土壤重金属
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土壤重金属范文第1篇
中图分类号：X825文献标识码：A文章编号：0439－8114（2011）12－2421-03
Heavy Metal Pollution in Green Space Soil of Chaoyang District, Changchun City
LIU Gang，JIN Yan－ming，HU Hao
（Graduate School of Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China）
Abstract： To investigate the soil heavy metal pollution status of several important function zones in Chaoyang district， Changchun city， 15 soil samples were collected from community， schools， squares， parks and street． Analyses on physicochemical properties including pH， soil organic matter， available N， available P and available K were conducted． The content of heavy metals（Cu，Zn，Pb，Cd） in soil samples was determined by atomic adsorption spectrophotometry． Adopting the single factor index and Nemerow multi－factor index methods， the pollution indices were calculated to assess the pollution extent． Cu pollution index of sample area C1 （Nanhu square）， E1 （Jiefang road） and E2 （Kaiyun street） were higher and the maximum of them were 2．03， which showed that these areas were in the status of light Cu pollution． All pollution factors in other areas were potential． The evaluation result of Nemerow synthetic pollution index method indicated that all soil in sample areas was slightly polluted． The pollution sources of heavy metals were mainly large－scale enterprises， then some ordinary enterprises．
Key words： green land soil； heavy metal； evaluation of soil environmental quality；Changchun city
长春市是我国重要老工业基地之一，目前基本形成以交通运输设备制造业为主体、门类比较齐全的工业体系。随着社会的不断进步，工业的发展和人口的增加，长春市土壤已受到一定程度的重金属污染［1］。相关研究表明，交通运输、工业排放、市政建设和大气沉降等造成城市绿地土壤重金属的污染越来越严重［2，3］。土壤中的重金属不仅影响和改变城市土壤的生态功能，危害人体健康，而且制约了城市的可持续发展。
