土壤修复
目前面临土壤修复要建立、完善覆盖国土、农业、环境等各领域的土壤污染监测体系和管理体制,实施土壤污染的行政问责制度,谋求在全国范围治理土壤污染的治本之策。
默默无闻的土壤已经成为我们经济发展,全面建成小康社会目标的一个制约因素,并且这个制约因素正快速地加强它的负面影响,再不采取有效对策,它影响的不仅是经济发展,土壤生态的恶化将重创我们最根本的生存环境。
制止污染的继续恶化,修复已经造成的损害是亟待解决的问题,但是怎么解决,空喊重视无济于事,行政干预缺少整治力度,依法治国,同样也要依法治污,法律是最强有力的武器。但是,在过去相当长的时间内,我国没有一部专门针对土壤保护、治理的法律,与土壤相关的法律法规散见于《土地复垦规定》《土地管理法》《水土保持法》等法规中,这些法规仅从保护的视角以及宏观调控的视角规定了一些制度,甚至没有建立最起码的民事诉讼机制,在实践中处理土壤污染的情况很不理想,面对目前迫切而具体的土壤问题基本是隔靴搔痒。
随着人们生活富裕,对生活品质需求越来越高,生态环境以及食品安全问题成为人们最关心的话题,人们的诉求和持续发展的需要使国家开始重视生态安全对建设富国强国的重要,国家领导人也在各种场合多次提出对生态环境建设的要求,具体到被污染土壤的治理修复也需要相关法律加以规范,在此氛围下,土壤保护相关的法律法规开始加紧制定。
2015年1月1日,新修订后的《环境保护法》正式生效,在这次修订中,明解了生态保护红线,将生态红线以法律的形式确定下来;同时对污染物总量控制、环境与健康监测及影响评价、跨行政区域联合防治等环境保护基本制度进行了完善,对环境违法行为的法律制裁更加严格,同时也提高法律的可执行性和可操作性。新《环保法》对保护和改善环境,防止污染都将起到重要作用,是给环境污染的制造者戴上了紧箍咒。
新《环境保护法》实施的同时,一部专门针对土壤的法律,《土壤污染防治法》已列入十二届全国人大常委会的立法规划,按立法规划要求,在本届内将提请全国人大常委会审议;《土壤污染防治行动计划》人称“土十条” 近日已由环保部提交至国务院,预计在2015年下半年或2016年正式出台。这两部法规对土壤治理、修复都做了详尽规定,有人甚至预测,“土十条”将带来土壤修复业的“黄金时代”。至此,在土壤问题上,国家连出法治重拳,击中土壤污染问题要害,为土壤的保护与恢复治理建立了强有力的保障。
然而,土壤的保护与治理只靠重拳是不够的,有效解决土壤问题需要一套“组合拳”。第一,强化有法必依。法律法规再完备,如果执行不力,有法不依,法律也只不过是一纸空文。在有法可依的同时,有法必依是保障,加强法律监督,对违法严格按律惩罚,是保障土壤安全的重要一环,也是制止土壤修复中存在的各种混乱现象的有力武器;第二,制度落实到人。专人负责,违规问责是保证政策规定有效执行的手段。第三,完善行政规定,土壤保护与恢复仅依靠法律是不行的,不需要有政策、行政等多层次的约束或鼓励。与法律相比,行政手段应用范围更广泛,手段也更多,它不但可以制止、处罚,也可以是支持鼓励。行政与法律并重,可以多层次、多手段地解决土壤的保护、治理、修复问题。
不了解土壤就谈不到保护土壤,多年对土壤认识的缺失,是导使土壤受污染严重的原因之一,加大土壤污染的科普力度势在必行。人与土壤的关系,也是鱼与水的关系,水可以没有鱼,但鱼离不开水,人类的生存、发展、都建立在土壤的安全之上,土壤不安全了,什么都谈不到。
归根结底,土壤的污染都是人为原因引起的,是人造成了土壤污染和破坏,保护土壤、防止污染还是要靠人们自身觉悟和行动。目前我们的土壤保护意识远没有深入人心,加强土壤保护的宣传教育,提高人们的觉悟是土壤保护的工作之一。逐步增强国民的土壤环保意识和法制观念, 树立自觉保护土壤环境的责任感,同时也要建立生态文明主流价值观,把生态文明纳入社会主义核心价值体系,形成崇尚生态文明的社会新风尚。提倡绿色低碳、文明健康的生活方式和消费模式。让人们树立一种危机意识,建立起土壤安全的风险理念。不要等到食品受到毒害,生命健康受到威胁才想起土壤的重要。
