土壤重金属污染及处理

土壤重金属污染及其治理重金属镉污染土壤侵入稻米市场10%大米镉超标土壤重金属污染（heavymetalpollutionofthesoil）是指由于人类活动，土壤中的微量有害元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。简介重金属是指密度在4.0或5.0以上的元素，环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬和类金属砷等元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。当这些重金属污染物由于人类活动进入土壤并对土壤——植物系统危害，就会造成土壤重金属污染，土壤一旦遭受到重金属污染就很难恢复，这些元素在可以在通过食物链进入人体，对人类健康带来威胁。土壤重金属污染来源有很多种，其中，工业化进程加快了人们在采矿、冶金等工业活动和农业活动中的释放并进入到土壤，造成土壤重金属的污染。概念对土壤生态结构和功能稳定性的影响对植物的影响对人体健康的危害土壤重金属的危害大多数重金属在土壤中相对稳定，但是大量的重金属进入土壤后，就很难在生物物质循环和能量交换过程中分解，更难以从土壤中迁出，逐渐对土壤的理化性质、土壤生物特性和微生物群落结构产生明显不良影响，进而影响土壤生态结构和功能的稳定。大量研究表明：重金属污染的土壤，其微生物生物量比正常使用有机粪肥的土壤低得多，且减少了土壤微生物群落的多样性。危害之一—对土壤生态结构和功能稳定性的影响吸收到植物体内的重金属能诱导其体内产生某些对酶和代谢具有某些毒害作用和不利影响的物质，间接引起植物伤害。例如把镉与疏基氨基酸和蛋白质结合，就会引起氨基酸蛋白质的失活，甚至导致植物的死亡。危害之二—对植物的影响重金属污染土壤，农产品质量下降。土壤中的污染物会通过各种食物链，经过逐级生物富集对人体健康产生危害，还可以通过影响水体和大气环境质量间接对人类健康造成威胁。土壤污染的最终受害者是人类，重金属对土壤的持续污染以及土壤中污染物的长期存在，必将对人类生命安全构成巨大的、严重的、潜在的威胁。危害之三—对人体健康的危害土壤中重金属污染物来源与分布1大气中重金属沉降2农药、化肥和塑料薄膜使用3污水灌溉4污泥施肥5含重金属废弃物堆积6金属矿山酸性废水污染来源及分布之一—大气中重金属沉降大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等。它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧。大气中的大多数重金属是经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的。如瑞典中部Falun市区的铅污染，它主要来自于市区铜矿工业厂、硫酸厂、油漆厂、采矿和化学工业产生大量废物,由于风的输送，这些细微颗粒的铅,从工业废物堆扩散至周围地区。此外，大气汞的干湿沉降也可以引起土壤中汞的含量增高。大气汞通过干湿沉降进入土壤后，被土壤中的粘土矿物和有机物的吸附或固定，富集于土壤表层，或为植物吸收而转入土壤，造成土壤汞的浓度的升高。经过自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染，主要以工矿烟囱、废物堆和公路为中心，向四周及两侧扩散；由城市—郊区—农区，随距城市的距离加大而降低，特别是城市的郊区污染较为严重。此外，还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度成正相关；重工业越发达，污染相对就越严重。施用含有铅、汞、镉、砷等的农药和不合理地施用化肥，都可以导致土壤中重金属的污染。一般过磷酸盐中含有较多的重金属Hg、Cd、As、Zn、Pb，磷肥次之,，氮肥和钾肥含量较低，但氮肥中铅含量较高，其中As和Cd污染严重。经过对上海地区菜园土地、粮棉地的研究，施肥后，Cd的含量从0.134mg/kg升到0.316mg/kg，Hg的含量从0.22mg/kg升到0.39mg/kg，Cu、Zn增长2/3。通过新西兰50年前和现今同一地点58个土样分析，自施用磷肥后，镉从0.39mg/kg升至0.85mg/kg。农用塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有Cd、Pb，在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤重金属的污染。来源及分布之二—农药、化肥和塑料薄膜使用污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水。由于城市工业化的迅速发展，大量的工业废水涌入河道，使城市污水中含有的许多重金属离子，随着污水灌溉而进入土壤。在分布上，往往是靠近污染源头和城市工业区土壤污染严重，远离污染源头和城市工业区，土壤几乎不污染。近年来污水灌溉已成为农业灌溉用水的重要组成部分。污灌导致土壤重金属Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等含量的增加。淮阳污灌区自污灌以来，金属Hg、Cd、Cr、Pb、As等就逐渐增高，1995~1997年已超过警戒级。太原污灌区的重金属Pb、Cd、Cr含量远远超过其当地背景值，且积累量逐年增高。来源及分布之三—污水灌溉污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，但同时污泥中也含有大量的重金属,随着大量的污泥进入农田，使农田中的重金属的含量在不断增高。污泥施肥可导致土壤中Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb含量的增加，且污泥施用越多,污染就越严重，Cd、、Cu、Zn引起水稻、蔬菜的污染；Cd、Hg可引起小麦、玉米的污染；污泥增加，青菜中的Cd、Cu、Zn、Ni、Pb也增加。