摘要:土壤重金屬污染(heavy metal pollution of the soil)是指土壤中金屬含量超過土壤自然背景值,繼而導(dǎo)致的金屬過量沉積的過程,如Fe(鐵)、Mn(錳)、Zn(鋅)、Hg(汞)等。從當(dāng)前情況來看,土壤重金屬污染與人類活動(dòng)存在極大的關(guān)系,而所謂的重金屬主要是指比重≥5.0的金屬;例如As(砷)是作為一種常見的準(zhǔn)金屬,但由于它的化學(xué)性質(zhì)和環(huán)境行為與重金屬的相似性極高,故人們常將As(砷)歸屬于重金屬范疇。
人類在日常生活、勞動(dòng)活動(dòng)中,將金屬加入到土壤中,明顯高于正常土壤中重金屬的含量,最終造成人類活動(dòng)周邊環(huán)境質(zhì)量惡化的的現(xiàn)象就叫做土壤重金屬污染。土壤重金屬污染的主要來源包括農(nóng)藥、廢水、污泥和大氣沉降等。它的主要特征是形態(tài)多變,降解難度高等。借此筆者這從治理方法的角度對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行研究與分析,以便提出更加科學(xué)、合理、有效的解決措施與辦法,最終達(dá)到預(yù)防和降低重金屬污染的程度,還給我們的子孫后代一個(gè)更加健康、生態(tài)、文明的生存環(huán)境。
一、重金屬污染的經(jīng)過分析
通常情況下,土壤重金屬污染的來源主要包括自然因素和認(rèn)為干涉兩方面。其中自然因素主要兩點(diǎn),一是土壤的成土母質(zhì)逐漸發(fā)生風(fēng)化時(shí),土壤重金屬本底含量則會(huì)逐漸受到影響;二是成土母質(zhì)在長期受到以自然物理和化學(xué)遷移為主的風(fēng)力和水力搬運(yùn)。人為干涉主要包括以下三點(diǎn),人類活動(dòng)中不同的工礦企業(yè)在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)時(shí)向土壤輸出額外的重金屬,如鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)等;二是人類在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中向土壤輸入額外的重金屬;三是隨著現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)闹饾u發(fā)展,交通運(yùn)輸中產(chǎn)生的各種重金屬對(duì)土壤的影響。從工業(yè)角度來看,真正劃入重金屬范疇的金屬有銅、鉛、鋅、錫、鎳、鈷、銻、汞、鎘和鉍等10種。但從土壤-植物系統(tǒng)的角度來看,對(duì)人類在生命健康和動(dòng)植物的危害極大的金屬主要有(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)等等金屬為主。
二、重金屬的主要特征、危害與污染特點(diǎn)分析
2.1 特征分析:土壤重金屬污染的特征主要包括兩點(diǎn),一是形態(tài)多變,二是降解難度高;其中形態(tài)多變主要是指隨著Eh、Ph、配位體的變化,重金屬的價(jià)態(tài)、化合態(tài)和結(jié)合態(tài)也會(huì)存在極大差異,當(dāng)這些因素發(fā)生變化是時(shí),重金屬的有效性與毒性也會(huì)隨之改變。降解難度高主要是指重金屬在土壤中的只發(fā)生單一的形態(tài)轉(zhuǎn)變和遷移,降解難度較高。
2.2 重金屬的危害分析:根據(jù)2013年年底中國國土資源部副部長王世元的相關(guān)調(diào)查報(bào)告表明,我國內(nèi)地發(fā)生重毒污染的更低面積占比大約在5000萬畝,重金屬污染的占比大約在75%左右,同時(shí)重金屬污染也極大程度的威脅到我國糧食生產(chǎn)。從危害角度而言,重金屬的不僅會(huì)影響植物根、葉的正常發(fā)育,當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí),還有會(huì)破壞人體神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)等,繼而誘發(fā)各種疾病,甚至誘發(fā)死亡。
2.3 土壤重金屬污染特點(diǎn)分析:從當(dāng)前土壤中重金屬污染情況來看,土壤重金屬污染的特點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn):一是由于重金屬被微生物降解的難度極高,因此重金屬常常以污染物的角色潛伏在自然環(huán)境中;二是由于受到土壤膠體和顆粒物的吸附,重金屬在土壤中的濃度常呈現(xiàn)出垂直遞減分布狀態(tài);三是重金屬與氯離子、硫酸離子、氫氧離子等常見的土壤配位體相互作用,繼而生成絡(luò)合物或螯合物,使重金屬在土壤中的溶解度和遷移活性更活躍,且不易溶解;四是重金屬常常通過食物鏈富集于土壤中的各種生物上,放大生物;五是由于重金屬的形態(tài)、活性與毒性不同,它在土壤pH、Eh、顆粒物等影響下容易產(chǎn)生遷移和轉(zhuǎn)化。
三、土壤重金屬污染治理方法探討
根據(jù)中科院院士周志炎2012年5月17日所做的銀杏葉和果實(shí)的變化來看,由于全球氣溫變暖,二氧化碳濃度增高,銀杏葉子的氣孔密度不僅會(huì)隨著氣溫的變化而變化,同時(shí)還會(huì)隨著二氧化碳濃度而逐漸發(fā)生改變,而當(dāng)二氧化碳濃度增高時(shí)銀杏葉的氣孔密度也在增多,同時(shí)葉子形態(tài)也會(huì)發(fā)生略微的改變,從周志炎先生的研究還發(fā)現(xiàn)1.7億年來,銀杏葉和果實(shí)的變化來看,銀杏的葉子越來越小,果實(shí)卻越來越大。從這個(gè)事業(yè)中我們可以從一個(gè)側(cè)面看出,環(huán)境污染對(duì)自然的改變是極其明顯的。那么,在面對(duì)土壤土壤重金屬污染時(shí),我們應(yīng)該采取怎樣的治理措施呢?
