耕地重金屬污染修復與應用

耕地重金屬污染修復與應用第一章耕地重金屬污染及防治策略耕地重金屬污染定義耕地是指種植農(nóng)作物的土地，包括熟地、開發(fā)、復墾、整治地、休閑地（輪作、輪歇），臨時種植藥材、草皮、花卉、苗木等耕地，以及其他臨時改變用途的耕地。重金屬是指比重等于大于的金屬，如鐵、錳、鋅等，砷是一種類金屬，但由于其化學性質(zhì)和環(huán)境行為與重金屬多有相似之處，故也包含在重金屬之內(nèi)。耕地重金屬污染是指由于污水灌溉、不合理施用農(nóng)用物資等農(nóng)業(yè)措施導致重金屬在耕地土壤中過量積累而引起的土壤污染。不同土地利用類型土壤的點位污染情況《公報》

我國土壤污染嚴重省份（藍色部分）1.2重金屬元素來源及危害：

汞：含汞廢水鎘、鉛：冶煉排放和汽車廢氣沉降砷：殺蟲劑、殺菌劑、除草劑等過量重金屬引起植物生理功能紊亂、營養(yǎng)失調(diào)鎘、汞等在籽粒中富集系數(shù)高，即使超標，但不影響植物生長、發(fā)育和產(chǎn)量減弱和抑制土壤中硝化、氨化細菌的活動在土壤中移動性小、不易淋溶、不易降解，易通過食物鏈進入人體，危害極大耕地重金屬污染現(xiàn)狀2005.4-2013.13調(diào)查面積：630萬平方千米調(diào)查區(qū)域：覆蓋全部耕地、部分林地、草地、未利用地和建設用地2014年發(fā)布《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》：耕地總超標率：19.4%，其中輕微、輕度、重度和重度污染點位分別是13.7%、2.8%、1.8%和1.1%。主要污染物：鎘、鎳、砷、汞、鉛、DDT、PAHs污染分布：南方大于北方，長三角、珠三角、東北老工業(yè)基地等污染突出，而這些地區(qū)是我國主要糧食產(chǎn)區(qū)。耕地重金屬來源（可用于調(diào)查報告分析）自然因素：成土母質(zhì)人為因素：1.大氣沉降；2.污水灌溉；3.固體廢棄物污染；4.農(nóng)用物資使用耕地重金屬污染治理難點

