王冠華 施培俊 曹傳新
摘 要:目前治理土壤重金屬污染的技術(shù)主要有生物修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)和物理修復(fù)技術(shù)。本文簡要介紹了這幾種修復(fù)技術(shù)并分析了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)階段的研究成果展望治理土壤污染的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞:污染土壤 重金屬 修復(fù) 發(fā)展趨勢(shì)
中圖分類號(hào):X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2014)07(a)-0130-02
土壤是人類賴以生存的要素之一,是動(dòng)植物生存的保障。土壤構(gòu)成成分復(fù)雜,主要構(gòu)成元素是硅、氧,此外還含有鐵、鋁等金屬元素。自然環(huán)境中,土壤中各種元素含量維持在相對(duì)平衡的狀態(tài)。伴隨著現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展,人類活動(dòng)產(chǎn)生了大量污染物,這些污染物進(jìn)入土壤引起重金屬含量超標(biāo)。重金屬超標(biāo)對(duì)動(dòng)植物生長、人類健康都有很大危害。防治和修復(fù)污染土壤已經(jīng)刻不容緩。
近幾年,食品安全越來越受人們所關(guān)注,治理好土壤污染便是做好食品安全工作的第一步。但是土壤污染遠(yuǎn)沒有像水、空氣污染那樣受人們關(guān)注。有資料顯示,我國有1300~1600萬hm2的耕地受到農(nóng)藥的污染,直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元人民幣。土壤污染具有隱蔽性、滯后性、難處理性等特點(diǎn),在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)我國土壤污染都難以解決,并且有惡化的可能。為了實(shí)現(xiàn)中國現(xiàn)代化進(jìn)程,我們堅(jiān)決不能走“先污染后治理”的老路,從現(xiàn)在開始關(guān)注污染土壤的修復(fù)技術(shù)。
1 土壤重金屬污染物來源
土壤中重金屬污染的來源較廣泛,其中主要包括重工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣、廢氣,以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量使用農(nóng)藥、化肥。冶煉、化工、電子等企業(yè)如果不及時(shí)處理廢渣廢氣,將會(huì)產(chǎn)生大量危害環(huán)境的重金屬污染物,如:鉛、鎘、汞和砷等。這些重金屬污染物難以在自然條件下降解。我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量農(nóng)藥、化肥的使用也使重金屬污染形勢(shì)變得相當(dāng)嚴(yán)峻。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機(jī)磷和有機(jī)氯農(nóng)藥是污染土壤的主要種類,除此之外無機(jī)-有機(jī)復(fù)合物污染物是土壤污染物來源的新方向[1]。
2 常見的污染土壤修復(fù)技術(shù)
2.1 生物修復(fù)技術(shù)
廣義的生物修復(fù)技術(shù)包括植物修復(fù)技術(shù)、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)。但是因?yàn)橹参镄迯?fù)技術(shù)研究的比較廣泛,所以另作一類。生物修復(fù)技術(shù)是指依靠生物的活動(dòng)使土壤污染降解或轉(zhuǎn)化為無毒或低毒的過程[2]。這里生物修復(fù)技術(shù)主要介紹的是微生物。微生物在自身的生長代謝中產(chǎn)生酸類,這些酸與重金屬結(jié)合,降低了重金屬活性,從而達(dá)到修復(fù)土壤的目的。另外微生物菌根可以促進(jìn)植物根系吸收重金屬的效率,尤其是叢枝菌根對(duì)砷污染的土壤具有極大的應(yīng)用價(jià)值[3]。近幾年,動(dòng)物在生物修復(fù)技術(shù)也有成功應(yīng)用的案例。高巖等論證了蚯蚓具有強(qiáng)化污染土壤的修復(fù)潛力,可見蚯蚓等動(dòng)物是修復(fù)污染土壤的“綠色力量”[4]。
2.2 植物修復(fù)技術(shù)
植物修復(fù)技術(shù)是指植物本身特有的吸收富集污染物、轉(zhuǎn)化固定污染物以及通過氧化還原或水解反應(yīng)等生物化學(xué)過程,使土壤環(huán)境中的有機(jī)污染物得以降解,使重金屬等無機(jī)污染物被固定脫毒。植物修復(fù)技術(shù)主要包括四種:植物提取、植物降解、植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)[2]。其中通過植物吸收來去除污染土壤中重金屬是目前應(yīng)用最廣的方法。這種方法利用超累計(jì)植物從土壤中吸收一種或幾種重金屬,并將其轉(zhuǎn)移、存儲(chǔ)到地面上部,最后通過收割集中處理。遏藍(lán)菜屬、印度芥菜等被證明是改善污染土壤的理想植物[5]。周啟星等認(rèn)為雜草具有品種多、生態(tài)適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn),以雜草為對(duì)象將會(huì)在植物修復(fù)技術(shù)中取得較大突破[6]。單純利用植物修復(fù)污染土壤存在很多缺陷,近些年人們開始著手從多方面增強(qiáng)植物修復(fù)技術(shù)的修復(fù)效率。增強(qiáng)其效率的方法主要分為兩類:第一類是從植物自身入手,主要通過導(dǎo)入能夠增強(qiáng)植物吸收重金屬效率的基因來增強(qiáng)植物修復(fù)效率;第二類從外部環(huán)境入手,主要通過微生物(根際促生菌)、物理方法(電動(dòng)法)、化學(xué)方法(向土壤中添加化學(xué)試劑)等來增強(qiáng)植物修復(fù)效率。
2.3 化學(xué)修復(fù)技術(shù)
