重金属镉污染土壤修复技术比较研究.doc

重金属镉污染土壤修复技术比较研究摘要：本文对重金属镉污染土壤修复技术进行比较分析，比选了土壤固化/稳定化修复技术、土壤淋洗技术和植物修复技术三种修复技术，从技术、经济、环境和安全三个方面对以上修复技术进行比选。建议对重金属镉污染的农用地采用经济性和环境友好型的植物修复技术进行修复处理。关键词：镉; 污染土壤; 植物修复技术;1 、引言人类进入工业革命时代以来，大量使用机械和矿产资源，导致过量的重金属元素进入人类的活动区域，其中也包括农用地。农用地中的重金属含量过高，会导致农用地上种植的作物富集重金属，并导致农作物重金属含量超标1。根据我国环保部和国土资源部发布的全国土壤污染状况调查公告，我国的土壤污染已经较为严重了，其中包括大量的农用地。截止至2011年，综合分析我国26个城市土壤中重金属含量，结果表明，土壤中的重金属含量均超过了中国土壤环境背景值，其中以镉和铅最严重，分别是背景值的91.4和41.9倍2。土壤中含有过量重金属会对其周边的植物、动物和人类造成不同程度的危害。朱红霞的研究表明土壤中的Cu、Cd、Hg及其复合物会使小麦幼苗生长受到不同程度的抑制作用，使其生长速度变慢，发育不良3。茹淑华等人的研究表明，随着鸡粪和猪粪施用量增加，小麦籽粒中Cu、Cd的含量呈现不同程度的增加，说明肥料中重金属元素会对小麦产生影响并转移至小麦籽粒中4。镉对油菜地上部的生长影响明显，培养液中镉浓度增加的情况下，油菜的株高、地上部干重及叶片数和叶面积数明显下降，叶绿素总量、叶绿素a、b极显着下降5。土壤铅污染程度越高，玉米产量表现为下降趋势，玉米在同一生长阶段，不同部位重金属铅的吸收也在增加6。农作物会对土壤中的重金属有一定富集作用，当动物或人类食用含较多重金属农作物时，重金属会在动物或人类体内有一定程度的富集，进而危害生理机能7。重金属能对动物产生诸多危害，例如对体内抗氧化酶系统8、免疫系统、生殖系统9等产生影响。重金属中的Cd极容易经过食物链进入人体，且Cd的半衰期很长，极少量就会对人体造成危害10,11。因此，重金属Cd污染土壤必须引起关注，尤其是农用地中的重金属Cd污染土壤必须采取修复措施，降低其环境风险。本文对重金属镉污染土壤修复技术进行比较分析，并通过实验和修复工程实际论述其可行性，希冀对其他同类型污染土壤修复处理具有借鉴意义。2、 修复技术比选2.1、 修复技术比选原则修复技术将以以下的原则为依据，就场地的污染物常用的修复技术进行筛选评估。(1)目标污染物的物理化学特性及生物可降解性：污染物的物理化学和生物特性决定了选择修复技术时的方向，修复技术的实现原理如果与污染物的特性相匹配，则保证了大方向的正确性；(2)技术成熟度：为保证该场地修复工程的实施可靠性，本修复方案设计尽可能采用成熟的修复技术，避免采用处于研究或应用初期的修复技术。同时考虑施工所需的相应资源，如设备、操作人员、水电供应等，以确保修复工程能顺利执行，不致因为设备核心配件或人员欠缺，而延宕作业期程；(3)场地适用性和应用限制：针对地块现状、地质条件、污染程度和范围，以及场地未来用地规划等因素选择适宜的修复技术，能够达到修复目标值及国家相关标准，以达到控制场地周边及人群污染风险的修复目的；(4)修复时间和成本：为尽快完成该地块场地修复，实现土地开发利用价值的最大化，同等条件下选择修复时间较短和成本较低的修复技术；(5)对周边环境影响：尽量减少修复工程实施过程中的环境影响，避免二次污染。2.2、 污染土壤修复技术比选针对农用地中的重金属镉污染，初步筛选出以下污染土壤修复技术：土壤固化/稳定化修复技术、土壤淋洗技术和植物修复技术。2.2.1、 土壤异位稳定化修复技术(Stabilization/SolidificationTechnology)固化/稳定化修复技术(Stabilization/Solidification Technology)作为一项永久性治理重金属的常用技术，自上世纪80年代以来，已在国外应用多年，也是目前国内较成熟、应用较广泛的重金属污染土壤修复技术。固化/稳定化修复技术通常包括：稳定化和固化两种技术，其中，稳定化技术，是从污染物的生物有效性考虑，通过物理和化学方法，将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式来实现无害化。固化技术，一般是通过物理方式将污染物包裹在不透水或者渗透性很低的固态材料中，限制污染物的迁移，降低对环境的危害。技术特点及局限性(1)该技术适用范围广，选用不同的稳定剂即可对不同的重金属污染物进行稳定化处理；固化技术基本上可以处理所有重金属污染物；(2)技术工艺简单，操作快速，施工时间短；(3)施工成本低；(4)固化/稳定化修复技术处理后的土壤使用途径受限制，需要采取风险管控措施。2.2.2、 土壤淋洗技术(Soil Flushing/Washing Technology)土壤淋洗技术(Soil Flushing/Washing Technology)是通过水力学方式机械地悬浮或搅动土壤颗粒，使污染物与土壤颗粒分离。土壤淋洗后，再处理含有污染物的废水或废液。技术特点及局限性(1)该技术适用广，适用于水溶性物质，重金属等无机化合物等污染物；(2)对当地水文地质条件要求高；(3)该技术工艺复杂，施工过程较长，工期长；(4)施工成本较高；(5)施工过程中的二次污染需要格外注意，会产生一定量的污水。