《铅污染农田土壤修复后的环境容量及风险演变》

  • 来源专题:耕地与绿色发展
  • 编译者: 张毅
  • 发布时间:2024-11-29
  • 为探究农田土壤高风险重金属的环境容量及风险演变的时空特征,以我国北方典型铅污染农田为研究对象,采用多种统计学方法综合确定该地块铅的土壤地球化学基线值将其作为该农田的土壤环境背景值,以此计算土壤铅静态环境容量,同时开展该农田为期三年的铅污染修复过程中的现存环境容量以及生态和健康风险演变特征分析,并对最终修复效果进行评价。结果表明,经过三年修复,土壤中铅含量超过350 mg·kg-1的点位占比清零,农田土壤铅现存环境容量由修复前的203.09 kg·hm-2显著增加至修复后的339.57 kg·hm-2,且采用原位钝化技术与深翻耕结合的区域环境容量增加最为突出。根据风险评价结果,该农田铅污染潜在生态风险等级已降至低等级,同时健康风险经三年修复后也得到显著改善,非致癌风险和致癌风险皆在可接受范围内。本研究结果可为同样受铅污染农田土壤的修复与安全利用提供一定参考。
  • 原文来源:http://www.aes.org.cn/nyhjkxxb/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=2&file_no=202410090000003&journal_id=nyhjkxxb
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    • 编译者:金慧敏
    • 发布时间:2016-03-31
    • 当前食品安全成为社会关注的热点问题。“十三五”规划中提出确保谷物基本自给,口粮绝对安全。完善食品安全法规制度,提高食品安全标准,强化源头治理。 河南农业大学资源与环境学院赵鹏院长撰文《加强农田土壤污染防治 保障农产品源头安全》。文章提及当前,土壤重金属污染最受社会关注。据环境保护部、国土资源部公布的数据,全国耕地土壤点位超标率为19.4%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%,主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。据不完全调查,全国受污染的耕地面积约有1.5亿亩,每年因重金属污染的粮食达1200万吨,直接经济损失超过200亿元。河南省的“十三五”规划中,特别强调要加大土壤污染治理和修复力度。 土壤中的污染物主要包括有机污染物和无机污染物。有机污染物中有化学农药、酚、苯、多氯联苯、多环芳烃、石油类及其他有机污染物。无机污染物中有重金属元素、氟化物、砷、硒、硼及其他污染物。另外,还有放射性元素和病原微生物、抗生素和激素对土壤的污染。   目前,河南省的土壤环境质量如何呢?据权威部门的介绍,全省土壤环境质量状况整体安全稳定,但局部地区土壤污染状况不容乐观,部分地区镉、钒、铅等无机污染物点位超标率较高。从污染分布情况看,重金属污染分布西部高于东部,北部高于南部,工矿业高于农业,大城市高于小城市,有机污染主要分布在东部和南部的农业生产区。全省18个省辖市除濮阳外,其他各市调查点均有污染物超标现象。其中,焦作、洛阳、三门峡、鹤壁、济源等5市土壤环境质量相对较差,土壤环境保护形势相对较为严峻。 如何预防土壤污染呢?一是要建立健全相关的法律、法规。严格执行国家的有关标准,加强保护土壤环境质量的宣传,增强全民生态环境意识与参与意识,从源头抓起,控制污染源,发展清洁生产工艺,减少和消除工业“三废”排放。紧紧围绕“稳粮增收调结构,提质增效转方式”的工作主线,大力推进化肥减量提效、农药减量控害,落实《到2020年化肥使用量零增长行动方案》和《到2020年农药使用量零增长行动方案》,积极探索产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的现代农业发展之路。