土壤重金屬治理方法

土壤重金屬治理方法

1 . 重金屬污染的治理和修復(fù)

按照重金屬在土壤中的賦存形態(tài)不同和土壤的性質(zhì)不同。重金屬污染土壤的修復(fù)和治理方法可分為三大類：土壤農(nóng)化調(diào)控法、工程物理化學(xué)法及生物修復(fù)法。

1.1 工程物理化學(xué)法

工程物理化學(xué)法是指通過(guò)機(jī)械法、物理化學(xué)法等手段治理土壤重金屬污染的方法，在土壤重金屬污染初期應(yīng)用該方法效果較好。主要包括：客土法、淋洗沉淀法等。

1.1.1 客土法

客土法是以非污染土壤將污染土壤覆蓋或以非污染土壤置換污染土壤，使污染土壤得到恢復(fù)的方法。此法治理效果顯著，但是需要大量的人力與財(cái)力，同時(shí)恢復(fù)土壤結(jié)構(gòu)和肥力所需時(shí)間較長(zhǎng)，而且不能斷絕二次污染的可能，僅適合小面積污染的治理。

1.1.2 淋洗沉淀法

淋洗沉淀法是用清水或酸性溶液沖洗被污染過(guò)的土壤，使重金屬溶解或增加重金屬的溶解性，然后經(jīng)過(guò)絡(luò)合或沉淀作用使重金屬富集而去除的過(guò)程。清水沖洗可以降低土壤中重金屬的濃度，在一定程度上減輕其危害性；另一方面，可以增強(qiáng)重金屬在土壤中的溶解度，再?zèng)_洗，從而減輕重金屬污染。

除此之外，熱處理法、電動(dòng)化學(xué)法、污染物固化也屬于物理化學(xué)法。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用適當(dāng)方法。

1.2 農(nóng)業(yè)化學(xué)調(diào)控法

農(nóng)業(yè)化學(xué)調(diào)控法指通過(guò)調(diào)節(jié)土壤 pH、有機(jī)質(zhì)、CEC、土壤水分等因索。從而改變土壤重金屬的水溶性，降低或升高其生物有效性，消減重金屬污染危害或凈化土壤的方法。

1.2.1 土壤pH值調(diào)節(jié)

    土壤液的pH值能顯著影響重金屬在土壤中的溶解度。當(dāng)pH小于 5 時(shí)，土壤中重金屬的活性提高，生物有效性增大，尤其是部分碳酸鹽結(jié)合態(tài)將變成水溶態(tài)。此時(shí)若用堿性物質(zhì)中和，提高其pH，將大大增強(qiáng)土壤對(duì)重金屬的吸附。據(jù)研究表明，施用石灰、礦渣等堿性物質(zhì)，或鈣鎂磷肥等堿性肥料，能夠減少植物對(duì)重金屬的吸收。土壤酸堿性對(duì)Cd的活性影響較大，通過(guò)對(duì)Cd污染的土壤施用石灰，重金屬有效態(tài)含量降低明顯，有效地降低了植物對(duì)Cd的吸收。施入硫化鈉等含硫物質(zhì)能使土壤中重金屬形成硫化物結(jié)合態(tài)，生物有效性降低?？傊?，該法能夠有效降解重金屬在土壤中的溶解度，但同時(shí)也使土壤中的其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如微量元素等大量流失，應(yīng)該衡量其利害關(guān)系后再使用。