土壤的保护和治理离不开数据支持,只有对土壤污染状况有详细了解,对土壤危害心中有数,找出原因并提出对策,才能在土壤保护和治理上做到有的放矢。法国现在已经建立“土壤污染档案”,对本国土壤污染情况均有资料可查。中国目前土壤数据库还不完备,现有的土壤数据库中缺少可量化的土壤污染数据。
2005年4月至2013年12月,环境保护部会同国土资源部开展了首次全国土壤污染状况调查,首次对我国的土壤状况进行了一次摸底。范围涉及长江流域,黄河流域,东北平原,沿海经济带,西部地区等六大区域近300万平方公里国土,调查由国家拨款10亿元,这次的调查结果引起了国家对土壤状况的关注,开始将土壤问题提到关系国家未来发展的高度,也加快了各项政策法规的确立。
我国土地面积广阔,土壤情况差异较大,污染情况十分复杂,宏观的调查数据并不能详尽反映全部的土壤问题,具体到各地区又有不同的情况,因此完善更加全面、系统、详细的土壤数据库,建立专门的土壤污染档案是必须的。在国家数据库的基础上,各地方也需建立健全本地区的土壤情况数据库,归类土壤污染类型,确定污染程度和形成污染原因,评估土壤污染风险,对构建地区土壤污染防治法规,提升土壤监管能力将十分重要。
监控体系掌握土壤情况变化的第一手材料,健全的监控体系是确保土壤保护政策正常实施运转的机制。
设立红线管控制度。生态红线管控是不能触碰的底线,红线制度将经济活动限制在资源承载能力之内,是一个资源消耗的最低限,是为遏制生态土壤退化趋势的质量底线。为土壤安全设置底线,就是要在红线划定的区域里施行严格管控,保证不越雷池一步。强化监管手段。建立土壤科学污染监测网,污染地区定期采样或定点安置自动监测仪器,进行土壤环境质量的测定,观察污染状况的定期变化规律,确定污染物质排放量,充分利用先进科学的技术手段,强化对土壤情况的监测对土壤保护与治理都十分重要。目前在发改委、财政部支持下搭建的生态管控平台,将实现“天地一体化”,就是运用卫星监测污染情况,哪里有污染情况一清二楚。加强政策、行政监管。提倡合理使用化肥、农药,垃圾、污水无害化处理,污染企业整顿等有可能对土壤造成污染的监管,同时提高资源、能源的利用率,改革工艺和设备,把污染消除在生产过程中。严格责任,奖罚分明。各级政府,无论是省市还是县乡,都要有相应的管控责任要求,并与政绩考核挂勾,增加资源、环境、生态等指标的考核权重。建立责任追究制度,对于造成资源环境生态严重破坏的干部,要终身追责。
其实,生态补偿在我国已悄悄试行多年,地方也有一系列探索,形成了一些具有地方特色的生态补偿政策。但是由于生态补偿实行起来很复杂,牵涉面多,国家层面生态补偿立法目前还处于缺失状态,因此各地生态补偿实践普遍存在法律依据不充分问题。生态补偿机制的建立与完善也离不开法律的支持。
实行“谁污染谁治理”原则,建立土壤生态补偿制度。让损害生态者赔偿、生态受益者付费、受损失者,生态保护者得到补偿。生态补偿有两个方面,一方面要加大对生态区的资金支持,另一方面要引导生态受益地区与保护地区之间通过多种方式实施补偿。
补偿机制就是找出“青山绿水”的保护者与“金山银山”的受益者之间的利益协调的办法,使生态保护者肯出力,才守得住“绿水青山”。
土壤污染修复本身是一个全方位的学科,涉及农学、植物学、环境科学、土壤学等多个学科的交叉。我国土壤污染具有多样性和地域性的特点,需要有针对不同类型,研究和运用修复技术,增加了土壤修复的复杂性和难度,因此我国的土壤修复技术还有相当多的难题要攻克。
国外的土壤修复已经开展多年,中国开展的时间尚短,从环保部牵头制定《全国土壤环境保护 “十二五”规划》起,才开始对于土壤修复日益重视。总体上来看,我国的土壤修复仍然处于试验阶段和市场培育期,修复技术方面的研发水平和应用经验都与美、英、德等发达国家存在相当大的差距。