二是建立土壤污染检测和预警系统。定期对土壤环境质量进行检测,做到及时发现问题,及时采取有效措施进行防治。三是加强科学研究,攻克土壤污染防治的技术难题,并着手开展土壤修复示范。   综合国内外研究进展,我们应该重点在以下四个方面开展研究: (一)耕地土壤污染风险评估和预警平台建设。评估我省耕地土壤重金属污染风险的等级和程度,评价主要农产品的健康安全风险,构建耕地土壤污染与农产品安全预警平台,为耕地土壤污染防治及其预警提供决策和技术依据; (二)化肥、农药、地膜等农用化学品减量安全施用技术规程。以土壤环境保护和农产品安全为目标,以农用化学品减量增效为核心,制定主要农作物农用化学品安全科学施用技术规程。 (三)畜禽废弃物农田安全利用技术。以畜禽废弃物资源化利用与农业面源污染控制为目标,以构建种养平衡、农牧结合的生态循环农业为理念,开展畜禽废弃物农田施用对土壤环境和作物安全的影响研究,构建畜禽废弃物农田安全利用技术体系。 (四)耕地土壤污染修复及安全利用技术体系。以耕地土壤环境保护和农产品质量安全为目标,以耕地土壤污染分区定级为依据,以农艺措施调控为核心,对土壤改良剂研发、农作物抗(耐)污染品种筛选、超富集植物筛选和引种、种植模式优化等耕地土壤污染修复及安全利用技术进行组装集成,建立试验点、核心实验区和示范推广区,开展大面积推广和应用。   目前,农田土壤污染修复的技术主要有:   工程措施。土壤污染的工程修复主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。客土法和换土法在日本已经取得比较成功的经验。修复治理的工程费为30万美元/hm2,耗资巨大。在耕地资源紧缺的地方,推广有很大局限性。 土壤淋洗。土壤淋洗技术是通过淋洗液把土壤固相中的重金属转移到液相中,从而达到去除重金属的目的。在工业场地土壤污染的治理中有应用实例,但在农田土壤污染修复中很难应用。 电热修复。电热修复原理是向汞污染土壤通入热蒸汽或用低频加热的方法,促使其从土壤中挥发并回收再处理。方法工艺简单,对于土壤中具有挥发性的污染物,如汞和有机污染物,热处理法可将其有效地从土壤中清除。但该方法能耗大,操作费用高,且易使土壤有机质、土壤水和土壤肥力遭到破坏,实践推广应用也受到很大限制。微生物修复。微生物修复技术具有修复效果好,成本低、操作简单等优点,因而日益受到人们的重视。同时微生物修复的专一性强,其活性与温度、水分、氧气、pH值等土壤环境条件紧密相关,但该技术也仅仅通过改变土壤中重金属形态来降低重金属的有效性,往往需要与植物修复等其他方法配合施用效果较好,开发应用仍不成熟。 植物修复。到目前为止,植物修复是唯一能够减少土壤中重金属含量的一种成本低廉、对环境友好的方法,其优势是人们有目共睹的。植物修复可以从两方面进行:一是筛选和培育对重金属具有超常规吸收和富集能力的植物,种植在污染的土壤上,通过植物把土壤中的污染物吸收起来,再将收获植物中的重金属元素加以回收利用,达到消除污染的目的。二是选育农作物抗性品种,阻断土壤污染物进入食物链,实现对污染土地的安全使用,规避土壤污染物风险,也是长远而有效地治理和利用被污染土壤资源的一条重要途径。化学修复。化学修复是利用一些改良剂,与污染土壤中的重金属发生化学反应,如改变土壤的pH值、阳离子代换量等理化性质,经氧化还原、沉淀、吸附、络合、螯合、抑制和拮抗等作用来钝化土壤中的重金属,降低土壤中的重金属活性,达到污染治理和修复的目的。化学修复作为一种原位修复技术,简单有效、成本低廉,见效快,能够用于大面积的污染农田,且易于实施,特别是对于重金属轻度污染的土壤,修复效果明显,并得到广泛应用。 赵鹏院长指出经过比较上述六种修复技术,适用河南省农田土壤修复的技术为植物修复、化学修复。随着国家对生态环境的日益重视,河南省针对土壤污染的控制与修复会取得更多的成效和进步。
