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关键词:重金属土壤 生态治理 示范
1 概述
土壤是国家最重要的自然资源之一,是人类赖以生存的物质基础,也是生态环境的重要组成部分。近年来,随着工矿业的迅速发展,土壤重金属污染已日益严重,危及人类健康,已成为不可忽视的环境问题。
目前我国土壤污染的总体形势相当严峻。一是土壤污染程度加剧。据不完全统计,目前全国受污染的耕地约有1.5亿亩,污水灌溉污染耕地3250万亩,固体废弃物堆存占地和毁田200万亩,合计约占耕地总面积的1/10以上。二是土壤污染危害巨大。据估算,全国每年遭重金属污染的粮食达1200万吨,造成的直接经济损失超过200亿元。土壤污染造成有害物质在农作物中积累,并通过食物链进入人体,引发各种疾病,最终危害人体健康。土壤污染直接影响土壤生态系统的结构和功能,最终将对生态安全构成威胁。三是土壤污染防治基础薄弱,土壤污染尤其是重金属污染治理成本高且很难彻底根除。
广西是经济欠发达地区,特别是山区,人多地少,土地资源非常珍贵,矿区的土壤被污染后给当地的农业生产和人民生活带来了严重影响,要解决历史遗留的土壤重金属污染问题,需要大量的资金,地方政府和农民都难以承受。因此以生物修复技术为理论基础,研究对广西重金属污染土壤进行安全高效的生态治理模式,创建适合于广西经济和环境条件的生态治理示范基地,为“十二五”广西重金属污染防控提供有力的技术支撑十分必要的。
2 系统分析与设计
广西西南部土壤属于赤红壤,呈酸性至强酸性。在酸性条件下重金属的生物有效性比碱性条件下高,且土壤酸性也不利于植物生长。如何让土壤中的重金属最快最多的迁移至植物地上部分,是植物修复生态处理技术的核心和关键,其中涉及土壤,土壤微生物和植物三者的相互作用。土壤的重金属污染种类和程度,土壤的酸碱度,土壤的养分等基本理化性质,包括土壤中的微生物种类等,均对植物吸收和积累重金属产生直接的影响。对植物来说,植物生长速度和地上部生物量,植物地上部对重金属的积累机制等直接决定了植物修复的效果。针对广西典型酸性土壤特征,本研究提出开发一套符合广西地理气候特点和经济发展水平的重金属污染土壤生态处理技术,并建立示范工程。
主要研究内容包括:示范点的土壤改良措施研究、植物的选定、大田试验及土壤改良。
总体技术路线如下:
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3 项目实施
根据调查结果,确定项目实施地点定于大新县铅锌矿场区附近某一水稻田。试验田面积约280m2。将示范地点的土壤采回,通过盆栽和小区试验,选定重金属超积累植物、低积累植物主栽品种及套种方式;筛选出合适的土壤改良措施。
大田试验:在添加土壤改良剂石灰,泥炭,海泡石的基础上种植东南景天,红蛋和玉米,研究不同套种方式和不同改良剂对修复效果的影响。
在添加泥炭,有机肥,硫酸铵,尿素等不同N肥的基础上种植东南景天,玉米和红麻,研究不同套种方式和不同施肥方式对修复效果的影响。
3.1 土壤重金属的去除效果:采用收获植物地上部所带走的重
金属质量占40cm表层土壤重金属质量之比来计算生态系统的清除率。2009年,通过石灰+泥炭处理土壤,种植东南景天和玉米,该植物生态修复系统对Zn和Cd的清除率分别为1.4%和7.6%。2010年通过石灰+泥炭处理土壤,种植东南景天和玉米,该植物生态修复系统对Zn和Cd的清除率分别达到2.4%和5.2%。通过两年两次实验,植物生态系统对该示范点的土壤Zn和Cd清除率可达3%以上。
在无进一步污染情况下,通过本项目的实施,预计将土壤Zn降低至农田土壤安全标准需要25-30年,将土壤Cd降低至农田土壤安全标准需要10-15年。
3.2 对生态环境的恢复效果:本项目的示范点原先是当地农民
种水稻的水田。由于重金属污染严重,由国家补贴已不让继续种植水稻。在春季雨水多发时节,土地表面有一些杂草生长。到夏季至秋冬季,雨水偏少,当地无其他灌溉措施,土壤干旱时杂草不生,土壤严重,对当地生态环境造成很大影响。通过本项目的实施,使植物全部覆盖的土壤,减少水土流失,防止土壤粉尘进入空气中,净化当地空气,美化环境,保持生态平衡,提高当地居民的生态环境质
量。
3.3 增加农民的经济收入:由于耕地荒置造成当地农民的经济收入减少。本项目通过套种红麻和东南景天,可以在一定程度上增加一些经济收入。收获的东南景天可用于提取次生产物-红麻由于不是食用作物,其纤维中的重金属积累量较低,不会造成食品安全危害。
4 结论与讨论
通过本项目的实施,最终形成了一套适用于广西酸性土壤特点和广西经济发展条件的生态治理模式。
该模式包括以下三个方面:
一是土壤改良措施:受重金属污染的土壤往往酸性强,土壤严重板结,营养成份低,因此在种植植物前必须对土壤进行改良。根据土壤的pH、板结情况及营养成分,添加以石灰、泥炭及有机肥按一定比例混合形成的土壤改良剂,从而改善土壤状况,提高植物的存活率。将土壤改良剂施到土地上再通过机器深翻,把土壤改良剂与土壤颗粒充分混匀,再适当灌水平衡。
二是植物吸收技术:在土壤改良的基础上,以东南景天为吸收和积累重金属的关键植物,辅以低积累玉米或红麻等经济作物与东南景天间套种,在实现修复功能的同时保证农户一定的经济收入。其中东南景天种植密度为15×15cm,玉米种植密度为40×50cm。玉米采用穴播,每穴2粒种子,一年两季(根据各地实际情况而定)。种植的第一年,属于东南景天养护期,仅收获2次(10月及次年3月),第二年起每年可收获东南景天3次(每年6月和10月及次年3月)。如果东南景天套种玉米,每年玉米可收获2次(6月及10月),如果东南景天套种红麻,每年红麻收获1次(10月)。生长期间,每次施适当有机肥作为基肥,在生长1-2个月后可追施N肥或复合肥20公斤/亩。
三是收获及处理方案:东南景天的收获方式为离地面10公分以上割断地上部分,晒干,交由相关部门处理。玉米需要做重金属检测,达标部分可用于饲料或相关用途;若重金属含量超出饲料卫生标准,只能用作生产生物燃料。红麻若检测达标可用于麻类纤维等相关用途,若重金属含量超标则需交由相关部门处理。
综上所述,本项目以广西典型酸性土壤为研究对象,筛选出最佳的土壤改良措施和植物主栽品种及套种方式,利用土壤-微生物-植物自然生态系统自身的净化和清除能力,开发一种全生态型治理土壤重金属污染技术,并进行了大田试验。通过两年大田试验结果证明,该技术可将土壤中Zn和Cd降低3%以上,达到考核指标的要求。
参考文献:
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[3]王宏康.污染土壤修复技术介绍[J].环境保护,2000,5(4):61-72.
[4]陈志良,仇荣亮等.重金属污染土壤的修复技术[J].工程与技术,2001.8:17-19.
