土壤Zn污染及其治理措施評(píng)述

1、第22卷第3期2009年6月污染防治技術(shù)POLL UTI ON CO NTROL TECHNOL OGY Vo.l 22,No .3Jun.,2009土壤Zn 污染及其治理措施評(píng)述杜鎖軍1, 戴 艷2, 謝東俊2, 戈丹紅3(11張家港市環(huán)境保護(hù)局,江蘇張家港市 215600; 21張家港市環(huán)境監(jiān)測(cè)站,江蘇張家港市 215600; 31張家港市遠(yuǎn)創(chuàng)環(huán)境技術(shù)有限公司,江蘇張家港市 215600摘 要:隨著工、農(nóng)、礦業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,Zn 、Cd 等重金屬元素不斷進(jìn)入土壤,并富集于土壤之中,最終形成重金屬污染,從而危害動(dòng)植物的生長(zhǎng)發(fā)育,并對(duì)人類健康產(chǎn)生極大的威脅,因此,如何較好地治理污染的土壤已成

2、為當(dāng)今環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn),文中首先就土壤Zn 污染情況作了簡(jiǎn)單的介紹,然后重點(diǎn)綜述了治理Zn 污染土壤所采取的各類治理措施,包括工程措施、物理化學(xué)修復(fù)措施、改良措施及生物修復(fù)措施等,最后對(duì)以上各種治理措施進(jìn)行了評(píng)述。關(guān)鍵詞:土壤;鋅污染;治理;超積累植物中圖分類號(hào):X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AThe In troduction of Zn Pollution i n Soil and Its C on trolM ea suresDU Suo 2j u n 1, D A I Yan 2, XIE Dong 2j u n 2, GE D an 2hong 3(1.Zhangji a gang

3、 Environme n t a l P rotection Bureau,Zhangjiagang,J iangsu 215600,China;2.Zhangjiagang E nvironm e nta lM onitoring Sta tion,Zhangjiagang,J iangsu 215600,China;3.Zhangjiaga ng Y ua nc huang Environment a lTechnique Co .,Lt d .Zhangjiagang,J iangsu 215600,Ch i n a Ab stra ct :The present status of Z

4、n co n ta m i nati on i n soil was i ntroduced br iefl y ,then the controlm easures such as engi neer i ng ways ,physica l-chem istry ways ,i m prove m ent ways and bio-re m ediati on ways were expounded and eva l uated in this paper .K ey w or ds :soi;l Zn co n ta m i nati on ;contro;l hpyperaccu m

5、u lator收稿日期:2006-08-21;修訂日期:2009-04-21作者簡(jiǎn)介:杜鎖軍(1981,男,江蘇張家港市人,工程師,碩士,主要研究方向?yàn)閰^(qū)域環(huán)境與規(guī)劃。土壤重金屬污染來源廣泛,包括采礦、冶煉、化工、制革、染料等工業(yè)/三廢0,及汽車尾氣排放、農(nóng)藥和化肥的大量使用、污水灌溉、污泥和城市垃圾的農(nóng)用等1。而重金屬在土壤中的污染過程具有隱蔽性、長(zhǎng)期性和不可逆性的特點(diǎn),其在作物的可食部位過量積累后,通過食物鏈傳遞給人或動(dòng)物,對(duì)人類健康帶來嚴(yán)重危害2,因此,土壤的重金屬污染和治理,一直是國際上的難點(diǎn)和熱點(diǎn)研究課題。傳統(tǒng)治理重金屬污染土壤的物理和化學(xué)方法,如淋洗法、固化法、客土法等,一般在小范

6、圍內(nèi)比較實(shí)用,但代價(jià)昂貴,且可能造成地下水或其它介質(zhì)的潛在污染3。植物修復(fù)技術(shù)(phytore m ediation 是近10年來發(fā)展起來的一種經(jīng)濟(jì)有效,且具有廣泛應(yīng)用前景的綠色生物技術(shù),其前提是具有積累或超積累的植物資源4。與傳統(tǒng)的土壤修復(fù)方法相比,該方法具有成本低、不破壞土壤生態(tài)環(huán)境、不引起二次污染、保護(hù)人類健康和易為大眾接受等優(yōu)點(diǎn)5。因此,該技術(shù)備受各國科學(xué)家的關(guān)注,并逐步發(fā)展成為當(dāng)今環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。1 土壤中的Zn鋅(Zn是一種稍微帶有藍(lán)色的白色金屬,是自然界中分布較廣的金屬之一。普通土壤中,鋅含量一般在10300mg #kg -1之間,平均為50mg #kg -1。美國土

