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1、除去土壤重金属技术方法汇总1土壤重金属污染防治措施1.1提升管理理念,加强管理手段建设 人类工农业、城市现代化发展过程中，采矿、冶炼、造纸、交通等人为活动将越来越频繁，这些过程中产生的“三废”将会导致大量的重金属进入土壤，造成污染。土壤一旦受到污染,要清除其中的污染物则是一件极其不容易的事。因此应提升管理理念和加强管理手段建设，坚持预防为主，综合防治的原则，推行清洁生产，发展循环经济，加大“三废”治理力度，积极回收废气、废渣和污泥中的重金属，防止其对土壤环境的二次污染，并要严格执行污灌水质和污泥施用标准，严格控制农田灌溉污水和施用污泥中重金属含量和施用量，以便切断污染源，有效防治土壤重金属污染
2、。1.2工程治理措施主要包括客土、换土、去表土和深耕翻土等措施。客土法就是向污染土壤加入大量的干净土壤，覆盖在表层或混匀，使污染物浓度降低到危害浓度以下或减少污染物与植物根系的接触，从而达到减轻危害的目的。对于浅根植物和移动性较差的污染物，采用覆盖法较好，客入的土壤应尽量选择比较粘或有机质含量高的土壤，以增加土壤环境容量。换土法就是把污染土壤取走，换入新的干净的土壤。该方法对小面积严重污染且污染物具放射性或易扩散难分解的土壤是必需的。翻土就是深翻土壤,使聚积在表层的污染物分散到更深的层次，达到稀释的目的。该法适用于土层较深厚的土壤，且要配合增加施肥量，以弥补耕层养分的减少。工程措施是治理土壤重
3、金属污染的一种切实有效的方法。但是，由于该方法需花费大量的人力与财力，并且在换土过程中，存在着占用土地、渗漏、污染环境等不良因素的影响。因而，并不是治理土壤重金属污染的理想方法。1.3物理化学修复1.3.1电动修复。土壤电动修复是一门新的经济型土壤修复技术，其原理是在包含污染土壤的电解池两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中的污染物质通过电迁移、电渗流或电泳等途径被带到位于电解池两极的处理室中并通过进一步的处理从而实现污染土壤样品的减污或清洁。研究表明，电流能打破所有的金属土壤键，该技术在去除低渗透性的粘土和淤泥土中的铅、砷、铬、镉、铜、铀、汞和锌等重金属是非常有效的；在沙土上的实验结果表明，土
4、壤中 Pb2+、Cr 3+等重金属离子的除去率也可达 90 %以上。1.3.2冲洗络合法。其原理是运用试剂和土壤中的重金属作用，形成溶解性的重金属离子或金属试剂络合物，然后用清水把污染物冲至根层外，再利用含有一定配位体的化合物冲淋土壤，使之与重金属形成具有稳定络合常数的络合物；或用带有阴离子的溶液，如碳酸盐、磷酸盐冲洗土壤，使重金属形成化合物沉淀。为防止污染地下水，最后从提取液中回收重金属，并循环利用提取液。由于表面活性剂易产生二次污染，目前趋向开发生物表面活性剂，它对不同重金属有各自的专一性且能自发循环利用。此种方法适用于对面积小污染重的土壤治理，但同时也容易引起某些营养元素的淋失和沉淀。1
5、.3.3热处理法。热处理是通过加热的方式，对一些重金属进行热固定或将一些具有挥发性的重金属从土壤中解吸出来的方法。该方法工艺简单，但能耗大，操作费用高。最近 Wei 等研究了铜在矿物上的热固定机理。在 300900条件下将其固化 l h，吸附或沉积在矿物上的 Cu(OH)2 将转化为可溶性差、不易被洗脱的 CuO 而固定在矿物表面，固化温度的增加将提高其在矿物表面的固化程度。Spalding 利用加热的方法固定土壤中放射性元素。这些元素在高温下将由在土壤表面的吸附而向土壤内部晶格扩散，从而降低其环境风险。对于具有挥发性的重金属汞，热处理法可将其有效地从土壤中清除。其原理是向汞污染土壤通入热蒸汽