由于城市绿地土壤的研究报道较少，且多数是以较大范围的城市和农村土壤相结合进行调查研究，而对城市中单独一个区域还很少有人进行过系统的分类调查。为此，以长春市朝阳区绿地土壤按不同功能区特点进行分区，在功能分区典型的地点进行采样，通过相关的试验和分析，试图了解不同的功能区土壤重金属污染情况、污染特征、污染的空间分异性，为长春市的城市园林绿化和养护提供科学依据。
1材料与方法
1．1样区的选择
样区设置在长春市朝阳区，按功能区划分选择有代表性的土壤，分别为A．小区、B．学校、C．广场、D．公园、E．街路，共采集了150个混合土样，具置见图1。
1．2土样的采集、处理与分析
根据城市土壤特点，选择代表性功能区进行采样，在选定区域上以“S”形选择9个点，在各点取0～20 cm土层土样，在塑料薄膜上将各点土壤均匀混合，用四分法逐次弃去多余部分，最后将剩余的1 kg左右的平均样品装入样袋，带回实验室。土壤样品经风干、磨细过筛（1.00 mm、0．25 mm土壤筛），用于测定土壤pH值（电位法）、有机质（重铬酸钾容量法――稀释热法：K2Cr2O7－H2SO4）、土壤速效磷（Olsen法：0．5 mol／L NaHCO3，pH值8．5）、速效钾（1 mol／L NH4OAc，pH 值7．0）、土壤重金属元素Cu、Cd、Pb、Zn的浓度（HF－HClO4消煮法）［4］。
2结果与分析
2．1土样理化性质和重金属浓度
城市绿地土壤多为搅动的深层土、建筑垃圾土、回填土等，其土层变异性大，呈现岩性不连续特性，导致不同土层的有机质含量、pH值、容重及与其有关的孔隙度、含水量有显著差异。城市土壤土层排列凌乱，许多土层之间没有发生学上的联系，多为沙石、垃圾和土所组成，有机质含量少［5］。土样理化性质测定结果见表1，重金属浓度比较见图2。
从各土样采集地点的功能区划分来看，E1、E2、E3号街路绿地土壤的pH值、容重较高；D1、D2、D3号公园绿地土壤的孔隙度、含水量、有机质、速效氮、速效磷、速效钾相对较高，这与公园土壤所处的生态环境有一定的关系。
从各土样采集地点的功能区划分来看，E1、E2号街路的Cu、Cd重金属含量都较高，A1、A2号居住小区的土壤含Zn量较高，C1、C2号交通要塞的土壤含Pb量较高。
2.2评价方法
土壤污染评价是土壤环境质量现状评价的核心部分，主要包括单项（单因子）污染评价和多项（多因子）污染综合评价［6］。
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2．2．1单项污染分级指数法污染分级标准参考吉林省地质调查院《东北平原长春经济区区域环境地球化学调查与评价》项目报告，以测区土壤地球化学背景为基础，借鉴国家土壤环境质量标准，确定污染分级标准。以测区背景上限为重金属元素累积起始值（Xa），国家土壤环境质量标准的二类标准作为污染起始值（Xc），土壤环境质量标准的三类标准作为重污染起始值（Xp）（表2）。
污染分级指数是指某一污染物影响下的环境污染指数，可以反映出各污染物的污染程度。根据公式（1）计算出的单项污染分级指数，对单项污染程度进行分级。
Ci≤Xa时，Pi＝Ci／Xa
Xa＜Ci≤Xc时，Pi＝1＋（Ci－Xa）／（Xc－Xa）
Xc＜Ci≤Xp时，Pi＝2＋（Ci－Xc）／（Xp－Xc）（1）
Ci≥Xp时，Pi＝3＋（Ci－Xp）／（Xp－Xc）
式中，Pi为污染分级指数，Ci为土壤中污染物i的实测浓度值，Xa为累积起始值，Xc为污染起始值，Xp为重污染起始值。土壤单项污染指数评价标准见表3。
2．2．2内梅罗综合污染指数法单项污染分级指数法评价长春市土壤重金属污染状况，只能分别了解每种重金属在长春市表层土壤的污染状况。内梅罗综合指数法评价长春市土壤重金属污染状况则可以了解这4种重金属在长春市表层土壤的综合污染状况。
为了突出环境要素中浓度最大的污染物对环境质量的影响，采用内梅罗综合污染指数法对研究区土壤重金属污染进行综合评价［6，7］，计算公式为：
P综＝［（Pimax2＋Piave2）／2］1／2 （2）
