級基金場地修復(fù)使用的S/S技術(shù)大部分是異位修復(fù)技術(shù)。對于重金屬污染場地一般使用無機膠合劑和添加劑,對于特殊污染物(如:放射性污染物)一般使用有機膠合劑,僅有6%的有機污染使用S/S技術(shù)。
2.3 植物修復(fù)
植物修復(fù)是指利用重金屬超富集植物凈化土壤中污染物的技術(shù)。通過植物對污染物的吸收并積累在地上組織,達(dá)到對土壤的治理。也可添加螯合劑增進(jìn)植物對重金屬吸收。我國在過去十多年里,重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)由于其較低的成本和對環(huán)境友好引起了眾多的關(guān)注,適合污染面積大、污染程度低和污染在植物根層范圍的土壤。然而,重金屬超富集植物具有生長緩慢、生物量低、生長環(huán)境特殊、去除重金屬周期長和富集重金屬單一等特征,難滿足經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的需求,并且常常受到當(dāng)?shù)貧夂驐l件以及可用植物物種的限制。
2.4 電動修復(fù)
電動修復(fù)是一種新興的技術(shù),目前處于實驗室和小規(guī)模試驗研究階段,已有部分工程規(guī)模的示范。電動修復(fù)技術(shù)根據(jù)離子的電動力學(xué)和電滲析原理,在酸性條件下,在污染土壤兩端加上低壓直流電場,利用電場的遷移力(主要是電滲和電遷移作用)將重金屬污染物移到一端電極室(一般為陰極室),使土壤與重金屬污染物分離。電動修復(fù)技術(shù)適用于去除土壤中水溶態(tài)和可交換態(tài)重金屬,對于滲透性好的土壤或表面帶負(fù)電荷的粘質(zhì)土壤,處理效果好。但是電動修復(fù)技術(shù)必須在酸性條件下進(jìn)行,往往需要加入提高土壤酸性的溶劑,當(dāng)土壤的緩沖容量很高時,則很難調(diào)近到土壤的酸性條件。
關(guān)鍵詞:土壤 重金屬 污染指數(shù) 評價
中圖分類號:X753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2014)11(c)-0101-01
隨著工業(yè)化和城市化的飛速發(fā)展,城市土壤環(huán)境污染日益嚴(yán)重,城市土壤環(huán)境問題越來越受到重視,城市工業(yè)區(qū)的土壤重金屬污染較為嚴(yán)重[1-3]。重金屬污染具有污染面積大、無法降解、易于遷移的性質(zhì)。硅礦冶煉廠在煉硅過程中產(chǎn)生大量帶有微量重金屬元素的粉塵,導(dǎo)致周圍土壤受到不同程度的重金屬元素的污染。該研究對黎平工業(yè)區(qū)某硅廠周邊土壤重金屬污染特征進(jìn)行調(diào)查分析,旨在為當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)土壤重金屬污染治理及環(huán)境質(zhì)量安全評價提供參考。
1 材料和方法
1.1 樣品采集
黎平縣工業(yè)區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)向為西向,以此為依據(jù)共設(shè)計了4個采樣方位,分別為垂直于主導(dǎo)風(fēng)向的北向(N)和南向(S),下風(fēng)向的東向(E)以及上風(fēng)向的西向(W)。以硅廠邊緣為起始點,由近及遠(yuǎn)分別采集100~300 m范圍內(nèi)的土壤樣品。用小鏟取表層(0~20cm)土壤5~10個分樣組成混合樣,現(xiàn)場充分混合后采用四分法棄去多余土壤,最后保留1 kg左右的土壤樣品,裝入備好的塑料袋,帶回實驗室。將取好的土樣平鋪在潔凈牛皮紙上,撿出石塊、枯枝等雜物后,讓其自然風(fēng)干,進(jìn)一步用瓷缽磨碎研細(xì)并過100目的尼龍篩,裝瓶并貼上標(biāo)簽,供分析測定用。
1.2 實驗方法
1.2.1 樣品前處理
稱取0.2~0.3 g(精確到0.0002 g)過100目篩的土壤樣品于150 mL三角瓶中,加數(shù)滴水濕潤,加王水10 mL,在電熱板上加熱微沸至有機物劇烈反應(yīng)后,再加高氯酸2 mL,提高溫度強火加熱至冒白煙,土壤呈灰白色或淡黃色。冷卻,加適量去離子水,小火加熱除去高氯酸,再用1%硝酸溫?zé)崛芙猓芙恹}類后,仍然用1%硝酸定容至100 mL容量瓶,搖勻,立即轉(zhuǎn)移至聚乙烯瓶中貯存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.2 樣品測定
根據(jù)土壤樣品中重金屬含量確定過濾液是否稀釋及稀釋倍數(shù),采用原子吸收分光光度計分別測定樣品中鋅、銅、鉛、鎘、鉻的含量。具體方法采用國標(biāo)GB/T 17140-1997和GB/T 17138-1997方法進(jìn)行測定[4]。
