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重金属污染土壤的修复方法

2023-03-10 16:35:52

  目前,中国大约有0.1亿hm2的重金属污染耕地,约占耕地总面积的10%。中国每年有多达1200万t的重金属污染粮食。由于重金属污染,粮食产量减少超过1000万t,直接经济损失至少200亿元。中国许多城市的郊区土壤都受到了不同程度的污染,许多地方的食物、蔬菜和水果中都有光盘。、Cr、As、Pb等重金属含量超标或接近临界值。


  土壤中的许多重金属对生物体来说是必要的,但必须保持在一定的浓度范围内。当重金属浓度超过极限时,会对生物体造成很大的危害:阻碍基本代谢功能的发挥,抑制其他生理必需的金属离子的吸收,甚至改变生物分子的活性结构,造成身体变异。重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。污染土壤的修复非常困难,不仅经济投入巨大,而且技术困难,修复周期长。重金属污染物在土壤中的移动性很小,不容易被水淹没,不容易通过修复。


  土壤修复主要有两种方法:(1)改变土壤中重金属的存在形态,使其固定,降低其在环境中的迁移性和生物可用性,即稳定性;(2)从土壤中去除重金属,使其残留浓度接近或达到背景值,即去除(去除)污化。主要处理方法包括物理方法:土壤、土壤交换方法、热处理方法(蒸汽提取);物理化学方法:固定(稳定)法、淋滤法、电动修复法;生物修复法:植物修复法、微生物修复法、植物-微生物联合修复法、动物修复法。下面依次介绍各种技术方法的要点、特点和机制。


  1、客土、换土法


  客土法是在污染的土壤上覆盖非污染土壤;换土法是挖掘一些或全部污染的土壤,用非污染的土壤代替。其机制是尽可能将污染的重金属与生物圈隔离,减少污染物与植物根系接触的可能性。


  2、热处理方法(蒸汽提取)


  通过热蒸汽或微波、红外辐射等加热方式将污染的重金属挥发到土壤中。在高温作用下,低熔点汞的蒸发速度加快,部分放射性重金属会从土壤表面吸附扩散到土壤内部晶格,从而降低其生物有效性和环境风险。


  3、固定(稳定)化法


  使用稳定剂(石灰、天然沸石、磷酸盐、粘土等)。)将土壤中的重金属转化为低溶解、低毒、低移动性的物质,以减少其危害。添加稳定剂直接吸收、络合沉淀重金属或改变pH值,间接影响重金属的稳定性,从而降低土壤环境中有毒重金属的移动性。它涉及固化基质的形成和污染物机械的固定通过固化机制的固定,但固定(稳定)法是在污染土壤中保留重金属。


  4、淋滤法


  解决土壤重金属污染问题的技术是通过物理和化学过程将重金属从土壤中移出的。物理分离过程(水力分级、浮选、磁分离、静电分离等)。)和化学提取过程(酸提取、螯合提取、氧化还原、表面活性剂增溶、改良剂等。)基于颗粒状态(水力分级、浮选、磁分离、静电分离等)。


  5、电动修复法


  通过电化学和电力学的复合作用,利用低能级DC电流(几个A/m2)穿过污染土壤,去除土壤中的重金属。电极插入污染土壤(粘土和泥土)并施加DC电,两个电极之间形成DC电场。由于土壤颗粒表面有双电层,孔隙溶液中的离子或颗粒物有电荷,形成了一个完整的电场,重金属离子聚集在电极的两端,在各种迁移运动下被去除。


  6、植物修复法


  一项利用植物及其共存微生物系统清除环境中污染物的技术,基于植物耐受性和过度积累某些或某些化学元素的生理功能。(1)去除过程,包括植物提取和植物挥发,利用重金属积累植物或过度积累植物提取土壤中的重金属,将其丰富并运输到植物根部的可收割部分和植物地上的树枝或挥发到大气中;(2)稳定过程、植物稳定和植物过滤,植物通过一定的生化过程(分泌有机酸等)改变根际环境。)(pH、Eh)或者利用植物庞大的根系过滤吸收,富集重金属降低土壤环境中重金属的流动性,降低生物可用性。


  7、微生物修复法利用藻类、细菌、真菌等物理、化学、生物作用,包括与土壤环境安全和肥力密切相关的藻类、细菌和真菌,降低土壤重金属毒性。(1)生物吸附丰富,微生物富含肽聚糖、脂多糖、磷壁酸、胞外多糖等强大的重金属螯合物;(2)微生物代谢过程中产生多种低分子量的有机酸或络合物,溶解或沉淀重金属离子;(3)氧化还原作用,将低价重金属氧化成高价稳定的形态,将高价重金属还原成低价容易迁移的形态;(4)菌根真菌可以通过有机酸的分泌激活一些重金属离子,促进植物对重金属的吸收。8、植物–为了清除环境中的污染物,微生物联合修复法利用植物与其共生微生物系统(微环境)联合修复污染环境。结合植物和菌根真菌或强化微生物的优点,植物的根系为微生物提供适当的营养条件,保证微生物数量和活性在恶劣环境下的维持,微生物激活重金属,促进植物吸收。9、在土壤中,一些低等动物(如蚯蚓、鼠类等)可以通过动物修复来吸收重金属,从而降低污染土壤重金属的含量。蚯蚓、老鼠等动物可以改善土壤的物理结构、通气性和透水性,增强土壤肥力。它们被称为“改良土壤的专家”。蚯蚓携带的各种微生物可以增加土壤中活性微生物的数量,有利于污染土壤生态系统退化的恢复。各式各样的处理方法都有其独特的优点,也无法避免一些缺点。有些方法对重金属的去除效果非常明显,但可能会对土壤本身的环境造成很大的干扰,比如物理化;有些方法对重金属的去除效果一般,但对土壤的干扰小,成本低,比如植物修复法;有些方法是通过固定(稳定)法等技术手段降低重金属的迁移能力和生物有效性,从而降低危害。下表显示了各种修复方法的对应比较。从表中可以看出,单独使用上述方法很难达到高效、低消耗、低扰动重金属污染土壤的理想效果。重金属污染土壤的处理应根据污染场所的具体情况选择合适的单一修复方法或多种联合修复方法。


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