关键词:土壤 重金属污染
1、研究背景
据我国农业部进行的全国污灌区调查,在140万公顷的污水灌区中,遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%,其中轻度污染的占46.7%,中度污染的占9.7%,严重污染的占8.4%。由此可见我国土壤受重金属污染的情况较为严峻[1]。
在环境污染研究中,重金属多指Hg,Cd,Pb,Cr以及类金属As等生物毒性显著的元素,其次是指有一定毒性的一般元素,如Zn,Cu,Ni,Co,Sn等。人们所说的土壤重金属污染主要是由于Zn,Cu,Cr,Cd,Pb,Ni,Hg,As8种重金属元素等引起的土壤污染。土壤是人类赖以生存的自然条件,如果土壤被重金属污染将直接导致粮食、蔬菜、瓜果等的重金属含量增加。同时因为重金属不能为土壤微生物所分解,而易于积累转化为毒性更大的甲基化合物,甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积,从而严重危害人体健康[2]。由于重金属在土壤中难以被分解、转化或吸收,所以充分认识土壤污染及危害,保护土壤,防治污染是十分重要的任务。
2、土壤重金属污染的特点
大多数重金属是过渡性元素,而过渡性元素的原子具有其特有的电子层结构,这使重金属在土壤环境中的化学行为具有下列一系列特点;
(1)重金属具有可变价态,它能在一定的幅度内发生氧化还原反应。不同价态的重金属具有不同的活性和毒性。
(2)重金属易在土壤环境中发生水解反应,生成氢氧化物;它也易与土壤中的一些无机酸发生反应生成硫化物、碳酸盐、磷酸盐等。这些化合物在土壤中的溶解度较小,所以重金属不易迁移而易累积于土壤中,从而降低了污染危害范围扩大的可能性,但却使变长了污染区的危害周期和加大了重金属危害程度。
(3)重金属作为中心离子,能够接受多种阴离子和简单分子的独对电子,生成配位络合物:还可与一些大分子有机物,如腐殖质、蛋白质等生成鳌合物。上述反应增大了重金属在水中的溶解度,进而使重金属在土壤环境中更易迁移‘从而增大了重金属污染区域范围。
重金属的所有这些化学特性,决定了重金属在土壤环境中具有多变的迁移特性。重金属污染的主要特点,除了污染范围广、持续时间长外,还有污染隐蔽性,而且它无法被生物降解,并可能通过食物链不断地在生物体内富集,进而可转化为毒害性更大的甲基化合物,对食物链中某些生物产生毒害,最终在人体内蓄积而危害人体健康。重金属的上述特性决定了其在污染和环境危害中的特殊作用。
3、土壤重金属污染的危害
土壤重金属污染对环境产生的危害主要有下列途径:
(1)受污染的土壤直接暴露在环境中,动物或人直接或间接地吸收了受污染的土壤颗粒等;
(2)土壤中的重金属通过淋溶作用向下缓慢渗透,从而污染了地下水;
(3)外界环境条件的变化,例如酸雨、施加土壤添加剂等因素,提高了土壤中重金属的活性和生物有效性,使得重金属较易被植物吸收利用,从而进入食物链后对动物和人体产生毒害作用。
4、重金属污染土壤治理方法
土壤重金属污染的治理,世界各国都开展了广泛的研究工作。目前,所采用的土壤重金属污染的治理方法主要有下列四种。
4.1生物措施
生物措施是利用生物的某些特性来适应、抑制和改良重金属污染土壤的措施。生物措施包括动物治理、微生物治理和植物治理三种方法。
动物治理是利用土壤中的某些低等动物(如虹蜕和鼠类)能吸收土壤中的重金属,因而能一定程度地降低污染土壤中重金属的含量。在重金属污染的土壤中放养蛆蜕,待其富集重金属后,采用电激、灌水等方法驱出蛆叫集中处理,对重金属污染土壤也有一定的治理效果[3]。
植物治理是利用有些植物能忍耐和超量累积某种或某些重金属的特性来清除污染土壤中的重金属。通常,它有三个部分组成:植物萃取技术、根际过滤技术、植物挥发技术。植物治理的关键是寻找合适的超积累或耐重金属植物。
生物措施的优点是实施较简便、投资较少和对环境拢动少。缺点是治理效率低(如超积累植物通常都矮小、生物量低、生长缓慢且周期长),不能治理重污染土壤(因高耐重金属植物不易寻找)和被植物摄取的重金属因大多集中在根部而易重返土壤等。
4.2工程措施
工程措施包括客土、换土、翻土、去表土等方法,适用于大多数污染物和多种条件。
客土是在污染土壤上加入未污染的新土;换土是将已污染的土壤移去,换上未污染的新土;翻土是将污染的表土翻至下层:去表土层是将污染的表土移去。这些方法能使耕作层土壤中重金属的浓度降至临界浓度以下,或减少重金属污染物与植物根系的接触而达到控制危害的目的。
用工程措施来治理重金属污染土壤,具有效果彻底、稳定等优点,是一种治本的措施。但由于存在实施繁复、治理费用高和易引起土壤肥力减弱等缺点。因而一般适用于小面积、重污染的土壤。
4.3农业措施
农业措施是因地制宜的改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害,以及在污染土壤上种植不进入食物链的植物。
用农业措施来治理重金属污染土壤,具有可与常规农事操作结合起来进行、费用较低、实施较方便等优点,但存在有些方法周期长和效果不显著等缺点,农业措施适合于中、轻度污染土壤的治理。
4.4化学措施
化学措施是向污染土壤投加改良剂,增加土壤有机质,阳离子代换量和粘粒的含量,以及改变pH,Eh和电导等理化性质,使土壤中的重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用,以降低重金属的生物有效性。
用改良措施来治理重金属污染土壤,其治理效果和费用都适中,对污染不太重的土壤特别适用。但需加强管理,防止重金属的再度活化。
5、结论
随着土壤重金属污染日益加剧,土壤重金属污染的治理已成为当前研究的热点。土壤重金属污染具有高累积性和不可逆转性,污染一旦发生,仅依靠切断污染源的方法难以进行彻底恢复。目前,己有一些污染土壤治理的方法,但从其发展和需求来看,还须发展更加有效的治理技术。
参考文献:
[1]陈志良,仇荣亮.重金属污染土壤的修复技术[J]环境保护,2002.29(6).21-23.