污染特性：形成復雜性、長期累積性、發(fā)生的隱蔽性、毒性緩效性、診斷的復雜性、恢復的長期性。1.法律法規(guī)缺失，難操作；2.監(jiān)測水平滯后，調(diào)查精度不高；3.標準體系不健全，缺乏依據(jù)；4.成熟實用技術缺乏，工程化、產(chǎn)業(yè)化應用難；5.資金投入不足，治理難度大。耕地重金屬防治策略1.加強源頭管控，減少新增污染2.提升耕地質(zhì)量，增加環(huán)境容量3.加快環(huán)境立法，加強重金屬防控4.加強基礎研究，提供技術支持5.制定評價標準，完善后評估環(huán)節(jié)6.建立補償機制，提升民眾參與度二、耕地重金屬污染修復政策分析2009年之前，我國尚無專門針對重金屬污染的政策法規(guī)。2008年以來一系列重金屬污染事件發(fā)生。2009年，國家部委《重金屬污染防治綜合實施方案》2010年，建立重金屬污染防治部際聯(lián)席會議制度2011年，國務院批復《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》2011年，國務院批準《湘江流域重金屬污染治理實施方案》2011年，國務院印發(fā)《國家環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》2014年，農(nóng)業(yè)部、財政部批復同意《湖南重金屬污染耕地修復及農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整試點2014年實施方案》2015年，國務院印發(fā)《關于推行環(huán)境污染第三方治理的意見》2015年，農(nóng)業(yè)部制定《耕地質(zhì)量保護與提升行動方案》2016年，國務院正式發(fā)布《土壤污染防治行動計劃》（“土十條”）2016年，環(huán)保部公布《全國生態(tài)保護“十三五”規(guī)劃綱要》政策未來發(fā)展方向目前我國關于土壤重金屬污染防治的立法仍不健全，在很多關鍵問題上還有所缺失，這也是造成土壤修復產(chǎn)業(yè)一直不溫不火的原因之一。1.完善法規(guī)體系（土壤污染防治法）2.明確責任主體3.健全管控體系（監(jiān)測預防體系、污染舉報制度、過程管理和監(jiān)督、源頭控制）三、耕地重金屬污染修復技術耕地重金屬修復技術方法物理修復：通過對土壤物理性質(zhì)和物理過程的調(diào)節(jié)和控制，使污染物在土壤中分離，轉(zhuǎn)化為低毒或無毒物質(zhì)的過程。耕地土壤物理修復技術主要包括客土法、電熱修復、電動修復。1.客土法2.電動修復：在電場的作用下，土壤中的重金屬離子和無機離子以電滲透和電遷移的方式向電極運輸，然后集中收集處理（國內(nèi)停留在小試、中試階段）。適用于低滲透的黏土和淤泥土。3.電熱修復：利用高頻電壓產(chǎn)生電磁波，產(chǎn)生熱能，對土壤進行加熱?？梢孕迯捅还弯C等重金屬污染的土壤?；瘜W修復：利用化學試劑降低重金屬遷移性、生物可利用性。1.淋洗-提取法：常用試劑：EDTA、酸、弱酸鹽、水、金屬離子螯合劑。2.化學穩(wěn)定化技術：吸附、沉淀、離子交換、腐殖化、氧化-還原等反應，固定有毒重金屬或降低其生物有效性，阻止重金屬向作物地上部遷移積累。常用穩(wěn)定化藥劑：黏土礦物、石灰、鐵錳氧化物、磷肥類物質(zhì)、硅素類物質(zhì)等（修復效果的長期穩(wěn)定性需要進行長期監(jiān)控評估）3.氧化還原：常用還原劑：硫酸亞鐵、硫代硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、二氧化硫等生物修復1.植物修復：以植物忍耐和超積累某種或某些化學元素為理論基礎，利用植物及其共存的微生物體系，清除污染物。我國發(fā)現(xiàn)的銅積累植物：海州香薷、鴨拓草；砷超積累植物：蜈蚣草、大葉井口邊草；鎘和鋅超積累植物：伴礦景天、東南景天、龍葵2.微生物修復：土著或添加功能微生物，創(chuàng)造適宜條件，強化微生物代謝。方式：使用土著微生物進行自然生物修復、補充營養(yǎng)鹽、電子受體、添加人工培養(yǎng)菌或基因工程菌等。3.動物修復：利用蚯蚓等低等動物和其體內(nèi)的微生物，在污染土壤中生長、繁殖，然后對污染物進行轉(zhuǎn)移和富集，最后集中處理這些動物。農(nóng)業(yè)生態(tài)修復農(nóng)藝措施：水分管理（土壤Eh對變價重金屬元素的活動性有很大的影響，尤其是根際Eh，可以改變重金屬的價態(tài)和存在形態(tài)，并影響重金屬在土壤中的溶解度及植物根系對重金屬的吸收）施肥調(diào)控（合理施用化肥、施用生物有機肥、）低積累品種替換（篩選重金屬低積累作物品種和耐性作物品種）、調(diào)節(jié)土壤pH（加入石灰性物質(zhì)，提高土壤pH，促進重金屬生成碳酸鹽、氫氧化物沉淀，降低土壤重金屬的有效性；但是連續(xù)長期大量施用石灰，可能會引起土壤有機質(zhì)分解過速、腐殖質(zhì)不易積累、土壤結(jié)構(gòu)破壞等）秸稈還田調(diào)整種植結(jié)構(gòu)：如采用輪作休耕培肥地力、深耕措施、采用不進入食物鏈的植物進行調(diào)整微生物聯(lián)合植物修復微生物聯(lián)合植物修復可以分為以下兩類，細菌聯(lián)合植物修復和菌根真菌聯(lián)合植物修復。細菌分泌的植物生長調(diào)節(jié)劑、螯合劑、抗生素等物質(zhì)能夠增強植物的環(huán)境適應能力，并且能夠有效緩解土壤中重金屬的毒性和供給植物營養(yǎng)物質(zhì)，從而提高了植物的修復效率。耕地重金屬修復技術存在的難點1.重金屬污染復雜，單一技術修復難2.技術直接引用，缺乏風險評估：國外技術引用后缺乏對土壤土著生物的影響和生物多樣性的威脅、農(nóng)產(chǎn)品安全問題等研究3.標準體系缺失，效果評價困難4.技術缺乏系統(tǒng)研究，推廣難與工業(yè)場地重金屬污染相比，耕地重金屬污染面積巨大，但主要以中輕度污染為主，其修復技術與方式的選擇需要首先考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和類型，其次兼顧有效性、經(jīng)濟性和推廣性。修復技術的選擇不僅要全面考慮技術的特點，同時還應考慮污染程度和修復周期、修復成本、修復目標、未來土地利用方式等一系列因素。四、耕地重金屬污染修復行業(yè)市場分析我國耕地土壤修復市場處于起步階段1.場地修復開展多年，耕地修復涉足較少2.耕地修復治理周期長，市場潛在需求大3.技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化，將是核心競爭力4.龍頭企業(yè)正在崛起，區(qū)域競爭格局初步形成5.耕地修復市場前景空間廣闊我國土壤修復商業(yè)模式探索1.方案設計與工程實施分離2.EPC設計-采購-施工-試運行-業(yè)主驗收5.第三方治理模式：推進環(huán)保設施建設和運營專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化，主要包括企業(yè)購買環(huán)境服務（把排污者的直接責任轉(zhuǎn)化為間接的經(jīng)濟責任）和政府購買環(huán)境服務進一步思考（如何讓土地增值？）：“土十條”明確了2020年前完成1000萬畝受污染耕地的修復目標。實現(xiàn)該目標任重道遠，耕地修復商業(yè)模式需盡快得到解決。通過引入社會資本進行耕地修復緩解政府財政壓力當為現(xiàn)階段解決耕地修復問題的主要方法。土壤修復公司可與地方政府合作成立農(nóng)業(yè)合作社或農(nóng)業(yè)公司，合作單位負責耕地修復及后續(xù)農(nóng)作物開發(fā)種植工作，在修復后的耕地上種植經(jīng)濟價值較高的農(nóng)作物獲得收益。在耕地修復過程中也可根據(jù)實際情況對土壤進行改造提高農(nóng)作物質(zhì)量。目前，我國有土壤修復企業(yè)正在嘗試在修復土壤中適當加入硒元素，生產(chǎn)富硒作物。關于耕地修復成本控制可考慮集中修復。通過土地流轉(zhuǎn)，受污染耕地集中至具有資金實力的企業(yè)或個人，通過耕地集中修復降低修復成本。并且在修復受污染的耕地過程中國家應給予相應的財政補貼，從而降低修復成本，促進土壤修復行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。土壤修復基金來源的幾點設想：1)對石油行業(yè)、無機化學行業(yè)等容易造成土壤污染的行業(yè)內(nèi)的企業(yè)額外征收土壤污染防治稅；2)對造成土壤污染的企業(yè)進行罰款計入土壤修復基金；3)計提土地出讓金。政府從土地出讓的收益中按照一定比例作為土壤修復專項費用，補充土壤修復基金；4)接受社會捐款，對積極承擔社會責任的企業(yè)予以表彰。五、耕地土壤重金屬污染修復工程案例1.湖南郴州砷污染修復項目規(guī)模：4畝污染程度：重度污染修復時間：5年承擔單位：中科院地理所修復方案：蜈蚣草+田間管理（水肥管理、除草、冬季覆膜）修復效果：最初超標國標2~3倍，種植蜈蚣草一年后土壤砷含量下降10%；三年后下降至30~40%；五年將至安全范圍。2.浙江路橋固廢拆解污染項目規(guī)模：4140m2污染程度：鎘、銅、鉛超標，重度污染修復時間：3年承擔單位：浙大環(huán)資院總投資：120萬元修復方案：動植物-微生物聯(lián)合修復動物：蚯蚓，每平方米2萬條；植物：莧菜修復效果：達到農(nóng)用地標準3.甘肅白銀市城郊東大溝流域耕地重金屬污染修復項目項目規(guī)模：65畝污染程度：鎘、銅、鉛重度污染修復時間：1年5個月承擔單位：凱天+珠海中科信息技術開發(fā)公司總投資：1100萬修復方案：化學淋洗-化學固定-生物質(zhì)改性耦合方法修復27畝；化學淋洗-土壤改良方法修復38畝；同時切斷污水灌溉來源修復效果：第六章耕地重金屬修復行業(yè)發(fā)展前景1.行業(yè)產(chǎn)業(yè)化影響因素國內(nèi)目前對耕地修復技術的儲備和應用工程案例的積累非常有限，所謂的耕地土壤修復示范項目普遍存在著過程不公開、技術部披露、成本不清晰等諸多問題，借鑒和推廣的意義不大。