从目前的情况看,由于土壤修复周期长,效果慢,耗资巨大,尤其是土壤修复技术水平有限,有些地方所谓的土壤修复就是火烧或挖走填埋,污染土壤焚烧法被很多地方使用,土壤焚烧后,有害物质没有了,但土壤也遭到破坏,很难与土壤修复联系起来。近年来,虽然也引进了很多国外的先进技术,但国外技术需要解决本土化的问题,否则有可能造成“水土不服”,在实践上能否应用还尚待时日。
原因之一在于土壤生态系统的破坏,农田投入多产出少,效益差。如果不从根本上修复受损的土壤,就不可能从根本上为农民减负解困。
科学研究表明,土壤是一个活体,这个活体靠数以亿计的微生物活动支撑着。按照生态系统的概念,微生物植物动物微生物是一个相生相克的循环过程,这个过程周而复始的平衡运动,构成了生态系统的良性循环。在正常的状态下,生态系统中的动物、植物、微生物的活动是均衡的,它们的相互作用维持着生态系统的良性循环。一旦一个环节被破坏了,这种均衡状态就被打破,就要受到惩罚。
微生物系统在土壤中的作用就如同人类的消化系统,人类摄取的食物要通过肠胃的消化系统转化成可吸收的营养成分,供应人体生长发育的需要。土壤中的有机质和氮、磷、钾等大量元素、中微量元素要靠微生物的活动转化为植物生长必需的营养元素,满足作物生长的需要。由此可见,土壤微生物区系的破坏如同人类的消化功能受损一样,不能正常地吸收消化养分。
当我们了解了上述原理后,就会知道修复受损的土壤对农作物增产具有多么重要的作用。因此,我们必须向广大的农民朋友传授科学的方法,只有这样才是对农民的真正负责。
化肥出现以后,由于化肥具有养分高、肥效快、体积小、运输和施用方便等优点,所以生产中容易出现偏施、单施化肥而忽视其他肥料的现象。然而,由于化肥养分浓度高、养分单一,使用不当,会对土壤和作物产生不良影响。首先是造成土壤各类养分比例失调;其次是农田生态环境遭到破坏;三是土壤理化性状恶化;四是土壤微生物区系遭到破坏;五是农产品品质下降。
可喜的是,我国已经在全国推广测土配方技术,测土配方施肥技术就是通过对土壤的测试,及时掌握土壤肥力状况,按不同庄稼的需肥特征和农业生产要求,实行有机肥与化肥、氮肥与磷钾肥和中微量元素等肥料,适量配比平衡施用,是提高肥料养分利用率,促进农业生产高产、优质和高效的一种科学施肥方法。然而,由于我国土壤生态系统破坏严重,测土配方仅仅解决了平衡施肥的问题,在此基础上还必须修复受损的土壤,如同中医治病的“治本”一样,彻底恢复土壤的消化吸收功能。
斐特牌生态调理有机肥就是一种全面修复土壤,恢复土壤消化吸收功能的创新科技产品。斐特牌土壤调理剂、生态调理有机肥以有交换吸附特性的矿物质和富含钙镁硅的原料为主体,加入活性物质复配制成,具有三大特点:首先,本品一反传统的向土壤中添加微生物的做法,因为土壤中的微生物数以亿计并不缺乏,缺乏的是适宜微生物的生存环境,缺了这种环境,添加多少生物菌也会被破坏掉。本品通过离子置换化学反应改变微生物生存环境,再通过添加微生物生长因子,激活土壤有益菌落,使根系周围土壤微生物数量显著增加,土壤氨化细菌、好气性固氮菌、纤维分解菌等有益微生物成倍增加,使之成为土壤中的优势菌群,不仅可以减少植物病害发生,而且还改善了根际营养环境,使作物生长旺盛。其次,它改变了传统的单纯向土壤溶液中加入化学元素的降盐改启模式,结合离子置换理论,使土壤中的盐碱含量大大降低,土壤孔隙度增加,土壤理化性状发生根本性的改善。最后,它含有大量碳酸钙、可溶性镁,还含有丰富的钾、硅、锌等矿质元素,可以给作物补充钙、镁、钾、硅、锌等必需的营养元素,满足了作物对微量元素的需求,有效防止了作物缺素症的发生。
根据世界三大生态学期刊:Ecology, 0ecologica和Oikos在1987~1991年期间发表的论文中概念出现的频率及英国生态学会对会员的调查来对生态学的概念受到重视的程度和排序来分析,生态恢复被列为最受重视的生态学概念[1~3],对退化土壤生态系统的修复与重建的研究成为当代土壤学领域内的研究热点。