关键词:湛江开发区 重金属治理 污染现状 治理对策
中图分类号:G250 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2013)05(a)-0244-01
随着湛江钢铁基地和中科炼化项目的建设,湛江经济技术开发区步入重化工业加速发展时期,涉重金属行业将迅猛增长,重金属作为一种持久性污染物越来越多被关注和重视,制定湛江开发区重金属污染治理对策迫在眉睫。
1 湛江开发区重金属污染现状、特点及发展趋势
1.1 湛江开发区重金属污染的现状
重金属污染主要来源于工业污染,工业污染大多通过废渣、废气、废水排入环境。根据湛江开发区2012年的环境统计数据可知,开发区产生重金属的行业主要来自于重金属冶炼、汽车零部件及配件制造和手工具制造行业,产生的重金属主要为铬、铅、锌,2012年六价铬的产生量为0.59吨,而其他重金属的浓度低于监测限值,不纳入环境统计,产生的重金属全部交由有处理资质的单位处理[1]。
1.2 湛江开发区重金属污染的特点及发展趋势
重金属污染是指由重金属及其化合物引起的环境污染[2]。重金属污染较难治理,这与它的特性分不开。重金属污染物属于持久性污染物,具有长期性、累积性、隐蔽性、潜伏性等特点,无法从环境中彻底消除,只能改变其存在的位置或存在的状态[3]。重金属在其危害环境方面的特点是:微量浓度即可产生毒性,在微生物作用会转化为毒性更强的有机金属化合物,可被生物富集,通过食物链进入人体,造成慢性中毒。
虽然湛江开发区重金属的污染现状不是很严重,但是随着湛江开发区经济社会的快速发展,随着湛江市钢铁、石化、造纸等基地建设,湛江开发区将构建以钢铁工业为核心的先进制造业和以石油炼化为基础的石油化工产业。钢铁工业是资源密集型产业,向前延伸是矿山和其他辅助材料的采选业,向后延伸是金属深加工、装备制造与检修等产业。围绕湛江钢铁基地的建设,开发区将发展机械装备制造业、船舶制造业、包装产业、汽车制造业。湛江开发区资源开发和加工的力度相对还会加大,在有限的环境容量条件限定下,重金属排放将不可避免地增加,重金属污染压力有增无减。
2 湛江开发区重金属污染治理面临的困境
2.1 没有完善的重金属污染治理防治体系
湛江开发区污染防控基础工作薄弱,缺乏重金属污染防治技术管理嵌入环境管理和形成常态化管理的机制,相关技术评估体系建设滞后,缺少量化的技术评估检测平台;缺少“产生-加工-应用-回收”全过程的重金属污染综合防治技术管理体系,缺乏健全的重金属污染源数据库。
2.2 重金属治理技术落后
在重金属污染治理方面,最大的瓶颈在于技术。在重金属废气治理、重金属污染土壤修复、含重金属废物综合利用等方面,都缺乏经济适用的技术,在协同减排方面的技术也非常缺乏。重金属治理方法现在包括工程治理、生物治理、化学治理及农业治理方法。工程治理效果彻底、稳定,但实施复杂、治理费用高、易引起土壤肥力下降;生物治理实施简便、投资少,对环境破坏小,但是治理效果不理想;化学方法治理效果和费用都适中,但容易再度活化;农业治理方法易操作、费用低,但是周期长、效果不显著。
2.3 重金属监测水平滞后,无法为环境决策和执法提供可靠的技术支持
重金属污染监测需求特殊,湛江开发区重金属污染监测技术装备面临诸多问题:在线监测技术装备门类不齐,实时连续感知手段缺少;现场快速检测技术装备落后,应急工作被动;技术手段单一、应用成套化程度低,不符合综合防治需求。
3 重金属治理的对策
湛江开发区重金属治理要遵循源头预防、过程阻断、末端治理的全过程、综合防控理念,建立起完善的重金属防治体系。
3.1 强化湛江开发区重金属规划目标和任务,加强区域规划环评,严格执行区域环境准入政策
认真规划,把好源头,规划辖区重点项目实施和重金属相关行业产品产量变化,按照“一区一策”、“一厂一策”的原则,进一步明确辖区内重金属污染重点区域的防控任务和防控要求,分解落实本辖区的控制目标和重点项目。
严格准入,严格控制重金属采选和冶炼项目。积极引导涉重金属入园入区,集中治污,实现减污增效。湛江市属于非重点防控区域,必须严格控制新建、扩建增加区域重金属污染物排放的项目,实现区域重金属污染物排放总量比2007年排放量的零增长。
3.2 完善重金属排放标准,确定重金属排放基数,建立健全重金属污染源数据库,为重金属污染治理提供科学依据
要继续健全政策体系,完善重金属排放标准,补充重金属污染对人体健康影响的判定,包括环境质量标准中重金属的指标和限值。
进一步摸清重金属污染底数,明确辖区重金属排放基数。其中废水重金属排放量应以2007年污染普查数据为基准,废气中重金属污染物排放量应以环境统计、环境监测、排查调查等相关资料为基础进行测算。湛江市属重金属防控非重点区域,要求以2007年重金属排放量为基数,增产不增污,各年度重金属排放量都要控制在2007年的排放总量内。
3.3 建立清洁生产全过程控制思路,强制推进重金属污染企业实施清洁生产
清洁生产是重金属治理最直接、最有效的方法。湛江开发区以节能减排为核心,以污染预防为重点,以提升科技水平为切入点,以工艺清洁化,设备密封化、运行自动化、计量精准化为突破口,大力推广应用《国家重点行业清洁生产技术导向目录》中相关的清洁生产技术,提高资源利用率。
要抓好重点企业清洁生产审核,将涉及铅、锌、铜、铬、镉和汞等重金属行业作为开展清洁生产审核的重点,把“节能、降耗、减污、增效”的清洁生产理念贯穿于企业的各个服务、管理环节;注重全过程控制和必要的末端处理,建立“产生-加工-应用-回收”全过程的重金属污染综合防治技术管理体系,实现“工艺、环保一体化”,通过技术改造减少含重金属原材料的应用,减少生产工艺过程中的重金属副产物或污染物产生和排放,从而减轻重金属污染对人体健康和生态环境的危害。
4 结语
总之,湛江开发区应该做好重金属污染防治工作,有效控制重金属污染,严格执行污染防治设施环保“三同时”制度,全面排查辖区涉重企业,实现重金属治理区域化、社会化。
参考文献
关键词重金属污染;生物修复技术;起源;原理
中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)12-0028-01
重金属污染主要是指由重金属或着其化合物造成的环境污染。重金属污染与其他有机化合物的污染有所不同。不少有机化合物可以利用自然界本身的物理、化学或生物的净化特点,使其害性成分降低或解除。而重金属具有富集性,很难在环境中降解。所以,重金属污染的物的降解和修复问题已经成为环境研究领域的重要课题。近几十年来,生物修复技术作为新型的重金属治理技术,越来越被广泛的应用于实践当中。
1重金属污染生物修复技术的起源与发展
作为一种新型的技术,生物修复技术大概出现在80年代,刚开始一般应用于清除和治理环境污染的生物工程技术,它的原理就是通过生物本身具有的能够分解有害物质的能力,来分解污染环境的有害物质,例如土壤中的污染物,并且还会通过增加通气效率、补充营养、投加优良菌种以及改善环境条件等方式来提高微生物的代谢作用和降解活性的水平,以便利于促进对污染物的降解速度,最终可以完成对污染环境治理的任务。在刚开始的时候,这种技术主要被应用在环境中石油烃污染的治理,并且结果也很完美。实践结果表明,生物修复技术是实用的、有用的以及优越的。此后,该技术也被不断的广泛的使用在对环境中其他污染类型的治理。在美国,他们的很多州对生物修复技术也抱有浓厚的兴趣,认为这种技术使用价值也是非常大的,例如在新泽西州、威斯康星州规定将该技术列为净化受储油罐泄漏污染土壤治理的常用方法之一。在研究领域中,这种技术最成功的例子是Jon E. Llidstrom等人在1990年夏到1991年,被应用在投加营养和高效降解菌对阿拉斯加Exxon Valdez王子海湾由于油轮泄漏造成的污染进行的处理,并且取得了非常显著的效果,使得近百公里海岸的环境质量得以改善。
