土壤重金屬污染和治理

土壤重金屬污染和治理第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二

土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。隨著工業(yè)、城市污染的加劇和農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)的施用，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，幾乎威脅著每個國家。土壤重金屬污染是指比重大于5的金屬或其化合物在土壤環(huán)境中所造成的污染。目前，全世界平均每年排放Hg約1．5萬噸，Cu

340萬噸，Pb

500萬噸，Mn

1500萬噸，Ni100萬噸。我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000萬hm2,約占總耕地面積的1/5。第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二1、土壤重金屬污染來源

土壤中重金屬的濃度受自然成土條件和人為活動的雙重影響。通常條件下，自然土壤中重金屬的濃度較低，但近數(shù)十年來，人為活動大大加劇了土壤中重金屬的積累。第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二污染的土壤農(nóng)用物資的不合理使用固體廢棄物污水灌溉圖1土壤中重金屬污染來源大氣自然沉降及降水土壤中重金屬主要來源于以下幾個方面：第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二2土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)

由于土壤重金屬污染具有以上特點，且可經(jīng)由水環(huán)境直接毒害植物體，并可最終通過食物鏈危害人類健康。因此，其治理和恢復(fù)的難度大，但又顯得極為迫切。土壤重金屬污染特點表聚性長期性不可逆性隱蔽性第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二

目前，綜合國內(nèi)外各種研究，修復(fù)措施主要有四種：工程措施物理化學(xué)修復(fù)生物修復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二2.1工程措施

主要包括客土、換土和深耕翻土等措施。深耕翻土用于輕度污染的土壤，而客土和換土則是用于重污染區(qū)的常見方法。工程措施是比較經(jīng)典的土壤重金屬污染治理措施，它具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點，但實施工程量大、投資費用高，破壞土體結(jié)構(gòu)，引起土壤肥力下降，并且還要對換出的污土進行堆放或處理。第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二2.2物理化學(xué)修復(fù)A電動修復(fù)

污染土壤通電流金屬離子等向電極運輸集中收集處理達到治污目的

電動修復(fù)是一種原位修復(fù)技術(shù)，不攪動土層，并可以縮短修復(fù)時間，是一種經(jīng)濟可行的修復(fù)技術(shù)。第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二B電熱修復(fù)

污染土壤高頻電壓產(chǎn)生電磁波熱能對土壤加熱污染物從土中解吸揮發(fā)性重金屬分離達到修復(fù)目的熔化土壤冷卻后形成玻璃態(tài)物質(zhì)第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二C土壤淋洗

污染土壤淋洗液淋洗土壤固相中重金屬土壤液相中將液相回收處理達到修復(fù)目的第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二D化學(xué)修復(fù)

污染土壤加入改良劑降低重金屬生物有效性達到修復(fù)目的第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二2.3生物修復(fù)生物修復(fù)是利用生物技術(shù)治理污染土壤的一種新方法。利用生物削減、凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性。主要包含植物修復(fù)技術(shù)與微生物修復(fù)技術(shù)兩種方法。第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二2.3.1植物修復(fù)技術(shù)(phytoremediation)

是以植物忍耐和超積累某種或某些污染物的理論為基礎(chǔ)，利用自然生長或遺傳工程培育的植物，清除環(huán)境中污染物的環(huán)境污染治理技術(shù)。包括植物提取、植物揮發(fā)、植物穩(wěn)定三種方式。

植物提取(phytoextraction)

即利用重金屬超積累植物(hyperaccumulators)從土壤中吸取金屬污染物，隨后收割地上部并進行集中處理，連續(xù)種植該植物，達到降低或去除土壤重金屬污染的目的。

第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二植物揮發(fā)(phytovolatilization)

其機理是利用植物根系吸收金屬，將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)揮發(fā)到大氣中，以降低土壤污染。目前研究較多的是Hg和Se。植物穩(wěn)定(phytostabilization)

利用一些植物來促進重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榈投拘孕螒B(tài)的過程。在這一過程中，土壤的重金屬含量并不減少，只是形態(tài)發(fā)生變化。

第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二圖1重金屬zn/cd超積累植物十字花科的天藍遏藍菜（thlaspicaerulescens）。圖2銅草（海洲香薷）第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二微生物在修復(fù)被重金屬污染的土壤方面具有獨特的作用。其主要作用原理是：微生物可以降低土壤中重金屬的毒性；微生物可以吸附積累重金屬；微生物可以改變根際微環(huán)境，從而提高植物對重金屬的吸收，揮發(fā)或固定效率。2.3.2微生物修復(fù)技術(shù)(bioremediation)第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二2.4農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)

農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)主要包括兩個方面：農(nóng)藝修復(fù)措施生態(tài)修復(fù)。第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二3土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究展望

采用工程、物理化學(xué)方法修復(fù)重金屬污染土壤，具有一定的局限性，難以大規(guī)模處理污染土壤，并且成本高，破壞土壤本身結(jié)構(gòu)，易造成二次污染，對環(huán)境擾動大。

農(nóng)業(yè)生態(tài)措施又存在周期長，效果不顯著的特點。

植物修復(fù)在重金屬污染治理中具有不可替代的優(yōu)勢，并以其治理過程的原位性、治理成本的低廉性、管理與操作的簡易性及環(huán)境美學(xué)的兼容性而日益受到人們的重視，并成為污染土壤修復(fù)研究的熱點之一。因此，具有廣闊的應(yīng)用前景。以下幾個方面將成為該領(lǐng)域研究的重點。第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二3.1超累積植物篩選與培育

超累積植物是在重金屬脅迫條件下的一種適應(yīng)性突變體，往往生長緩慢，生物量低，氣候環(huán)境適應(yīng)性差，具有很強的富集專一。因此，篩選、培育吸收能力強，同時能吸收多種重金屬元素，且生物量大的植物是生物修復(fù)的一項重要任務(wù)。針對某一具體重金屬的超積累植物一般要求其地上部分重金屬含量大于一個臨界值（表1）。元素CdNiPbCuZnMn臨界值1001000100010001000010000表1超積累植物重金屬含量臨界值

mg/kg-1

第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二3.2轉(zhuǎn)基因植物(Transgenicplants)目前已發(fā)現(xiàn)的超積累植物大多存在根系淺、生物量小、生長緩慢等缺點，使得其修復(fù)周期較長。這使植物修復(fù)的工程應(yīng)用受到限制，而經(jīng)基因改造的植物則可提高其應(yīng)用性。第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二3.3其他強化措施添加螯合劑(如EDTA)，可以顯著提高土壤中的金屬活性及植物的吸收、轉(zhuǎn)移能力。但是，施用螯合劑在增加土壤中重金屬生物有效性的同時，也增加了重金屬離子的移動性，從而有可能對地下水的重金屬污染帶來更大的危險性。另外，可以通過向土壤中添加土壤酸化劑、營養(yǎng)物、甚至微生物等途徑來增強植物修復(fù)作用，其機理可以是增強土壤中重金屬的生物有效性，或者是增加超積累植物的生長量。第二十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二3.4生物修復(fù)綜合技術(shù)的研究

重金屬污染土壤的修復(fù)是一個系統(tǒng)工程，單一的修復(fù)技術(shù)很難達到預(yù)期效果，必須