式中，P综为内梅罗综合污染指数，Pi为单项污染分级指数，计算公式见公式（1），Pimax为所有元素污染指数最大值，Piave为所有元素污染指数平均值。内梅罗综合污染指数反映了各种污染物对土壤的作用，同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，可按内梅罗综合污染指数划定污染等级，其中土壤污染评价标准见表4。
2．3土壤重金属污染评价
评价方法采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法。内梅罗综合污染指数全面反映了各污染物对土壤污染的不同程度，同时又突出高浓度对土壤环境质量的影响，因此用来评定和划分土壤质量等级更为客观。评价结果见表5。从表5中的单项污染分级指数可以看出，样区A3、B1、B2、B3的土壤Cd质量等级为清洁，样区C1、E1、E2的土壤已受到Cu的轻污染；其他样点的各项污染因子为潜在污染。从各样区综合污染指数可知，土壤均受到轻度污染，这是由于样区周围没有较大规模的重金属污染企业，而其他污染源的污染也应得到足够重视，如汽车尾气中的Pb、居民生活垃圾中的Zn等。E1、E2的绿地土壤如果不进行适当的养护管理，慢慢也会变成重度污染。
对各功能区重金属单项污染平均值进行比较，Cu单项污染的大小顺序为小区＜学校＜公园＜广场＜街路；Zn单项污染的大小顺序为学校＜广场＜街路＜公园＜小区；Pb单项污染的大小顺序为小区＜学校＜公园＜广场＜街路；Cd单项污染的大小顺序为学校＜小区＜公园＜广场＜街路；各功能区重金属平均值综合污染进行比较，其大小为学校＜小区＜公园＜广场＜街路。
3结论与讨论
1）长春市朝阳区表层土壤中各重金属元素含量变化范围较大，表明城市表层土壤中重金属元素已在一定程度上受到人为源输入的影响，但与其他开发历史较长的城市相比，长春市城区表层土壤中重金属元素含量总体上较低。
2）分析结果表明，长春市城区表层土壤中不同重金属来源存在着差异，其中Cu、Pb和Zn主要来自交通污染；而工业污染和居民生活污染也不容忽视，Cd主要来源于工业源及化肥施用。
3）试验选取具有代表性样区，其结果反映朝阳区目前总体的重金属污染的现状，但还需对多种样品（如土壤样品、大气干湿沉降样品、水样品、植物样品、有机样品等）进行综合分析研究，想要更加准确地反映该区的土壤质量，需要更进一步的详细调查。因此，在进行重金属源解析时应该结合各元素含量的空间分布特征及其周围环境状况进行更加详细的研究。
参考文献：
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土壤重金属范文第2篇
关键词：土壤 金属污染 治理
随着人类生活水平的提高，人们更加关注周围的环境问题，十一五规划中也提出要加强环境治理与污染预防。土壤是生存之本，必须提高对土壤污染的监测与治理。土壤污染主要是指由于具有生理毒性的物质或过量的植物营养元素（微量元素）进入土壤，超过土壤的自净能力，而导致土壤性质恶化。土壤处于陆地生态系统中的无机界和生物界的中心，不仅在本系统内进行着能量和物质的循环，而且与水域、大气和生物之间也不断进行物质交换，一旦发生污染，三者之间就会有污染物
一、污染物类型
土壤污染物有下列4 类
1.化学污染物
包括无机污染物和有机污染物。前者如汞、镉、铅、砷等重金属，过量的氮、磷植物营养元素以及氧化物和硫化物等;后者如各种化学农药、石油及其裂解产物，以及其他各类有机合成产物等。
2.物理污染物
指来自工厂、矿山的固体废弃物如尾矿、废石、粉煤灰和工业垃圾等。
3.生物污染物
指带有各种病菌的城市垃圾和由卫生设施（包括医院）排出的废水、废物以及厩肥等。
4.放射性污染物
主要存在于核原料开采和大气层核爆炸地区，以锶和铯等在土壤中生存期长的放射性元素为主。
土壤染物中以重金属比较突出，主要是重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程，重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累，转化为毒性更大的化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。