2 結(jié)果與討論
2.1 土樣重金屬含量測定
通過對土壤樣品采用原子吸收分光光度計進(jìn)行測定土壤重金屬含量。采用我國《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-1995)二級標(biāo)準(zhǔn)作為評價依據(jù),對各項污染物的含量限值進(jìn)行污染評價[4]。質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)中國綠色食品發(fā)展中心《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價綱要(試行)》(1994年)的規(guī)定,土壤污染水平等級可劃分為5個污染等級[4]。
2.2 評價結(jié)果與分析
通過測定土壤數(shù)據(jù),并采用單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法兩種方法[5],對調(diào)查區(qū)土壤重金屬的污染狀況進(jìn)行了評價。由表1的單項污染指數(shù)可以看出,該硅廠周圍500 m受到不同程度的Cu污染,其中E100 m污染最重;在100~300 m范圍的土壤已經(jīng)開始受到Zn的不同程度污染;在100~300 m范圍,除了W300 m外均受到Pb的不同程度污染;在100~300 m范圍,各土壤樣本Cd的污染達(dá)到中度污染程度。
從各樣點的綜合污染指數(shù)可知,硅廠周圍土壤都達(dá)到不同程度的污染影響,樣點E100 m、E300 m、S100 m、N100 m的土壤為中度污染,其余各樣點均為輕度污染。
從各元素的綜合污染指數(shù)的測定及對照土壤污染水平分級標(biāo)準(zhǔn)可知,該硅廠周邊土壤Cu的污染較嚴(yán)重,為中度污染水平;其他3種重金屬均為輕度污染,表明土壤輕度污染,作物開始受到污染。4種重金屬的綜合污染指數(shù)順序為Cu>Zn>Cd>Pb。
3 結(jié)論與建議
(1)實驗結(jié)果表明,硅廠的粉塵對其周邊的土壤造成了一定的重金屬污染,在距硅廠100 m范圍內(nèi)Cu、Pb、Zn、Cd4種重金屬的含量值最大,隨著采樣點距離的增加,重金屬含量逐漸降低,其中東向污染強度最高,西向污染強度最低。南向和北向在相同距離的污染強度基本接近,由此推測該工業(yè)區(qū)常年的主導(dǎo)風(fēng)向―― 西風(fēng)是影響硅廠周邊土壤重金屬分布特征的主導(dǎo)因素。
(2)實驗結(jié)果表明,硅廠周圍土壤重金屬污染狀況不同。從各元素的綜合污染指數(shù)看,Cu的污染較嚴(yán)重,為中度污染水平,其余3種元素均為輕度污染。
可見硅礦冶煉與礦業(yè)廢物不合理排放已經(jīng)造成硅廠周圍土壤重金屬污染,必須采取相應(yīng)的措施防止進(jìn)一步污染,同時應(yīng)開展土壤重金屬污染調(diào)查治理研究,通過采取生物修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)、物理化學(xué)修復(fù)[6]等手段凈化重金屬污染,使其恢復(fù)土壤生態(tài)系統(tǒng)的正常功能,從而減少土壤重金屬污染的危害。
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湖北省大冶市土壤重金屬污染整體水平較高,特別是鎳、銅、砷等的污染,超標(biāo)范圍較大,污染程度較高,且污染主要集中在冶煉及開采活動較多的區(qū)域。在箕鋪鎮(zhèn)東角山村、金牛鎮(zhèn)下邊村選取具有代表性的兩塊修復(fù)示范用地,對解決大冶市重金屬污染問題,探索經(jīng)濟(jì)、合理、綠色的修復(fù)技術(shù)和方法有重要意義。
本研究針對大冶市存在的大范圍重金屬污染農(nóng)田,選取位于大箕鋪鎮(zhèn)東角山村、金牛鎮(zhèn)下邊村兩塊具有代表意義的農(nóng)田共400畝,進(jìn)行修復(fù)示范工程,擬找到一條適合當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)水平的修復(fù)重金屬污染農(nóng)田技術(shù)。調(diào)查發(fā)現(xiàn),大箕鋪鎮(zhèn)東角山村重金屬污染地塊中銅、鎳的含量超出土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995),分別為589.00mg/kg、204.30 mg/kg,金牛鎮(zhèn)下邊村重金屬污染地塊中砷、鎳的含量超出土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995),分別為36.93mg/kg、259.00 mg/kg。