对退化土壤生态系统进行修复,也就是要使沙漠化土地、盐碱化土地、采矿区土地、废弃的土地和固体废物堆场无害化、生态化和资源化,最直接有效的途径就是复垦绿化。但由于各种退化土壤的物理化学性质各不相同,土壤中微生物种群和数量极少,有机质和营养物含量很低,土质的物理化学结构性能差,并且由于短缺和资源浪费,我国的农业灌溉用水明显不足,农业缺水问题日益严重。这就造成了土壤生态系统的极度脆弱,使土壤环境难以适宜植物的生长,如果不对土壤生态系统加以保护和修复,这些贫瘠的土地便会更加退化,逐渐成为不毛之地和漫漫黄沙,最终形成沙化之地。
有关研究表明,从岩石到土壤的进化,在自然状态下,需要一百年左右的时间,因此,有人将土地资源归属于不可再生资源。本论文研究土壤生态修复剂就是为了构造理想的土壤结构,使其能够种草植树,在植物和外界环境的共同作用下加速土壤熟化,改良土壤理化性质,最后成为适宜植物生长的优质土壤,从而达到恢复植被的效果。
田间小区试验在简阳市的一个河滩坡地进行。为了衡量生态修复剂对作物生长和土壤性状的影响,共设5个处理,分别是对照(处理CK)、添加了N、P、K肥和谷壳(处理A)、添加了N、P、K肥、谷壳和活性污泥(处理B)、添加了N、P、K肥、谷壳、活性污泥和保水剂(处理C)、添加了N、P、K肥、谷壳、活性污泥、保水剂和微量元素(处理D)。每个处理3次重复,共15个小区。
试验地四周各设0.5m宽的保护行,0.5m过道。每个小区面积30m2,随机区组排列。按小区单独计量播种。2005年4月15日开沟播种,播种深度10cm左右。
除了在播种时施肥、灌溉以外,整个生长期不追肥,也不灌溉。草的生长依靠天然降水。
播种后7天出苗,出苗后两周间定苗,测定最终出苗率,结果见图3-1。由图可以看出,出苗率由高到低的顺序是:处理D>
处理C>
处理B>
处理A>
对照处理(CK),即加入土壤生态修复剂后作物的出苗率高于对照处理。
结果显示,当加入了土壤生态修复剂后,作物的出苗率提高的百分点最大,比对照CK提高了70%。
由此证明,添加的土壤生态修复剂可以促进种子早生快发,出苗整齐,苗全苗壮对作物的生长有决定性意义。
土壤容重是土壤重要的物理性质之一,一般来说,土壤容重小,表明土壤比较疏松,孔隙含量大,大孔隙多;土壤容重大,表明土壤紧实,孔隙少,土壤结构性差。
这种经保水剂改良后的土壤由于其容重较小,结构比较疏松,这样就有利于土壤中的水、气、热、肥等的交换及微生物的活动,也就有利于土壤中养分对植物的供应,从而提高了土壤的肥力。
土壤理化性质的好坏,可以通过其水、肥、热、气等情况来衡量。通过测定其试验前后,养分情况的变化,可以大致了解土壤状况。土壤生态修复剂对土壤养分情况的影响见表3-3。
从表3-3可以看出,加入了土壤生态修复剂以后,土壤的有机质含量明显增加,与对照相比,施了土壤生态修复剂的土壤的有机质含量增加了0.997g/kg,这一方面是由于土壤生态修复剂中的谷壳含有大量的有机质,另一个原因就是活性污泥中的微生物也是有机质的一个重要来源。
pH值是土壤重要的基本性质,也是影响肥力的因素之一。它直接影响土壤养分的存在状态、转化和有效性。一般来说,随着化肥的大量施用,土壤的pH值会逐渐变为碱性,但从表中看出,添加了土壤生态修复剂以后,CK、A、B、C、D的pH值分别为8.1、8.1、7.9、7.6、7.6,土壤的pH值有下降趋势,这说明该土壤生态修复剂可调节土壤酸碱度,保持土壤的pH值基本稳定在中性偏碱性的环境下,有利于作物的生长发育。
从表中可以看到,未加入土壤生态修复剂的土壤的肥力相当低,全氮为40.0mg/kg,速效磷为0.62mg/kg,速效钾为30.4mg/kg。施加了土壤生态修复剂后,与对照相比,土壤中N、P、K的含量有了明显增加,全氮增加了385.5mg/kg,速效磷增加了2.23mg/kg,速效钾增加了108.3mg/kg。所以土壤生态修复剂能提高土壤的保肥能力,这是因为修复剂通过创建和稳定土壤中的水稳性团粒结构来加强土壤对养分元素的保持作用,抑制肥料元素的流失,提高肥料的利用率。
