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我国土壤重金属污染的现状及其治理措施


我国土壤重金属污染的现状 及其治理措施





土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一,也是人 类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加 剧和农用化学物质的施用,土壤重金属污染日益严重, 几乎威胁着每个国家。土壤重金属污染是指比重大于5 的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。目前,

>全世界平均每年排放Hg约1.5万吨,Cu 340万吨,Pb
500万吨,Mn 1500万吨,Ni100万吨。我国受镉、砷、 铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万hm2,约占总耕

地面积的1/5。

1、什么是重金属?
? 重金属:

指密度大于5g/cm3的金属,或在元素周期 表金属栏内原子量超过40以上之金属元素均称 为重金属元素。 ? 环境污染重金属: 指铅、镉、铬、汞和类金属砷等生物毒性 显著的重金属。

Pb

Cd

Hg

Cr

As

2、土壤重金属污染来源及其危害
2.1 土壤中重金属污染来源
土壤中重金属的浓度受自然成土条件和人为活动的双重影响。
?自然来源

(1)成土母质的风化过程对土壤重金属本底含量的影响

(2)风力和水力的自然物理和化学迁移过程
?人为干扰输入

(1)不同工矿企业生产对土壤重金属的额外输入

(2)农业生产活动影响下的土壤重金属输入
(3)交通运输对土壤重金属污染的影响

电子产品造成的铅污染,已经成 为铅污染的主要途径之一。

2.2 土壤重金属污染的危害
主要危害: (1)影响植物根和叶的发育 (2)破坏人体神经系统、免疫系统、骨骼系统等

例:植物病例 人类病例

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Hg中毒

Pb中毒

慢性As中毒

Cd中毒

Cr中毒

3、土壤重金属污染修复技术

隐蔽性 表聚性 土壤重金属污染特点 长期性 不可逆性

由于土壤重金属污染具有以上特点,且可经由水环境直接毒 害植物体,并可最终通过食物链危害人类健康。因此,其治理和

恢复的难度大,但又显得极为迫切。

目前,综合国内外各种研究,修复措施主要有四种:

?工程措施 ?物理化学修复 ?生物修复 ?农业生态修复

3.1 工程措施
主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。深耕翻

土用于轻度污染的土壤,而客土和换土则是用于重污
染区的常见方法。工程措施是比较经典的土壤重金属 污染治理措施,它具有彻底、稳定的优点,但实施工

程量大、投资费用高,破坏土体结构,引起土壤肥力
下降,并且还要对换出的污土进行堆放或处理。

3.2 物理化学修复
A 电动修复
通电流 金属离子等向电极运输

污染土壤

达到治污目的

集中收集处理

电动修复是一种原位修复技术,不搅动土层,并可 以缩短修复时间,是一种经济可行的修复技术。

B 电热修复 污染土壤 挥发性重金属分离 高频电压产生电磁波 污染物从土中解吸 热能 对土壤加热 熔化土壤 达到修复目的 冷却后形成玻璃态物质

C 土壤淋洗 污染土壤 淋洗液淋洗 土壤固相中重金属

达到修复目的

将液相回收处理

土壤液相中

D

化学修复

污染土壤

加入改良剂

降低重金属生物有效性

达到修复目的

3.3 生物修复 生物修复是利用生物技术治理污染土壤的 一种新方法。利用生物削减、净化土壤中的重

金属或降低重金属毒性。主要包含植物修复技
术与微生物修复技术两种方法。

3.3.1 植物修复技术(phytoremediation)

是以植物忍耐和超积累某种或某些污染物的理论为基础,
利用自然生长或遗传工程培育的植物,清除环境中污染物 的环境污染治理技术。包括植物提取、植物挥发、植物稳 定三种方式 。

?植物提取(phytoextraction) 即利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物,随后收割地上部分并 进行集中处理,连续种植该植物,达到降低或去除土壤重金属污染的目的。

?植物挥发(phytovolatilization)

其机理是利用植物根系吸收重金属,将其转化为气态物质挥发到
大气中,以降低土壤污染。目前研究较多的是Hg和Se。

?植物稳定(phytostabilization)

利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。在这一过
程中,土壤的重金属含量并不减少,只是形态发生变化。

