土壤重金屬污染及其修復技術研究

陳 婧,王 博,郭昱言,齊 璐,何 鑫

(1.中國環(huán)境管理干部學院,河北秦皇島066004;2.秦皇島廣播電視臺,河北秦皇島066000;3.燕山大學,河北秦皇島066004)

土壤重金屬污染及其修復技術研究

陳 婧1,王 博1,郭昱言2,齊 璐3,何 鑫1

(1.中國環(huán)境管理干部學院,河北秦皇島066004;2.秦皇島廣播電視臺,河北秦皇島066000;3.燕山大學,河北秦皇島066004)

土壤重金屬污染物有汞、鎘、鉛、鋅等,主要來源于交通運輸、工業(yè)污染和農業(yè)污染。土壤重金屬污染會導致農作物減產甚至死亡,對人體健康也會產生極大危害。目前土壤重金屬污染修復的技術主要包括工程修復法、物理化學修復法、化學修復法和生物修復法。植物修復技術作為一種新興的綠色、生態(tài)、高效的修復技術具有良好的發(fā)展前景。

重金屬;土壤污染;工程修復法;物理化學修復技術;化學修復法;植物修復技術

土壤重金屬污染是指人類活動將金屬加入到土壤中,致使土壤中重金屬明顯高于原生含量,并造成生態(tài)環(huán)境質量惡化的現(xiàn)象。[1]我國土壤污染狀況已經影響到了耕地質量、食品安全甚至人的身體健康。土壤污染面積不斷增加,上世紀80年代末期,我國污染面積只有幾百萬公頃,而現(xiàn)在已經超過了1000萬hm2。土壤污染的隱蔽性和滯后性,使得一些重金屬污染問題不能被我們的感官發(fā)現(xiàn),往往要通過分析化驗土壤樣品,甚至是長期研究人畜健康狀況才能被發(fā)現(xiàn)。同時由于土壤污染具有累積性和不可逆轉性,一旦污染發(fā)生,僅僅靠切斷污染源的方法很難恢復,治理污染土壤的成本高,周期長。本文在討論土壤重金屬污染來源和危害的基礎上,論述了土壤重金屬污染修復技術的研究進展,以期為土壤重金屬污染治理提供科學依據。

1 土壤重金屬污染的來源

大多數重金屬主要通過三種途徑進入到土壤中：(1)交通運輸。主要是含鉛汽油的燃料和汽車輪胎磨損產生的粉塵,經自然沉降和雨淋沉降進入土壤,與重金屬發(fā)達程度、人口密度、交通發(fā)達程度有直接關系,污染強弱順序為：城市、郊區(qū)、農村。(2)工業(yè)污染。工礦企業(yè)排放的廢水、廢氣和固體廢棄物都含有大量的重金屬,它們通過直排、自然沉降和雨淋等方式進入土壤。據統(tǒng)計,中國因工業(yè)“三廢”污染的農田近700萬hm2。(3)農業(yè)污染。個別農藥含有汞、砷、銅、鋅等重金屬,因此濫用農藥會帶來土壤的重金屬污染。同時地膜的大面積使用,也使Cd、Pb等熱穩(wěn)定劑進入土壤中,加重了土壤的重金屬污染程度。

2 土壤重金屬污染的危害

土壤重金屬污染物主要有汞、鎘、鉛、鋅等,同種金屬由于它們在土壤中存在形式不同,其遷移轉化特征和污染情況也不同,因此在研究土壤中重金屬的危害時,不僅要注意它們的總含量,還必須考慮各種形態(tài)的含量。下面簡單列舉幾種重金屬的危害：

2.1 汞

土壤中的汞污染主要來自于燃煤、污染灌溉、汞制劑廠及冶煉廠的廢水排放。在好氧微生物作用下主要形成脂溶性的甲基汞,在厭氧微生物作用下,主要形成二甲基汞。汞在一定濃度下會使作物減產,濃度較高時會使作物死亡。

2.2 鎘

自20世紀20年代,隨著電解工業(yè)的發(fā)展,鎘生產的污染問題也隨之出現(xiàn)。鎘在土壤中存在形態(tài)很多,大致可以分為水溶性鎘和非水溶性鎘兩大類。鎘對植物的危害主要表現(xiàn)為：損傷根部、抑制植物水分的吸收、阻礙光合作用和蒸騰作用等。[2]鎘對人體組織和器官的毒害是多方面的,除損傷腎臟外,還會致癌、致畸。

2.3 銅

適量的Cu對植物正常的生理代謝及產量的提高等都有積極作用,過量的Cu會傷害葉綠素,影響植物的光合作用和呼吸作用。其通過食物鏈進入人體,在人體中不斷積累,當達到一定的濃度時會對人體健康產生危害。[3]

3 土壤重金屬污染修復技術研究

由于土壤重金屬污染具有長期性、潛伏性和隱蔽性的特點,因此對土壤重金屬污染的控制和修復顯得十分重要。目前土壤重金屬污染修復的技術主要包括工程修復法、物理化學修復法、化學修復法和生物修復法。

3.1 工程修復法[4]

工程修復法主要包括客土、換土和翻土3種方法。翻土用于輕度污染的土壤,客土和換土則用于重度污染的土壤。這3種方法,可以稀釋土壤中重金屬的含量,減少重金屬對植物的毒害。工程修復法比較穩(wěn)定、徹底,但是實施工程量大、投資高,破壞土體結構,同時換出的污土的堆放和污染治理也是一個很關鍵的問題。