  • 《土壤重金属污染修复研究进展》

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    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2019-08-22
    • 摘要:本文主要概括分析了当前土壤中重金属的污染实际情况,并深入研究了各项修复处理技术,为更细致全面地掌握各项修复处理技术,今后更好地开展土壤中重金属的污染修复提供技术参考。 关键词:土壤;重金属;污染;修复 过量的重金属元素进入土壤环境,导致了多种多样的生态环境问题,并威胁着动植物及人类的健康。伴随着土壤中重金属的污染问题日益加剧,社会各界对此问题的关注度逐渐提高,对土壤中重金属污染修复工作提出更高的要求。鉴于此,本文主要对土壤中重金属的污染修复处理技术进行综述分析,望能够为相关工程管理专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或依据。 1 现状分析 目前国内土壤重金属的污染中,含量超标重金属元素主要包括:镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等。过量重金属不仅会破坏土壤生态平衡,造成土壤退化,威胁粮食安全,而且会通过食物链威胁人类的身体健康。如发生在湖南的镉大米事件和铅中毒事件,日本神通川流域的骨痛病事件等。近期我国所发布的土壤污染现状调查分析报告中显示,镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等重金属点位实际超标率各为:4.7%、0.8%、2.0%、2.6%、1.5%、1.4%、6.9%、1.0%。2016年,我国国务院发布土壤污染问题防治行动的计划中明确指出,注重重点区域内土壤污染问题防治工作,必须加大对重金属污染农田专项防治工作力度。 2 修复技术研究 2.1 物理修复技术 2.1.1物理工程专项修复技术 常见方法包括:深耕翻土、换土、去表土、客土等。客土,指将未受到重金属污染的新土壤完全覆盖于被污染土壤上层;去表土,指将已被污染表层土移去;换土,指将污染土壤移除掉,将未被污染土壤填入其中;深耕翻土,指把表面被污染土壤翻到底部;以上方法当中,只有前三种适用于重度污染区域;深耕翻土修复技术工程量相对较小一些,适用于重金属轻度污染区域。物理工程专项修复技术,其适用于受重金属污染面积较小的土壤区域。若被污染土壤的面积相对较大,不仅修复的费用投入较多,且已被污染土壤处理将成为全新环境污染的源头,往往是很难达到治标治本作用。 2.1.2电热修复技术 电热修复技术,主要指借助高频电压产生电磁波,提高土壤温度,将土壤中易挥发性的污染物解吸出来,再做凝结采集处理等的一种修复技术。目前该修复技术适用于土壤受Hg、Se等易挥发性重金属重度污染区域内使用,虽具有较好地修复处理效果,但费用相对较为昂贵,且工程量巨大。 2.1.3电动修复技术 电动修复技术,主要指土壤中重金属离子在电场作用下,以电渗透或电迁移等方式向电极方向移动,重金属离子在电极处富集,再借助离子的沉淀、电镀等手段集中处理的一种修复技术。该项技术属于原位修复技术,比较适用于黏土和淤泥土等较低渗透的土壤区域,实际修复效果通常会受土壤Ph、组分、缓冲性能等理化指标的影响。实验室借助该项修复技术针对重金属单一离子污染溶液进行模拟试验,效果相对较好。 2.2 化学修复技术 2.2.1化学萃取修复技术 化学萃取修复技术,主要是通过化学试剂将被污染土壤中重金属自固相逐渐转移到液相中的一项修复处理技术。