2.2.3 、植物修复技术(Phytoremediation Technology)植物修复技术(Phytoremediation Technology)主要是将重金属离子吸收进植物体内，其体内的谷胱甘肽、植物螯合素、金属硫蛋白、有机酸等成分可以降低重金属离子的毒性，通过络合及区域化作用，使重金属离子在植物体内存留并富集，从而降低其对环境的污染，具有成本低、不易引起二次污染等优点，同时根据植物种植位置可分为原位植物修复和异位植物修复。技术特点及局限性(1)该技术适用范围较小，适用于易于被植物富集的重金属极其无机化合物等污染物；(2)植物生长周期长，且需要种植多茬植物才能达到修复效果，因此，修复施工工期长；(3)施工经济成本较低；(4)天然无害，环境友好。修复技术的比较需要考虑场地现状、开发计划、处置成本等客观因素，在修复结果达标的首要前提下，本文从技术、经济、环境和安全三个方面对以上修复技术进行比选。重金属稳定化/固化修复技术总体而言经济可行，见效快，然而对污染物去除过程中并不能去除重金属的总量，修复后土壤不能作为种植土壤使用。土壤淋洗技术可以有效去除土壤中重金属总量，但是其技术工艺复杂，施工成本较高，不适用于农用地。植物修复技术适用范围广，且能够降低重金属总量，对环境影响较小，经济安全，不会影响场地原来的土壤性质和后期的植物种植，尽管需要的修复周期较长，但是能有效地通过富集植物降低土壤中重金属镉的总量，从而达到修复的效果。2.3、植物修复技术可行性分析根据已有的科学研究表明，鱼腥草对镉有较强的富集作用12，常见的镉超富集植物有忍冬12、龙葵13、三叶鬼针草14、印度芥菜15等。作者曾作为上海市金山区某重金属镉污染农用地修复项目技术负责，该项目土壤样品中pH值范围为7.167.95，均有重金属镉检出，场地内有12个土壤样品重金属镉检出值超过土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准中镉的风险筛选值，其中有2个土壤样品的重金属镉检出值超过镉的风险管制值，场地需要进行修复。充分考虑场地现状、开发计划、处置成本等客观因素，进行场地修复技术比选，采用植物修复技术对场地进行修复处理。超风险管制值区域修复面积为1456.0 m2，修复深度为00.4m。对重金属镉超风险管制值的区域，采用龙葵作为修复植物，在种植三茬龙葵后，申请验收。验收单位对修复后的地块进行采样，采样深度分别为00.2 m和0.20.4 m，共采集了24个土壤样品。检测结果详见表2。表2 土壤样品检测值表2 土壤样品检测值验收结果表明，原超风险管制值区域经过植物修复处理后，能够达到修复目标值，植物修复技术效果良好。上述植物修复技术应用实践表明，植物修复技术应用于重金属镉污染的农用地中具有良好的可行性。3 、结论综上所述，对于重金属镉污染的农用地，建议优先采用植物修复技术，该技术适用范围广，成本低，环境友好，能够有效降低土壤中重金属镉的含量。参考文献1 Zhao F J,Ma Y,Zhu Y G,et al.Soil Contamination in China:Current Status and Mitigation StrategiesJ.Environmental Science&Technology,2015,49(2):750-759.2 李剑睿，徐应明，林大松，等农田重金属污染原位钝化修复研究进展J生态环境学报，2014,23(4):721-728.3 朱红霞重金属及其复合污染对小麦生长发育影响机理研究D扬州大学，2004.4 茹淑华，张国印，杨军芳，等鸡粪和猪粪对小麦生长及土壤重金属累积的影响J华北农学报，2015,(S1):494-499.5 江海东，周琴，李娜，等Cd对油菜幼苗生长发育及生理特性的影响J中国油料作物学报，2006,28(1):39-43.6 周振民土壤重金属污染玉米生长影响盆栽试验研究J灌溉排水学报，2010,29(5):78-82.7 Izquierdo M,De M E,Ortega M F,et al.Bioaccessibility of metals and human health risk assessment in community urban gardensJ.Chemosphere,2015,135:312-318.8 牛亚青，郑济芳，王晗莉重金属铅对水生动物抗氧化损伤酶的影响研究进展J环境科技，2010,23(2):74-78.9 常学秀，文传浩重金属污染与人体健康J环境科学导刊，2000,19(1):59-61.10 刘茂生有害元素镉与人体健康J微量元素与健康研究，2005,22(4):66-67.11 Bernard A.Cadmium&its adverse effects on human health.J.Indian Journal of Medical Research,2008,128(4):557-564.12 侯伶龙，黄荣，周丽蓉，等鱼腥草对土壤中镉的富集及根系微生物的促进作用J生态环境学报，2010,19(4):817-821.13 刘周莉，何兴元，陈玮忍冬-一种新发现的镉超富集植物J生态环境学报，2013,(4):666-670.14 魏树和，周启星，王新超积累植物龙葵及其对镉的富集特征J环境科学，2005,26(3):167-171.15 魏树和，杨传杰，周启星三叶鬼针草等7种常见菊科杂草植物对重金属的超富集特征J环境科学，2008,29(10):2912-2918.16 杨卓，陈婧，李博文印度芥菜生理生化特性及其根区土壤中微生物对Cd胁迫的响应J农业环境科学学报，2011,30(12):2428-2433.7