二、重金属进入土壤的途径
主要有：
1.污水灌溉。用未经处理或未达到排放标准的工业污水灌溉农田是污染物进入土壤的主要途径。
2.冶金工业排放的金属氧化物粉尘，则在重力作用下以降尘形式进入土壤。
3.汽车尾气，汽油中废气排出污染土壤，行车频率高的公路两侧常形成明显的铅污染带。
4.矿山金属的开采，随大气，水源进行扩散。
三、重金属在土壤中的去向
进入土壤的重金属，因其类型和性质的不同而主要有固定、流散和淋溶等不同去向。重金属离子，主要是能使土壤无机和有机胶体发生稳定吸附的离子，包括与氧化物专性吸附和与胡敏素紧密结合的离子，以及土壤溶液化学平衡中产生的难溶性金属氢氧化物、碳酸盐和硫化物等，大部分被固定在土壤，一些微生物能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白、脂多糖等，具有大量的阴离子基团，与金属离子结合沉淀及其它微生物产生的硫化氢与金属离子作用，形成不溶性的硫化物沉淀。微生物能够通过氧化、还原，甲基化和去甲基化作用转化重金属。大量的研究表明，细菌、放线菌及某些真菌可以把汞离子还原成单质汞，从而使汞从土壤中挥发出去或以沉淀方式存在。土壤中的重金属可随地面径流或土壤侵蚀而部分流失，引起污染物的扩散；作物收获物中的重金属也会向外环境转移，即通过食物链进入家畜和人体等。
四、种金属的主要类型及危害
土壤重金属污染物主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等，砷虽不属于重金属，但因其行为与来源以及危害都与重金属相似，故通常列入重金属类进行讨论。同种金属由于它们在土壤中存在形态不同，其迁移转化特点和污染性质也不同，因此在研究土壤中重金属的危害时，不仅要注意它们的总含量，还必须考虑各种形态的含量。
汞 土壤的汞污染主要来自于污染灌溉、燃煤、汞冶炼厂和汞制剂厂（仪表、电气、氯碱工业）的排放。土壤中汞的存在形态有无机态与有机态，并在一定的条件下互相转化。无机汞有HgSO4、Hg(OH)2、HgCL2、HgO，它们因溶解度低，在土壤中迁移转化能力很弱，但在土壤微生物作用下，汞可向甲基化方向转化。在好氧土壤微生物作用下主要形成脂溶性的甲基汞，可被微生物吸收、积累，而转入食物链造成对人体的危害；在厌氧土壤微生物作用下，主要形成二甲基汞，在微酸性环境下，二甲基汞可转化为甲基汞。汞在一定浓度下使作物减产，在较高浓度下甚至使作物死亡。
镉 土壤中镉的存在形态也很多，大致可分为水溶性镉和非水溶性镉两大类。离子态和络合态的水溶性镉CdCL2 Cd(WO3)2 等等能为作物吸收，对生物危害大，而非水溶性镉CdS、CdCO3 等不易迁移，不易被作物吸收，但随环境条件的改变二者可互相转化。镉进入人体后使人得骨痛病；另外，镉会损伤肾，甚至还有致癌、致畸的报道。铅 一般进入土壤中的铅在土壤中易与有机物结合，极不易溶解，土壤铅大多发现在表土层，表土铅在土壤中几乎不向下移动。并通过光合作用影响植物生长，或在植物中积累，铅对动物的危害则是累积中毒。人体中铅能与多种酶结合从而干扰有机体多方面的生理活动，导致对全身器官产生危害。
铬 铬在土壤中主要有两种价态：Cr6+ 和Cr3+。两种价态的行为极为不同，前者活性低而毒性高，后者恰恰相反。Cr3+ 主要存在于土壤与沉积物中，Cr6+ 主要存在于水中，但易被Fe2+ 和有机物等还原。铬对人体与动物也是有利有弊。人体中含铬过低会产生食欲减退症状。但过高时，会发生口角糜烂、腹泻、消化紊乱等症状。
砷 土壤中砷大部分为胶体吸收或和有机物络合――螯合或和磷一样与土壤中铁、铝、钙离子相结合，形成难溶化合物，或与铁、铝等氢氧化物发生共沉淀。pH 值高土壤砷吸附量减少而水溶性砷增加；土壤的氧化条件下，大部是砷酸，砷酸易被胶体吸附，而增加土壤固砷量。随EH 降低，砷酸转化为亚砷酸，可促进砷的可溶性，增加砷害。