2重金属污染生物修复技术的基本原理
随着人们对环境的保护意识越来越强烈,一些相关工作者开始研究在不破坏土壤生态环境的条件下来治理重金属污染土壤的新方法。在现在使用的土壤重金属污染治理技术中,生物修复技术被认为是生命力最旺盛的,应用也是最广泛的。它的基本原理主要是利用土壤中天然的微生物资源或者人为投加目的菌株到各污染土壤中,将滞留的污染物快速降解和转化成无害的物质,使土壤恢复其天然功能。
3土壤中重金属污染生物修复技术
1)植物修复。所谓的植物修复技术是在植物忍耐、超量积累或者某些化学元素的理论基础上,利用植物以及其共存微生物清除环境污染物的能力,发展起来的一种环境污染治理技术。植物修复技术作为一种新型的应用技术,从广义上讲,它包含了利用植物修复重金属污染的土壤、利用植物净化空气、利用植物清除放射性核素以及利用植物和它的根系微生物共同作用净化土壤有机污染物四个方面的内容。而狭义上讲,植物修复技术就是利用植物清除污染土壤的重金属。一般来说植物修复技术可以划分为植物提取法、植物挥发法、植物根系过滤法和植物固化稳定化法。
2)微生物修复。微生物修复技术具体表现在微生物对土壤中重金属活性的影响,主要包括生物吸附和生物转化两个方面的内容。微生物可以利用有效的营养和能源,在土壤滤沥过程中通过分泌有机酸络合并溶解重金属。微生物可以利用多种代谢活动直接或间接的对重金属进行溶解。微生物代谢活动可以生成像甲酸、乙酸、丁酸等多种低分子量的有机酸。微生物对重金属的生物转化和氧化还原,可以使土壤中的重金属形成的不易迁移的高价离子化合物转化为易迁移的低价离子化合物。微生物修复技术主要包括原位修复技术、异位修复技术和原位-异位修复技术。其中,原位修复技术是在不破坏土壤结构的基础上形成的微生物修复技术,主要分为投菌法、生物培养法和生物通气法。异位修复技术在治理污染土壤时,需要大面积的对污染土壤进行扰动,其主要技术包括预制床技术、生物反应器技术、厌氧处理和常规的堆肥法。
3)动物修复。动物修复技术是指利用一些低等动物如蚯蚓、鼠类等,在土壤具有吸收重金属的特性发展起来的技术。通过对它们的利用,可以在一定程度上减少重金属的污染,达到治理重金属对土壤污染的目的。如在pb污染比较要种的地区,在土壤中投放大量的蚯蚓,通过电激、清水等方法驱出蚯蚓集中处理,对Pb污染的土壤具有一定的治理效果。
4水体中重金属污染生物修复技术
1)植物修复。水体中植物修复技术是通过植物的吸收和代谢功能将环境介质中的有毒有害污染物进行分解、富集和稳定的过程。人们也可以利用藻类对重金属的吸收以及对重金属的耐受机理,使用藻类生物修复重金属污染水体。
2)微生物修复。所谓的微生物修复技术就是通过培育的生物或者培养、接种的微生物,利用它们对水中污染物进行转移、转化及降解作用,使水体得到恢复。微生物修复技术在处理污水、废水方面已经有近百年的历史,它是在以人为的条件为前提的条件下,利用自然环境中生存繁衍的微生物或人为投加的特效微生物的生命代谢活动,来分解污染物,达到修复受污染的环境的目的。
3)动物修复。在水体中,通过添加肉食性鱼类,或减少浮游生物食性鱼类使浮游动物生物量增加的方法,即动物操纵修复技术来控制蓝藻、绿藻的生长。可以利用滤食性动物和腐食性动物的摄食习性来有效降低养殖对水体环境造成的负面影响。
5总结
根据上文的叙述我们可以了解到,不管是水体中重金属的污染,还是土壤中重金属的污染,一般都可以通过植物修复、动物修复、微生物修复这三种生物修复技术来治理因重金属污染的环境。当然针相应的具体内容会有所不同,我们在使用生物修复技术来治理环境的时候应该结合当时环境来选择合适的修复技术与方法,即“因地制宜”。我相信只要我们采用的方法得当,治理的及时,我们所生活的环境就会更加美好。
参考文献
[1]陈范燕.重金属污染的微生物修复技术[J].现代农业科技,2008(24).
[2]吴瑞娟,金卫根,邱峰芳.土壤重金属污染的生物修复[J].安徽农业科学,2008(07).
[3]张贵龙,任天志,郝桂娟,高文永,刘青丽,鞠占杰.生物修复重金属污染土壤的研究进展[J].化工环保,2007(04).
去年5月份,国务院颁布了《土壤污染防治行动计划》(“土十条”),拉开了土壤修复的大幕。同年11月份,《土壤污染防治法》草案征求意见稿,初步确定了预防和保护、管控和修复等制度设计。今年3月份,农业部印发落实“土十条”的实施意见,部署加强农用地土壤污染防治。一系列文件的出台让人们对土壤修复产业给予了极大的关注。
防控修复谁为先
在很多人眼中,污染土壤修复是环保行业的一块大蛋糕,不少业内人士曾估计其带动的产业规模会达几万亿元。随着“土十条”及其配套文件陆续出台,人们发现,产业要达到目标规模尚需时日。国土资源部土地整治中心提供的数据显示,我国土壤污染修复产业产值,尚不及环保产业总产值的1%。环保部有关负责人在解读文件时也表示,文件将推动土壤环境质量监测、调查、评估、治理修复和装备药剂生产等相关产业发展。到2020年,预计可带动环保产业新增产值约4500亿元。
大面积的土壤治理是个世界性难题,其复杂性和投入远大于空气和水。治理越难就越凸显防控的重要性。在广东省生态环境与土壤研究所研究员陈能场看来,一系列文件的出台,标志着我国土壤污染防治理念的转变,从“一刀切”的指标控制转向强调预防为主、风险控制的综合防控。发达国家土壤污染治理经验显示,污染预防、风险管控、治理修复的投入比例大致为1∶10∶100。他认为,土壤污染防治的本质是在保护土壤的基础上,分类合理利用土地。单纯的土壤修复是最末端和不得已的防治方式。
土壤污染不能上来就“治病”,得先“号脉”,“药方”也不只土壤修复这一剂。按照农业部的规划,要在耕地土壤污染详查和监测基础上,将耕地环境质量划分为优先保护、安全利用和严格管控三个类别,实施耕地土壤环境质量分类管理。优先保护未污染和轻微污染耕地,安全利用中轻度污染耕地,严格管控重度污染耕地。这意味着,对于污染轻微的耕地,可以调整种植结构,种植不吸附重金属的林木;对于污染特别严重的,可以实行风险管控,休耕退耕或生态移民等,而不是“一刀切”的土壤修复。
目前,中央政设立了土壤污染防治专项资金,主要用于开展土壤污染状况调查、修复治理等工作。农业部先后在天津、广西、湖南等地开展农产品产地重金属污染治理修复试点,启动9个污染区的污染修复示范项目。针对典型作物和污染物,将建设耕地污染综合治理与修复示范区,2020年年底前,受污染耕地开展治理与修复1000万亩。
修复资金哪里来
广西河池市是“土十条”确定的全国6个土壤污染综合防治先行区之一。16年前,一场特大暴雨使该市环江县一处尾矿库溃坝,沿岸上万亩耕地受到重金属污染。为了修复耕地,农民曾采取撒石灰的原始方法,但收效甚微。针对当地特点,2005年,中科院地理资源所研发了超富集植物与经济植物间作修复技术。政府向村民们免费发放蜈蚣草苗、东南景天苗、桑树苗,指导村民种植。蜈蚣草和东南景天是超富集植物,对重金属有很强的吸收能力,通过把重金属富集在茎叶中,从而带走土壤中的重金属。