小区实验结果表明,土壤生态修复剂的使用,可以有效减少土壤表面水分蒸发,并且能够提高土壤持水能力,同时还可以增加土壤的有效含水量,改善土壤的通透性,有利于土壤的水、气、热、肥等的交换,因此也就有利于作物的生长;并可以减少地表径流,从而可以有效地控制水土流失。施用该生态修复剂能有效改善土壤的理化性质,提高N、P、K的利用率,起到了保肥增效的作用。
[1]董金,李晓军.面向下1世纪的西方生态学:走向21世纪的中国生态学—中国生态学会第5届全国会员代表大会暨学术讨论会论文集.北京:中国科学技术出版社,1995.63~70
引言:土壤重金属污染给人们所带来的危害具有长期性、潜在性的特点,近年来随着城镇化进程的不断加快和工业生产的发展,越来越多的有害物质进入到了土壤中,因此我们必须要充分了解土壤中重金属的来源,并积极应用各种各样的土壤重金属污染修复技术,最大限度地缓解土壤重金属污染,给人们创造一个更加健康舒适的生活环境,从根本上提高人们的生活质量。土壤重金属污染作为环境污染的一个重要方面,不仅破坏了生态环境,同时也给人们的正常生产和生活带来了极大的威胁,因此对于这一问题,相关部门和人员必须要给予足够的重视,积极采取有效措施加以解决。
在我国,矿产冶炼加工、化工、电镀、电池、以及塑料等行业所排放的重金属是造成土壤重金属污染的主要工业源,由于大多数工业企业污染物处理意识淡薄,并没有配备足够的处理设备,就使得工业废水、废气、废渣等不断排放到土壤或者是水体中,造成严重的环境污染,危害人们的身体健康。
当前我国使用范围最广的能源依然是煤炭,不仅是因为我国的煤炭资源储量丰富,同时也是由于其价格相对较低,这就造成煤炭燃烧时向空气中排放大量的有害气体,这些气体经过沉降就会进入到土壤中,对土壤造成污染,进而对人体健康和整个生态系统产生长期效应。
如果垃圾堆放的时间较长,就会使其中的重金属进入到土壤中,导致区域土壤的重金属含量大量增加。特别是城市垃圾中含有较多的重金属,在雨水的冲刷之下会将其中的有毒元素释放到土壤中,由于这些有毒元素大多以有效态的形式存在,难以结合成残渣状态,就使得其在土壤中具有较大的迁移能力,进而对地下水造成污染。
化肥和农药是农业生产中必不可少的物资,对于促进农业生产发展具有非常重要的意义,但是如果使用不合理就会使土壤遭受重金属污染。这是因为在化肥和农药中含有较多的重金属元素,而土壤自身的环境容量又相对较低,长期使用会积累超标含量的重金属,进而使农产品受到污染,一旦食用就会对人体造成伤害。
工程修复主要指的是采用换土、客土、以及深耕翻土等一些措施,有效降低土壤中的重金属含量,从而减少对植物系统的毒害,保障农产品安全。一般,换土法和客土法主要用来治理重污染区,而深耕翻土法则主要用于重金属污染程度较轻的区域。总的来讲,工程修复比较稳定、彻底,但是由于工程量比较大,成本费用较高,还容易对土体机构造成破坏。
主要分为电热修复、土壤淋洗、电动修复等。针对面积小且污染重的土壤进行修复, 适应性广,也是一种治本的措施, 但在操作中可能发生二次污染破坏土壤结构并导致肥力下降。
(1)电热修复。电热修复是指通过高频电压产生热能和电磁波,加热土壤, 将土壤颗粒中的污染物解吸出来, 并从土壤内分离出易挥发的重金属,达到修复的效果。主要针对修复土壤被Se或Hg等重金属污染的情况。此外,也可以将土壤置于高温高压中,使之变成玻璃态物质, 最终从根本上修复了土壤中重金属的污染。
(2)土壤淋洗。淋洗法是指用淋洗液冲洗受到污染的土壤,将吸附在土壤颗粒中的重金属变成金属试剂络合物或溶解性离子,再收集淋洗液并回收重金属。此法适用于轻质土壤,修复效果相对较好, 但其花费也相对较高。
化学修复即向土壤中施加改良剂,利用改良剂的吸附、拮抗、氧化还原、以及沉淀等作用,有效降低重金属自身的生物有效性。由于不同的改良剂对土壤中的重金属会产生不同的作用,因此这项技术的重点在于要选择最为合适的改良剂,比较常用的改良剂主要有石灰、硅酸盐、磷酸盐、以及碳酸钙等。但是化学修复是在土壤原位上进行的,并不具有永久性,它只是改变了土壤中的重金属形态,而重金属元素依然存留在土壤中,很容易活化再次危害植物。