但是,该项修复技术在实际操作方面相对较为复杂,且费用相对较高,极易出现二次污染情况。故需采用萃取性能极佳,且不会对土壤结构产生破坏作用的经济型萃取剂,这是今后研究的重点及热点问题。 2.2.2离子拮抗修复技术 在土壤中某些重金属的实际含量若相对较高,为更好地抑制其生物有效性,一般会通过添加一些其它的物质,以达到离子拮抗修复作用,如锌(Zn)、镉(Cd)等化学性质较为类似的金属物质,把适量的锌(Zn)加入至镉(Cd)含量较高的土壤中,是针对土壤受镉(Cd)严重污染最佳的一项修复技术。在土壤中加入适量的NH4+可以抑制重金属的生物有效性,但大量 NH4+和酸存在时也会改变重金属的化学形态和迁移,易造成二次污染。 2.2.3化学改良修复技术 化学改良修复技术,主要指向土壤中添加适量化学改良剂,促使土壤理化性质发生变化,提高土壤对重金属吸附、鳌合能力,从而降低重金属的生物有效性。海藻、木质素的物料、硫磺粉、石膏、石灰等提取物质及腐植酸肥均为常用改良剂。但是,大部分改良剂均会存在一定的限制范围,如天然矿物质改良剂储存量对大面积被污染土壤的修复有着一定限制;无机废气物质改良剂可抑制植物的生长,影响土壤的氮循环及微生物的呼吸等;有机固体废弃物相应的改良剂,会导致土壤中一些重金属可提取态的含量有所增加;天然提取类高分子化合物,该种改良剂通常还会诱发植物中毒情况。生物炭(bio)是一种新型的土壤修复材料,是生物质在缺氧环境中,经过高温热裂解后形成的性质较为稳定且富含炭的材料。生物炭的空隙结构相对较好,具有相对较大的比表面积和丰富的含氧官能团,且可以长期稳定地存在于土壤中,因此生物炭可以作为良好的土壤修复剂,尤其是对土壤中重金属具有较强的吸附固定能力,在降低重金属的生物有效性等方面具有广阔的应用前景。 2.3 生物修复技术 2.3.1微生物化修复技术 微生物修复技术,主要借助土壤中的藻类、菌类等各种微生物,其能够产生胞外聚合物与重金属离子结合成络合物,从而固定土壤中重金属,微生物还可以改变根际微环境,降低重金属的毒性,提升植物对于重金属实际去除率。 2.3.2植物修复技术 植物修复技术主要是借助重金属超富集植物吸收、降解、转化并固定土壤中重金属的一项修复技术,包括植物稳定、植物挥发及植物提取等。植物提取,指植物利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并逐渐转移至植物地上部分,通过收割植物地上部分集中处理,去除掉土壤中的重金属的一项修复技术。但是,绝大多数超富集植物的生物量相对较小、生长缓慢,且机械化操作存在一定难度系数。故该项修复技术比较适用于小区域污染的土壤修复中;植物挥发,主要借助植物根系分泌的一些特殊物质,不断吸收土壤中重金属,将其转化成气态释放出去。但是,该项修复技术只能把重金属自固相逐渐转化为气相,极易出现二次污染。植物稳定,主要指通过植物根系的吸收、还原作用,降低土壤中重金属的生物有效性,逐渐惰化重金属,固定于根系或根际土壤中,降低对人类健康的污染风险。 2.4 联合修复技术 因单一修复处理技术均有一定的优缺点。目前,多种修复处理技术的联合使用被广泛应用于实践工作中。常见的联合修复处理技术包括:化学改良剂联合植物修复处理技术、电动联合植物修复处理技术、微生物联合植物修复处理技术、基因工程联和植物修复技术等,需广大土壤修复科技工作者能够结合实际修复处理要求及标准予以科学合理地选择,以便于提升土壤重金属污染的修复处理效果。 3 结语 通过以上分析论述,我们对土壤中重金属的污染实际情况及各项修复处理技术等,均有更深层次地认识及了解。为了能够更好地应用各项修复处理技术,开展土壤中重金属的污染修复工作,还需广大技术工作们能够多参与到实践工作中去,多积攒更为丰富地实践工作经验,以便于充分发挥各项修复技术应用优势,确保土壤中重金属的污染修复工作高效进展。