本示范工程擬采取植物-化學(xué)聯(lián)合修復(fù)方法,重點對大箕鋪鎮(zhèn)東角山村地塊的銅、鎳和金牛鎮(zhèn)下邊村地塊的砷、鎳進(jìn)行修復(fù),土壤修復(fù)深度為0.5m。
1、工程示范目標(biāo)
將被重金屬污染的區(qū)域恢復(fù)農(nóng)田功能,土壤重金屬的濃度修復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)限值,保證農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn);通過此修復(fù)示范工程,探索得到一種適合當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)水平及實際狀況的并可用于大面積重金屬污染土壤修復(fù)的理念和方法。
綜合考慮各目標(biāo)污染物國家標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險計算結(jié)果和土壤背景值之間的差異及我國目前土壤修復(fù)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平現(xiàn)狀,本項目的農(nóng)田土壤修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)建議采用土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995),鎳、砷、銅的修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)分別為200mg/kg、30mg/kg、400mg/kg。
1.1 示范目標(biāo)
被重金屬污染的農(nóng)用地通過連續(xù)種植超富集植物對重金屬提取,將其修復(fù)到土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)的水平。在最短的時間內(nèi)最大程度地去除土壤中的重金屬(銅,砷和鎳),對于修復(fù)過程中田地上是否能夠產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)作物以及經(jīng)濟(jì)作物的用途則作為第二優(yōu)先級考慮。
1.2修復(fù)措施
選擇和種植各種適合當(dāng)?shù)厣L的重金屬超富集植物,將土壤中的重金屬富集到植物內(nèi)。然后通過植物的收割,將重金屬從土壤中去除。收割的生物質(zhì)進(jìn)入后續(xù)處理過程。輔助措施包括改良土壤的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、pH、氧化還原電位等,通過在土壤中加入溫和的螯合化學(xué)添加劑等方法,來促進(jìn)重金屬超富集植物對土壤中重金屬的吸收。
1.3 種植計劃
種植面積:400畝;
主要針對提取重金屬:砷、鎳、銅;
超富集植物:甘薯高山薯Ipooea douarrei;
種植方式:單種,塊莖繁殖;
種植密度:2000株/畝;
土壤改良的方法:配合灌溉,畝施磷灰石100公斤和EDTA+CA混合螯合劑500升;;
收獲方式:人工+機械收割。
1.4修復(fù)目標(biāo):土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)
1.5目標(biāo)可達(dá)性分析
目前有效的土壤重金屬污染修復(fù)主要有兩種途徑。一種是使重金屬在土壤中產(chǎn)生沉淀、吸附等一系列反應(yīng),改變重金屬在土壤中的存在狀態(tài),降低其生物有效性,使其鈍化,脫離食物鏈,減小其毒性;另一種是找尋重金屬超累積植物,利用植物吸收,降低土壤中重金屬含量并輔以一些物理化學(xué)手段,例如添加浸提劑將土壤中大部分重金屬提取出來再進(jìn)行集中處理,從而達(dá)到修復(fù)土壤重金屬污染的目的。重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)是一種新興的綠色生物技術(shù),其在一定意義上是污水生物凈化和土地處理工程技術(shù)的延伸,代表了重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)創(chuàng)新方向。
植物提取利用植物根系對目標(biāo)污染重金屬元素的吸收,并經(jīng)過植物體內(nèi)一系列復(fù)雜的生理生化過程,將重金屬元素從根部轉(zhuǎn)運至植物地上部分,再進(jìn)行收割處理,從而把重金屬從污染土壤中去除。該技術(shù)適用于大面積推廣修復(fù)重金屬污染場地,而且具有成本低廉,不造成二次污染和美化環(huán)境的多重效益。
