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土壤重金属污染的治理途径及


2.4 农业生态修复
农业生态修复主要包括两个方面:
农艺修复措施 生态修复。 。
3 土壤重金属污染修复技术研究展望
采用工程、物理化学方法修复重金属污染土壤,具有一定的局 限性,难以大规模处理污染土壤,并且成本高,破坏土壤本身结 构,易造成二次污染,对环境扰动大。 农业生态措施又存在周期长,效果不显著的特点。 植物修复在重金属污染治理中具有不可替代的优势,并以其 治理过程的原位性、治理成本的低廉性、管理与操作的简易性及 环境美学的兼容性而日益受到人们的重视,并成为污染土壤修复 研究的热点之一。因此,具有广阔的应用前景。以下几个方面将 成为该领域研究的重点。
土壤重金属污染的治理途径及 研究进展
朱燕华


土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一,也是人 类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加 剧和农用化学物质的施用,土壤重金属污染日益严重, 几乎威胁着每个国家。土壤重金属污染是指比重大于5 的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。目前, 全世界平均每年排放Hg约1.5万吨,Cu 340万吨,Pb 500万吨,Mn 1500万吨,Ni100万吨。我国受镉、砷、 铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万hm2,约占总耕 地面积的1/5。
3.1 超累积植物筛选与培育
超累积植物是在重金属胁迫条件下的一种适应性突变体,往往生 长缓慢,生物量低,气候环境适应性差,具有很强的富集专一。因此, 筛选、培育吸收能力强,同时能吸收多种重金属元素,且生物量大的 植物是生物修复的一项重要任务。针对某一具体重金属的超积累植物 一般要求其地上部分重金属含量大于一个临界值(表1)。
2.2 物理化学修复
A 电动修复 通电流 金属离子等向电极运输
污染土壤
达到治污目的
集中收集处理
电动修复是一种原位修复技术,不搅动土层,并可 以缩短修复时间,是一种经济可行的修复技术。
B 电热修复 污染土壤 挥发性重金属分离 高频电压产修复目的 冷却后形成玻璃态物质
敬请批评指正 谢 谢!
C 土壤淋洗 污染土壤 淋洗液淋洗 土壤固相中重金属
达到修复目的
将液相回收处理
土壤液相中
D
化学修复
污染土壤
加入改良剂
降低重金属生物有效性
达到修复目的
Fig. 2. Biosolids compost amendment process: (a) initial rototilling; (b) surface preparation; (c) biosolids compost application; (d) forming a 6–8cm layer of biosolids compost; (e) rototilling to a depth of 20 cm; (f) emerging grass cover.
表1 超积累植物重金属含量临界值 元素 临界值 Cd 100 Ni 1000 Pb 1000 Cu 1000 mg/kg-1 Zn 10000 Mn 10000
转基因植物(Transgenic 3.2 转基因植物(Transgenic plants)
目前已发现的超积累植物大多存在根系浅、生物 量小、生长缓慢等缺点,使得其修复周期较长。这使 植物修复的工程应用受到限制,而经基因改造的植物 则可提高其应用性 。
3.4 生物修复综合技术的研究
重金属污染土壤的修复是一个系统工程,单一的修 复技术很难达到预期效果,必须以植物修复为主,辅 以物理化学、微生物及农业生态措施,增加重金属的 生物有效性,促进植物的生长和吸收,从而提高植物 修复的综合效率。因此,生物修复综合技术将是今后 重金属污染土壤修复技术的主要研究方向。
1、土壤重金属污染来源 土壤中重金属的浓度受自然成土条件和人 为活动的双重影响。通常条件下,自然土壤中 重金属的浓度较低,但近数十年来 ,人为活动 大大加剧了土壤中重金属的积累。
土壤中重金属主要来源于以下几个方面: 土壤中重金属主要来源于以下几个方面:
大气自然沉降及降水
污水灌溉
农用物资的 不合理使用
3.3 其他强化措施
添加螯合剂(如EDTA),可以显著提高土壤中的金属活 性及植物的吸收、转移能力。但是,施用螯合剂在增加土 壤中重金属生物有效性的同时,也增加了重金属离子的移 动性,从而有可能对地下水的重金属污染带来更大的危险 性。 另外,可以通过向土壤中添加土壤酸化剂、营养物、 甚至微生物等途径来增强植物修复作用,其机理可以是增 强土壤中重金属的生物有效性,或者是增加超积累植物的 生长量。
Fig. 3. Grass cover before and after biosolids amendment.
2.3 生物修复 生物修复是利用生物技术治理污染土壤的 一种新方法。利用生物削减、净化土壤中的重 金属或降低重金属毒性。主要包含植物修复技 术与微生物修复技术两种方法。 。
植物修复技术(phytoremediation) 2.3.1 植物修复技术(phytoremediation) 是以植物忍耐和超积累某种或某些污染物的理论为基础, 利用自然生长或遗传工程培育的植物,清除环境中污染物 的环境污染治理技术。包括植物提取、植物挥发、植物稳 定三种方式 。 植物提取(phytoextraction) 植物提取 即利用重金属超积累植物(hyperaccumulators)从土壤中吸 超积累植物(hyperaccumulators) 超积累植物(hyperaccumulators) 取金属污染物,随后收割地上部并进行集中处理,连续种 植该植物,达到降低或去除土壤重金属污染的目的。
工程措施 物理化学修复 生物修复 农业生态修复
2.1 工程措施
主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。深耕翻 土用于轻度污染的土壤,而客土和换土则是用于重污 染区的常见方法。工程措施是比较经典的土壤重金属 污染治理措施,它具有彻底、稳定的优点,但实施工 程量大、投资费用高,破坏土体结构,引起土壤肥力 下降,并且还要对换出的污土进行堆放或处理。
污染的土壤
固体废弃物
图1 土壤中重金属污染来源
2 土壤重金属污染修复技术
隐蔽性 表聚性 土壤重金属污染特点 长期性 不可逆性
由于土壤重金属污染具有以上特点,且可经由水环境直接毒 害植物体,并可最终通过食物链危害人类健康。因此,其治理和 恢复的难度大,但又显得极为迫切。
目前,综合国内外各种研究,修复措施主要有四种: 目前,综合国内外各种研究,修复措施主要有四种:
植物挥发(phytovolatilization) 植物挥发 其机理是利用植物根系吸收金属,将其转化为气态物 质挥发到大气中,以降低土壤污染。目前研究较多的是 Hg和Se Hg Se。 Se 植物稳定(phytostabilization) 植物稳定 利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。 在这一过程中,土壤的重金属含量并不减少,只是形态发 生变化。
重金属zn/cd zn/cd超积累植物十字花科的天蓝 图1 重金属zn/cd超积累植物十字花科的天蓝 遏蓝菜( 遏蓝菜(thlaspi caerulescens)。 )
图2 铜草 (海洲香薷)
微生物修复技术(bioremediation) 2.3.2 微生物修复技术 微生物在修复被重金属污染的土壤方面具 有独特的作用。其主要作用原理是:微生物可 以降低土壤中重金属的毒性;微生物可以吸附 积累重金属;微生物可以改变根际微环境,从 而提高植物对重金属的吸收,挥发或固定效率。
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