6、或用低频加热的方法，促使其从土壤中挥发并回收再处理。在处理土壤时，首先将土壤破碎，向土壤中加入能够使汞化合物分解的添加剂。然后,再分两个阶段通入低温气体和高温气体使土壤干燥，去除其他易挥发物质，最后使土壤汞气化，并收集挥发的汞蒸气。1.4化学修复化学修复就是向土壤投入改良剂，使其改变土壤的酸碱性、土壤氧化还原条件或土壤中离子的构成情况，进而对重金属的吸附作用、氧化还原作用、拮抗或沉淀作用产生影响，最终降低重金属的污染。常用的改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作用的有机物质。对于受重金属污染的酸性土壤，施用石灰等碱性物质能提高土壤 pH 值，降低重金属的溶解性。Naidu在 C
7、d 污染的土壤上施用碱性物质如石灰，一般土壤施用 750 kg/ hm2 石灰，使土壤中重金属 Cd 有效态含量降低 15 %左右，对减少 Cd 被作物吸收具有一定的作用。若将 Hg 污染的土壤 pH 值提高到 6. 5 以上，可使 Hg 形成难溶的碳酸汞、氢氧化汞或水合碳酸汞，明显降低汞的有效性。在重金属污染严重的土壤中施入含硫物料，能使土壤中的镉、汞形成 CdS、HgS 沉淀。有机肥不仅可以改善土壤的理化性状、增加土壤的肥力，而且可以影响重金属在土壤中的形态及植物对其的吸收。研究表明，向 Cd 污染土壤中加入有机肥，可促进土壤中的重金属离子与其形成重金属有机络合物，增加土壤对重金属的吸附能
8、力,提高土壤对重金属的缓冲性。另外根据土壤环境中某些重金属具有拮抗作用，可向某一重金属元素轻度污染土壤中施入少量的与该金属有拮抗性的另一重金属元素，就可有效降低土壤重金属污染。如化学性质相近的 Ca 和 Sr、Cd 和 Zn、K 和 Cs 等之间都可能产生拮抗作用。已有试验证明，土壤中适宜的 Cd/ Zn 比，可以抑制植物对 Cd 的吸收，因此，可以通过向 Cd 污染土壤中加入适量 Zn ，调节 Cd/ Zn 比，减少 Cd 在植物体内的富集。1.5农业修复措施农业生态修复措施是因地制宜地改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害。主要包括两个方面：一是改变耕作制度,在有条件的地区旱田改水田；选种
9、抗污染作物品种，或筛选出在食用部位累积污染物少的品种；种植不进入食物链的植物，如种植树木、花草等观赏或经济作物；选择能降低土壤重金属污染的化肥，来降低土壤重金属污染。二是农艺修复措施。通过增施有机肥或深耕土地等手段调节诸如土壤水分、土壤养分、土壤 pH 值和土壤氧化还原状况等土壤理化性质，实现对污染物所处环境介质的调控。实践表明，农业修复措施在治理轻度污染土壤时效果较好，但也存在修复时间较长等不利因素。1.6生物修复措施实践表明，虽然采取适宜的工程和农艺调控措施,能够在一定程度上有效地减少重金属通过食物链进入人体的机会，并可获得较好的经济、社会和环境效益。但由于上述治理措施的缺陷和局限性,都未
10、能成为较为理想的土壤重金属治理措施。一些科学工作者开始寻找在不破坏土壤生态环境,能够保持土壤结构的状况下原位治理重金属污染的新途径。生物修复则为开辟这一新途径提供了希望。生物修复又分为动物修复、微生物修复和植物修复。1.6.1动物修复措施。动物修复是利用土壤中的某些低等动物蚯蚓、鼠类等吸收土壤中的重金属。土壤中的某些低等动物能吸收土壤中的重金属，因而能一定程度上降低污染土壤中重金属的含量。Koamowska 等在华沙交通要道附近采集土壤和蚯蚓进行测定后发现,土壤中 Cu、Pb、 Zn、Cd 的含量分别为 2653、170180、170250和 0. 621. 1 mg/ kg ，而相应的蚯蚓富
11、集系数为 0. 56、0. 36、7. 3 和 17. 1。由此可见，蚯蚓对锌和镉有良好的富集作用。蚯蚓也能通过增加土壤重金属的活性使得植物吸收重金属的效率增加。俞协治通过模拟土壤污染试验发现蚯蚓活动能明显提高红壤 Cu 的生物有效性，使得红壤中 DTPA 提取态 Cu 的含量显著增加，从而提高了植物对重金属的吸收和富积效率。1.6.2微生物修复措施。微生物修复是利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化还原等作用，降低土壤重金属的毒性。由于微生物反应的温和性和多样性，通过强化微生物的代谢分解作用进行污染控制的生物修复技术已成为目前解决难降解化合物污染的关键技术。某些微生物能够产生胞外