7、壤含鋅量在30100mg #kg -1,日本未耕作土壤為10300mg #kg -1,加拿大土壤中為5168mg #kg-16。中國土壤的鋅含量在3709mg #kg -1之間,平均值為100mg #kg -1,比世界土壤的平均含鋅量高出1倍7。土壤鋅污染源主要是鉛鋅冶煉廠、鉛鋅礦開采和電鍍(鍍鋅工業(yè)/三廢0的排放。一般鉛鋅冶煉廠的廢水中,鋅的濃度為60170mg #L -1,金屬#88#杜鎖軍等1土壤Zn污染及其治理措施評(píng)述第22卷第3期礦山廢水為0.3525.0mg#L-1,電鍍廢水為100mg#L-1,這些工業(yè)排放都造成了農(nóng)田土壤的鋅污染,如華南某鉛鋅礦區(qū)周圍農(nóng)田的土壤含鋅量為690.6

8、4025mg#kg-1,平均達(dá)到1374mg# kg-1,為該區(qū)對(duì)照土壤的5.4倍8。目前,中國受Zn、Cd等重金屬污染的耕地近2000萬hm2,約占總耕地面積的1/5,其中工業(yè)/三廢0污染耕地為1000萬hm2,污水灌溉農(nóng)田為330萬hm29。于是,在這些農(nóng)田中生長(zhǎng)的各類植物,都受到了不同程度的重金屬污染,由此引發(fā)的農(nóng)田重金屬污染事件也越來越多。2Zn污染治理技術(shù)概述2.1工程措施工程措施主要包括客土、換土和深耕翻土等措施?？屯潦窃赯n污染土壤上,加入未污染的新土;換土是將Zn污染的土壤移去,換上未污染的新土;翻土是將Zn污染土壤翻至下層;去表土是將Zn污染的表土移去。深耕翻土常用于輕度污染

9、的土壤,而客土和換土多用于重污染區(qū)。通過這些措施,可以降低土壤中Zn的含量,減少過量的Zn對(duì)土壤-植物系統(tǒng)產(chǎn)生毒害,從而使農(nóng)產(chǎn)品達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),這在日本等國已取得很多成功的例子。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(diǎn),但實(shí)施工程量大、投資費(fèi)用高,破壞土體結(jié)構(gòu),引起土壤肥力下降,并且還要對(duì)換出的污土進(jìn)行堆放或處理。2.2物理化學(xué)修復(fù)措施電動(dòng)修復(fù)是一種原位修復(fù)技術(shù),不攪動(dòng)土層,并可以縮短修復(fù)時(shí)間,既可用于飽和土壤水層,也可用于含氣層土壤,特別是低滲透的粘土和淤泥土,可以控制污染物的流動(dòng)方向。該方法的技術(shù)關(guān)鍵是尋找一種淋洗液,既能提取各種形態(tài)的重金屬,又不破壞土壤的結(jié)構(gòu)

10、。目前,用于淋洗土壤的淋洗液較多,包括有機(jī)或無機(jī)酸、堿、鹽和螯合劑。常用的提取劑主要有:硝酸、鹽酸、磷酸、硫酸、氫氧化鈉、檸檬酸、蘋果酸、乙酸、ED TA和DTPA等15。在實(shí)際操作中,土壤淋洗以柱淋洗或堆積淋洗(Col u mn orH eap Leac h i n g更為實(shí)際和經(jīng)濟(jì),這對(duì)該修復(fù)技術(shù)的商業(yè)化具有一定的促進(jìn)作用16。2.3改良措施改良措施是向土壤中投加改良劑(石灰、沸石、碳酸鈣、磷酸鹽、硅酸鹽等,以增加土壤有機(jī)質(zhì)、陽離子交換量和粘粒含量,以及改變pH、Eh和電導(dǎo)率等理化性質(zhì),使土壤中的Zn發(fā)生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用,以降低Zn的生物有效性。如向土壤中投放硅酸鹽

11、鋼渣,對(duì)Zn、Cd、N i離子具有吸附和共沉淀作用。華珞等17在不同的Zn、Cd含量的污染土壤上施加有機(jī)質(zhì),能使玉米莖中的Zn和Cd含量明顯降低,生物量明顯增加。Barbara對(duì)含Cd濃度為49.5mg#kg-1的土壤投加土重的1%2%的膨潤土和合成沸石,能使葛蒼葉片中的Cd含量降低60%80%18。2.4生物修復(fù)措施生物措施,是利用生物的某些特性來適應(yīng)、抑制和改良Zn污染土壤的措施。由于該法具有花費(fèi)較少、對(duì)技術(shù)及設(shè)備要求不高等優(yōu)點(diǎn),日益受到人們的重視,已成為重金屬污染土壤修復(fù)研究的熱點(diǎn)。2009年6月杜鎖軍等1土壤Zn污染及其治理措施評(píng)述#89#表1重金屬污染土壤的植物修復(fù)類型20-24類型

12、修復(fù)過程效果存在問題植物提取吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和富集重金屬于地上部清除徹底超積累植物生物體小,生長(zhǎng)速度慢,積累少等植物轉(zhuǎn)化生物無害化過程降低重金屬生物毒性應(yīng)用范圍小,如Cr、Se、As植物揮發(fā)轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)態(tài)去除揮發(fā)性污染物如Se和H g可能產(chǎn)生大氣污染植物固定轉(zhuǎn)化為低毒性或無毒性狀態(tài)只是原位穩(wěn)定、降低重金屬的生物毒性治理不徹底植物促進(jìn)根系分泌物活化重金屬和微生物的活動(dòng)促進(jìn)重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化和微生物的吸收不能從根本上治理重金屬的污染植物修復(fù)技術(shù)的研究大致可以分為兩個(gè)方面,即植物對(duì)重金屬的耐性和富集能力的研究,以及利用植物進(jìn)行污染土壤修復(fù)的應(yīng)用研究。在國外,1583年意大利植物學(xué)家Cesalpino首次發(fā)現(xiàn)