生物修复是一种通过生物技术来修复土壤的新方法。主要利用生物去削减、净化重金属或降低其毒性。此法效果好又易于操作, 因而越来越受到人们的青睐, 成为几年来污染土壤修复研究中的热点。
(1)植物修复技术。这是一种通过自然生长和遗传作用来培育植物对受重金属污染的土壤进行修复的技术。根据机理和作用过程的不同, 此修复技术又可分为植物提取、植物稳定和植物挥发三种类型。
①植物提取。用重金属超积累植物把从土壤中吸收到的重金属污染物转移到地上的部分, 再收割地上部分并对其进行集中处理,从而降低土壤中的重金属含量,并达到可以接受的水平。
②植物稳定。用超累积植物或耐重金属植物使重金属的活性降低, 减少了重金属通过空气扩散而污染环境或是被淋洗入地下水中的可能性。
(2)微生物修复技术。通过土壤中存在的某些微生物能氧化、沉淀、吸收或还原金属物质, 从而降低了土壤中金属的毒性。此外, 存在于微生物细胞中的金属硫蛋白对Cu、Hg、Cd、Zn等重金属有强烈的亲和性,而且它对重金属也有富集作用最终能抑制毒性的扩散。但微生物只能对小范围污染的土壤进行修复,因此其能力有限。
科学技术的发展在很大程度上促进了经济的发展和社会的进步,深刻改变了人们的生产和生活方式,具有非常重要的作用。因此,在当前土壤重金属污染日益严重的情况下,我们必须要积极利用各种形式的土壤修复技术来缓解重金属污染、改善土壤质量,为人们创造一个健康安全的生活环境,更好地促进社会主义现代化建设的发展。
[1]王海峰,赵保卫,徐瑾,车海丽. 重金属污染土壤修复技术及其研究进展[J]. 环境科学与管理. 2009(11) .
[2]袁敏,铁柏清,唐美珍. 土壤重金属污染的植物修复及其组合技术的应用[J]. 中南林学院学报. 2007(01).
随着污染物种类的增加,土壤污染表现出机理上的复杂性、形式的多样性和范围上的扩大化,土壤通过与大气、水的交换以及通过农作物等与人直接或间接的接触对人类的健康产生了极大的威胁。国内外环境工作者对此进行了大量的研究,逐渐认识到土壤中的污染物之间具有伴生性和综合性,即不同污染物之间产生联合作用,如:协同、相加、拮抗等,形成了复合污染。目前,无机-有机复合污染是我国污染土壤的基本特征之一,且土壤中重金属污染一般浓度相对较高,而有机污染物的浓度则比较低。
土壤复合污染研究已成为环境科学发展的重要方向之一,随着研究方法和技术手段的进步,以前研究中探讨不深的污染治理和修复研究也有了较大的进展。近年来,美国、德国、英国、荷兰等国家先后投入巨大的人力和财力,深入开展研究污染土壤修复,在物理、化学、化学和联合修复等方面均取得了相当显著的成果。
重金属污染的主要来源为冶炼业、电镀业,主要重金属污染物为:Pb、Cd、Cu、Cr、Zn,Ni和As。土壤重金属复合污染具有几个特点:①大多数金属的课移动性较差或迁移距离短;②重金属在土壤及生物体内蓄积;③重金属对植物造成的伤害具有潜伏性特征。从污染物的种类出发,土壤中重金属复合污染发生的主要类型有两种,分别是重金属元素之间构成的复合污染和重金属与有机污染物所构成的复合污染。
污染土壤修复是指利用物理、化学和生物手段,转移、吸收、降解和转化土壤中的危险污染物,使其浓度降低到可以接受的标准,或将有毒有害的污染物转化为无毒无害的物质。通过现有重金属污染土壤修复资料表明,对于重金属污染土壤的修复技术有物理修复、化学修复和生物修复、联合修复以及农业生态修复等。