砷对植物危害的最初症状是叶片卷曲枯萎，进一步是根系发育受阻，最后是植物根、茎、叶全部枯死。砷对人体危害很大，它能使红血球溶解，破坏正常生理功能，甚至致癌等。
重金属离子环境污染标准
The standard of heavy metal-pollution
重金属种类 环境污染 一般植物忍受
标准(mg/kg) 范围(mg/kg)*
砷(As， Arsenic) 20 2
镉(Cd， Cadmium) 3 1.5
铜(Cu， Copper) 60 -
铬(Cr， Chromium) 50 2
镍(Ni， Nickel) 60 7-10
汞(Hg， Mercury) 1 0.04
铅(Pb， Lead) 200 10
锌(Zn， Zinc) 300
五、污染土壤的综合治理措施
1.生物修复
壤污染物质可以通过生物降解或植物吸收而被净化。重金属离子环境污染标准域中，由于植物根系以及菌根的存在，可以通过植物提取、植物挥发、植物稳定，显著降低重金属在土壤中的活性和生物有效性。
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。如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌及某些藻类，能够产生胞外聚合物与重金属离子形成络合物。
2.施用化学物质
对于重金属轻度污染的土壤，使用化学改良剂可使重金属转为难溶性物质，减少植物对它们的吸收。酸性土壤施用石灰，可提高土壤pH值，使镉、锌，铜、汞等形成氢氧化物沉淀，从而降低它们在土壤中的浓度，减少对植物的危害。因为重金属大部分为亲硫元素，所以在水田中施用绿肥、稻草等，在旱地上施用适量的硫化钠、石硫合剂等有利于重金属生成难溶的硫化物。
3.增施有机肥料
施有机肥料可增加土壤有机质和养分含量，既能改善土壤理化性质特别是土壤胶体性质，又能增大土壤环境容量，提高土壤净化能力。受到重金属污染的土壤，增施有机肥料可增加土壤胶体对其的吸。
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土壤重金属范文第3篇
关键词：危害 重金属污染 土壤修复
土壤是地球表面的疏松表层，它是人类赖以生存的重要自然资源，并且在生态环境中占有重要地位。而近年来，随着工业的快速发展和乡镇城市化，土壤重金属污染日益严重，由此会破坏人类生态环境，从而影响人们的健康，因此，土壤重金属污染的修复技术已成为一个研究热点。
一、土壤重金属污染的危害
随着工农业的快速发展，多种工业如采矿、冶炼、电镀、废电池处理、金属加工等的排放以及农业中各种农药，化肥的施用均是土壤重金属污染的来源。据报道，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu 340万吨，Mn 1500万吨，Pb 500万吨，Ni 100万吨[1]。土壤重金属污染具有污染面积达、积累时间长、不易被微生物降解、有明显的生物富集作用等特点，被重金属污染的土壤会严重影响到农作物的生长和发育，从而导致农作物的减产并污染农作物。安志装等人[2]研究发现镉与巯基氨基酸和蛋白质的结合会引起氨基酸蛋白质的失活，甚至使植物死亡。另外，土壤中的重金属会被农作物吸收并在农作物体内富集，通过食物链进入人体，从而严重危害人体健康。
二、土壤重金污染修复技术
1.物理化学修复技术
1.1化学固化
化学固化法指的是通过在土壤中加入土壤固化剂来改变土壤的有机质含量、矿物组成、pH值和Eh值等理化性质，再经重金属的吸附或共沉淀作用来调节其在土壤中的移动性，从而降低其共生物有效性。固化剂将污染土壤中的重金属固定后，不仅可以减少重金属通过径流和淋洗作用对地表水和地下水的污染，而且被污染的土壤还有可能重建植被[3]。虽然化学固化法可以固化土壤中的重金属，但固化剂只是改变重金属在土壤中的存在形态，重金属仍留在土壤中，因而该方法还有待进一步的研究探讨。
1.2电动修复
电动修复是近年来快速发展的技术，其作用机理是将电极对插入被污染的土壤中，在通入微弱电流形成电场，使土壤中的重金属在电场形成的各种电动力学效应下定向移动，在电极区附近富集，从而将重金属处理或分离。