3.1 積極修復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境:首先,加強(qiáng)對(duì)土壤重金屬污染物的檢測分析,根據(jù)土壤重金屬污染程度制定科學(xué)、合理、有效的土壤重金屬的治理方法。其次,土壤重金屬污染作為當(dāng)前全球性污染的主要污染源之一,它不僅會(huì)給自然造成極大的危害,還會(huì)通過農(nóng)作物進(jìn)入人類食物鏈,最終危害人類的生命健康;因此為了更好的降低土壤重金屬污染則可積極的推行農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境修復(fù):
3.1.1 換土、客土、和深耕翻土:換土主要是指換掉被重金屬污染的土壤,并對(duì)被污染的土壤進(jìn)行安全處理;客土主要是指將別處的未收到污染的土壤運(yùn)到被重金屬污染的地方;深耕翻土主要是指對(duì)被重金屬污染的土壤進(jìn)行深耕,并翻出被重金屬污染的土壤;
3.1.2 積極引進(jìn)植物修復(fù)技術(shù):利用綠色植物轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化重金屬污染物給被污染的土壤造成的傷害,使其逐步恢復(fù)為無害,通過相關(guān)的研究數(shù)據(jù)表明,通過植物的吸收、揮發(fā)、根濾等作用,不僅能有效凈化土壤,還能有效的降低污染物比例,重金屬也不例外。
3.1.3 植物提取和富集:將具有較強(qiáng)富集能力的特殊植物種植到被重金屬污染的土壤中,繼而將重金屬轉(zhuǎn)移、貯存到植物的地上部位,最終實(shí)現(xiàn)去除土壤中的重金屬物質(zhì),如去除Pb、Cd、Ni、Cu、 Cr等;根據(jù)曹樹青教授的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用新型植物修復(fù)基因工程技術(shù)治理土壤重金屬污染已經(jīng)取取得了較好的效果,方面取得進(jìn)展。其原理主要在于當(dāng)植物收到某些重金屬的脅迫限號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)時(shí),植物的分子調(diào)控機(jī)制則會(huì)發(fā)揮它的積極作用,而在這種環(huán)境下植物歲受到重金屬的污染,在其正常生長的同時(shí),并將這些重金屬吸收后儲(chǔ)存至液泡中,如鎘等;然后在對(duì)這些植物進(jìn)行處理,則可以降低降低土壤中的重金屬含量。
3.2 物理修復(fù):從當(dāng)前土壤重金屬污染治理情況來看,物理修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用主要包括電動(dòng)修復(fù)、土壤淋溶等技術(shù);
3.2.1 電動(dòng)修復(fù):電動(dòng)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用原理主要是指通過電遷移和電滲流的方式將土壤重的重金屬去除,其方法主要是指在在重金屬污染的土壤中設(shè)置電極對(duì),當(dāng)向電極上施加滯留電壓時(shí),電極則會(huì)逐漸形成直流電場,土壤中的重金屬則會(huì)通過電遷移的方式向相反的電極移動(dòng),最終遷移出被污染的土體。
3.2.2 土壤淋溶:對(duì)積極引進(jìn)原位治理和異位治理,降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),根據(jù)被污染土壤的實(shí)際情況制定科學(xué)、合理、有效的土壤淋溶措施,在積極借助下滲水流通過溶解、水化、水解、碳酸化等作用,將被污染土壤表層中的部分重金屬帶走。并根據(jù)土壤的淋溶強(qiáng)度,制定各種不容的淋溶措施,如K、Na淋溶,Ca、Mg淋溶,粘粒淋溶等。但應(yīng)注意的問題是,由于當(dāng)前土壤淋溶后土層逐步酸化較為明顯。例如,濕潤度較高的地區(qū)的土壤上部由于長時(shí)間水分自地表向下淋溶,其可溶性物質(zhì)和細(xì)微土粒被淋洗的概率較大,逐漸形成土色變淺、質(zhì)地變粗等性質(zhì)的淋溶層。因此在實(shí)施土壤淋溶時(shí),應(yīng)積極的借助耕作、施肥等來改善被重金屬污染的土壤的不良性狀。
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