1.2.2 離子拮抗

根據(jù)重金屬離子之同的相互拮抗作用，增加某些對(duì)植物危害小的或有益的重金屬，可抑制與之相拮抗的重金屬元素，以減少植物對(duì)該重金屬的吸收。如根據(jù)鈣可與Zn、Ni、Cu、Pb、Cd等重金屬的拮抗作用，施入Ca²⁺減輕Zn、Ni、Cu、Pb、Cd的毒害；根據(jù)Si和Mn的拮抗作用，在土壤中加入Si，或提高土壤中Si的活性，可以降低植株對(duì)Mn的吸收，加入稀土還可降低植物體內(nèi)重金屬離子含量。人為改變環(huán)境中硒含量，可以減少進(jìn)入食物鏈中的砷，減輕砷的污染。Zn能降低鳳眼蓮中Cd的含量和對(duì)植物體的毒害，還有增加活性Fe、Al、Mn能顯著地減少土壤對(duì)Cd的吸附量，活性Si反之。 此外，施加有機(jī)質(zhì)也可降低土壤中重金屬的生物有效性，減少水溶態(tài)重金屬的含量。因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)比表面積較大，對(duì)重金屬有吸附作用；而其含有大量的官能團(tuán)對(duì)重金屬有絡(luò)合作用，而且有機(jī)質(zhì)是促還原物，可降低土壤氧化還原電位，使重金屬發(fā)生鈍化反應(yīng)而形成硫化物等結(jié)合態(tài)沉淀，減少作物對(duì)重金屬的吸收作用。同時(shí)，有機(jī)質(zhì)可以改良土壤結(jié)構(gòu)。

1.3 生物修復(fù)法

生物修復(fù)是指利用生物的生命代謝活動(dòng)減小存在于環(huán)境中有毒物質(zhì)的濃度或使其完全無(wú)害化，從而使污染了的環(huán)境能夠部分或完全恢復(fù)到原初狀態(tài)的過(guò)程。此技術(shù)主要通過(guò)兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬凈化：（1）生物利用其新陳代謝作用改變重金屬化學(xué)形態(tài)，將土壤中的重金屬活性降低，降低其在土壤環(huán)境中的活性和生物可利用性；（2）通過(guò)生物吸收和代謝作用達(dá)到對(duì)土壤重金屬的吸附、凈化與固定作用。 廣義的生物修復(fù)，指一切以利用生物為主體的治理環(huán)境污染的技術(shù)。它包括通過(guò)動(dòng)植物和微生物吸收、降解、轉(zhuǎn)化水體和土壤中的有害物質(zhì)，使其濃度降低直低水平，甚至是直接轉(zhuǎn)化為無(wú)害或?qū)ι镉幸娴奈镔|(zhì)，也包括將污染物礦化，以減少其向周邊環(huán)境的擴(kuò)散。其修復(fù)類型一般分為植物、微生物和動(dòng)物修復(fù)以及其中兩種或三種的聯(lián)合修復(fù)。生物修復(fù)技術(shù)其作為環(huán)境科學(xué)研究中一個(gè)邊緣性、多學(xué)科交叉的技術(shù)，是富有挑戰(zhàn)性的前沿領(lǐng)域。根據(jù)污染物的種類不同，它可分為有機(jī)污染生物修復(fù)、重金屬污染的修復(fù)和放射性物質(zhì)的生物修復(fù)等。 狹義的生物修復(fù)，是指利用微生物的吸附和代謝物的螯合作用清除水體或土壤中的污染物，或是降低污染物的毒性或無(wú)害化的過(guò)程。它包括人為控制或自然條件下的污染物降解、礦化或無(wú)害化過(guò)程。 生物修復(fù)技術(shù)因其修復(fù)效果好、不產(chǎn)生二次污染、易于管理與操作和投資小等優(yōu)勢(shì)，而日益受到人們的重視，其將成為重金屬污染土壤修復(fù)研究的熱點(diǎn)。

1.3.1 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)是指利用微生物的吸附和代謝物的螯合作用清除水體或土壤中的污染物，或是降低污染物的毒性或無(wú)害化的過(guò)程。它包括微生物對(duì)重金屬的吸附、溶解、礦化等作用。微生物對(duì)重金屬的生物富集主要表現(xiàn)在胞外絡(luò)合、沉淀以及胞內(nèi)累積。一些微生物如藍(lán)細(xì)菌、假單胞桿菌、硫酸還原菌和某些藻類，能產(chǎn)生胞外聚合物，其含有大量陰性基團(tuán)的，可以與重金屬絡(luò)合，去除或降低重金屬污染。微生物對(duì)重金屬的生物轉(zhuǎn)化主要指微生物對(duì)重金屬進(jìn)行溶解、生物氧化與還原、礦化、甲基化與去甲基化以及改變重金屬的價(jià)態(tài)達(dá)到轉(zhuǎn)化重金屬的目的。微生物還具有強(qiáng)的氧化還原能力，從而使其吸收的重金屬被釋放出來(lái)。例如在重金屬污染的土壤中加入適量的硫，硫被微生物氧化成硫酸鹽形式，從而使土壤pH值下降，而重金屬的活性升高，使植物更易吸收，達(dá)到土壤凈化的效果。