有研究表明，用城市污水、污泥改良土壤，重金属Hg、Cd、Pb等的含量也明显增加。来源及分布之四—污泥施肥含重金属废弃物种类繁多，不同种类其危害方式和污染程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。通过对武汉市垃圾堆放场、杭州某铬渣堆存区、城市生活垃圾场及车辆废弃场附近土壤中的重金属污染的研究，这些区域的重金属Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As、Sb、V、Co、Mn的含量高于当地土壤背景值，重金属在土壤中的含量和形态分布特征受其垃圾中释放率的影响，且随距离的增加，重金属的含量而降低。由于废弃物种类不同，各重金属污染程度也不尽相同，如铬渣堆存区的Cd、Hg、Pb为重度污染，Zn为中度污染，Cr、Cu为轻度污染。来源及分布之五—含重金属废弃物堆积金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，可以被酸溶出含重金属离子的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入水环境（如河流等）或直接进入土壤，都可以间接或直接地造成土壤重金属污染。1989年我国有色冶金工业向环境中排放重金属Hg为56t，Cd为88t，As为173t，Pb为226t。矿山酸性废水重金属污染的范围一般在矿山的周围或河流的下游，在河流中不同河段的重金属污染往往受污染源（矿山）控制，河流同一污染源的下段自上游到下游,由于金属元素迁移能力减弱和水体自净化能力的适度恢复，金属化学污染强度逐渐降低。来源及分布之六—金属矿山酸性废水污染重金属土壤的修复技术治理土壤重金属污染的原理大致有两种,一是改变重金属在土壤中的存在形态,使其固定,降低其在环境中的迁移性和生物可利用性,二是从土壤中去除重金属。为了降低和消除重金属的危害,目前,国内外常用的治理重金属的方法有物理法、化学法、农业生态工程法、生物修复法等。1.重金属污染土壤的工程治理措施1.客土、换土法客土法是在被污染的土壤上覆盖上非污染土壤;换土法是部分或全部挖除污染土壤而换上非污染土壤。2.固化技术固化技术是将重金属污染的土壤按一定比例与固化剂混合,经熟化最终形成渗透性很低的固体混合物。固化剂的种类繁多,主要有卜特兰水泥、硅酸盐、高炉矿渣、石灰、窑灰、飘尘、沥青等。固化技术的处理效果与固化剂的组成、比例、土壤重金属的总浓度以及土壤中一些干扰固化的物质的存在有关。3.电动力学法电动力学法是在土壤中插入一些电极,把低强度直流电导入土壤以清除污染物,把电流接通后,阳极附近的酸就会向土壤毛细孔移动,并把污染物释放在毛细孔的液体中,大量的水以电渗透方式开始在土中流动,这样,土壤毛细孔中流体就可移至阳极附近,并在此被吸收到土壤表层而得以去除。2.重金属污染土壤的化学治理措施(1)化学提取化学提取修复是运用试剂和土壤中的重金属作用,形成溶解性的重金属离子或金属-试剂络合物,最后从提取液中回收重金属,并循环利用提取液。本法的关键是试剂的选择。试剂通常分为三种:①螯合剂,包括EDTA、DTPA、EGTA、柠檬酸、草酸；②酸、碱、盐,包括硝酸、盐酸、硫酸、氢氧化钠等;③表面活性剂。(2)施用改良剂施用改良剂来降低重金属在环境中的迁移能力和生物有效性,减轻它们对生态系统的危害。常用改良剂有石灰、磷酸盐、硅酸盐、沸石、含铁的氧化物材料等,不同的改良剂有不同的修复机理。3.农业生态修复农业生态修复主要包括两个方面：一是农艺修复措施，包括改变耕作制度，调整作物品种，种植不进入食物链的植物，选择能降低土壤重金属污染的化肥，或增施能够固定重金属的有机肥等措施，来降低土壤重金属污染。二是生态修复。通过调节诸如土壤水分、土壤养分、土壤pH值和土壤氧化还原状况及气温、湿度等生态因子，实现对污染物所处环境介质的调控。4.生物修复措施生物修复是指利用生物的生命代谢活动减少土壤中有毒有害物的浓度或使其完全无害化,从而使污染了的土壤环境能够部分地或完全恢复到原始状态的过程。(1)利用某些特殊植物修复措施植物修复措施是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素理论为基础,利用植物及其共存微生物体系清除环境中的污染物的一门环境治理技术,它是一门新兴起的环境应用技术。该措施主要包括三方面:①植物萃取:利用金属积累植物或超积累植物将土壤中的金属萃取出来,富集并按时运到植物根部可收割部分和植物地上的枝条部位。②根际过滤:利用超积累植物或耐重金属植物从污水中吸收、沉淀和富集有毒金属。③植物固化:利用耐重金属植物或超积累植物降低重金属的活性,从而减少重金属被浸淋到地下水或通过空气载体扩散进一步污染环境的可能性。(2)利用微生物修复措施微生物治理是利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用,从而降低土壤中重金属的毒性,有些微生物具有嗜重金属性,利用微生物对重金属污染区进行净化,在水体污染处理中证明是一种很好方法。(3)利用某些低等动物修复措施土壤中的某些低等动物(如蚯蚓和鼠类)能吸收土壤中的重金属,因而能一定程度地降低污染土壤中重金属的含量.展望(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性。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。(2)分子生物学和基因工程技术的应用。随着分子生物技术迅猛发展。将筛选、培育出的超累积植物和微生物基因导人生物量大、生长速廖陕、适应性强的植物中去已成为现实。(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谢谢观赏！