化學(xué)修復(fù)技術(shù)是利用加入到土壤的化學(xué)修復(fù)劑與污染物發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng),使污染物被降解和毒性被去除或降低的修復(fù)技術(shù)[2]。對(duì)于不同類型的污染物和污染土壤的具體特征,化學(xué)修復(fù)手段和注入的化學(xué)物質(zhì)一般不同。注入的化學(xué)物質(zhì)可以是氧化劑、沉淀劑或解析劑。相對(duì)于其他修復(fù)技術(shù),化學(xué)修復(fù)技術(shù)起步較早,技術(shù)相對(duì)成熟?;瘜W(xué)修復(fù)技術(shù)主要依靠化學(xué)物質(zhì)將重金屬固定,降低重金屬的活性。國內(nèi)化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要是原位淋洗修復(fù),這種方式的修復(fù)技術(shù)既要考慮修復(fù)效率,同時(shí)更要考慮試劑對(duì)土壤的破壞程度。荷蘭、德國、美國等國家的異位淋洗已經(jīng)較為普及。曾敏等驗(yàn)證了EDTA是一種治理含有鉑、鋅、鉛污染土壤的較好的化學(xué)物質(zhì)[7]。
2.4 物理修復(fù)技術(shù)
現(xiàn)階段,物理修復(fù)技術(shù)在英、美等發(fā)達(dá)國家得到了很大重視,異位土壤修復(fù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。物理修復(fù)技術(shù)主要包括物理分離技術(shù)、蒸汽浸提技術(shù)、玻璃化技術(shù)和電動(dòng)修復(fù)技術(shù)等[1]。其中電動(dòng)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用在原位土壤修復(fù)方面在近幾年比較流行,是一項(xiàng)新興的物理修復(fù)技術(shù)。電動(dòng)修復(fù)技術(shù)的基本原理類似于原電池,通過直流電將污染物帶到陽極附近而被去除。理論和實(shí)驗(yàn)證明電動(dòng)修復(fù)技術(shù)能夠有效的去除污染土壤中鉛、鎘、鉻、砷和汞等重金屬。單純利用電動(dòng)修復(fù)技術(shù)容易受到外部條件干擾,效率較低,現(xiàn)在已經(jīng)有多種和電動(dòng)修復(fù)技術(shù)聯(lián)用的技術(shù)?,F(xiàn)階段,電動(dòng)修復(fù)技術(shù)可以和Fenton技術(shù)、可滲透反應(yīng)墻(PRB)、植物修復(fù)技術(shù)和超聲波等聯(lián)用[8]。多種修復(fù)技術(shù)的聯(lián)用可以提高電動(dòng)修復(fù)技術(shù)的修復(fù)效率。
3 污染土壤修復(fù)技術(shù)的局限性
利用微生物修復(fù)污染土壤需要合適的環(huán)境條件。土壤水分、pH、有機(jī)質(zhì)含量和可溶性氧等都是微生物生存的必要因素。惡劣的土壤環(huán)境因素不利于微生物的生存,也將影響修復(fù)效率。培養(yǎng)合適的工程菌去除重金屬是微生物修復(fù)技術(shù)的難題。
植物修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、有效的修復(fù)技術(shù),但是也存在一定的局限性。如同微生物修復(fù)技術(shù)一樣,植物生長受天氣、季節(jié)等因素影響。并且植物生長周期長,修復(fù)時(shí)間較其他修復(fù)技術(shù)長。植物修復(fù)技術(shù)不能修復(fù)深層重金屬。引用異地植物有可能會(huì)影響生物多樣性。目前通過植物吸收治理污染土壤應(yīng)用范圍最廣,雖然這項(xiàng)技術(shù)可以較好的去除土壤中的重金屬,但是如何處理這些超累積植物同樣在困擾著人們。另外,篩選合適的超累計(jì)植物是一項(xiàng)長期艱苦的工作。就目前而言,利用植物修復(fù)重金屬污染土壤方向單一,不能處理復(fù)合污染土壤。
物理化學(xué)技術(shù)修復(fù)土壤需要相應(yīng)的物理化學(xué)條件,價(jià)格昂貴,不適宜大面積土壤修復(fù)治理。此外,由于各種化學(xué)試劑的加入,有可能影響土壤肥力,并有可能產(chǎn)生毒性更大的污染物,從而引起二次污染。
4 污染土壤修復(fù)治理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
現(xiàn)在修復(fù)重金屬污染土壤的技術(shù)主要從兩個(gè)方面著手:一是將土壤中重金屬固定,降低其活性,減少植物對(duì)其吸收程度。潘根興等人發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭具有疏松多孔、含氧官能團(tuán)豐富等特點(diǎn),利用生物質(zhì)炭可以鈍化土壤中鉛和鎘的生物活性,減少水稻對(duì)鎘的吸收[9];范迪富等發(fā)現(xiàn)凹凸棒石具有較大的比表面積和良好的吸附能力,其強(qiáng)大的吸附能力能將重金屬固定從而阻止重金屬向植物轉(zhuǎn)移,并且凹凸棒石不會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生附加不良影響[10];二是去除土壤中重金屬。去除土壤中重金屬是現(xiàn)在研究最多最廣的領(lǐng)域。單一的修復(fù)技術(shù)存在特定缺陷、修復(fù)效率低的特點(diǎn)。面對(duì)現(xiàn)在污染物難以處理,修復(fù)效率低的問題,未來修復(fù)技術(shù)發(fā)展方向?qū)?huì)從單一修復(fù)向兩種或是兩種以上修復(fù)技術(shù)聯(lián)用的方向發(fā)展。單一植物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)將向基因工程發(fā)展,利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培養(yǎng)出修復(fù)效率更好的超累計(jì)植物或工程菌。在物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)方面已經(jīng)出現(xiàn)相應(yīng)的前沿技術(shù),超臨界提取土壤中污染物和光催化氧化技術(shù)都是在物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)方面新興的土壤修復(fù)技術(shù)[5]。
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