12、聚合物,这些物质具有大量的阴离子基团，从而与重金属离子结合而解毒。某些微生物能代谢产生柠檬酸、草酸等物质，这些代谢产物能与重金属产生鳌合或是形成草酸盐沉淀，从而减轻重金属的伤害。另外，在重金属的胁迫下微生物能通过自身的生命活动积极地改变环境中重金属的存在状态。例如，微生物活动可改变土壤溶液的 pH 值，从而改变土壤对重金属的吸附特征来影响重金属的化学行为；微生物的细胞壁或粘液层能直接吸收或吸附重金属。此外，微生物也可通过改善土壤的团粒结构、改良土壤的理化性质和影响植物根分泌等过程间接地影响重金属形态。1.6.3植物修复措施。植物修复是利用某些植物能忍耐和超量积累某种重金属的特性来清除土壤中的重
13、金属。其修复方式有以下几种：植物提取、植物挥发、植物固定。植物提取修复是采用超积累植物或诱导超量积累植物将土壤中某种过量的元素转移到植物体内，随后收割茎叶另作处理的土壤修复技术。植物挥发是利用植物去除环境中一些挥发污染物的方法，即植物将污染物吸入体内后又将其转化为气态物质而释放到大气中。如印度芥菜有较高吸收和积累 Se 的能力，在种植该植物 1 年,土壤中 Se 可减少 48 %。植物固定是利用耐重金属植物或超积累植物降低重金属的活性，从而减少重金属被淋洗到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。其机理主要是通过改变根际环境(pH 、Eh) 使重金属的形态发生改变，通过在植物的根部积累和沉
14、淀，减少重金属在土壤中的移动性。通常该技术适用于重金属浓度低，水位较高的污染土壤。目前，植物修复主要是指植物提取修复，即利用某些特定的植物对重金属具有超富集能力来清除土壤重金属污染。被应用于植物提取修复的植物主要分超量积累植物和诱导超量积累植物两大类，前者指一些具有较强的吸收土壤重金属物质能力的植物，后者则指一些本身不具备超量积累土壤重金属物质的能力，但可用一些方法诱导出超量积累能力的植物。如一些农作物可吸收 Pb ，尽管达不到植物修复的要求，但在土壤中加入人工合成的鳌合剂后这种情况就会改变。如土壤中加入人工合成的鳌合剂后可增加芥菜对 Pb 的吸收。到目前为止,在美国、澳大利亚、新西兰等国已发
15、现能富集重金属的超积累植物 500 多种，其中有 360 多种是富集 Ni 的植物。我国开展这方面的工作较晚，到目前为止，已陆续发现了锰超积累植物商陆，As 超富集植物蜈蚣草，大叶井口边草，Cd 超富集植物宝山堇菜，Zn 超富集植物东南景天以及 Cu 超富集植物海州香薷和鸭跖草。植物修复技术作为一种新兴高效、绿色廉价的生物修复途径，具有良好的经济、生态综合效益，并且易被大众接受,因此, 具有广阔的应用前景。但随着研究的深入，人们发现超积累植物往往植株矮小，生物量较低，生长速度慢，生长周期长，而且受到气候、土壤肥力、水分、盐度、酸碱度等的影响较大，通常一种植物只能忍耐或吸收 1 种或 2 种重金
16、属元素，对土壤中其他浓度较高的重金属则表现出某种中毒症状，由于根系较浅，对深层土壤污染修复能力较差，不易于大规模应用。2土壤重金属防治措施研究展望目前，世界各国对土壤重金属污染修复技术进行了广泛的研究，取得了可喜的进展。但在如何将植物修复、生物修复、物理修复和化学修复科学地结合起来方面，目前缺乏深入的研究；对植物修复中涉及的诱导作用如何避免二次污染，特别是对地下水的污染缺乏研究；有关植物收获后如何处理的报道目前很少见到；另外，植物修复尚处于实验室和大田的试验、示范阶段,缺乏污染土壤的修复实践，与污染土壤修复产业化的形成相距甚远。目前在污染土壤防治措施方面,人们更关注工程修复、生物修复、物理化学修复等技术措施，而没有对环境管理给予足够重视。其实，若管理理念能得到提升、管理技术能得到改进、管理手段能得到加强，土壤污染势头就能得到有效遏止，污染治理的压力就能得到缓解，因而有必要将管理措施提高到重金属污染防治的首要位置，确立“防重于治”的原则。今后，我们更应在管理方法上下功夫，鼓励新方法、