技术成熟后,在2450万元中央重金属污染防治专项资金支持下,环江土壤污染治理工程于2010年启动,这是广西首个农田土壤修复工程。项目以“地方政府主导、科研单位技术支撑、农民主动参与”的模式,共计修复污染农田1280亩。5年后,治理区域农产品产量达到当地正常水平的90%以上,农产品重金属合格率达到95%,工程通过验收。昔日颗粒无收的耕地,如今已是郁郁葱葱的桑园。
土壤污染成因复杂,治理难度大、周期长,需要巨大的资金支持。数据显示,2007年至2015年,国内总投入约90亿元的316个土壤修复项目中,来源于财政资金、自筹资金、财政与自筹资金组合的金额分别为63%、14%和21%。“修复资金多来源于财政,难以形成合理的盈利模式,制约着土壤修复产业的发展。必须加快探索土壤污染修复市场化发展之路。”中国农科院农业资源区划所副所长徐明岗建议,应加大社会化治理,可采取治理效果与收费相挂钩的承诺式治理方式。
“土壤污染综合防治先行区本身就是要创新,不管是PPP还是第三方治理,都要有可以预期的回报。”河池市环保局有关负责人表示,要在现有PPP模式探索试点的基础上,以土地资源开发利用价值为桥梁,将污染场地修复与建设用地开发、污染农田修复与种植业发展相融合,吸引社会资本投入,政府和企业共同治理土壤污染,共享土地开发利用收益。
治土良法何处寻
“我国开展土壤修复技术研发比欧美发达国家约晚20年,在修复技术、装备及应用上,还存在较大差距,制约了国内土壤修复技术的产业化发展。”湖南永清环保集团董事长刘正军表示,目前我国相当部分修复技术与设备从国外引进,购置价格昂贵,设备维护成本高,经济性差。由于土壤类型、污染程度的差异,导致这些技术设备出现“水土不服”。这需要国内企业研发具有自主知识产权、适合我国污染土壤特点的实用修复技术与装备。
徐明岗介绍,国内外对土壤重金属污染的治理主要从两方面入手:一是活化手段,即增加重金属的溶解性和迁移性,通过土壤淋洗把土壤固相中的重金属转移到土壤液相中去,再回收处理富含重金属的废水,这也是目前城市土地重金属治理采用的主要方法。二是钝化手段,即改变重金属在土壤中的存在形态,通过降低重金属的生物有效性,从而降低农作物对重金属的吸收量。从农业生产的角度看,钝化手段比较符合现阶段我国农业的发展水平,经济可靠且易于农民掌握,有利于大面积推广。
新废品再次利用。
中国银都——湖南永兴县选择发展循环经济,走变废为宝的新路子,但如何把这些“宝”销售出去,成为了他们的新难题。
永兴的宝是一种微晶板材,是由提炼过稀贵金属后的废渣经过高温烧制而成,比花岗岩强度、硬度都高,而且没有天然花岗岩的辐射,当然其价格也更高。
价格导致的销售难是摆在老板王晖面前最大的难题。也是永兴县必须解决的一个难题,作为一个没有银矿的银都,永兴县每年生产2000吨左右的白银以及近百吨的各种稀贵金属,需要从全国各地收集各类有色金属废料80万吨,因此而产生的废渣也有8万吨。
说王晖是个老板,其实他只是个被组织特派到湖南某环保科技有限公司任总经理的特派员。此前曾是永兴县环保局局长,因为“再熟悉不过这个行业”被特派到这家环保公司,来解决当地因发展循环经济产生的废渣后续处理问题。
永兴县位于湖南省东南,湘江支流之一耒水的上游。耒水发源于汝城,经资兴市后流入永兴县境内,在资兴境内还可直接饮用,但到永兴县出现了重金属超标。
永兴作为冶炼大县有据可查的历史已经有300年。冶炼最兴盛时,永兴是“村村冒烟、户户点火”,正是这个原因让当地水系遭到严重污染。郴州市经济和信息化委员会综合科原科长王爱平对《中国经济和信息化》记者透露,上世纪80年代末,这个问题一度引起政府相关部门重视,“当时国务院都有批示,要求他们进行改造”。
永兴非个例,治理也非最为迫切。2011年3 月,全国第一个由国务院批复的区域性重金属污染治理试点方案——《湘江流域重金属污染治理实施方案》(下称《方案》)获批。《方案》指出:在长期的开采和冶炼中累积形成的重金属污染问题非常突出。近年来,由于布局和产业结构不合理,发展模式粗放及监督管理不到位等原因,重金属污染仍未有效缓解。
重金属污染治理任务异常艰巨,《方案》指出,2011年~2013 年,涉重金属企业数量要比2008 年减少50%。永兴县的任务是从一两百家企业缩减至50家。但永兴这个任务并没有完成,永兴县环保局党组成员、工会主席刘光健告诉《中国经济和信息化》记者,原定2012年底完成的任务推迟了半年至2013年6月15日才完成。
王晖对于处理永兴的废渣已经有了3套处理方案,一是把废渣废料烧制成微晶板材,二是制成泡沫陶瓷,三是制成卫浴。不过,后两套方案的技术还未成熟。
逼迫的升级
把废渣制成微晶板材对于永兴这个国家循环经济试点单位、国家城市矿产示范基地来说,的确是一条新出路,但离过上好日子还有很长一段距离。王晖所在的公司还只是在试生产阶段,按照计划也是要等到2014年的6月份才开始正式批量生产微晶板材。
对于当下的永兴而言,由于受到国际期货价格白银持续下跌的影响,很多企业近段时间正处于停产中。王爱平表示,如果白银价格一直下跌,那永兴的问题就将变得更严重。
除了白银价格的影响,导致永兴循环经济类企业停产的另一重要原因就是转型升级,以至于企业与企业之间的需要整合一段时间来重新开始生产。
永兴发展循环经济始于明末清初,最早是当地到东南亚国家开金银首饰店的一批人发现,后几经流转回到永兴。在改革开放后,经过粗放发展期(20世纪80年代至90年代中期)、规范发展期(20世纪90年代中期至末期)、发展壮大期(2000年~2010年)等三个阶段的发展,目前该产业已迎来第四阶段——整合升级期(2011年至今)。
这个整合将砍掉永兴一半以上的冶炼企业,最后剩下30家主体企业,进入太和和柏林工业园集中发展。按照当地政府官员的解释,就是要把永兴发展了几百年的“夫妻店”式、家族式企业变成现代化企业。
整合来源于环境治理的压力。永兴每年从全国各地收集80万吨各类有色金属冶炼废弃物、城市矿产,在当地用这些废弃物提炼出各类稀贵金属后,每年产生8万吨废渣。永兴县委宣传部的工作人员告诉本刊记者,便江(耒水在永兴境内被称为便江)的水已经不能直接饮用了。原永兴县委书记谢春在面对记者采访时亦没有回避这个问题:“原来这条江里的鱼都没有村民去吃,不敢吃,水被重金属污染了。”
重金属污染治理被放到了异常重要的地位。2011年2月18日,我国第一个“十二五”专项规划——《重金属污染综合防治“十二五”规划》获国务院正式批复。《规划》要求:到2015年,重点区域铅、汞、铬、镉和类金属砷等重金属污染物的排放,比2007年削减15%;非重点区域的重点重金属污染排放量不超过2007年的水平。
湖南被列为重点治理省,永兴被列为重点县。
实际上,湖南省为了治理本省重金属污染问题,早在2009年7月即启动了《方案》编制工作,并成立了由国家发展和改革委员会为组长单位,环境保护部、湖南省人民政府为副组长单位的编制领导小组,历时一年半,先后多次征求国家18个部委和湘江流域8市政府及有关部门的意见。
2011年3月,国务院批准了《方案》的实施。为治理湘江流域重金属污染问题,湖南省政府计划总投资将达到595亿元。刘光健告诉本刊记者,永兴县为了落实《方案》跟湖南省政府签订了重金属污染治理“责任状”。
永兴开始为治理重金属污染出击。2012年1月10日,永兴县环境保护局与湖南永清环保股份有限公司(下称永清环保)控股子公司湖南永清环境修复有限公司(下称“永清修复”)签订《永兴县工业固体废物污染环境修复技术示范项目承包合同》。该项合同投资总计5亿元。