总结——优点 与传统的修复技术相比, 植物修复是一种容易接 受、成本低、技术要求低的修复方法, 它可应用于空 气、地表水、地下水、土壤中污染物的修复。 总结——缺点 要求植株具有高的生物量;对污染物的耐受性要 高; 受植物根系分布的限制; 受气候、土质等的影响 ; 清除污染物所需的时间长; 转基因技术的应用可能 会造成潜在的环境污染等。

几种吸附土壤重金属的植物
? 小花南芥:修复Pb、Zn复合污染
? 蜈蚣草:修复As污染 ? 东南景天:修复Cd、Pb、Zn、Cu复合污染

? 花葵:修复Cd污染
? 油菜:修复Cd污染

小花南芥

蜈蚣草

东南景天

花 葵

油 菜

3.3.2 微生物修复技术(bioremediation)
微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特

的作用。其主要作用原理是:微生物可以降低土壤中
重金属的毒性;微生物可以吸附积累重金属;微生物 可以改变根际微环境,从而提高植物对重金属的吸收,

挥发或固定效率。利用真菌与根系形成的菌根吸收和
固定重金属(Fe , Mn , Zn , Cu)取得了良好的效果。

难降解有机污染物和重金属及其相应的降解转 化微生物

微生物在环境污染治理中的作用
微生物对重金属的转化与固定

微生物虽然不能降解重金属,但是可以降低
其毒性,并可将其累积在菌体内使之固定。

①汞的去甲基化及还原
例如:蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离 子转化成元素汞,经10小时后挥发掉的汞可达 75% 。假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素 汞。

②重金属累积及固定 在微生物累积重金属方面,已阐明同细胞内金 属硫蛋白简称MT有关,MT是一种低分子量的细胞

质蛋白,同Hg, Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈
的亲和性,结果使重金属富集并抑制其毒性。

3.4 农业生态修复
农业生态修复主要包括两个方面:

?农艺修复措施

?生态修复。

4 土壤重金属污染修复技术研究展望
采用工程、物理化学方法修复重金属污染土壤,具有一定的

局限性,难以大规模处理污染土壤,并且成本高,破坏土壤本身
结构,易造成二次污染,对环境扰动大。 农业生态措施又存在周期长,效果不显著的特点。

植物修复在重金属污染治理中具有不可替代的优势,并以其
治理过程的原位性、治理成本的低廉性、管理与操作的简易性及 环境美学的兼容性而日益受到人们的重视,并成为污染土壤修复

研究的热点之一。因此,具有广阔的应用前景。以下几个方面将
成为该领域研究的重点。

4.1 超累积植物筛选与培育
超累积植物是在重金属胁迫条件下的一种适应性突变体,往往生

长缓慢,生物量低,气候环境适应性差,具有很强的富集专一。因此,
筛选、培育吸收能力强,同时能吸收多种重金属元素,且生物量大的 植物是生物修复的一项重要任务。针对某一具体重金属的超积累植物 一般要求其地上部分重金属含量大于一个临界值(表1)。
表1 超积累植物重金属含量临界值 元素 临界值 Cd 100 Ni 1000 Pb 1000 Cu 1000 mg/kg-1 Zn 10000 Mn 10000

4.2 转基因植物(Transgenic plants)
目前已发现的超积累植物大多存在根系浅、生物 量小、生长缓慢等缺点,使得其修复周期较长。这使

植物修复的工程应用受到限制,而经基因改造的植物
则可提高其应用性 。

4.3 生物修复综合技术的研究
重金属污染土壤的修复是一个系统工程,单一的修 复技术很难达到预期效果,必须以植物修复为主,辅

以物理化学、微生物及农业生态措施,增加重金属的
生物有效性,促进植物的生长和吸收,从而提高植物 修复的综合效率。因此,生物修复综合技术将是今后 重金属污染土壤修复技术的主要研究方向。

胡锦涛总书记在刚刚结束的十八大报告中指出:
建设生态文明,是关系人民福祉、关乎民族未来的长远大计。面 对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势,必须 树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念,把生态文明 建设放在突出地位,融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建 设各方面和全过程,努力建设美丽中国,实现中华民族永续发展。

我们一定要更加自觉地珍爱自然,更加积极地保护生态,努力走
向社会主义生态文明新时代!

谢 谢 大 家!


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