對于修復企業(yè)來說缺乏一下三個方面的導向指標：（1）修復示范案例：中國耕地重金屬面積大，牽扯大量農(nóng)戶，操作起來復雜，沒有涉及到如果大面積污染的修復示范案例可供參考。（2）商業(yè)模式2.產(chǎn)業(yè)展望對于耕地重金屬污染治理，管理部門應該制定一套體系：對于污染嚴重的要進行種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的污染耕地，要有配套的技術和市場開發(fā)。對于重度污染耕地，通過修復劑或低積累品種等途徑治理和利用，應該考慮修復和治理的技術安全性，不要只關注短期效益，忽略潛在風險，更加針對性治理。對于輕度污染耕地，關鍵是周圍污染物的源頭控制，防治污染程度加劇，同時也要控制農(nóng)業(yè)措施帶入的重金屬，比如一些保護地、耕地中肥料、農(nóng)藥的大量投入。修復企業(yè)情況：在工程治理與修復市場方面，缺少正在有效的技術儲備及行業(yè)規(guī)范，技術治理火修復公司出現(xiàn)不少，但真正有技術、有責任、有能力的不多；治理工程項目前期調(diào)研不足，影響項目實施質(zhì)量；治理目標不明確，實施內(nèi)容與治理目標關聯(lián)性差；項目實施周期普遍過短；技術路線模糊，示范或推廣性、可復制性差；治理工程的實效與時效關注度不夠，后評估少。3.未來工作重點（1）分區(qū)、分類（耕地污染類型）、分級（污染程度）制定耕地土壤重金屬污染治理戰(zhàn)略思路、技術路線，建立土壤污染管理和防治技術支撐體系，編制修復技術指南，制定污染土壤的修復技術、治理目標，開展環(huán)境風險與治理效益后評估等。（2）在全國分區(qū)域分類型建立規(guī)?；卫碇亟饘傥廴靖厥痉秴^(qū)。