对于低渗透的粘土和淤泥土的修复，电动修复是常用的技术。郑喜坤等人[4]研究了电动修复技术对沙土中Pb2+、Cu3+等重金属离子的去除效果，结果表明，重金属离子的去除率达99%以上。电动修复技术是一种原位修复技术，它可以有效的去除土壤中的重金属离子，并且经济效益好，是一种可行的修复技术。
1.3土壤淋洗
土壤淋洗是一种适用于治理大面积重废污染土壤的方法。所谓淋洗，是指利用提取剂（包括有机或无机酸、碱、盐、表面活性剂和聚合剂等）将土壤中的固相重金属转化为液相，土壤在经水淋洗处理后可归回原位利用，而对于富含重金属的废水也可进行回收处理，从而达到修复土壤的目的[5]。吴华龙等人[6]研究了被铜污染土壤修复的有机调控机理，研究结果表明，外加EDTA对降低红壤对铜的吸收率与加入的EDTA量的对数量显著负相关。土壤淋洗法虽然处理量大，处理效率高，但会造成二次污染，因此，寻找一种既能提取各种形态重金属又不破坏土壤结构的提取剂将成为土壤淋洗法的研究热点。
2.植物修复
植物修复是指在被重金属污染的土壤中，种植某种特定的植物，利用该植物对重金属的耐性和超富集作用将重金属移出土壤，使土壤中的重金属降低到可接受的浓度，达到重金属污染修复的目的。
根据其修复过程和作用机理可将植物修复技术分为4种：①植物萃取技术，即利用超富集植物将重金属从土壤提取出来，并将其转移，贮存到地上部分，然后通过植物收割来对重金属进行集中处理的过程[7]。韦朝阳等人[8]研究发现了一种大叶井口草，它对As的富集有明显的效果，其地上部分最大含量可达694mg/Kg。②植物固化技术，即利用耐金属植物及其根系微生物的一些生物化学作用降低重金属的活性，使其固化，从而减少对土壤的危害。该方法主要适用于有机质含量的矿区污染土壤的修复。③根圈生物技术，即利用植物根际分泌物和根际脱落物刺激细菌和真菌的生长，通过细菌和真菌对重金属的吸附固定作用，是重金属矿化的过程。④植物挥发技术，即利用植物根系的吸收、积累和挥发作用减少土壤中一些挥发性污染物，及植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中[9]。
3.工程措施
工程措施是比较经典和传统的修复土壤重金属污染的方法，主要包括客土、换土及深耕翻土等方法。通过客土、换土或者将深耕翻土与污土混合，使土壤中重金属的含量降低，减少重金属对土壤植物的毒害，从而使农产品达到食品卫生标准[10]。
客土法是将干净的土壤覆盖在已受污染的土壤上混匀，从而降低土壤中污染物的浓度；换土法是用干净的土壤代替受污染的的土壤，对于换出的土壤应进行处理，防止二次污染的发生；深耕翻土是将表层已受到污染的土壤翻至深层，从而使土壤中污染物的浓度降低。
三、结语
目前运用于修复土壤重金属污染的技术有很多，但每种修复技术对于土壤重金属污染修复均有一定的弊端，并且对于不同类型的土壤受重金属的污染的程度的不同，单一的使用某种技术并不能达到理想的效果，因此，在实际应用中，应综合多种修复技术的优点，互取优势，研究出新型的具有高效，低耗的修复技术。
参考文献
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土壤重金属范文第4篇
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。
土壤重金属范文第5篇
关键词:原位固定修复;重金属污染;土壤修复技术
中图分类号:X503文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)13-0031-02
原位固定修复工艺方法从成本和时间上能较好地满足治理土壤中重金属污染的要求。原位固定就是通过往土壤中加入固定剂,调节和改变重金属在土壤中的物理化学性质,使其产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化和氧化-还原等一系列反应,降低其在土壤环境中的生物有效性和可迁移性,从而减少这些重金属元素对动植物的毒性。目前在土壤修复中常用的固定剂包括无机固定剂、有机固定剂和有机-无机复合固定剂。该方法的优点是成本低,对重金属的固定时间长,对于大面积的面源污染有很好的修复前景。然而,固定剂使用不当,也会带来一系列的问题。本文对重金属污染土壤的原位固定修复进行了研究。