物理修复方法主要有溶液淋洗法、物理工程措施、冻融法、固化稳定法和电动力法。溶液淋洗法是把土壤固相的重金属转移到土壤溶液中,在运用当中,常配合使用表面活性剂以提高淋洗效果。物理工程措施可以用于土壤重金属污染严重的地区,一些发达国家试行了固化技术和挖土深埋包装技术,但这种方法工程量大,并伴有污土的处理问题。电动力法主要是用于重金属污染土壤,在欧美一些国家发展很快,已经进入商业化阶段。其基本方法是将电极插入受污染的土壤场地或地下水区域,通过施加微弱电流,从而形成电场,利用电场产生的各种电动力学效应(包括电渗析、电迁移和电泳等)驱动土壤污染物沿电场方向定向迁移,从而将污染物富集到电极区,然后再进行集中处理或分离。作为一种新兴的原位修复技术,在污染土壤尤其是重金属污染土壤的修复中,电动力学已经显示了其高效性,尤其在传统方法难以治理的细粒致密的低渗性异质土壤以及不能改变地上环境的区域(如受污染区域上部有重要建筑物)修复中有独特的优势,且成本低于传统方法,适和无机/有机污染的饱和或非饱和土壤。
化学修复的原理与物理修复相比,利用了污染物的化学性质达到去除的目的。化学方法主要包括氧化法、还原法、溶剂萃取法和土壤改良剂投加技术等。表面活性剂增效修复(SER)是利用其的增溶-洗脱作用,提高土壤中污染物的溶液浓度,改善其生物可利用性,以达到修复的目的,在修复土壤有机物方面已经有所研究并取得了一定的效果,但是表面活性剂的二次污染和生态安全问题限制了它的广泛使用。
生物修复是指利用土壤中的植物、动物、微生物以及植物与微生物的综合体,吸收、富集或转化土壤中的污染物质,从而最终达到清除土壤中污染物的一类技术总称。生物修复是污染土壤修复方法的主体,其中应用最为广泛的是微生物和植物修复。同物理、化学方法相比,生物修复具有土壤理化特性破坏小、污染物降解高、二次污染小、处理成本低、应用广泛等特点,随着土壤修复要求的逐步提高,生物修复技术的推广得到了迅猛发展。
生物修复技术分为植物修复、动物修复和微生物修复。目前,用于修复的生物主要是植物和微生物,另外还有少量的原生动物。植物修复方法主要是利用了植物对污染物的吸收、降解、转化和挥发等。微生物修复机理包括生物吸附、细胞代谢、表面生物大分子吸收转运、生物吞饮、沉淀和氧化还原等。现在在实际应用中,最常见的是根际修复。根际修复是利用土壤中的微生物、植物、菌根真菌及其相互作用的根际和菌(丝)际环境,有效地降解土壤中的污染物。它克服了微生物修复和植物修复污染土壤的不足,是污染物植物修复的纵深研究,是一种复合的生物修复技术。根际修复具有经济、有效、实用、美观、原位非破坏型、无二次污染、可大面积应用等独特优点而越来越受到人们的重视,是目前最具潜力的土壤生物修复技术之一。
菌根修复是根际修复中的一种,与其它生物修复方法相比,菌根修复的优点有,通过外延菌丝显著增加了菌根与土体的接触面积。据报道外延菌丝与土体的接触面积可超过300m2;菌根和菌丝周围特殊的土体条件,为微生物生长和繁殖提供了良好环境,树木每克外生菌根可分别支持106个好氧细菌和102个酵母;在生物数量方面,菌根际微比周围土体高1000倍。菌根条件下,菌根与土体接触面积的扩大和微生物数量的增多为其修复污染土壤提供了良好基础。丛枝菌根(AM)是丛枝菌根真菌(AMF)与植物根系相互作用的互惠共生体,在自然界中分布最广的一类菌根,AM真菌能与陆地上绝大多数的高等植物共生。
联合修复就是共用多种修复技术或以一种修复技术为主,辅以其他方法将土壤中的污染物去除。目前土壤污染大多属于复合污染,单一修复方法难以解决复合污染土壤修复问题,所以通过不同修复方法的组合可以满足污染土壤修复的实际需求。物理和化学联合修复弥补了某些修复方法存在的不足,提高了污染物降解速率,降低了修复费用;生物修复与物理化学修复联合的方法主要是以一种修复技术为主,其他的为辅来完善修复技术,如微生物进一步降解物理修复中的污染物使其去除效率更高;化学和生物联合修复也是为克服其不足而创造的,它常常利用某些化学物质加快生物降解过程或强化植物对污染物的吸收降解能力等。
土壤重金属污染给人们所带来的危害具有长期性、潜在性的特点,近年来随着城镇化进程的不断加快和工业生产的发展,越来越多的有害物质进入到了土壤中,造成土壤结构的变化和功能的衰退,有害物质逐渐在土壤中积累,并通过水或者是植物进入到人体,严重危害人们的身体健康。为了有效应对和解决这一问题,我们必须要充分了解土壤中重金属的来源,并积极应用各种各样的土壤重金属污染修复技术,最大限度地缓解土壤重金属污染,给人们创造一个更加健康舒适的生活环境,从根本上提高人们的生活质量。