永清修复是一家从事重金属污染土壤、重金属污染矿渣、重金属污泥的污染治理,土壤修复,垃圾发电中的重金属污染飞灰治理(水、大气的重金属污染治理除外)的公司。永清环保董秘熊素勤曾在媒体采访时表示,永清环保当初收购永清修复的主要目的就是进入重金属污染治理行业。永清环保先后完成长沙湘和化工厂土壤重金属修复项目,顺利运营了长沙铬渣厂土壤重金属修复项目等。
废中取金
政府对环境治理的重视在很大程度上成为了中国环保经济的“原动力”,从本刊记者在永兴采访的几位政府官员介绍的情况看来,不管是对冶炼企业的整合还是关闭淘汰,更多的动力是来自于上级政府部门的压力。
这对王晖来说却是好事,他正抓紧时间赶工期。2013年7月31日,王晖约好了与中南大学贵金属冶金学院两位教授商讨其工厂的设计和工艺问题。如果商讨没有问题,王晖的工厂将开始建设并在2014年年中投入生产。
王晖的公司成立于2010年,由永兴鑫裕环保镍业有限公司、湖南万容科技股份有限公司以及一位自然人联合成立,三方各占股77.5%, 17.5%和5%。鑫裕环保和万容科技均为有色金属与稀贵金属深加工、危废处理专业公司。
虽然成立三四年时间了,但现在还处于试生产阶段。王晖去年2月23日接手公司后,现在让他最头疼的就是资金问题,尽管公司自有资金已经有7600万元,国家补助资金也有4300万元,但对于这个资金密集型企业来说,王晖表示这还远远不够。
摆在王晖眼前的却是巨大的诱惑。现在还不能直接生产微晶复合板的王晖只能把废渣生产的一种逆料卖给与他们公司有合作关系的佛山的陶瓷厂,陶瓷厂经过加工在逆料上添加一层微晶板,做成微晶复合板。“这个价格就大大提升,一般的陶瓷板就是几十元一平方米,做成微晶复合板后是1000多元一平方米。”王晖说。
“明年下半年开始生产就好了,按照计划明年6月份就要全部启动了。”王晖认为只要明年开始生产了,公司就能够开始步入一年营业收入15亿元的轨道。对于为何公司准备这么多年还未运营,王晖解释,有些企业前期准备时间比较长,但发展后劲足;有些企业立竿见影,但发展后劲不足。
王晖认为自己的公司就是后劲足的例子。因为他们已经做了充分的准备,技术方面引进了俄罗斯的瓦纽科夫先进的冶炼技术。“人才这块我们从紫金矿业引进了总工程师,从四川宏达集团引进了几位工程师。”
现在他还因为种种原因只能忍受着看得到却不属于自己的财富。不仅如此,他还要为收集来生产成微晶板材的原材料废渣支付一顿50元钱的成本。
相对于50元钱一吨的“原材料”成本,技术和人才投入的成本导致由有色金属冶炼后的废渣生产的微晶板材成本高昂,微晶板材出售的价格也就不能降低,而这让国内消费者难以接受。“微晶石为什么现在没有竞争优势,就是因为价格太高。”现在市场的出路就是把产品销往欧美国家。
关键词:重金属污染;来源;特点及危害;修复;治理措施
中图分类号:F407.4文献标识码:A 文章编号:
随着我国社会经济建设步伐的加快,重金属行业进入了高速发展时期。但重金属行业在开采和加工过程中,一些铅、汞、镉、钴、砷等重金属通过废水、废气和固体废物来污染环境,且具有污染范围广、持续时间长、污染隐蔽性高、难以被降解等特点,导致部分地区的生态环境呈现恶化的趋势,并严重阻碍了我国农业的发展。因此,必须建立比较完善的重金属污染防治体系、事故应急体系和环境与健康风险评估体系,寻找合理有效的重金属污染治理措施和修复措施来解决污染所带来的危害,从而保证重金属行业的健康发展。
1 重金属污染的来源
通过对现状的调查分析表明,各相关行业重金属危险废物产生量最大的为有色金属冶炼行业,占总产生量的60.3%,其次为基础化学原料制造行业,占总产生量的28.4%。铅、镉、铬、汞、砷作为重金属污染的主要元素,其重点防控行业有:①有色金属冶炼和含铅蓄电池制造业是主要的涉铅行业。其中有色金属冶炼铅尘产生量占铅尘产生总量的36.6%,电池制造铅尘产生量占总产生量的63.4%;②废气中的镉主要由常用有色金属冶炼行业产生;③皮革鞣制加工行业是废水中总铬产生及排放的主要行业,金属表面处理业是废水中六价铬产生及排放的主要行业。金属表面处理行业铬产生量占67.9%,有色金属冶炼行业铬产生量占32.1%;④基础化学原料制造是废水中汞和砷产生及排放的主要行业。
2 重金属污染的特点及危害
重金属污染是通过废水、废气和固体废物来污染环境的,其主要特点为污染范围广、持续时间长、污染隐蔽性高、难以被降解。随着农业集约化生产的发展以及城市化进程的推进,重金属通过污水灌溉、大气烟尘沉降、垃圾填埋处理等途径进入土壤和水体。由于这些重金属兼具富集性和难以逆转的特点,不易为微生物降解,因此土壤和底泥往往是重金属的储存库。重金属离子的不断积累,并通过食物链进入农产品,甚至可转化为毒害性更大的甲基化合物,对食物链中某些生物产生毒害,最终在人体内蓄积,不仅影响农产品质量安全,还危害人类健康。
大多数重金属是过渡性元素,其原子特有的电子层结构使其在土壤环境中的化学行为具有一系列特点:①重金属能在一定的赋存状态下发生氧化还原反应,具有可变价态,且其价态的不同,导致其活性和毒性也不同;②重金属易在土壤环境中与土壤中的一些无机酸反应生成硫化物、碳酸盐、磷酸盐等。这些化合物的溶度积都比较小,使得重金属累积于土壤中,不易迁移,使污染区域内的危害周期变长;③重金属作为中心离子能够生成配位络合物,还可与一些大分子有机物,如腐植质、蛋白质等生成螯合物。这样难溶性的重金属盐,其在水中的溶解度可能增大,更易在土壤环境中迁移,增大其污染危害的范围。
3 重金属污染的治理措施
由于重金属污染的长期性、潜伏性、累积性和不可逆转性,一旦土壤中重金属含量超过环境容量,在土壤中不被降解,且迁移性小,则清除污染相当困难。此外,重金属污染在各地因涉重金属行业的不同,其表现也有较大差异。有的以铅尘污染最为突出;有的表现为地表水或地下水受到汞、镉、铬、砷的污染;有的表现为土壤中铅、镉、砷明显高于背景值。因此,各地应针对涉重行业的分布特征提出相应的污染防治对策。
3.1 调整产业结构,加大重点行业防控
规范全国涉重企业的管理,发展无害化和资源节约型产品,增加新型产品比重。如含铅蓄电池制造业要逐步淘汰开口式普通蓄电池,重点发展高容量密封型免维护铅酸蓄电池。推动动力锂离子电池和氢镍电池替代镉镍电池,无汞普通锌锰电池替代含汞锌锰电池;金属表面处理业要加大含氰电镀工艺的淘汰力度,积极推行无氰电镀工艺;基础化学原料制造业应鼓励离子膜生产烧碱;皮革鞣制加工业应推广白湿皮工艺,采用无污染的化工材料预鞣、剖白湿皮。提倡低铬高吸收铬鞣和无铬鞣剂替代铬鞣,在复鞣过程中不用或少用含铬复鞣剂;常用有色金属冶炼业应鼓励氧气底吹熔炼-鼓风炉还原炼铅、富氧常压直接浸出炼锌工艺、沸腾焙烧工艺,全部淘汰土烧结盘、简易高炉、烧结锅、烧结盘、烧结机、用坩埚炉熔炼再生铅等落后且达不到环保标准的炼铅工艺和设备,以及用土制马弗炉、马槽炉、横罐、小竖罐等进行还原熔炼再以简易冷凝设施回收锌等落后的炼锌或氧化锌的工艺。
3.2 加强集中治理,实施区域综合整治
凡涉重金属的项目全部规划到统一专业园区进行集中管理,根据区内的企业规模和数量,加大园区安全防护距离,严格废气、废水等污染物排放标准。涉重金属专业园区建设必须符合国家产业政策和规划要求,符合土地利用总体规划、土地供应政策和土地使用标准的规定;加强园区的设计和管理,做到“5 个集中”:集中供热、集中供水、危化品集中供应、废水集中治理、集中配套生活设施,对排至园区污水处理厂的污水实行在线监控;贯彻国家清洁生产促进法, 推行清洁生产标准, 实施强制性清洁生产审核,实施清洁生产推广计划,建立清洁生产的激励机制;在污染物分类收集的基础上,分别实施预处理,不断提升行业技术水平, 提高产品质量,降低对环境的不利影响,实现可持续发展。