2、示范工程內(nèi)容
2. 1 植物修復(fù)工程前期工程建設(shè)
(1)土地平整和覆土
對土壤進(jìn)行整平和覆土。覆土所用土壤包括心土和表土,心土直接采集于周邊山地,表土則來源于水源地被剝離的上層土壤。
(2)修復(fù)示范工程種植區(qū)的水土保持和邊坡處理
對于不能覆蓋植被的基礎(chǔ)設(shè)施,如田埂路,需要人工壓實,以防降雨沖刷,對于不同種植分區(qū)之間的主干路和支干路不能覆蓋植被,可考慮使用壓實機對其進(jìn)行壓實硬化,并在其表面鋪設(shè)碎沙石。對于地勢較低且不遠(yuǎn)處有地勢較高尾礦庫的修復(fù)區(qū)域 ,因此需要對修復(fù)區(qū)域周邊進(jìn)行邊坡圍墻處理。
(3)修復(fù)示范工程種植區(qū)的排灌系統(tǒng)
對于地勢較低,且周邊水塘存在污染隱患,優(yōu)先考慮噴灌技術(shù)。項目示范用地附近沒有高位水源的自然落差,噴灌用水需要經(jīng)水泵增壓,需要考慮配套的設(shè)備包括:動力機、水泵、輸水管道和噴頭等。
(4)修復(fù)示范工程種植區(qū)的建筑和附屬設(shè)施
擬采用向當(dāng)?shù)剞r(nóng)民租用的方式租賃辦公、居住類房屋,科研等活動轉(zhuǎn)移至金湖示范區(qū)進(jìn)行。并購置科研、辦公和實驗設(shè)備,配套的附屬機械設(shè)備和設(shè)施以租用為主,專用型農(nóng)用機械如收割機以購置為主。
(5)供電系統(tǒng)
供電電源用附近村莊的變電站或工廠引線接電,電纜長度、位置及配電設(shè)備需要根據(jù)實際情況確定,由當(dāng)?shù)毓╇姴块T實施接入。
2.2 植物修復(fù)
針對此示范區(qū)域耕地及其污染特點,對面積為400畝的示范區(qū)主要種植超富集植物,配合化學(xué)藥劑,使土壤中重金屬盡快釋放,并被超富集植物提取出來,達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。
3、工程效益分析
3.1 環(huán)境效益
通過對土壤修復(fù)示范區(qū)內(nèi)重金屬污染土壤的修復(fù),可清除土壤中的重金屬污染,大箕鋪鎮(zhèn)東角山村土壤中鎳、銅消減量為4.30mg/kg和189mg/kg,金牛鎮(zhèn)下邊村土壤中鎳、砷的消減量為59mg/kg和6.93mg/kg。同時可阻斷土壤重金屬對周邊環(huán)境的影響,如地下水、地表水、大氣環(huán)境污染等,使整個示范區(qū)環(huán)境質(zhì)量改善。本次修復(fù)過程采用綠色修復(fù)的原則,保持全過程的環(huán)境友好,減少修復(fù)過程的二次污染,且節(jié)能、安全、可循環(huán)和具有可持續(xù)性。修復(fù)中確定的超富集植物適合大冶當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境,不會對當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。植物修復(fù)過程也能夠增加土壤中有機質(zhì)含量和土壤肥力,增加農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。
3.2 經(jīng)濟(jì)效益
通過項目建設(shè),修復(fù)區(qū)可以改善農(nóng)田面積400畝,土壤質(zhì)量達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)。修復(fù)前的農(nóng)田撂為荒地,修復(fù)后可正常種植農(nóng)作物,畝效益和糧食效應(yīng)的增加率為100%,農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值增加42萬斤,每斤按國家規(guī)定的最低收購價0.95元計算,每年純收入增加到39.9萬元。另外,在工程修復(fù)期間田地上生長的超富集植物可賣給當(dāng)?shù)靥釤拸S提煉金屬,按每畝2000公斤,每斤0.05元計算,每年400畝地純收入增加8.00萬元。植物產(chǎn)品也可提供給當(dāng)?shù)氐纳锬茉雌髽I(yè)提煉生物柴油或生物乙醇用作清潔能源,每年純收入至少增加2萬元。玉米、高粱等經(jīng)濟(jì)作物雖然是低累積作物,總體上也能吸收一部分目標(biāo)重金屬,其秸稈可以收集碾碎后產(chǎn)生燃?xì)饣蛴糜诮斩挵l(fā)電,減少當(dāng)?shù)仉姾膲毫?。工程進(jìn)行的過程中采取邊修復(fù)邊生產(chǎn)相結(jié)合的方式,保證當(dāng)?shù)剞r(nóng)民具有一定的經(jīng)濟(jì)收入。