在我国,矿产冶炼加工、化工、电镀、电池、以及塑料等行业所排放的重金属是造成土壤重金属污染的主要工业源,由于大多数工业企业污染物处理意识淡薄,并没有配备足够的处理设备,就使得工业废水、废气、废渣等不断排放到土壤或者是水体中,造成严重的环境污染,危害人们的身体健康。
当前我国使用范围最广的能源依然是煤炭,不仅是因为我国的煤炭资源储量丰富,同时也是由于其价格相对较低,这就造成煤炭燃烧时向空气中排放大量的有害气体,这些气体经过沉降就会进入到土壤中,对土壤造成污染,进而对人体健康和整个生态系统产生长期效应。
如果垃圾堆放的时间较长,就会使其中的重金属进入到土壤中,导致区域土壤的重金属含量大量增加。特别是城市垃圾中含有较多的重金属,在雨水的冲刷之下会将其中的有毒元素释放到土壤中,由于这些有毒元素大多以有效态的形式存在,难以结合成残渣状态,就使得其在土壤中具有较大的迁移能力,进而对地下水造成污染。
化肥和农药是农业生产中必不可少的物资,对于促进农业生产发展具有非常重要的意义,但是如果使用不合理就会使土壤遭受重金属污染。这是因为在化肥和农药中含有较多的重金属元素,而土壤自身的环境容量又相对较低,长期使用会积累超标含量的重金属,进而使农产品受到污染,一旦食用就会对人体造成伤害。
工程修复主要指的是采用换土、客土、以及深耕翻土等一些措施,有效降低土壤中的重金属含量,从而减少对植物系统的毒害,保障农产品安全。一般,换土法和客土法主要用来治理重污染区,而深耕翻土法则主要用于重金属污染程度较轻的区域。总的来讲,工程修复比较稳定、彻底,但是由于工程量比较大,成本费用较高,还容易对土体机构造成破坏。
物理修复技术主要包括三种类型:1)电动修复。主要指的是在电流的作用之下,土壤中所蕴含的重金属离子以电迁移或者是电透渗的方式被运输到电极,再实行集中的收集处理。这种方法比较适宜用在具有低渗透性的淤泥土或者是粘土中,能够有效控制污染物流动的方向。2)电热修复。主要是利用高频电压所产生的热能对土壤加热,从而将土壤颗粒中的污染物解吸出来,实现重金属和土壤的分离,达到修复土壤的目的。3)土壤淋洗。即利用淋洗液将土壤固相中存在的重金属转移到液相中去,然后再将含有重金属的废水进行回收处理。这种方法比较经济实用,有较强的应用价值。
化学修复即向土壤中施加改良剂,利用改良剂的吸附、拮抗、氧化还原、以及沉淀等作用,有效降低重金属自身的生物有效性。由于不同的改良剂对土壤中的重金属会产生不同的作用,因此这项技术的重点在于要选择最为合适的改良剂,比较常用的改良剂主要有石灰、硅酸盐、磷酸盐、以及碳酸钙等。但是化学修复是在土壤原位上进行的,并不具有永久性,它只是改变了土壤中的重金属形态,而重金属元素依然存留在土壤中,很容易活化再次危害植物。
生物修复主要包括植物修复和微生物修复两种类型。1)植物修复。指的是利用自然生长或者是遗传培育的植物来修复受重金属污染的土壤,根据其机理和作用过程的不同又可以分成植物挥发、植物提取、以及植物稳定等不同的类型。2)微生物修复。首先,微生物能够利用带电荷细胞对土壤中的重金属离子进行生物吸附于富集;其次,微生物可以通过自身的新陈代谢活动溶解土壤中的重金属;此外,微生物还能够通过氧化还原作用有效降低重金属中的毒性,从而减少重金属对土壤的污染程度,确保农产品的安全卫生。
科学技术的发展在很大程度上促进了经济的发展和社会的进步,深刻改变了人们的生产和生活方式,具有非常重要的作用。因此,在当前土壤重金属污染日益严重的情况下,我们必须要积极利用各种形式的土壤修复技术来缓解重金属污染、改善土壤质量,为人们创造一个健康安全的生活环境,更好地促进社会主义现代化建设的发展。
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