1.3.2 植物修復(fù)

    植物修復(fù)就是利用能耐受重金屬毒害、能超積累某種或某些重金屬的特點(diǎn)，來(lái)修復(fù)水體、土壤和底泥等介質(zhì)中污染物的技術(shù)。圖1表述了植物修復(fù)當(dāng)中重金屬遷移、固定與生物利用度的關(guān)系。植物修復(fù)技術(shù)主要包含六種類型：根際過(guò)濾、植物萃取、根際修復(fù)、植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)、植物轉(zhuǎn)化等技術(shù)。國(guó)外研究者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)向日葵、大麻、遏藍(lán)菜、高山螢屬類和柳屬的一些植物能夠高效吸收重金屬。誘導(dǎo)植物積累重金屬等污染物的提取修復(fù)技術(shù)主要包括 2個(gè)階段。第一階段將土壤中不溶態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)；第二階段重金屬被植物根際吸附并向植物可收獲的地上部運(yùn)輸。植物揮發(fā)作用是指植物通過(guò)吸收污染物，經(jīng)過(guò)在體內(nèi)的積累和轉(zhuǎn)化，以氣體形式釋放到大氣中的過(guò)程。植物固定修復(fù)是指植物根際釋放的小分子物質(zhì)改變根際土壤環(huán)境，使重金屬活性降低或礦化，其只是一個(gè)促進(jìn)重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榈投拘孕螒B(tài)的過(guò)程。植物修復(fù)技術(shù)，能在原位修復(fù)生態(tài)環(huán)境，不改變生物活性和土壤結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)植物的根系直接將大量的重金屬元素吸收，通過(guò)植物地上部分的收獲來(lái)修復(fù)被污染土壤。但是，土壤中重金屬的生物有效性低和用于植物修復(fù)的超累積植物通常都生物量低、植株矮小、生長(zhǎng)緩慢、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值低是制約植物修復(fù)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

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圖1 土壤中重金屬遷移、固定與生物利用度的關(guān)系

2. 總結(jié)

控制和治理環(huán)境污染是現(xiàn)今世界面臨的巨大挑戰(zhàn)，特別是重金屬污染土壤的治理是當(dāng)前國(guó)際上研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外主要采用物理、化學(xué)和生物修復(fù)方法，通過(guò)如下途徑對(duì)污染土壤進(jìn)行修復(fù)，①用稀釋法降低土壤重金屬的濃度；②改變重金屬的物化形態(tài)，使其鈍化或活化，從而增加或降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性；③去除土壤重金屬。其中重金屬的植物和微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)新興的、綠色的、環(huán)境友好型的和廉價(jià)的修復(fù)方式。此技術(shù)，能在原位修復(fù)生態(tài)環(huán)境，不改變生物活性和土壤結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)植物的根系直接將大量的重金屬元素吸收，通過(guò)植物地上部分的收獲來(lái)修復(fù)被污染土壤。但是，土壤中重金屬的生物有效性低和用于植物修復(fù)的超累積植物通常都生物量低、植株矮小、生長(zhǎng)緩慢、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值低是制約植物修復(fù)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。為解決植物修復(fù)技術(shù)發(fā)展的瓶頸，在之前相關(guān)研究者所做工作的基礎(chǔ)上，利用某些微生物能夠影響重金屬生物有效性，根際微生物還能促進(jìn)植物旺盛生長(zhǎng)，提高植物抗重金屬濃度，生物防治的作用等特點(diǎn)，通過(guò)篩選集抗鎘、活化重金屬、產(chǎn)鐵載體的功能菌，同時(shí)研究纖維素高降解菌以綠色環(huán)保的方式處理高富集重金屬植物體，回收重金屬，以此尋求突破植物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展瓶頸。

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