一、重金属污染土壤的原位固定治理技术
(一)原位固定治理技术的提出
重金属原位固定修复的研究开始于20世纪50年代,所制备的吸附剂最早来固定水体中不同重金属。后来,人们发现了重金属的毒性与其在土壤中的赋存形态有密切的相关性。一些基于降低重金属生物有效性的物质如沸石、水泥和石灰等被应用于固定土壤和沉积物中的重金属。原位修复技术才逐渐被应用到土壤重金属的吸附固定中。20世纪80年代以后,许多固定物质,如人工合成的沸石、生物固体、污泥和磷酸盐衍生物等应用于重金属污染土壤的原位固定中。随着人们对土壤中重金属存在形态的进一步研究,发现了重金属的毒性与其在土壤中存在的各种形态密切相关,植物吸收重金属的量取决于土壤中有效态重金属含量,而不是土壤中重金属的全量。
原位固定技术是指通过往土壤中加入固定剂,调节和改变重金属在土壤中的物理化学性质,使其产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化和氧化-还原等一系列反应,降低其在土壤环境中的生物有效性和可迁移性,从而减少这些重金属元素对动植物的毒性。由于其成本低廉、操作方便、效果快速,使其在对污染土壤的治理中得到广泛应用,尤其对耕作土壤中的面源污染的治理。
(二)原位固定治理技术应用的主要限制因素
目前,原位修复技术在应用中仍然存在一些困难:其一,每个固定剂都有其适用的土壤,土壤的成土母质、粘粒含量、pH等理化性质直接影响固定剂的修复效果。环境条件的改变,特别是降水多少等,也会影响固定剂对重金属的固定作用。因此,每一种固定剂应用于实践,都要有科学的技术参数作支撑。其二,化学合成的有机-无机复合体应用于重金属污染土壤修复,不仅治理成本过高,且有相当的环境风险。有些固定剂在土壤中还会引起土壤理化性质的改变,对植被造成不良影响。为此,我们提出用天然的有机、无机材料制备出有机-无机复合体,杜绝二次污染,并发展与之相应的有机-无机复合体原位钝化技术。其三,虽然吸附剂能将重金属固定住,但金属离子依然还存留在土壤环境中,并可能随着环境条件的改变,生物有效性也可能变化。所以,探寻将重金属从土壤中彻底取出的方法是非常必要的。
二、固定剂对土壤中重金属活性的影响
固定剂可分为有机、无机和有机-无机复合体三种类型。无机材料通过其对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用,以降低重金属的生物有效性。由于土壤化学性质和作物吸收关系复杂,这种效果具有地带性。有机物料对土壤中重金属的影响极其复杂,也有文章报道低分子有机物通过螯合作用活化土壤中重金属。有机-无机复合体对重金属的吸附、沉淀、凝聚、络合等能力大于单一的有机物或无机物。
(一)无机固定剂对土壤中重金属活性的影响
无机固定剂主要包括三种:(1)石灰、钢渣、高炉渣、粉煤灰等碱性物质,通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用降低土壤中重金属的生物有效性;(2)羟基磷灰石、磷矿粉、磷酸氢钙等磷酸盐,可增加离子吸附和沉降,减少水溶态含量及生物毒性;(3)天然、天然改性或人工合成的沸石、膨润土等矿物亦可提高固定效果。
但采用无机固定剂进行土壤改良往往需要较大的施入量,在某些情况下,可能诱发新的环境问题。如磷灰石的大量施用会使土壤累积较多的磷,对周围水体造成潜在的威胁。在一些修复过程中由于土壤过度石灰化,会使土壤中重金属离子浓度长期升高并导致农作物减产。在土壤中添加沸石或沸石类似的硅酸盐物质,可导致土壤溶液中可溶性有机碳(DOC)升高,最后是土壤中镉和锌的淋溶性加大。
(二)有机固定剂对土壤中重金属活性的影响