3.3 提高项目准入门槛,严格限制重金属项目
进一步提高节能、环保、安全土地使用和职业健康方面的准入标准,实施涉重金属产业准入公告制度。对不符合国家产业政策、企业规模小、污染物排放不达标的生产厂点,依照有关法律法规立即责令其关闭或整改。新建企业注册资本不得低于3 000 万人民币,首次投入不得低于5 000 万人民币,严格按照地表水水域环境功能和保护目标科学确定环境安全防护距离。对不符合要求的涉重金属项目,发展改革部门不得备案、核准,规划部门不得受理规划许可,国土资源部门不得受理用地申请,环境保护部门不得审批其环境影响报告书和核发排污许可证,安监部门不得发放安全生产许可证,质监部门不得发放生产许可证,
金融机构不得提供贷款支持。
3.4 严格污染源监管,加强重金属监控能力体系建设
禁止在重要生态保护区、农业发展区、敏感区和已无环境容量的区域新建主要外排重金属污染物的项目。凡环保手续不齐全或超生产经营范围从事含重金属产品及相关配件制造、
组装、经营的企业、个体工商户,一律立即依法取缔;凡未能做到达标排放和规范防护或未能通过环保、安全生产、质量监督等有关主管部门验收的,一律立即依法关停。对已取得环评批复未进行环保验收、卫生防护距离内有环境敏感目标、污染防治措施无法满足要求的企业要实施停产整治,并限期验收,对逾期未能通过验收的企业实施关闭。同时,组织开展环境影响后评估,对已建成并投入生产使用的涉重金属项目所造成(或可能造成)的环境影响以及重金属污染治理措施的有效性进行跟踪检查、监测,并提出环境保护补救方案或改进建议,实现涉重金属项目环境影响的全过程评估与动态管理。
关键词:土壤;重金属污染;防治
Abstract: such as rapid development of modern agriculture and industry at the same time, the situation of soil heavy metal pollution has become increasingly serious. This article mainly from the soil heavy metal pollution sources and present situation analysis, points out the harm of soil heavy metal pollution at the same time, puts forward some prevention measures, and provides a certain reference for environmental protection, promote the sustainable development and utilization of the soil.
Key words: soil; Heavy metal pollution; The prevention and control
中图分类号:文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
引言
土壤是城市生态系统的有机组成部分,是土壤圈中受人类活动影响最为强烈的部分,这类土壤广泛分布于公园、道路、体育场、城郊、垃圾填埋场、废弃工厂、矿山周围,有着不同于自然土壤的理化性质。重金属是有害元素,可通过吞食、吸入和皮肤吸收等主要途径进入人体,损害造血系统、消化系统,严重时则损害神经系统,直接对人特别是儿童的健康造成危害,还可通过污染食物、大气和水环境间接影响城市环境质量,危害人类健康。城市人口与土壤直接或间接接触的几率很高,相比于自然土壤或农用土壤而言,这类土壤的重金属污染更容易对人体健康造成危害。城市化所导致的环境恶化已成为影响居民健康的一个重要因素。因此,关注城市土壤的重金属污染来源及危害,有针对性采取污染治理措施,具有重要的科学价值和现实意义。
一、土壤中重金属污染的现状
在自然界的循环过程中,环境中的污染物很大一部分都会进入或者经过土壤。因为土壤中的重金属元素可能会通过食物链在生物体中聚集,从而造成人体内长期积蓄对人体造成危害。土壤中重金属的来源是多种途径的,除了大气干湿沉降的来源之外,农业生产、污水农用灌溉、等也可能会造成重金属对大气、土壤和水体的环境污染。
1.大气干湿沉降污染
伴随着社会的快速发展,工业生产、大量的石油以及汽车等排放的尾气等,它们燃烧之后的尾气进入大气后,使得空气中含有大量的重金属元素,它们主要是经自然沉降和雨淋沉降进人土壤,并且分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧,这些重金属元素既可以直接沉降到土壤中或者被土壤吸附,也可以被植物吸收后,通过植物传输土壤而引起土壤重金属污染。
2.农业生产污染
在农作物的成长过程中,为了促进生物的快速结果,往往会采用现代农业生产的方法,大量使用化肥、农药。而在使用含有铅、汞、福、砷等的农药的时候,由于重金属元素的长期积累,造成土壤中重金属元素的含量不断上升,导致土壤中重金属的污染。并且在有些地区,污水作为农田的常用水,因为工业污染的成分比较复杂,里面不同程度地含有重金属等有害物质,常常会引起一定的危害。
3.污水农用灌溉污染
由于城市工业化的快速发展,大量的工业污水成为农田灌溉的常用水。但是因为污水灌溉一般是属于面源污染,一旦污染,收到污染的面积就会很大。含有许多重金属离子的城市污水,进入河道,而进入土壤,从而引起水体污染,恶性循环,给人们带来无法估计的伤害,对农业及其人们的日常生活带来影响。
二、土壤重金属污染的危害
1.对城市生态景观植物危害
城市土壤受重金属污染后会形成土壤结块,同时重金属在土壤—植物系统中迁移会直接影响植物的生理生化和生长发育,从而引发土壤生物和植被退化等一系列较为严重的城市环境问题,直接危及城市居民的健康和安全。例如,镉是危害植物生长的有毒元素,如果土壤中镉含量过高, 植物叶片的叶绿素结构会遭到破坏,同时根系对水分和养分的吸收会减少, 根系生长受到抑制,从而阻碍植物生长,甚至引起植物死亡。
2.对人体的危害
受污染的土壤暴露在城市环境中,形成粉尘直接或间接进入动物和人体中,对人类产生危害。此外,郊区蔬菜基地土壤受到污染,重金属容易被植物利用而进入食物链,最终通过食物链影响人类的健康。如Pb 能伤害人体的神经系统, 特别对幼儿的智力发育有极其不良的影响;镉的毒性很大,在人体内蓄积会引起泌尿系统功能变化,还会影响骨骼发育。
三、土壤中重金属污染的防治
土壤的重金属污染防治要想取得一定的成效,必须从预防和防治相结合的方式进行实施。也就是说要做到,预防为主,防治结合的方法。从某种意义上来说,治理重金属的污染一方面可以通过物理化学的方法去除土壤中的重金属污染物,另一方面可以改变重金属在土壤中的存在形态。
1.工程治理方法
工程治理的治理方法主要是依据物理和化学的原理来治理土壤中重金属污染的途径。一般是运用客土、换土、去表土和深耕翻土等措施来达到这种目的。客土主要是在被污染的土壤中加入没有被污染的新土;换土是将以污染的土壤移去,换上未污染的新土;翻土是将污染的表土翻至下层;去表土是将污染的表土移去等。冲洗络合法是用清水冲洗被重金属污染的土壤,使重金属迁移至较深的根外层,减少作物根区重金属的离子浓度。另外,为了避免出现土壤的再次污染,可以利用一定比例的化合物进行土壤冲淋,使其能与重金属形成比较稳定的化合物,或者是利用带有阴离子的溶液,常用的是碳酸盐和磷酸盐进行,这样能收到比较好的效果,使重金属能形成多需要的沉淀。而对于低渗透性的粘土和淤泥土,我们可以用电动修复方法来完成,这样的重金属可以用到汞等。