13、在意大利托斯卡納/黑色的巖石0上生長(zhǎng)的特殊植物(后被命名為/A lyssum ber bolon ii0,其葉片中含N i量達(dá)7900mg#kg-1,這是有關(guān)超積累植物的最早報(bào)道25。在Z n超積累植物的研究方面,Bau m ann(1885報(bào)道,遏藍(lán)菜屬植物莖葉灰分中的ZnO含量達(dá)17%26,隨后其他Zn超積累植物相繼被發(fā)現(xiàn)27,到目前為止,國外已發(fā)現(xiàn)的Zn 超積累植物已達(dá)18種,其中最典型的Zn超積累植物為天藍(lán)遏藍(lán)菜(Thla s pi caerulesce ns,其地上部Zn含量達(dá)51600mg#kg-121,28。另外,各國也開展了利用植物進(jìn)行重金屬污染土壤修復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究,其中最典型的

14、是Me lCh i n等在遭受Cd污染的土壤上,塑造了一件由5種植物(遏藍(lán)菜屬、麥瓶草屬、長(zhǎng)葉萵苣、積累型玉米近交系、抗Z n和Cd 性紫洋芋組成的/環(huán)境藝術(shù)品0;還有Leon Koch i a n等用油菜、甘藍(lán)和三葉草,治理Zn、Cs等污染的土壤,也都取得了很好的修復(fù)效果29。在國內(nèi),對(duì)Zn超積累植物的研究方面也取得了突破性進(jìn)展,楊肖娥等30研究發(fā)現(xiàn),東南景天(Se du m a l f re diiH葉片中Zn含量為19674mg# kg-1,仇榮亮等31在野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)柔毛委陵菜(P ote n tilla grifithiiH ook具有很強(qiáng)的Zn吸收和超富集能力,其葉片、葉柄和根

15、系的Zn含量分別達(dá)到13164、7751和5160mg#kg-1;同時(shí),也有大批科學(xué)家開始利用耐重金屬植物進(jìn)行礦山尾礦地植被恢復(fù)方面的實(shí)驗(yàn)研究,確定了一些礦山尾礦地影響植物定居的主要因素,并初步形成A s、Cu、Zn的污染土壤植物修復(fù)的技術(shù)體系。3土壤Zn污染治理措施的評(píng)述采用工程措施和化學(xué)物理措施,來治理Zn污染土壤,具有效果徹底、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),是一種治本的措施。但由于實(shí)施繁復(fù)、治理費(fèi)用高和易引起土壤肥力減弱等缺點(diǎn),因而一般適用于小面積、污染嚴(yán)重的土壤。用改良措施治理土壤中的Zn,其治理費(fèi)用和治理效果都適中,但是由于Zn可能再度活化而容易引起二次污染,因而需要加強(qiáng)管理。生物措施,特別是植物修復(fù)

16、技術(shù),它與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)技術(shù)相比,具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的雙重優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)在:(1實(shí)用范圍廣,在消除土壤中Z n污染的同時(shí),可清除污染土壤周圍的大氣、水體中的污染物;(2污染物在原地去除,可通過傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)措施種植耐Zn植物(特別是Zn超積累植物,使成本大大降低,而且可從產(chǎn)生的富含Zn的植物殘?bào)w中回收金屬Z n,取得直接的經(jīng)濟(jì)效益;(3植物本身對(duì)環(huán)境的凈化和美化作用,更易被社會(huì)所接受;(4植物修復(fù)過程也是土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤肥力增加的過程,被修復(fù)過的土壤適合多種農(nóng)作物的生長(zhǎng);(5成本相對(duì)較低。其缺點(diǎn)是治理效率較低,因?yàn)橐话銇碚f,超積累植物生物量小,生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)。但是只要對(duì)富集能力強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短、生物

17、量大、適應(yīng)性廣的Z n超積累植物的選育工作有所突破,植物修復(fù)技術(shù)就將成為一種新興的、高效的生物修復(fù)途徑。而這些工作又有賴于人們對(duì)植物超富集重金屬機(jī)理的深入研究。參考文獻(xiàn)1陳懷滿.土壤植物系統(tǒng)中的重金屬污染M.北京:科學(xué)出版社,1996.#90#杜鎖軍等1土壤Zn污染及其治理措施評(píng)述第22卷第3期2Ch en H M,Zh en C R,Tu C,et a.l Che m i calM ethods andPhytore m ed i ation of Soil Con t a m i nated w it h H eavy M etalJ.Che m s phere,2000,41(1-2:2

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