3.2 物理化學修復法

土壤重金屬污染的物理化學修復法包括電修復、熱修復和土壤淋洗3種方法。電修復法是在電場的作用下,將重金屬等污染物遷移到一段,從而將污染物分離,然后再集中收集處理。熱修復是利用污染物的熱揮發(fā)性,對土壤進行加熱,使重金屬污染物從土壤顆粒中解吸出來。土壤淋洗是利用淋洗液把土壤固相中的重金屬污染物轉移到液相中去,再對富集重金屬的廢水進行處理的方法。這些方法成本比較高,操作起來也比較復雜。

3.3 化學修復法

土壤化學修復技術就是通過添加一些化學試劑,改變重金屬在土壤中的存在形式,從而降低其生物有效性和遷移性。目前應用最多的是直接向土壤中添加改良劑(如磷酸鹽、石灰、硅酸鹽等)使重金屬得以穩(wěn)定的方法?；瘜W修復法簡單易行,但它只是改變了重金屬在土壤中的存在形態(tài),金屬元素仍保留在土壤中,很容易再度活化危害植物。

3.4 生物修復法

生物修復技術是近幾年土壤重金屬污染治理的新方法,包括植物修復和微生物修復。生物修復法效果好,簡便易行,現(xiàn)在越來越受到人們的重視。

3.4.1 植物修復法

植物修復技術是一種新興的綠色生物技術,它是以植物忍耐和超量積累某種或某些化學元素的理論為基礎,不僅成本低,而且不破壞土壤的生態(tài)環(huán)境。根據作用機理可以將其分為植物穩(wěn)定、植物提取、植物揮發(fā)三種。目前對于土壤重金屬污染植物修復技術的研究主要集中在超富集植物的篩選上。

植物穩(wěn)定(Phytostabilization)是耐性植物利用其自身的機械穩(wěn)定作用和吸收沉淀作用來固定土壤中重金屬的方式,其中包括了分解、沉淀、螯合、氧化還原等多種過程,這些過程可以降低重金屬的生物有效性,防止其進入水體和食物鏈。

植物提取(Phytoextraction)是利用重金屬超富集植物的吸收和轉運,將土壤中的一種或幾種重金屬轉移并儲存在地上部分,隨后收獲地上部分并集中處理。[5]這一概念最早是由Chaney提出的,目前已經被公認為土壤重金屬污染最具有潛力的修復技術。

植物揮發(fā)(Phytovolatilization)是指利用植物根系分泌的一些特殊物質或微生物使土壤中的汞、硒轉化為揮發(fā)形態(tài)以去除其污染的一種方法。這種方法只限于揮發(fā)性污染物,應用范圍比較小,而且這種方法會將土壤中的污染物轉移到大氣中,具有很大的環(huán)境風險。[6]

3.4.2 微生物修復法

微生物修復技術是利用微生物的生命活動,使重金屬離子的活性或毒性降低,以減少土壤重金屬污染的方法。目前,研究人員對土壤重金屬的微生物修復進行了比較系統(tǒng)的研究,但是應用推廣比較緩慢。

4 研究展望

目前,土壤重金屬污染修復技術的研究和應用仍然處于試驗開發(fā)階段。物理化學方法費用昂貴,難以用于大規(guī)模污染土壤的改良。植物修復技術作為一種新興的綠色、生態(tài)、高效的修復技術得到了各界的認可,具有良好的發(fā)展前景。下一階段作為植物修復技術關鍵的超富集植物的篩選及培育將是重金屬污染技術研究的關鍵。

[1]陳志良.重金屬污染土壤修復技術[J].環(huán)境保護,2002,(6)：21-23.

[2]康浩,石貴玉,潘文平,等.鎘對植物毒害的研究進展[J].安徽農業(yè)科學,2008,36(26)：11200-11201,11204.

[3]常紅巖,孫百曄,劉春生.植物銅素毒害研究進展[J].山東農業(yè)大學學報,2000,31(2)：227-230.

[4]曹越,吳曉敬,李淑巖.土壤重金屬污染來源及修復技術研究[J].環(huán)境科學與管理,2010,(3)：62-64.

[5]丁佳紅,劉登義,儲玲,等.重金屬污染土壤植物修復的研究和應用前景[J].生態(tài)學雜志,2004,21(4)：6-9.

[6]夏星輝,陳靜生.土壤重金屬污染治理方法研究進展[J].環(huán)境科學,1997(3)：72-76.

Research on Heavy Metal Pollution and Remediation Techniques of Soil

Chen Jing1,Wang Bo1,Guo Yuyan2,Qi Lu3,He Xin1
(1.Environmental Management College of China,Qinhuangdao Hebei066004;2.Qinhuangdao TV&B roadcasting Station,Qinhuangdao Hebei066000;3.Yanshan University,Qinhuangdao Hebei066004)

Heavy metal pollutants of soil such as mercury,cadmium,lead,zinc,mainly come from transportation,industrial pollution and agricultural pollution.Heavy metal pollution will lead to crop failures and even death,and will produce great harm to human health.At present the remediation technology of soil-contaminated heavy metal pollution includes engineering remediation,physical-chemical remediation,and chemical-biological repair method.Phytoremediation,as an emerging green,ecological and efficient remediation technology has good prospects for development.

heavy metals;contaminated soils;engineering remediation;physical-chemistry remediation technique;chemistry remediation;phytoremediation technique

X53

A

1008-813(2010)05-0066-03

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.05.021

2010-09-13

河北省高等學校科學技術研究青年基金項目“重金屬污染土壤超富集植物的篩選及其對Cd脅迫的響應”(2010167)

陳婧(1982—),女,河北秦皇島人,畢業(yè)于河北科技大學環(huán)境工程專業(yè),碩士,主要研究土壤污染修復。