这种工程治理的方法可以说收到的效果比较明确,而且具有较强的稳定性,但是往往实行以来会比较复杂,容易引起土壤肥力的降低。
2.农业治理方法
在治理土壤重金属污染的方法时,用到的农业治理方法一般是要改变一些耕作的管理来减轻重金属的含量和危害。这样就会对进入土壤中的有害物质有所降低。因为在污染土壤时,只要不进入食物链对人体的伤害就不会那么大。生活中我们可以利用控制土壤中的水分,来达到降低重金属污染的目的;在选择化肥时,选择最能降低土壤重金属污染的化肥,增加施加有机肥的利用,使其能够固定土壤中多种重金属以及降低土壤中重金属污染;还可以选择比较抗污染的植物并且不能在已经被污染的土壤上种植所需要的植物,以防止通过食物链的植物进入人体,对人体造成伤害。合理的利用农业生态系统工程措施,也可以保持土壤的肥力,改良和防治土壤重金属污染,提高土壤质量,并能与自然生态循环和系统协调运作。比如可以在污染区公路的两边种树、种花和种草,这样不但可以使得环境变得清新,还可以净化土壤,还可以进行农业的改良,就是在被污染的地区繁殖种子,然后在没有污染的地方种植,收获后把它们提取酒精,残渣压制纤维板,并提取糠醛,或将残渣制作沼气作能源。这种农业治理措施的比较切合实际,也比较容易实现,而且费用比较低,但是做起来的时间要求比较高,效果不会太显著。
3.物理修复
(1)电动修复
通过电流使土壤中的重金属离子(如Pb、Cd、Cr、Zn等)和无机离子以电透渗和电迁移的方式向电极运输,再集中收集处理。该方法适用于低渗透的粘土和淤泥土,可以控制污染物的流动方向。在沙土上的实验,土壤中Pb2+、Cr3+等重金属离子的除去率也可达90%以上。电动修复不搅动土层,修复时间短,是一种经济可行的原位修复技术。
(2)电热修复
利用高频电压产生的电磁波对土壤进行加热,使污染物从土壤颗粒内解吸出来,加快一些易挥发性重金属从土壤中分离,从而达到修复的目的。该技术可以修复被Hg和Se等重金属污染的土壤。
(3)土壤淋洗
利用淋洗液把土壤固相中的重金属转移到土壤液相中去,再把富含重金属的废水进一步回收处理。该技术要求寻找一种既能提取各种形态的重金属,又不破坏土壤结构的淋洗液。目前用于淋洗土壤的淋洗液,包括有机或无机酸、碱、盐和螯合剂。
4.化学修复
化学修复就是向土壤投入改良剂,将重金属吸附、氧化还原、拮抗或沉淀,降低重金属的生物有效性。常用改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作用的有机物质,不同改良剂对重金属的作用机理不同。化学修复简单易行,但它只改变了重金属在土壤中的存在形态,金属元素仍保留在土壤中,容易再度活化危害植物。
结 语
重金属污染土壤的治理是一个整体性的工程,需要多种治理技术。植物修复加上化学、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,能更好地提高土壤重金属修复的效率。因此,生物修复综合技术前景广阔。
参考文献
[1]崔德杰,张玉龙.土壤重金属污染现状与修复技术研究进展[N].土壤通报,2004,35(3)
关键词:农田土壤;重金属污染;修复技术;环境保护
中图分类号:S153 文献标识码:A DOI:10.11974/nyyjs.20170432024
1 我国农田重金属污染现状
1.1 重金属普遍超标
农田重金属污染主要是指Pb、Cu、Hg、Zn、Cr、Cd等重金属元素在农田土壤中的含量超过土壤背景值,根据农田部、环保部等部门近年来报告数据显示,全国有300多个重点污染区重金属超标,占农田污染的80%,抽取数据显示,我国农田平均重金属超标率在2010年前就已经高达12%,在一些大城市,例如北京、上海、深圳等地,各类重金属元素在农田土壤中的含量尤其高,城市发展对于农田重金属污染影响极为严重,目前我国农田重金属污染形势严峻,污染情况已经得到重视,各类措施也在紧急筹备和实施之中。我国农田重金属污染现状具有范围大,种类多,相对集中,分布不均,普遍严重的特点。虽然污染依然严重,但随着环保力度的增强和范围的扩大,污染情况正在逐步改善。
1.2 污染主要来源
农田重金属污染修复,关键在防、治二字,要做到对重金属污染的防治,需要了解农田中重金属的来源,污染来源主要有4类,分别是:污水、大气、农业废弃物以及固体垃圾。空气污染是我国环境保护的一大难题给农田也带来了极大的影响,空气中夹杂着来自工业、交通、矿山等的污染物中,不乏各类重金属物质,在大气沉降过程中,重金属便进入了农田土壤之中。大量数据实例表明,在工业区、道路旁,土壤中含重金属量较其他地区明显高出数倍,环保部研究青藏铁路沿线两侧、北京等城市道路旁农田土质以及种植物,发现不仅土壤重金属含量高,植物中也含有较高的重金属元素。含重金属的污水一旦进入农田并沉淀,就容易造成农田重金属含量的增加,农业材料,如农药、农肥等,在大面积、长期使用之下,重金属会慢慢渗入土壤之中,而一些固体堆积物更是含有大量重金属,在堆积中容易渗入地下。
2 农田重金属污染修复技术
2.1 物理、化学修复技术
物理修复技术主要有换土、深耕翻土、填土以及加热法,前3种方法原理一致,皆是使浅层土壤以旧换新,这些方法工程量大,效果稳定,修复彻底,但是不仅换土需要大量工程,集中处理土壤的耗损也非常大,因此并不适合大规模应用。加热法是利用加热使挥发性重金属从土壤中挥发析出,虽然有一定作用,但是容易导致一些元素酸化或者相互反应,产生更为严重的后果,且析出气体的收集也很棘手。化学修复方法也是如此,无论是电动修复还是淋洗修复,都容易导致严重的污染,电动修复是通过土壤两侧通电以电场作用将重金属带到电极,在两极集中收集并进行处理,淋洗是将水或者其他制剂放入土壤之中进行冲洗,制剂的选择和二次污染的防治成为淋洗的重点,物理、化学方法虽然效果好,但是成本高且对环境极可能造成二次污染,因此实践中应用甚少,相关部门正在加紧研究改善重金属污染治理之中。
2.2 生物修复技术
生物修复技术成本较低,有利于规模化操作,并且生物法的优势在于其环境有益性,不仅能够有效处理农田土壤重金属污染,更重要的是,生物修复有助于修复自然界的正常循环,有利于全面改善环境,目前的环境保护实践对于生物方法也极为推崇。生物修复法主要是利用植物和微生物、动物进行土壤修复,利用植物根系固定重金属,减少扩散,植物还能够从土壤中吸收重金属,储存在植物体内,我国已经发现大量对重金属具有吸收能力的植物,在实践中也有一定研究和应用,植物修复是较为推崇的方法,绿色植物的大量种植能够固定土壤、防风固沙、净化空气,大量种植能够吸收重金属的植物,则一举数得,值得注意的是,植物吸收重金属存于体内,势必导致重金属含量过高,这些植物一定不能作为食品销售。微生物、动物与植物修复法类似,生物修复技术容易破坏生态平衡,尤其是微生物、动物修复,因此也需要进一步研究,目前而言,选取植物进行大规模种植修复土壤似乎是于环境保护最有益处的方法。
3 结语
环境于人类而言重如生命,l展中的破坏已经造成,如何修复才是关键,农田土壤重金属污染,重在防治,切断污染源的同时改良污染土壤方为可行之路。
参考文献