有机固体废物按其来源不同可分为第一性生产废弃物(作物秸秆、枯枝落叶等)、第二性生产废弃物(畜禽粪便等)、工副业有机废料(农畜产品加工废弃物)和人类生活废弃物(城乡生活垃圾、人粪尿等)4类。它们具有的活性基团(如:COO-、-NH、=NH、=PO4、-S-、-O-等),很容易作为配位体与重金属元素Zn、Mn、Cu、Fe等络合或螯合,钝化土壤中的重金属。
有机材料因其对提高土壤肥力具有十分重要的意义,且取材方便、经济,因此在土壤重金属污染修复中得到了广泛应用。有机材料可能通过几种途径降低土壤重金属的有效性:提高土壤pH,增加土壤固相有机质对重金属的吸附;有机分解产物与重金属形成难溶性沉淀(如硫化物);水溶性有机物与重金属结合形成不易被植物吸收的形态等。
但有机物料对土壤中重金属的影响极其复杂,也有文章报道低分子有机物通过螯合作用活化土壤中重金属。有研究表明,有机物料在后茬作物中促进了重金属的生物积累和毒性。王新等认为有机肥料选择不当不但起不到应有的效果,甚至还会有副作用。
(三)有机-无机复合固定剂对土壤中重金属活性的影响
有机-无机复合体包括城市固体废弃物、黄酸盐吸附剂、污水污泥、石灰化生物固体等,人工合成的大都是以天然粘土矿物和有机化学试剂合成有机-无机复合体。有机-无机复合体对重金属的吸附、沉淀、凝聚、络合等能力大于单一的有机物或无机物已被大量的研究所证实。
三、固定剂在治理重金属污染中的应用
(一)固定剂在水处理中的应用
固定剂在污水处理中的应用已经相当广泛。已有大量的研究表明,膨润土和沸石等固定剂及它们的改性产品能有效地治理含氮、磷、重金属离子废水及有机废水,为废水处理行业低成本、高效率的运转提供了一条行之有效的新途径。杭瑚等利用膨润土处理污水中的重金属离子,发现加入0.04%膨润土和0.006%的PAC可使低浓度污水中Pb2+脱除93.1%。还有研究发现,经过改性的有机膨润土对含50mg/L的Cr6+废水的去除率达到95%。
(二)固定剂在修复重金属污染土壤中的应用
固定剂原位修复重金属污染土壤因其易于实施性和成本低廉性,已经得到广泛应用。当然在使用过程中,也存在着一定的局限性和潜在风险。其改良效果也有很大程度的差异。无机和有机改良剂的修复效果不仅与重金属离子的种类有关,而且还受作物、土壤类型及环境因子的制约。
有机物质因其取材方便价格低廉,又对提高土壤肥力具有十分重要的意义,因此在土壤重金属污染改良中得到了广泛应用。李剑超等指出,在盆栽试验中,猪粪和泥炭均降低了潮土中水溶性Cu的含量,却没有降低红壤中水溶性Cu的含量。
武玫玲等研究表明,土壤中重金属离子浓度较低时,Fe 、Mn氧化物对重金属离子的专性吸附随pH增大而升高,但是不同重金属离子开始吸附的pH值和达到最高吸附量的pH明显不同。氧化物和有机质对于控制土壤溶液中Cu的浓度所起的作用,远较粘土矿物重要,当土壤中Cu浓度低时,主要与游离氧化铁和有机质结合,呈现紧结合态,而当Cu浓度高时,则又出现大量的松结合态,这部分Cu主要是与水云母、高岭石等粘土矿物结合。因此含游离氧化铁和有机质高的土壤对外来铜的缓冲能力相对较强。因此从理论上来说,在修复Cu污染的土壤方面,固定剂施用在含游离氧化铁和有机质低的土壤中会表现出更显著的修复效果。
四、结语
纵观国内外研究发现:(1)重金属污染土壤钝化修复技术的研究已取得了一系列重要进展,无论是分别施用无机钝化剂、有机钝化剂,还是有机、无机钝化剂混合使用,都有成功的实例,但在不同的土壤类型、不同污染程度、不同重金属种类的研究结果各异;(2)钝化剂的需用量较大,尤其是无机钝化剂一般用量在5%左右时,钝化效果才较明显;(3)利用有机试剂和天然粘土矿物预制备的有机-无机复合体,能显著提高对重金属的吸附量,但多在水处理中的应用研究,应用于土壤污染修复,不仅成本过高,且可能诱发新的环境问题;(4)无论施用哪种钝化剂,最终被吸附钝化的重金属都留在土壤中,存在着潜在的环境风险。
参考文献
[1]高翔云,汤志云,李建和,王力.国内土壤环境污染现状与防治措施[J].环境保护,2006,(4).
[2]杨苏才,南忠仁,等.土壤重金属污染现状与治理途径研究进展[J].安徽农业科学,2006,34(3).
